西山煤田西緣構造帶整合煤礦的水害綜合探測

武有才

（同煤集團 同地益晟煤業有限公司，山西 大同 037000）

老礦井深部開采面臨石灰巖溶水的威脅，資源整合礦井由于缺乏實際開采資料，采（古）空區積水也是一大隱患，防治水工作任重道遠，探討有效可行的防治水方法很有必要。

1 工程背景的概況

山西華潤煤業有限公司大雁煤礦，屬資源整合礦井，2+4號、8號煤層目前已采空，存在一定的老空積水，現正開拓9號煤層。經查勘探區西北部的邊界處。地層由老至新為奧陶系中統峰峰組（O2f），石炭系中統本溪組（C2b），石炭系上統太原組（C3t），二疊系下統山西組（P1s），二疊系下統下石盒子組（P1x），上第三系上新統（N2），第四系中、上更新統（Q2+3），第四系全新統（Q4）。含煤地層主要為石炭系上統太原組和二疊系下統山西組。地表大部被第三、四系松散層覆蓋，僅在中部義里溝及其東南側分叉沖溝有太原組、山西組、下石盒子組部分地層出露。

井田構造總體呈走向北東-南西，傾向南東的單斜構造，地層傾角2°～13°，由東南向西北傾角由陡逐漸變緩。井田內發育3條正斷層（F1、F2、F3），但規模均不大，落差分別為1.5m、2.0m、10m；井田內未發現陷落柱及巖漿巖侵入體。井田推測奧灰水水位標高891.7～896.4 m，遠低于井田內9號煤層最低底板標高961.37 m（井田東部818號鉆孔），不存在奧灰水突水危險性。

9號煤層回風大巷的東側為皮帶大巷，西側為9號層實體煤、南側為9號層實體煤。施工隊組沿9號煤頂板掘進。巷道斷面矩形,寬3.4 m、高2.6 m，支護形式錨網噴。巷道頂板為碳質泥巖，底板為砂質泥巖，上方為8號煤層采空區（8號、9號煤層層間距平均8 m左右）。9號煤層回風大巷底板標高為1055～1080 m，高于奧灰靜止水位標高，工作面不受下伏奧灰水的威脅。

2012年5月15日，礦探水隊在太原組9號煤層回風大巷（回風大巷方位196°）進行超前鉆探，鉆探位置距回風巷口418 m（工作面遇斷層，斷層的走向110°、傾向200°、傾角65°），中孔傾角為+2°（與巷道坡度夾角），鉆進40 m，分別見巖石及煤,鉆桿撤出后鉆孔內有少量流水、但無壓力，經實測涌水量0.11m3/h。打頂板錨索孔深度至6 m時，從錨索孔往下流水，水質清澈、無異味，水的流量1.2 m3/h。經分析初步判斷為斷層裂隙水，非8號煤層采空積水。為進一步確定錨索孔出水水源，研究采用物探、鉆探、水質化驗綜合方法進行探測。

2 物探工作狀況

在9號煤層回風大巷掘進工作面位置，采用礦井瞬變電磁探查技術進行超前探查。

2.1 礦井瞬變電磁法測點布置及探測方向設計

本次瞬變電磁法勘探測線，布置在總回風大巷418 m迎頭及兩側幫，其中側幫測點間距為5 m，共布置9×3=27個物理點。采用2m×2m多匝線框，小回線測量，設計探測方向為順巷道掘進方向，與巷道掘進方向所在巖層呈45°左右夾角向頂板探測，與巷道掘進方向所在巖層呈45°左右夾角向底板探測（見圖1）。發射線框和接收線框分別為匝數不等、且完全分離的兩個獨立線框，以便與地下（前方）異常體產生最佳偶合響應。

2.2 總回風大巷420m迎頭礦井TEM資料處理與解釋

圖1 瞬變電磁法探測方向及測點布置示意圖

分析圖2-a：視電阻率等值線變化特征看出：視電阻率等值線橫向起伏較大，縱向變化小，橫坐標在10～40m之間，對應巷道迎頭前方和右側幫頂板，縱坐標小于120 m范圍，視電阻率等值線數值大于30Ωm，為明顯高阻反映，說明巷道前方頂板上60 m范圍賦水性弱。橫坐標在0～10 m之間，對應左側幫頂板，等值線數值小于15Ωm，為相對低阻異常反應，說明左側幫頂板局部富水裂隙發育。

