友眾煤業150202 工作面富水異常區分布規律研究

屈 飛

（山東新礦集團華源公司友眾煤業，山西 壽陽 045109）

友眾煤業150202 工作面位于井田西翼，為15下煤層首采區。在工作面巷道掘進過程中，遇到較多斷層及陷落柱，加之上覆3 煤層已采空，可能形成采空區積水，對下組煤開采有充水危險。因此，有必要針對150202 工作面水害進行探查，查明水害致災因素，并分析其影響程度。

目前，廣大學者就工作面水害探查方面開展了大量的研究與工程實踐，取得了豐碩的研究成果[1-3]。為了保證友眾煤業工作面推進過程中的安全性，本文采用無線電波透視探測與瞬變電磁探測相結合的方法，查明了工作面頂底板異常結構區分布情況，結合鉆探驗證工作，判斷了工作面開采過程中突水危險性。研究結果保證了工作面推進過程中的安全性，也可為類似礦山突水災害的防治提供借鑒。

1 礦區概況

1.1 礦區交通位置

山西壽陽段王集團友眾煤業有限公司煤礦位于壽陽縣城北約13 km 處，位于宗艾村四周，隸屬壽陽縣宗艾鎮管轄。該礦南距307 國道3 km，峪盂公路從井田內穿過，距太舊高速公路壽陽入口14 km，并入全國公路網，距太-石鐵路線平舒發煤站11 km，并入全國鐵路網，交通較為便利。

1.2 礦區生產現狀

礦井目前開采3 煤層、6 煤層，現在一采區3煤布置一個綜采面，巷道采用錨網支護。采用長壁綜采一次采全高采煤工藝，頂板管理均為全部垮落法。現采30108 工作面，已完成150202 運輸巷和回風巷的掘進工作，下一步計劃開采150202工作面，也是該礦開采15 下煤層的首采工作面。

1.3 150202 工作面地質概況

150202 工作面標高+730～+860 m。走向長2114 m，傾向長180 m。工作面近西東走向，由西向東布置。根據掘進期間揭露情況顯示，15下煤厚3.8～4.5 m，平均厚4.1 m，煤層一般含2 層夾矸，井田內為穩定煤層。煤層頂板大部為泥巖，局部為砂質泥巖，底板為砂質泥巖，局部為中粒砂巖。老頂為泥巖，厚度2.2 m，呈黑灰色，層理較為發育，斷口平滑；直接頂為中砂巖，厚度19.4 m，呈灰色，性脆，泥質膠結構成；偽頂為泥巖，厚度3.6 m，呈黑灰色，層理較為發育，斷口平滑；直接底為砂質泥巖，局部含粉砂巖，厚度為3.3 m，呈黑灰色，節理發育；老底為中砂巖，厚度2.8 m，呈灰色，性脆，泥質膠結構成。

2 150202 工作面富水異常區分布規律

2.1 無線電波透視（坑透）探測結果分析

為了查明工作面內隱伏構造發育情況，保證生產安全，友眾煤業應用井下無線電波透視探測法在150202 工作面進行探測，以期獲得150202 工作面隱伏構造的發育賦存情況。150202 工作面實際勘探長度2000 m、寬180 m 左右，分別沿運輸巷和回風巷布設2 條測線，測點布設以切眼為0 點，10 m 點距，每條測線201 個測點，總計402 個測點。本次對150202 工作面進行無線電波透視探測，采用定點法觀測，每站采集11 個數據。發射點距為50 m，接收點距為10 m，數據采集按照先回風巷發射、運輸巷接收，后運輸巷發射、回風巷接收。

本次無線電波透視探測實際完成78 個發射點，采集數據858 個（次），所采集的井下無線電波探測數據質量全部合格、可靠、有效。根據實測場強等值線、SIRT 法疊代CT 圖及已知地質、水文地質資料分析，本次井下無線電波透視法探測共推斷解釋8 處異常區，具體如圖1 所示。

圖1 150202 工作面綜合推斷成果示意圖

異常區衰減范圍分散，且衰減程度不一，結合已揭露的地質情況和采集數據進行分析，8 處異常區電磁波衰減主要是由陷落柱或煤巖層起伏發育造成異常。

2.2 瞬變電磁探測成果分析

應用礦井瞬變電磁法[4-6]對該礦150202 工作面進行物探勘查，以期獲得150202 工作面頂、底板煤巖層富水異常及順層富水異常區形態，為水害治理提供技術參數依據。

井下瞬變電磁法探測時在兩巷2000 m 范圍內以10 m 點距分6 個角度探測，總計采集2412 個實地探測數據，檢查點95 個，合計2507 個（條）實測數據。得到的工作面各區域擬視電阻等值線平面圖如圖2～圖4。

圖2 工作面上覆20 m 擬視電阻等值線平面圖

工作面頂板富水情況以工作面上覆20 m 擬視電阻等值線平面圖（圖2）為主分析。從圖中可以看出，視電阻率等值線分布整體較為連續、圓滑。通過數理統計分析，結合地質、水文地質資料綜合推斷解釋了5 處相對低阻異常區，表示為異常區1～異常區5，具體描述如下：

