煤礦順槽巷道水文地質(zhì)探測及探放水技術(shù)應(yīng)用分析

趙東東

（山西晉煤集團(tuán)陽城晉圣誠南煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048100）

1 工程概況

誠南煤業(yè)15102 工作面位于15#煤層，煤厚約2.8m，煤層傾角3°左右，煤層結(jié)構(gòu)簡單，一般含0～2 層矸石。直接頂板為泥巖，厚4.5m 左右，老頂為K2 灰?guī)r，底板為泥巖。該工作面東部為實體煤15#15103 工作面（未掘），北部為小煤窯采空區(qū)，西部為15101 工作面（已掘），南部為軌道大巷、膠帶大巷（已施工）。15102 運輸順槽開口位于軌道大巷約542m 左幫處，按與軌道大巷夾角90°方向沿煤層頂板掘進(jìn)。順槽設(shè)計長度為699m，毛高2.9m，凈高2.8m，毛寬4.2m，凈寬4.0m，毛斷面12.18m2，凈斷面11.2m2。巷道采用錨網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)。

2 水文地質(zhì)綜合探測分析

2.1 水文地質(zhì)探測

為詳細(xì)掌握15102 運輸順槽掘進(jìn)前方的水文地質(zhì)情況，在15102 運輸順槽掘進(jìn)迎頭采用瞬變電磁法、直流電法和地震法對前方水文地質(zhì)情況進(jìn)行超前探測。瞬變電磁法和直流電法探測范圍為迎頭前方100m，有效范圍為70m，需每隔70m 進(jìn)行一次探測。地震法每次探測范圍為迎頭前方50m。為準(zhǔn)確探測運輸順槽前方水文地質(zhì)情況，每次探測需采用其中兩種方法，進(jìn)行相互對比分析。探測采用的儀器為YCS160D 礦用本安型瞬變電磁儀、YTD400（A）礦井全方位探測儀和YTZ-1礦井地質(zhì)探測儀。

（1）瞬變電磁法探測

采用瞬變電磁儀對巷道迎頭前方4 個方向進(jìn)行探測，分別為與巷道頂板呈30°夾角向前方頂板探測、順巖層方向向前方探測、與巷道底板呈30°夾角向前方底板探測和1 個縱向探測。每個橫向探測方向布置橫向探測角度14 個（間隔為15°），共計56 個探測角度，見圖1 所示。

圖1 瞬變電磁法探測角度示意圖

（2）直流電法探測

采用全方位探測儀在巷道迎頭進(jìn)行直流電法超前探測，與瞬變電磁法相結(jié)合，進(jìn)行綜合解釋巷道迎頭前方富水情況。礦井直流電超前探測測點布置見圖2 所示，供電電極A1、A2、A3 間距為4m，測量電極M、N 間距為4m，供電電極A1 距掘進(jìn)頭約14m，測量電極M、N 移動次數(shù)30 次，每組M、N 測量電極對應(yīng)3 個供電電極A1、A2、A3，共計90 個測點數(shù)據(jù)。

圖2 礦井直流電法超前探測測點布置示意圖

（3）地震法探測

采用YTZ-1 礦井地質(zhì)探測儀對掘進(jìn)工作面迎頭前方地質(zhì)構(gòu)造情況進(jìn)行探測，在迎頭斷面采用單點自激自收反射波法以小偏移距進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

2.2 物探結(jié)果分析

15102 工作面運輸順槽設(shè)計長度為699m，共計進(jìn)行了12 次水文地質(zhì)探測，對整個運輸順槽掘進(jìn)區(qū)域水文地質(zhì)情況進(jìn)行探測分析。通過物探結(jié)果顯示，在15102 工作面運輸順槽掘進(jìn)前方存在多個低阻異常區(qū)和高阻異常區(qū)。對每次探測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并結(jié)合礦井地質(zhì)資料，對比分析得到15102 工作面運輸順槽掘進(jìn)影響范圍內(nèi)可能存在的異常區(qū)域。共計探測到7 處裂隙水影響區(qū)，7 處存在采空區(qū)積水，8 處存在地質(zhì)異常，均會對掘進(jìn)工作面安全生產(chǎn)造成影響。物探典型異常區(qū)見圖3 所示，異常區(qū)位置見表1 所示。

圖3 運輸順槽486m 處順層方向瞬變電磁和直流電疊圖

表1 物探異常區(qū)位置參數(shù)