分析圖2-b，視電阻率等值線變化特征看出：視電阻率等值線橫向起伏較大，縱向變化小，橫坐標在10～40 m之間，對應巷道迎頭前方和右側幫，縱坐標小于120 m范圍，視電阻率等值線數值大于30Ωm，為明顯高阻反映，說明巷道前方和右側幫110 m范圍賦水性弱。橫坐標在0～10 m之間，對應左側幫，縱坐標在20～100 m之間，等值線數值小于15Ωm，雖為相對低阻異常反應，說明左側幫對應位置局部富水裂隙發育。

分析圖2-c，視電阻率等值線變化特征看出：視電阻率等值線橫向起伏較大，縱向變化小，橫坐標在10～40 m之間，對應巷道迎頭前方和右側幫底板，縱坐標小于120 m范圍，視電阻率等值線數值大于30Ωm，為明顯高阻反映，說明巷道前方和右側幫底板下60 m范圍賦水性弱。橫坐標在0～10m之間，對應左側幫底板，等值線數值小于20Ωm，雖為相對低阻異常反應，即使左側幫底板局部富水裂隙發育，但富水性不強，對巷道掘進影響小。

圖2 總回風巷迎頭瞬變電磁超前探測視電阻率等值線擬斷面圖

圖3為總回風巷418 m位置向后12 m范圍向巷道頂板探測視電阻率等值線擬斷面圖，橫坐標為測點坐標，0對應迎頭位置，縱坐標為探測距離（垂直距離巷道頂板）。分析圖中視電阻率等值線變化特征看出：橫坐標在2～8 m之間，即距離迎頭2～8 m范圍，巷道頂板上20～40 m之間，等值線數值小于15Ωm，為相對低阻異常反映，說明巷道頂板局部富水裂隙發育；距離巷道頂板40m以上富水性減弱，為頂板巖層局部裂隙富水反映。

2.3 結果和建議

根據本次礦井瞬變電磁法探查結果，得出如下結論：總回風巷418 m位置前方左側幫和后方2～8 m范圍頂板上20～40m范圍富水裂隙發育，前方頂板上60 m和底板下60m范圍富水性弱。經資料解釋，8號煤層采空區有積水的可能性不大。

3 鉆探工作狀況

1）在巷道前方距中孔的兩側0.4 m各打一個鉆孔，左孔傾角為-6°（與巷道坡度夾角）鉆探2 m巖石后，見煤又鉆探48 m未見巖石；右孔傾角為-6°（與巷道坡度夾角）鉆探2 m巖石后見煤又鉆探48 m未見巖石。經分析確定，工作面迎頭所遇斷層為正斷層，迎頭前方為斷層下盤，9號煤被斷下，落差12.7m。

2）在距流水的錨索孔（編號為1號孔）平距0.8 m處又布置一個鉆孔，方向垂直頂板進行鉆探，鉆探深度15.4 m探至8號煤層的頂板灰巖，未發現鉆孔內流水（編號為2號孔），經過初步判斷8號煤層為實煤。又在巷道的正前方仰角80°打一個鉆孔，垂直深度到6 m時鉆孔出現流水，又鉆探了8.4 m均未發現有采空存在，出現的涌水經實測涌水量為0.8 m3/h（編號為3號孔）；因巷道右幫比較潮濕的地方，垂直煤壁補打了一個鉆孔，深度為23 m（編號為4號孔），鉆探結果均為實煤。

3）探水隊又在回風巷出現水地方往后退1.8 m距左幫0.6處向頂板垂直方向布置了一個鉆孔進行鉆探，鉆探深度到6 m時鉆孔出現流水，涌水量1.78 m3/h（編號為5號孔）。經兩個小時的觀測，1號孔的涌水量0.396 m3/h；2號孔的涌水量0.375 m3/h；3號孔涌水量1.78m3/h。

5月20日二班探水隊在3號出水孔往后退1.5 m，距巷道左幫1.5 m處，向頂板打鉆孔，鉆探深度15 m未發現鉆孔探空、無流水（編號為6號孔）。經過鉆探驗證，錨索孔出水不是8號煤層采空區積水。

4 水質化驗狀況

對錨索孔出水取水樣，進行水質化驗結果如下：大雁煤礦水質特征及水質類型為SO4.-Ca.Mg，礦化度為1552mg/L，總硬度為1058.22mg/L，為典型煤系水。

5 結束語

綜合分析，出水點水來自太原組石灰巖的巖溶水，判斷應為K2石灰巖的巖溶裂隙水。此次探測工作，經采用綜合探測方法取得較好效果；今后，煤礦開采特別是資源整合礦井建設和生產中，可按“物探先行、鉆探驗證、化探跟進”的綜合探測程序進行探放水工作，以防水害事故。