木瓜煤礦10-2012 巷充水條件分析及超前探查工程

胡雪墩

（霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司 方山木瓜煤礦，山西 呂梁 033000）

1 概況

我國煤炭資源賦存地質(zhì)構(gòu)造、水文條件相對復(fù)雜，導(dǎo)致我國是世界上受礦井水患威脅最嚴(yán)重的國家之一，目前我國有27%的煤炭資源受水患威脅，僅華北地區(qū)就有約160 億多噸的煤炭資源受到威脅。由于水害造成的傷亡嚴(yán)重、救援困難等原因，造成了巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，因此礦井水患是制約煤礦高效生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。為有效治理煤礦水患問題，煤礦防治水細(xì)則提出了“預(yù)測預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”方針。以木瓜煤礦10-2012 巷水文地質(zhì)條件為工程背景，通過分析試驗(yàn)巷道充水條件，設(shè)計(jì)掘巷超前探查工程，為木瓜煤礦10-2012 巷安全掘進(jìn)及10-201 工作面回采提供地質(zhì)保障。

2 巷道充水條件分析

木瓜煤礦10-2012 巷服務(wù)于10-201 工作面，擔(dān)負(fù)工作面的輔助運(yùn)輸、進(jìn)風(fēng)、行人等任務(wù)，工作面北部為盤區(qū)準(zhǔn)備巷道，其余方向均為實(shí)煤體，巷道沿石炭系上統(tǒng)太原組10 號煤底板掘進(jìn)，工作面開采9 號、10 號合并煤層，開采區(qū)域煤層整體呈單斜構(gòu)造，厚度5.81～7.73 m，平均6.77 m，煤層頂板以泥巖、灰?guī)r為主，堅(jiān)硬-半堅(jiān)硬，底板以粉砂巖、砂質(zhì)泥巖為主，半堅(jiān)硬-較松軟。

2.1 水源分析

（1）地表水。巷道上部地表水體主要以降雨為主，無常年性河流，年平均降雨量為397 mm，通過地表調(diào)查，巷道地表存在溝谷區(qū)域，雨季期間可能有短暫洪流。

（2）頂板含水層。9 號、10 號煤層上部主要含水層為石炭系上統(tǒng)太原組砂巖、灰?guī)r含水層及二疊系砂巖含水層；根據(jù)巷道周邊南5、ZK3 鉆孔綜合分析，太原組中普遍含有L1+K2、L4、L5 石灰?guī)r及3 層中細(xì)粒砂巖；二疊系砂巖含水層主要以細(xì)、中、粗粒砂巖為主，含水層連續(xù)性差，厚度不穩(wěn)定，存在局部富水區(qū)域。

（3）底板含水層。9 號、10 號煤層底板含水層主要有奧陶系碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層，奧灰頂面距9 號、10 號煤底板約60 m。

（4）采空區(qū)積水。巷道北部為盤區(qū)準(zhǔn)備巷道，其余方向均為實(shí)煤體，不存在采空區(qū)積水。

2.2 主要隔水層

9 號煤層頂板隔水層主要為太原組各層灰?guī)r間的泥巖隔水層，隔水層主要由細(xì)砂巖、粉砂巖及砂質(zhì)泥巖組成，層位穩(wěn)定。煤層底板隔水層主要為太原組泥質(zhì)巖與石炭系本溪組隔水層，以砂質(zhì)泥巖、泥巖、鋁質(zhì)泥巖為主，平均厚度60 m，隔水性能較好，是10 號煤層與奧陶系之間的主要隔水層。

2.3 充水因素分析

（1）巷道上部地表水體主要以降雨為主，無常年性河流，雨季巷道涌水量可能會(huì)增加。

（2）頂板含水層為石炭系上統(tǒng)太原組砂巖、灰?guī)r含水層及二疊系砂巖含水層，含水層連續(xù)性差，厚度不穩(wěn)定，局部存在富水區(qū)，巷道掘進(jìn)是涌水量可能局部增大。

（3）9 號、10 號煤層底板含水層主要有奧陶系碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層，奧灰頂面距9 號、10號號煤底板約60 m，故巷道掘進(jìn)不受奧灰水威脅。

（4）巷道北部為二盤區(qū)準(zhǔn)備巷道，其余方向均為實(shí)煤體，不存在采空區(qū)積水。

（5）地質(zhì)資料顯示，巷道掘進(jìn)過程中不存在大的斷層，巷道掘進(jìn)不受斷層水威脅。

綜合上述，巷道掘進(jìn)期間涌水水源主要為頂板灰?guī)r裂隙水，巷道掘進(jìn)要進(jìn)行超前探查，必要時(shí)進(jìn)行疏放水工作，以保證巷道的安全掘進(jìn)。