3 鉆探驗證

3.1 鉆探方案

探放水鉆孔控制幫距為20m，超前距為30m，鉆孔直徑為65mm，中間空孔深為60m，兩邊孔孔深為64m，開孔高度均為距巷道底板1.5m。鉆孔具體參數(shù)見表2 所示。由于煤層存在起伏變化，鉆孔傾角需結(jié)合煤層傾角進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在工作面前方遇見地質(zhì)構(gòu)造，導(dǎo)致煤層賦存條件發(fā)生變化，至少打2 個前探鉆孔，掌握煤層賦存條件、地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯情況等，再根據(jù)探放水設(shè)計調(diào)整鉆孔傾角進(jìn)行探放水。

表2 鉆孔參數(shù)表

3.2 排水系統(tǒng)

為保證巷道掘進(jìn)迎頭探放水鉆孔出水后能夠及時疏放，在15102 工作面運輸順槽巷道建立排水系統(tǒng)，排水路線為：15102 運輸順槽→采區(qū)水倉→軌道大巷→主水泵房→副斜井→地面。本次探放水工作采用BQS20-50-7.5kW 礦用隔爆型水泵2 臺，水泵功率為7.5kW，揚程為50m，流量為20m3/h。采區(qū)水倉采用MD85-45×4-75kW 耐磨多級泵2 臺，水泵功率為75kW，揚程為180m，流量為85m3/h。主水泵房采用MD85-45×2-37kW 耐磨離心水泵3臺，水泵功率為37kW，揚程為90m，流量為85m3/h。

3.3 鉆探結(jié)果分析

通過鉆探驗證，在15102 工作面運輸順槽掘進(jìn)區(qū)域，共計探測到7 處存在采空區(qū)，8 處存在地質(zhì)異常，見表3 所示。鉆探得到的采空區(qū)和地質(zhì)異常區(qū)數(shù)量與物探結(jié)果一致，且采空區(qū)位置和地質(zhì)異常區(qū)位置也與物探結(jié)果基本吻合，主要差異在于鉆探未發(fā)現(xiàn)裂隙水影響區(qū)和采空區(qū)積水，并且15102 工作面運輸順槽掘進(jìn)過程中未出現(xiàn)淋水和涌水現(xiàn)象。

4 綜合分析

通過對15102 工作面運輸順槽迎頭前方物探結(jié)果和鉆探驗證結(jié)果綜合分析（見圖4），可知物探顯示的水文地質(zhì)異常區(qū)數(shù)量較鉆探結(jié)果多，但是，鉆探驗證結(jié)果中得到的水文地質(zhì)異常區(qū)，在物探結(jié)果中均有體現(xiàn)，且兩者位置基本吻合。所以物探分析結(jié)果可為掘進(jìn)巷道的防治水工作面提供依據(jù)，為鉆探驗證提供了重點探測區(qū)域。通過多種方法綜合分析能夠得到準(zhǔn)確的掘進(jìn)巷道前方水文地質(zhì)情況，保證了掘進(jìn)工作面安全開采。

表3 鉆探異常區(qū)位置參數(shù)

圖4 物探和鉆探結(jié)果對比圖

5 結(jié)語

（1）通過多種物探技術(shù)對巷道掘進(jìn)迎頭前方進(jìn)行水文地質(zhì)探測，15102 工作面運輸順槽掘進(jìn)前方共計7處存在裂隙水影響區(qū)、8處存在采空區(qū)積水、8 處存在地質(zhì)異常。在15102 工作面運輸順槽掘進(jìn)區(qū)域，共計探測到8 處存在采空區(qū)、7 處存在地質(zhì)異常。

（2）通過物探結(jié)果和鉆探結(jié)果的綜合分析可知，兩者存在一定的差異，物探顯示的水文地質(zhì)異常區(qū)數(shù)量較鉆探結(jié)果多，但是，鉆探驗證結(jié)果中得到的水文地質(zhì)異常區(qū)，在物探結(jié)果中均有體現(xiàn)，且兩者位置基本吻合。所以物探分析結(jié)果可為掘進(jìn)巷道的防治水工作面提供依據(jù)，為鉆探驗證提供了重點探測區(qū)域。

（3）防治水工作是煤礦日常安全生產(chǎn)工作的重點，“有掘必探，先探后掘”是煤礦防治水管理必須堅持的原則。采用瞬變電磁法、直流電法、地震法等多種物探方法對巷道迎頭前方可能存在的水文地質(zhì)進(jìn)行探測，能夠為礦井防治水管理提供可靠建議。采用鉆探的方法，不僅能夠充分保證掘進(jìn)迎頭的安全，而且是對物探地質(zhì)解釋的驗證，可以更好地改進(jìn)和提升物探結(jié)果的準(zhǔn)確性，更好地為礦井防治水工作服務(wù)。