綜合防治水技術在復雜水患工作面的應用

王志江

(大同煤礦集團 朔州朔煤王坪煤電有限責任公司,山西 懷仁 038301)

綜合防治水技術在復雜水患工作面的應用

王志江

(大同煤礦集團 朔州朔煤王坪煤電有限責任公司,山西 懷仁 038301)

在復雜水患條件下,通過物探、鉆探、化學分析的綜合技術手段對采煤工作面的水患進行探查、分析,確定水源性質,進而采用針對性的防治水措施,確保了工作面的安全回采。

煤礦水患;探查技術;疏放;安全生產

1 工作面概況

8#煤層402盤區8202工作面位于王坪井田北部,其南部、北部和東部都為實體煤,西部為8#煤層402盤區皮帶巷以及402盤區軌道巷。8202面5202巷設計長度為988 m,8202面2202巷設計長度為860 m,切眼長100 m。402盤區8202工作面標高1 108 m～1 153 m。

402盤區8202工作面水文地質條件復雜,水患類型復雜,分別為斷層裂隙水,K2砂巖含水層水,5#煤層、3#煤層硐室采空區積水,這些因素有時在一定條件下形成水力聯系,給工作面的開采帶來很大的困難。

402盤區8202工作面煤層變化不大,煤層厚度為5.5 m～6.5 m,平均厚度6 m,煤層傾角約為10°～18°,平均傾角為14°。煤層頂、底板情況如表1所示。

表1 煤層頂底板情況

2 工作面面臨的各種水害隱患分析

2.1 采空區積水

402盤區8202工作面上部由于有官溝煤礦3#、5#采空區,該礦采煤方法為房柱式采煤法,局部硐室存在采空積水,由于該礦已采掘多年,部分采掘資料丟失,礦井防治水管理工作較差,給下部8#煤層工作面的布置以及開采帶來了困難。

2.2 裂隙水

該工作面尾部有1條落差為4.0 m的正斷層,由于該斷層與工作面斜交,夾角為72°,裂隙較發育,頂板淋水量保持在10.2 m3/h,裂隙水對工作面回采造成了一定的難度和安全隱患,所以頂板裂隙水也是402盤區8202工作面的主要水患之一。

2.3 含水層水

8#煤層頂板上部有太原組砂巖裂隙含水層共4層,山西組砂巖裂隙含水層共4層,因此砂巖裂隙水與采空區也能形成良好的水力聯系,也是工作面的水患之一。

3 工作面采用的綜合防治水技術手段

該工作面圈出后,只剩下頂板上部水患難以解除,該工作面上部的5#、3#煤層的采空硐積水使探放水工作量非常大,為了盡快解除上部水患,查清上部積水位置,首先應用瞬變電磁法對其上部積水進行探測,探測后,通過對異常區域進行鉆探,同時對水質進行化學分析后,確定水源的性質。

3.1 礦井瞬變電磁法

礦井瞬變電磁法主要用于解決煤層頂板(或底板)巖層內部的富水異常區探測、巷道掘進迎頭前方的突水構造預測、含水陷落柱勘查等水文地質問題。

瞬變儀使用澳大利亞產Terra TEM型儀器。該儀器是目前比較先進的輕型專業TEM儀器之一,具有采樣自動化程度高、壓制干擾能力強、實時監控等特點,數據采集由微機控制,自動記錄和存儲,可實現數據回放。

瞬變電磁法勘探采用重疊回線裝置,發射和接收線框采用多匝1.6 m×1.6 m矩形回線。采樣時窗為34,疊加次數為64,時間序列為標準時間序列[1]。

3.1.1探測方法

為實現本次地質探測任務,根據實際水文地質、巷道掘進及物探任務等情況,在8202工作面5202巷、切眼、2202巷分別沿兩個方向探測:向上探測煤層正頂及斜頂。

本次瞬變電磁探測以10 m的點距布置測點,8202工作面5202巷布置70個測點探測正頂和斜向上45°兩個方向,在8202工作面2202巷布置71個探測點兩個方向,切眼布置10個測點一個方向。共進行151個物理點302個方向的數據采集,測線長度1 500 m。測點布置示意圖見圖1。

圖1 測點布置示意圖Fig. 1 Measuring points layout

3.1.2數據分析

礦井瞬變電磁測深視電阻率等值線斷面圖橫坐標為測點坐標,縱坐標為沿探測方向上深度坐標,結合地質和水文地質資料,來確定探測區域內橫向、水平深度和垂向深度上巖層電性變化情況。

1)視電阻率等值線斷面圖分析。根據本次實測數據所繪制的視電阻率等值線斷面圖中,帶箭頭標注為巷道內布置的測點號,另一標注為水平距離(單位:m),左右兩側為沿探測方向上的探測距離(單位:m)。在進行資料解釋時,異常的劃分標準主要根據視電阻率等值線斷面圖上電阻率值的相對大小與分布范圍,隱伏含水構造等富水體的賦存特點以及本礦以往瞬變電磁法探測經驗。對于富水異常區的富水性,瞬變電磁法僅能做相對的定性評價,視電阻率值小且分布較大的異常區域一般表明巖層內部連通性較好、含水量較大,其富水性的相對評價為富水性強;視電阻率值較大且分布較小的異常區的富水性定性為富水性一般;視電阻率值大且分布小的異常區的富水性定性為富水性差。

