資源整合礦井老空水的探測方法研究

張東升

華電煤業(yè)集團(tuán)有限公司公司內(nèi)蒙古分公司 呼和浩特 010090

近年，隨著煤炭生產(chǎn)機(jī)械化程度的不斷提高，礦井大型化越來越成為煤礦企業(yè)發(fā)展的方向，煤礦資源整合越來越頻繁，但相應(yīng)的小窯老空水也逐漸成為整合煤礦生產(chǎn)中的重要的水害類型，老空水突水造成的生產(chǎn)事故較多，嚴(yán)重影響了煤礦的安全生產(chǎn)和穩(wěn)定發(fā)展。因此整合煤礦在生產(chǎn)中對井下老空水的探測方法，也引起了生產(chǎn)技術(shù)人員及相關(guān)科研機(jī)構(gòu)的極大重視。采取何種技術(shù)手段，如何取得更好的老空水探測效果，不斷提升整合煤礦的安全生產(chǎn)能力，成為當(dāng)前煤炭生產(chǎn)領(lǐng)域面臨的主要研究課題。筆者針對當(dāng)前資源整合礦井老空水災(zāi)害的探測方法，進(jìn)行了簡要的剖析研究。

1 煤礦老空水災(zāi)害概念分析

煤礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中，隨著采掘作業(yè)的不斷推進(jìn)，井下出現(xiàn)了大量的采空區(qū)和舊巷，隨著時間的不斷推移，由于頂板含水層滲水或地面裂隙導(dǎo)水等原因，這些采空區(qū)內(nèi)部逐集聚了大量的積水，有些封閉巷道或采空區(qū)的積水甚至積蓄了巨大的壓力，這種井下封閉空間內(nèi)的積水一般稱之為老空水。整合煤礦中的一些小煤窯往往因?yàn)闅v史原因而井下資料不全，給整合后的煤礦企業(yè)造成了巨大的安全風(fēng)險，掘進(jìn)過程中如果在無預(yù)警的條件下導(dǎo)通老空水，就會造成老空區(qū)突水災(zāi)害。老空區(qū)突水是目前整合煤礦發(fā)生水害事故的主要類型。

老空水往往具有一定的壓力，發(fā)生突水時會在瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力；并且在封閉的空間內(nèi)受采掘活動中殘留的木柱、鐵器及其它垃圾的長期腐蝕，老空水還具有一定的腐蝕性，往往在突水時伴隨有一定量的有害氣體；大部分老空水沒有直接補(bǔ)給源，儲量有限，只是在突水瞬間涌水猛烈，具有較大的危險性和破壞性，但后期水量會迅速減少，比較容易疏干。老空水對井下作業(yè)人員的生命安全，以及各類采掘設(shè)備都產(chǎn)生了極大的威脅，因此提前探測老空水，消除事故隱患對煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)具有重大的意義。

2 資源整合礦井老空水的探測方法

當(dāng)前整合煤礦為確保采掘作業(yè)的安全，針對老空水進(jìn)行探測成為防治水工作的重點(diǎn)。通過科學(xué)有效的方法，查明老空水情況，并在安全區(qū)域進(jìn)行遠(yuǎn)距離的疏放，最終達(dá)到安全開采的目的。但在實(shí)際工作中，由于井下情況復(fù)雜多變，不同煤層采空區(qū)在空間分布上極不規(guī)律，受各類含水層的影響，往往給探測過程帶來了極大的困難，誤報、漏報、過度預(yù)報等情況經(jīng)常發(fā)生。為了獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果，煤礦生產(chǎn)技術(shù)人員及科研機(jī)構(gòu)，針對礦井老空水的探測，也研究出了大量應(yīng)用技術(shù)，并積累了很多的經(jīng)驗(yàn)。其中常用的老空水探測方法有：地面瞬變電磁法、井下瞬變電磁法、水樣化探法、聯(lián)合探測法等。

2.1 地面瞬變電磁法

地面瞬變電磁法是地表探測老空水的一種主要方法，其原理是利用不接地回線向地下發(fā)送一次脈沖磁場，在一次場間歇期間利用另一回線接收測量由地下介質(zhì)產(chǎn)生的感應(yīng)電場即二次場隨時間的變化。該二次場是由地下不同導(dǎo)電介質(zhì)受一次場激勵引起的渦流產(chǎn)生的非穩(wěn)定磁場，它與地下地質(zhì)體有關(guān)，根據(jù)它的衰減特性，在控制構(gòu)造、采空區(qū)水等方面均有很好的效果。