3 掘巷超前探查工程及應(yīng)用

3.1 掘巷超前探查工程設(shè)計(jì)

掘巷超前探查工程堅(jiān)持“物探先行、鉆探驗(yàn)證、有掘必探、先探后掘”的工作方法，具體設(shè)計(jì)如下。

3.1.1 物探設(shè)計(jì)

井下物探采用YCS200、YCS60-F 瞬變電磁法探測裝置，共布置4 條探測線，每條探測線布置11個(gè)探測點(diǎn)，共采集44 個(gè)數(shù)據(jù)。探測線沿著掘進(jìn)迎頭布置4 條，分別沿仰角45°、仰角30°、順層方向、俯角30°布置，如圖1 所示。探測點(diǎn)沿著掘進(jìn)迎頭布置11 個(gè)探測點(diǎn)，探測點(diǎn)布置如圖2 所示。

圖1 巷道掘進(jìn)探測線布置Fig.1 Detection line layout in roadway excavation

圖2 巷道掘進(jìn)探測點(diǎn)布置Fig.2 Detection point layout in roadway excavation

3.1.2 鉆探設(shè)計(jì)

木瓜煤礦10-2012 巷每掘進(jìn)15 m 施工一組探水鉆孔，每組鉆孔布置3 個(gè)，中間孔鉆孔深度設(shè)計(jì)45 m，兩側(cè)孔鉆孔深度設(shè)計(jì)50 m，具體鉆孔布置方位角如圖3、圖4 所示。

圖3 探水鉆孔布置平面示意Fig.3 Plane diagram of water detection drilling holes layout

圖4 探水鉆孔布置剖面示意Fig.4 Section diagram of water detection drilling holes layout

3.2 超前探查結(jié)果

木瓜煤礦10-2012 巷采用瞬變電磁探測法進(jìn)行物探，發(fā)現(xiàn)2 處低阻異常區(qū)，相對位置如圖5 所示。探水鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證后，未發(fā)現(xiàn)不良水體和地質(zhì)異常體，巷道掘進(jìn)至245～380 m 區(qū)域，掘進(jìn)期間該區(qū)域頂板有3～5 m3/h 的淋水，地表調(diào)查發(fā)現(xiàn)該區(qū)域地面位于溝谷區(qū)域，判斷地表水補(bǔ)給至頂板含水層涌入巷道。后期工作面回采至該范圍時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)觀測。綜上所述，木瓜煤礦10-2012 巷周圍不存在采空區(qū)積水以及構(gòu)造富水區(qū)。

圖5 瞬變電磁法探測結(jié)果示意Fig.5 Transient electromagnetic method detection results

4 工作面開采防治水措施

木瓜煤礦10-2012 巷掘進(jìn)未發(fā)現(xiàn)不良水體和地質(zhì)異常體，但巷道掘進(jìn)至245～380 m 區(qū)域出現(xiàn)小范圍頂板淋水現(xiàn)象，工作面開采過程中應(yīng)加強(qiáng)探測。

（1）地表水防治措施。工作面上部地表水體主要以降雨為主，無常年性河流，地表存在溝谷，雨季期間可能有短暫洪流，工作面開采過程保持定期巡查，雨季時(shí)增加巡查次數(shù)，預(yù)防地表水潰入。

（2）頂板含水層防治措施。工作面頂板含水層為石炭系上統(tǒng)太原組砂巖、灰?guī)r含水層及二疊系砂巖含水層，局部存在富水區(qū)，接受地表水補(bǔ)給。因此，在今后開采過程中應(yīng)加強(qiáng)對局部富水區(qū)的疏放，并加強(qiáng)涌水量監(jiān)測頻率，同時(shí)確保排水系統(tǒng)的可靠。

5 結(jié)語

以木瓜煤礦10-2012 巷水文地質(zhì)條件為工程背景，分析了試驗(yàn)巷道充水條件，巷道掘進(jìn)主要受地表水和頂板含水層影響，巷道掘進(jìn)前采用瞬變電探測進(jìn)行物探，發(fā)現(xiàn)2 處低阻異常區(qū)。探水鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證后，未發(fā)現(xiàn)不良水體和地質(zhì)異常體，巷道掘進(jìn)至245～380 m 區(qū)域，出現(xiàn)3～5 m3/h 的淋水，判斷涌水來源為地表水補(bǔ)給至頂板含水層涌入巷道。基于此，提出了工作面開采防治水措施，為木瓜煤礦10-2012 巷安全掘進(jìn)及10-201 工作面回采提供了地質(zhì)保障。