白銀會通煤礦水害事件的物探研究

何漢衡，逯 娟，張海波

（1.蘭州資源環境職業技術大學 地質與珠寶學院，甘肅 蘭州 730021；2.白銀會通煤業有限責任公司，甘肅 白銀 730900)

目前，煤礦行業的發展非常迅速，在一定程度上推動了國家的經濟發展和綜合實力。但是，煤礦安全問題一直是政府關注的問題，水害事故是煤礦領域十分常見的問題，表現出突發性的特點，造成嚴重的損失不僅影響到煤礦生產的順利進行，還會造成嚴重的安全隱患。可見，只有把水文地質工作和防治水工作結合在一起，才能降低礦難的發生率，保證工作人員的生命安全。

1 自然地理條件

白銀會通煤業公司位于靖遠紅會礦區共和鄉境內，礦區地理坐標為北緯36°38'～36°43'，東經105°01'～105°06'。礦井西距靖遠平川區25 km，北距靖遠紅會礦區1.0 km，東南臨西格拉灘。該礦區處于低山丘陵地帶，礦區周圍群山環繞，礦區海拔高程在1 780 m～1 900 m 之間，為起伏不大的山間丘陵傾斜盆地。本區域為沖洪積傾斜山間盆地，地勢東北高西南低。本礦田屬小丘陵地帶，地勢相對平坦。礦區內無常年性水流，僅有打拉池和紫泥溝等季節性沙河干凅，暴雨時即泛沒河床，暴雨過后即可消失。白銀會通煤業有限責任公司有簡易公路通往紅會一礦，紅會一礦經紅會鎮在大壩口與省道S308 線相連，S308 線在平川區西南的銀三角與國道G109 線相連，由銀三角南至白銀市90 km，至蘭州市180 km；北至銀川市360 km。銀蘭高速公路亦經過平川區，交通便利。

2 物探普查

2.1 原屈盛煤礦

原屈盛煤礦關閉后礦井未排水，廢巷及采空區多，可能有積水，若防治水管理不到位，存在采空區、廢巷積水水災的隱蔽致災因素。2020 年12 月我礦委托甘肅煤炭地質勘察院對礦井布置的采區回風、采區進風巷掘進140 m 范圍進行地面瞬變電法物探開展普查。

圖1 為水害普查范圍內8 線反演電阻率推斷解釋剖面，可以看出，從淺到深呈現出低阻- 中低阻-低阻- 中低阻的電性特征，結合礦區地質資料推斷認為：淺部近水平低阻電性層推斷解釋為第四系黃土及砂礫巖的電性特征，對應高程大致在1 700～1 800 m，視電阻率約為25～45Ω·m；中部中低阻電性層推斷解釋為侏羅系中統王家山組（J2w）砂巖、粉砂巖、泥巖及油頁巖的綜合電性特征，對應高程大致在1 580～1 700 m，視電阻率為40～50Ω·m；中深部低阻電性層推斷解釋為侏羅系中統窯街組（J2y）礫巖、砂礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖及煤層采空區充水的綜合電性特征，對應高程大致在1 400～1 580 m，視電阻率變化在35～50Ω·m；煤層底板等高線附近電阻率相對較低，約為45Ω·m，與煤層的高電阻率特征明顯不同，初步推斷該電阻率異常低值可能為煤層采空充水的電性反映。深部中低阻電性層推斷解釋為三疊系上統南營兒群(T3n) 砂巖、粉砂巖，及泥巖的綜合電性特征，對應高程大致在1 400 m 以下，視電阻率變化在60～180Ω·m。

圖1 8 線反演電阻率推斷解釋剖面

含水區的分布范圍6～10 線測點640～880 之間及11～13 線測點640～840 之間，含水區面積約為32 422 m2；采空區異常積水量估算公式為：

Q=K×M×F／COSα

式中：Q- 采（古）空積水量（m3）;

M- 采厚（m），原屈盛煤礦采煤方法為巷柱式開采。回采率約為30%～40%，故采厚取11.2 m*40%=4.48 m。

F- 采(古)空積水區面積（m2）；

α- 煤層傾角（°），井田內取4°～10°；

K- 采（古）空區充水系數（0.25）；

Q=K ×M ×F／COSα=0.25 ×4.48 ×32 422／COS7°=36 679 m3。

2.2 紅會一礦

紅會一礦位于礦井西部、北部，開采所形成的1603 采空區與本礦6218-Ⅱ采空區相鄰，本礦與紅會一礦各留設有20 m 邊界煤柱，紅會一礦1603 采空區2006 年回采結束后，對1603 采空區進行了封閉灌漿，2020 年12 月我礦委托甘肅煤炭地質勘察院對礦井邊界北部紅會一礦140 m 范圍進行地面瞬變電法物探開展普查。