在8202工作面軌道巷、運輸巷及切眼地段在兩個方向上進行探測,解釋以正頂方向探測結果為主,斜上45°方向上為補充。

2) 8202工作面軌道巷視電阻率斷面。8202工作面軌道巷視電阻率等值線斷面圖見圖2。從圖中可以看出,頂板向上0 m～50 m距離范圍,視電阻率等值線基本呈層狀近均勻分布,局部彎曲變形,說明該深度段地層相對連續,裂隙欠發育,局部富含水性;頂板向上深度范圍50 m～100 m視電阻率等值線變化相對劇烈,出現低阻條帶,說明地層裂隙相對發育,局部有含水現象;從圖中可以看出,總體視電阻率值主要在10 Ω·m ～100 Ω·m之間,根據視電阻率值的相對大小與分布范圍,本次確定15 Ω·m ～20 Ω·m等值線為頂板電性特征值異常劃分界線。結合水文地質特征圈出六個異常區現分述如下:

圖2 視電阻率等值線斷面圖Fig.2 Cross-section drawing of apparent resistivity contour

G-1號異常:位于軌道巷58號-70號測點之間,異常范圍較大,K2砂巖在該地段富水,未見5#煤采空區,3#煤采空且積水,在該地段應集中加以探放水。

G-2號異常:位于軌道巷48號-55號測點之間,異常范圍較大,該地段構造復雜,K2砂巖在該地段富水,5#煤在該地段有采動破壞疑似采空,3#煤采空且積水,在該地段應加以探放水。

G-3號異常:位于軌道巷38號-42號測點之間,異常范圍不大,K2砂巖在該地段條帶狀裂隙發育,相對富水,未見采空積水區。

G-4號異常:位于軌道巷28號-32號測點之間,異常范圍不大,小構造發育,K2砂巖在該地段相對富水,未見采空積水區。

G-5號異常:位于軌道巷22號-25號測點之間,異常范圍不大,小構造發育,K2砂巖在該地段相對富水,未見采空積水區。

G-6號異常:位于軌道巷16號-20號測點之間,異常范圍不大,小構造發育,K2砂巖在該地段相對富水,未見采空積水區。

在水文地質條件不清的情況下,物探技術基本可以查明工作面上部存在水患的位置。查清上部積水位置后,有針對性地打探放水孔,減少探放水孔工程量,縮短探放水時間,緩減了采掘接替的緊張局面。

3.2 工作面鉆探驗證以及化探分析

通過物探技術圈定的4個異常區域(即ABCD區域),開始鉆探驗證,先在D區域Q1異常區域(即切眼)進行探放,共施鉆孔13個,其中出水鉆孔為4個,均與上部采空區鉆通,共放采空區積水約20.1萬m3,C區域共施鉆孔3個,其中2個與裂隙導通,單孔最大出水量為105.1 m3/h,當第二個孔鉆通后,隨即第1個孔出水量明顯減小,C區域(軌道處868 m處)累計出水為32.4.萬m3,A區域、B區域通過鉆探驗證出水量為1.21 m3/h,確定為砂巖富水區域,鉆探期間,通過對鉆孔內水質進行化學分析,通過化驗指標辨識了砂巖含水層水與采空區積水,很明顯采空區積水在NH4+、Fe3+、NO2-濃度還大于含水層的濃度,同時通過化學分析明確了向斜構造下C區域與D區域形成的水力聯動關系。

4 結束語

通過物探和鉆探以及化學分析,放水完畢后,8202工作面先開始進行試采,在試采期間,通過對采空區出水觀察,起初日出水量為306.6 m3/d,對回采影響甚小,后期水量明顯減小到56.1 m3/d,工作面采過C區域直到回采結束后采空區未發現有出水現象。實踐證明,在復雜富水的條件下,尤其上部為不明采掘的情況和砂巖富水條件下,通過物探、鉆探、化探綜合防治水技術完全可以避免水害事故的發生。

[1] 劉樹才,岳建華,劉志新.煤礦水文物探技術與應用[M].徐州：中國礦業大學出版社,2005.

ApplicationofIntegratedWaterControlTechnologyinComplexFloodingWorkingFace

WANGZhijiang

(WangpingCoal&ElectricityCo.,Ltd.,ShuozhouCoal&ElectricityCo.,Ltd.,DatongCoalMineGroup,Huairen038301,China)

In complex conditions, the flooding of mining face was explored and analyzed to determine the properties of water source through an integrated water control technology with geophysical exploration, drilling, and chemical analysis. Then specific water control measures were taken to guarantee the safe production on the working face.

coal mine flooding; exploration technology; draining; safe production

1672-5050(2017)01-0056-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.02.017

2016-06-08

王志江(1975-)，男,山西朔州人,本科,工程師,從事綜采、綜放工作及煤礦防治水技術研究。

TD745

A

(編輯：楊 鵬)