煤層采空后，上覆地層中裂隙廣為發(fā)育，地層變得松散失水，甚至坍塌，使得電磁波的能量衰減加大，干擾加強(qiáng)，地層的導(dǎo)電性明顯減弱，當(dāng)采空區(qū)充滿水后時，導(dǎo)電性加強(qiáng)，在瞬變電磁法剖面圖上分別表現(xiàn)為局部的低電導(dǎo)、高阻異常或高電導(dǎo)、低電阻異常。地面瞬變電磁法探測老空水，在實(shí)際應(yīng)用的過程中獲得了廣泛的認(rèn)可。

2.2 井下瞬變電磁法

井下瞬變電磁法的原理與地面瞬變電磁法相同，在井下可以對巷道前方煤層進(jìn)行探測，但由于受井下防爆安全條件限制，感應(yīng)電流較小，大約能探測前方200米范圍內(nèi)的異常水體，但探測結(jié)果相對可靠，筆者當(dāng)年曾在山西溫莊煤礦用KDC-S礦井瞬變電磁儀對小窯采空區(qū)積水進(jìn)行過多次探測，顯示的探測異常區(qū)內(nèi)，后來都通過鉆探得到了驗(yàn)證，效果相當(dāng)好。

2.3 水樣化探

老空區(qū)水為采空區(qū)積水，水源的補(bǔ)給性較差，一定程度上可劃分為死水的范疇，長期受采空區(qū)內(nèi)廢棄物的腐蝕，相比較于其它含水層或構(gòu)造水體，在氣味、顏色、含礦物質(zhì)種類等方面，均存在著較大的區(qū)別，尤其是通過化驗(yàn)其水樣成分、pH值等，可很容易判斷是否為老空水。因此，水樣化探也成為老空水探測中常用的一種方法。

實(shí)際具體應(yīng)用中，需首先對不明水體進(jìn)行水樣采集，采集水樣一般為煤層滲水或鉆孔出水，之后針對水樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，對化驗(yàn)結(jié)論與常規(guī)地下水進(jìn)行比對，以此來評估水樣是否為老空水。

2.4 聯(lián)合探測

在實(shí)際查明老空區(qū)積水的過程中，由于瞬變電磁法僅是物探手段，完全依靠其結(jié)論是不太安全的，需要用鉆探方式進(jìn)行驗(yàn)證，需要用化探法來判斷出水水體是否為老空水，所以聯(lián)合探測法在煤礦探測老空水的實(shí)踐中，是通常應(yīng)用的一種方法。尤其是鉆孔探測，在井下巷道掘進(jìn)過程中可以完全彌補(bǔ)物探手段的不足，避免因物探時的漏報、位置誤報等造成的災(zāi)難性后果。

聯(lián)合探測既可確保探測的有效性，又可保障探測的準(zhǔn)確性。具體操作中，一般先在地面大范圍內(nèi)進(jìn)行瞬變電磁勘探，查明可能的老空區(qū)積水區(qū)域，當(dāng)井下開采至預(yù)警區(qū)附近時進(jìn)行井下瞬變電磁勘探，將積水區(qū)范圍及位置進(jìn)一步鎖定，然后根據(jù)進(jìn)一步的結(jié)論在安全區(qū)內(nèi)布置探水鉆孔，根據(jù)物探的結(jié)果設(shè)計鉆孔的方位角、傾角及長度等參數(shù)，采取安全措施進(jìn)行鉆孔探測老空水，一旦探測到老空積水，再根據(jù)探孔參數(shù)施工疏放水鉆孔，最后達(dá)到對老空水完全治理的目的，為井下的采掘施工創(chuàng)造安全的條件。

3 結(jié)束語

我國煤炭開采的過程是從小窯開采很快就邁向了規(guī)模化、機(jī)械化開采，因此資源整合加速了煤礦發(fā)展的步伐，但也帶來了老空水水害的危險，給煤礦的安全生產(chǎn)增加了風(fēng)險。而探測老空水、治理老空水的研究也應(yīng)運(yùn)而生，探測的方法也在不斷發(fā)展，相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，探測老空水的方法除了文中所述的地面瞬變電磁法、井下瞬變電磁法、水樣化探法、聯(lián)合探測法以外，還會有更多、更科學(xué)、更方便的手段。

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