異常區1：位于150202 工作面距離切眼0～40 m 區段，寬度約70 m，推斷為煤巖層起伏或構造引起裂隙發育造成的異常。

異常區2：位于150202 工作面距離切眼500～540 m 區段，寬度約35 m，推斷為煤巖層起伏或構造引起裂隙發育造成的異常。

異常區3：位于150202 工作面距離切眼1350～1420 m 區段，寬度約30 m，推斷為構造引起裂隙發育造成的異常。

異常區4：位于150202 工作面距離切眼1470～1570 m 區段，寬度約30 m，推斷為構造引起裂隙發育造成的異常。

異常區5：位于150202 工作面距離切眼1730～1770 m 區段，寬度約40 m，推斷為構造引起裂隙發育造成的異常。

工作面順層富水情況以工作面順層擬視電阻等值線平面圖（圖3）為主分析。從圖中可以看出，視電阻率等值線分布整體較為連續、圓滑，通過數理統計分析，結合地質、水文地質資料綜合推斷解釋了3 處相對低阻異常區，表示為異常區6～異常區8，具體描述如下：

圖3 工作面順層擬視電阻等值線平面圖

異常區6：位于150202 工作面距離切眼0～40 m 區段，寬度約60 m，推斷為煤巖層起伏或構造引起裂隙發育造成的異常。

異常區7：位于150202 工作面距離切眼340～380 m 區段，寬度約30 m，推斷為煤巖層起伏或構造引起裂隙發育造成的異常。

異常區8：位于150202 工作面距離切眼1340～1420 m 區段，寬度約30 m，推斷為構造引起裂隙發育造成的異常。

位于150202 工作面距離切眼0～40 m 區段，寬度約60 m 的低阻異常區，結合井下實際情況（由于井下切眼位置液壓支柱）和礦方實際資料推斷為探測信號干擾區，不存在富水異常。

工作面底板富水情況，以擬視電阻等值線平面圖（圖4）為主分析。從圖中可以看出，視電阻率等值線分布整體較為連續、圓滑。通過數理統計分析，結合地質、水文地質資料綜合推斷：工作面底板不存在明顯低阻異常區。

圖4 工作面下伏20 m 擬視電阻等值線平面圖

從瞬變電磁異常區的探查結果來看，150202 工作面的主要異常區分布在頂板上覆20 m 及順層內，主要異常區推斷為陷落柱附近構造引起的裂隙發育造成的異常。工作面回采過程中接近異常區時要做好頂板管理，同時做好過地質構造異常區的防治水工作，完善工作面排水系統，確保工作面高效安全回采。

2.3 異常區鉆探驗證與結果分析

2.3.1 無線電波透視探測異常區鉆探驗證

為了確定無線電波透視探測存在異常區的原因，開展物探異常區的鉆探驗證工作。共施工鉆孔24 個，所有驗證鉆孔均沿煤層傾角開孔。根據現場實際如遇陷落柱打穿為止，根據現場情況隨時調整鉆孔數量及長度。

結果表明，YC-1 位于工作面回風巷一側距離切眼130～160 m 區段，吸收系數較大（電磁波的損耗較大），結合地質資料推測為陷落柱造成的異常。經鉆探驗證，該異常范圍內隱伏一個長軸約70 m、短軸約40 m 的陷落柱X62，陷落柱區域對回采影響較大，無水、無瓦斯異常。YC-2 位于工作面運輸巷一側距離切眼400～420 m 區段，吸收系數較大（電磁波的損耗較大），結合地質資料推測為陷落柱造成的異常。經鉆探驗證，該異常范圍內隱伏一個長軸約80 m、短軸約30 m 的陷落柱X60，該陷落柱對回采影響較大，無水、瓦斯異常。其余異常區域均為煤巖層起伏發育造成的異常，對回采影響不大，無水、瓦斯異常。

根據本次鉆探施工成果分析，對150202 工作面坑透異常區內地質構造及其發育情況有了準確了解，水文地質情況基本清楚。本次共計施工無線電波鉆孔24 個，鉆孔施工期間均無涌水及瓦斯異常。對150202 工作面X62 陷落柱、X60 陷落柱發育范圍基本探明，具備開采條件，可進行回采作業。

2.3.2 瞬變電磁異常區鉆探驗證

針對瞬變電磁異常區驗證共布設12 個鉆孔，驗證鉆孔均位于運輸巷道，驗證鉆孔均沿煤層傾角開孔，根據現場實際如遇陷落柱打穿為止，根據現場情況隨時調整鉆孔數量及長度，累計鉆進長度915 m。通過對驗證鉆孔施工效果分析，對150202工作面頂板K2下含水層裂隙發育情況進行了探測，該含水層富水性較弱，對回采影響較小。

3 主要結論

（1）從瞬變電磁異常區的探查結果來看，150202 工作面的主要異常區分布在頂板上覆20 m及順層內，主要異常區推斷為陷落柱附近構造引起的裂隙發育造成的異常。

（2）針對物探異常區的鉆探驗證結果顯示，150202 工作面頂板20 m 及順層異常區內的含水層富水性較弱，對回采影響較小。

（3）鉆探驗證較好地了解了異常區內地質構造及其發育情況，基本探明了對150202 工作面回采影響較大的X62 陷落柱、X60 陷落柱的發育范圍。