物探技術(shù)在煤峪口礦406盤區(qū)防治水的實(shí)施

張 泱

（同煤集團(tuán)煤峪口礦地測(cè)科， 山西 大同 037041）

要做好煤礦產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，就要盡早地解決在煤礦開(kāi)采中隱藏的水害問(wèn)題，目前我國(guó)已有多種先進(jìn)的探測(cè)手段對(duì)煤礦水害問(wèn)題進(jìn)行探測(cè)，物探技術(shù)作為最直觀有效的方法而被廣泛使用，以此來(lái)減少煤礦水害問(wèn)題的發(fā)生。

大同煤業(yè)股份有限公司煤峪口礦共有煤層20余層，目前大部分的煤層已全部開(kāi)采完畢，其中，14-2 號(hào)煤層以上的含水層都連通成統(tǒng)一的含水體，礦井中的水大部分是通過(guò)地裂縫或采動(dòng)裂縫，將大氣降水和地表洪水灌入其中，使煤層出現(xiàn)“三帶”現(xiàn)象，而破壞了礦井的含水層，使地下水比較容易進(jìn)入到礦井中，然后被排出，導(dǎo)致在低地勢(shì)處出現(xiàn)大量的采空區(qū)積水[1]。為順利的開(kāi)采15 號(hào)煤層406 盤區(qū)，提前消除水患，對(duì)406 盤區(qū)頂板層方向的采空區(qū)積水情況進(jìn)行物探技術(shù)探測(cè)，調(diào)查盤區(qū)上方采空區(qū)的賦水情況，現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)深度控制在140 m 之內(nèi)，為開(kāi)采的總體布局提供良好的基礎(chǔ)條件。

1 盤區(qū)地質(zhì)及水文概況

15 號(hào)煤層是大同組中最底下的煤層，406 盤區(qū)在煤峪口礦的井田中部，北部與礦界煤柱相隔，與忻州窯礦相接，南部是900 大巷，西部是408 盤區(qū)，不可采界限是0.8 m，東部不可采界限是14 號(hào)煤層。整個(gè)盤區(qū)內(nèi)可開(kāi)采的面積是比較規(guī)整的，從東到西的長(zhǎng)度大約為2 510 m，從北到南的長(zhǎng)度為890 m，面積約2 365 797 m2。盤區(qū)中部的煤層厚度是最大的，煤層有上下兩層之分，上層是0.94～1.40 m 厚，下層是 0.40～4.35 m 厚，上下層的間距是 0.80～1.83 m，煤層的東中部較厚，向兩側(cè)逐漸變薄，且結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，只有局部的1～2 層有夾石，煤層厚度是0～9.27 m，平均厚度大約2.21 m。主要巖性為偽頂層，有0.10～0.50 m 厚，屬灰～灰黑色粉砂巖，直接頂層，有2.0～4.0 m 厚，屬淺灰色、灰色細(xì)砂巖或中粒砂巖，老頂層，有8.0～11.0 m 厚，屬灰白色中、粗粒砂巖，底板層，有1.0～2.0 m 厚，屬灰～灰黑色粉砂巖或細(xì)砂巖。目前正在開(kāi)采的巷道位于15 號(hào)煤層底板層巖石中，采用暗斜井和暗豎井相互連接各層。

406 盤區(qū)的水文地質(zhì)情況如下，積水主要集中在14 號(hào)煤層盤區(qū)的中東部，東部到底斜坑斷層邊界，北部到可采邊界。在已經(jīng)開(kāi)采了的3 號(hào)、9 號(hào)、11號(hào)和14 號(hào)煤層采空區(qū)低地勢(shì)處均有積水[2]，具體的采空區(qū)積水情況數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 406 盤區(qū)上采空積水情況

2 物探技術(shù)的實(shí)施策略

2.1 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)被測(cè)層的巖性分析，粉砂巖的電阻率一般為 n×10 Ω·m～n×102Ω·m，砂巖的電阻率一般為 n×10 Ω·m～n×103Ω·m，煤層的電阻率一般為 n×10 Ω·m。當(dāng)采空區(qū)是中空時(shí)，在空的和非采空區(qū)域中，整個(gè)層的電性會(huì)非常不同，表現(xiàn)出較高的電阻異常。

由于采空區(qū)的不規(guī)則性，采用物探技術(shù)可以快速、準(zhǔn)確地找出采空區(qū)的位置及范圍大小，為排出采空區(qū)的積水提供依據(jù)。在這里主要用高密度電阻率法和瞬變電磁法相結(jié)合的物探方法，對(duì)盤區(qū)內(nèi)的積水進(jìn)行探測(cè)，根據(jù)探測(cè)結(jié)果，基本探明了采空區(qū)位置與規(guī)模和積水情況。