礦井北部紅會一礦140 m 地面瞬變物探剖面圖顯示，在紅會一礦1603 采空區積水或受采空區影響裂隙帶充水的條件下，水平層狀的電性結構被破壞，電阻率等值線波動，形成電性低值異常區，這為解釋本區含水體范圍提供了依據。針對地面電法勘探的地質任務，資料解釋中重點追蹤電性急劇變化的異常區，作為確定含水體異常范圍的依據。對1603 采空區水害普查范圍進行典型視電阻率剖面對本區含水區域進行普查。

泥巖及油頁巖的綜合電性特征，對應高程大致在1 570～1 730 m，視電阻率為30～40Ω·m；深部中高阻電性層推斷解釋為侏羅系中統窯街組（J2y）礫巖、砂礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖、煤層及煤層采空區充水的綜合電性特征，對應高程大致在1 400～1 570 m，視電阻率變化在40～180Ω·m；煤層底板等高線（圖2和圖3）附近電阻率橫向變化大，測點720 附近電阻率等值線呈陡立狀分布，其中測點500～720 之間電阻率相對較低，約為40～80Ω·m，測點720～960 之間電阻率表現為高阻特征，約為80～180Ω·m，推斷該高阻特征為煤層及其頂底板圍巖的綜合電性反映，電阻率異常低值可能為煤層采空充水的電性反映（圖4）視電阻率特征分析：14～18 線測點700 附近電阻率值變化相對明顯（測點700～920 間電阻率相對較高，測點500～700 電阻率相對較低）。結合礦區地質資料，初步分析低電阻率特征（電阻率變化在30～80Ω·m）主要是煤層采空區或采空區塌陷形成的裂隙帶充水的電性反映。

圖2 14 線反演電阻率推斷解釋

圖3 16 線反演電阻率推斷解釋剖面

圖4 反演電阻率推斷解釋剖面

物探結論：根據地面電法瞬變探法14～18 線測點500～700（720）間，含水體頂底界標高大致在1 510～1 410 m，含水區面積約為16 000 m2。初步分析紅會一礦1603 采空區含水體主要是采空區及裂隙帶充水所致。采空區積水量估算公式為：

Q=K×M×F／COSα

式中：Q- 采（古）空積水量（m3）；

M- 采厚（m）；

F- 采(古)空積水區面積（m2）；

α- 煤層傾角（°），井田內取4°～10°；

K- 采（古）空區充水系數（0.25）；

Q=K×M×F／COSα

=0.25×11.2×16000／COS7°=45 252 m3

3 宏達煤礦

礦井地面物探對宏達煤礦邊界100 m 范圍采空區進行水害普查如下：

在宏達煤礦采空區積水或受采空區影響裂隙帶充水的條件，采用地面電法勘探水平層狀的電性結構被破壞，電阻率等值線波動，形成電性低值異常區，解釋本區含水體范圍重點追蹤電性急劇變化的異常區，作為確定含水體異常范圍。宏達煤礦共計布置了五條線，每20 m 間排距進行布置，對本區含水區域進行普查[5]。

普查范圍分析：視電阻率特征分析1～5 線測點720 附近電阻率值變化相對明顯（測點720～960 間電阻率相對較高，測點500～720 電阻率相對較低）。結合礦區地質資料，初步分析低電阻率特征（電阻率變化在30～50Ω·m）主要是煤層采空區或采空區塌陷形成的裂隙帶充水的電性反映。

物探結論：根據地面電法瞬變探法1～5 線測點500～700（720）間，含水體頂底界標高大致在1 490～1 410 m，含水區面積約為17 578 m2。初步分析宏達煤礦采空區含水體主要是采空區及裂隙帶充水所致，異常區積水量約為：采空區積水量估算公式為：

Q=K×M×F／COSα

式中：Q- 采（古）空積水量（m3）；

M- 采厚（m），宏達煤礦采煤方法為巷柱式開采，回采率約為30 %～40 %，故采厚取11.2 m*40 %=4.48 m；

F- 采(古)空積水區面積（m2）；

α- 煤層傾角（°），井田內取4°～10°；

K- 采（古）空區充水系數（0.25）；

Q=K×M×F／COSα

=0.25×4.48×17578／COS10°=20 089 m3物探異常區預計積水量約20 089 m3。

4 結論

目前，煤礦數量不斷增多，礦難的發生率也在不斷提高。當然，導致礦難發生的原因比較多，煤礦企業必須分析礦難出現的原因，認識到地質工作和防治水工作的重要性。新時期，煤礦企業必須增強管理意識，把地質工作和防治水工作結合在一起，制定并完善內部管理制度，明確各個部門的職責。總之，煤礦企業必須謹慎對待，增強安全意識，從大局出發，落實生產責任，提升煤炭開采的安全性[1-4]。