406 盤區(qū)的采空區(qū)積水主要來(lái)自3 號(hào)、9 號(hào)、11號(hào)和14 號(hào)煤層，在開(kāi)采前，需要探測(cè)在盤區(qū)的前方、上方以及兩側(cè)，是否在一定范圍內(nèi)存在采空區(qū)積水情況。主要采用瞬變電磁法進(jìn)行探測(cè)，加以高密度電阻率法輔助探測(cè)，利用瞬變電磁法首先找到采空異常區(qū)后，再根據(jù)高密度電阻率法的探測(cè)結(jié)果進(jìn)一步確定采空區(qū)積水情況，按照由北向南，由東向西的原則均勻分布測(cè)量線和測(cè)量點(diǎn)，點(diǎn)距為10 m，線距為200 m，由北向南設(shè)有1—6 線，由東向西設(shè)有1—11 號(hào)點(diǎn)。

2.2 探測(cè)作業(yè)

采用礦用瞬變電磁儀YCS2000A 型進(jìn)行探測(cè)，發(fā)射機(jī)的最大電流為4.5A，在探測(cè)之前確保儀器充滿電，運(yùn)行狀況良好，且不存在防爆不完好等情況，同時(shí)，設(shè)計(jì)師親自到煤層盤區(qū)了解作業(yè)環(huán)境，以給出多種備選方案，及時(shí)對(duì)不利因素進(jìn)行整改[3]。確保盤區(qū)的迎頭停止工作，挖掘機(jī)向后退30 m，將迎頭的積水排出后，除必要的監(jiān)控儀器設(shè)備外，切斷盤區(qū)內(nèi)其他電器和電纜的電源，確保工作環(huán)境安全后開(kāi)始進(jìn)行探測(cè)作業(yè)。

2.3 結(jié)果分析

如果采空區(qū)中有大量的積水，就會(huì)在多測(cè)道電壓剖面圖上表現(xiàn)出高電壓異常情況，在視電阻率斷面圖上表現(xiàn)出低電阻異常情況。等電壓平面圖[4]是反映地質(zhì)變化的規(guī)律的，利用某一測(cè)道的電壓變化值，根據(jù)對(duì)各測(cè)道等壓平面圖的分析，來(lái)判斷所開(kāi)采是煤層是否存在異常。

圖2 多測(cè)道剖面圖

圖3 視電阻率斷面圖

從圖2 上看出在測(cè)點(diǎn)2 號(hào)、5 號(hào)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)高電壓異常，且幅度較大，9 號(hào)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)低電壓異常。從圖3 上看出在標(biāo)高1 400～1 450 mm 上2-3 號(hào)測(cè)點(diǎn)、標(biāo)高1 450～1 500 mm 上5-6 號(hào)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)低電阻異常，標(biāo)高1 550～1 600 mm 上8-10 號(hào)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)高電阻異常。通過(guò)對(duì)瞬變電磁法和高密度電阻率法探測(cè)資料的綜合分析，確定了2 處范圍較大的采空積水區(qū)，積水高度3～6 m，為排除水質(zhì)災(zāi)害對(duì)開(kāi)采帶來(lái)的威脅，對(duì)探測(cè)出的積水區(qū)進(jìn)行鉆探試驗(yàn)驗(yàn)證。

2.4 鉆探驗(yàn)證

為保證探放水的安全，經(jīng)總工程師及相關(guān)人員研究決定，首先在2 號(hào)和5 號(hào)測(cè)點(diǎn)施工兩個(gè)鉆孔對(duì)14 號(hào)煤層采空區(qū)進(jìn)行探測(cè)，若有積水排出，則先對(duì)其進(jìn)行探放排出積水以減小壓力，若沒(méi)有積水排出，則對(duì)下一個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)。通過(guò)對(duì)這兩個(gè)孔的鉆探，確定14 號(hào)煤層采空區(qū)累計(jì)排水約57 000 m3。

3 結(jié)論

在防治煤礦地質(zhì)災(zāi)害中，提出采用物探技術(shù)對(duì)煤層上采空區(qū)的積水情況進(jìn)行探測(cè)并驗(yàn)證，結(jié)論如下：

1）根據(jù)煤峪口礦15 號(hào)煤層406 盤區(qū)的地質(zhì)和水文概況，采用瞬變電磁法和高密度電阻率法探測(cè)的綜合探測(cè)，及時(shí)做好對(duì)井下防治水的預(yù)防和控制，維護(hù)礦井的安全生產(chǎn)。

2）根據(jù)對(duì)15 號(hào)煤層406 盤區(qū)上采空區(qū)積水的探測(cè)結(jié)果，對(duì)406 盤區(qū)上的2 號(hào)和5 號(hào)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，2 個(gè)鉆孔共排水57 000 m3，因而確定15 號(hào)煤層406 盤區(qū)可安全進(jìn)行開(kāi)采。