采面底板物探異常區(qū)鉆探鉆孔設(shè)計(jì)及效果評(píng)價(jià)

王高峰

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司高陽(yáng)煤礦， 山西 孝義 032306）

物探是現(xiàn)階段礦井地質(zhì)構(gòu)造、富水區(qū)等探測(cè)中常用技術(shù)手段，通過使用物探探測(cè)技術(shù)可顯著提升煤炭開采區(qū)超前探測(cè)效率以及探測(cè)精度[1-2]。物探受到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用條件、綜合解釋方法等因素顯示，探測(cè)結(jié)果存在一定偏差，需要采用鉆探方式對(duì)探測(cè)成果進(jìn)行驗(yàn)證[3]。劉寧[4]針對(duì)陽(yáng)煤五礦開采工作面具體條件，提出使用物探方式對(duì)采面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)以及隱伏構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)，并基于物探成果對(duì)鉆探鉆孔進(jìn)行設(shè)計(jì)，物探以及鉆探成果為采面后續(xù)生產(chǎn)提供了精準(zhǔn)地質(zhì)資料；常青[5]提出綜合使用直流電、音頻電穿透以及無(wú)線電透視等物探技術(shù)對(duì)52108 工作面回采煤層底板富水情況以及構(gòu)造發(fā)育情況進(jìn)行探測(cè)，并提出針對(duì)性的防治水措施，實(shí)現(xiàn)了采面安全回采。眾多的研究成果為物探以及鉆探施工等提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒[6-7]。文中以山西某礦3503 綜采工作面為工程實(shí)例，提出用物探方法圈定的底板異常區(qū)，并通過鉆探進(jìn)行驗(yàn)證，研究成果為后續(xù)采面針對(duì)性采取防治措施提供了可靠地質(zhì)探測(cè)資料。

1 工程概況

3503 綜采工作面位于北翼三采區(qū)，開采5 號(hào)煤層，采面北側(cè)為已回采完畢3501 采空區(qū)，南側(cè)為實(shí)體煤，東側(cè)為北翼三采區(qū)集中軌道、運(yùn)輸?shù)认锏溃鱾?cè)為采區(qū)邊界。3503 綜采工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)、傾向長(zhǎng)分別為1 350 m、147 m，采面開采埋深平均380 m，回采的5 號(hào)煤層厚度均值為5.3 m，具體頂?shù)装鍘r性參數(shù)見表1 所示。采面開采范圍內(nèi)5 號(hào)煤層賦存較為復(fù)雜，中間發(fā)育有多條落差在5 m 以內(nèi)的斷層。

表1 5 號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性

根據(jù)3503 回采巷道揭露地層資料預(yù)測(cè)，采面回采范圍內(nèi)水文地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單，直接涌水水源為頂板砂巖裂隙水，該含水層富水性較弱，預(yù)計(jì)對(duì)煤炭回采影響較小；間接涌出水源為底板灰?guī)r含水層，突水系數(shù)T 為0.017 8～0.052 1 MPa/m。

2 采面底板物探及異常區(qū)鉆探分析

在采面回采巷道內(nèi)使用瞬變電磁儀進(jìn)行綜合探測(cè)，具體探測(cè)成果見圖1 所示。瞬變電磁探測(cè)分別在采面回采巷道向底板按照30°俯角進(jìn)行探測(cè)。從探測(cè)結(jié)果看出，在采面底板存在有2 個(gè)B 級(jí)富水異常區(qū)、3 個(gè)高阻異常區(qū)。具體物探異常區(qū)位置：B1 富水區(qū)位于5 號(hào)煤層底板下方35.0～47.6 m；B2 富水區(qū)位于5 號(hào)煤層底板下方24.1～39.4 m；G1 高阻異常區(qū)位于5號(hào)煤層底板下方30.2～52.1 m；G2 高阻異常區(qū)位于5號(hào)煤層底板下方47.5～63.2 m；G3 高阻異常區(qū)位于5號(hào)煤層底板下方58.5～69.3 m。

圖1 瞬變電磁綜合探測(cè)成果圖

3 底板異常區(qū)鉆探及分析

為了對(duì)瞬變電磁探測(cè)圈定的異常區(qū)進(jìn)行探測(cè)，在利用采面內(nèi)巷道布置6 個(gè)探測(cè)鉆孔，具體鉆孔布置見下頁(yè)圖2 所示，布置的6 個(gè)探測(cè)鉆孔鉆進(jìn)深度為662 m，探測(cè)孔終孔均應(yīng)探測(cè)到底板異常區(qū)內(nèi)。后續(xù)根據(jù)鉆探成果對(duì)物探異常區(qū)采區(qū)針對(duì)性疏排、注漿等措施。現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)鉆孔井下已有的ZDY1200S 鉆機(jī)施工，具體鉆孔施工參數(shù)見下頁(yè)表2 所示。底板物探異常區(qū)施工的6 個(gè)鉆探鉆孔耗時(shí)15 d，在鉆探過程中對(duì)水壓、水溫、水量等參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，并依據(jù)鉆探結(jié)果進(jìn)行了針對(duì)性注漿。

圖2 鉆孔布置示意圖

表2 鉆探驗(yàn)證鉆孔施工參數(shù)及注漿量

從探測(cè)結(jié)果看出，施工的探測(cè)鉆孔可滿足底板物探異常區(qū)探測(cè)需要。底板異常區(qū)施工的6 個(gè)探測(cè)鉆孔中由4 個(gè)鉆孔（W1、W3、W4、W5）出水量在5m3/h 以內(nèi)，2 個(gè)鉆孔（W2、W6）鉆孔出水量均超過5 m3/h，具體鉆孔注漿量與鉆孔涌出量間關(guān)系見圖3 所示。

圖3 鉆孔單孔最大出水量與注漿量關(guān)系

從圖3 看出，在注漿條件一致情況下，鉆孔注漿量與出水量呈正相關(guān)，即鉆孔出水量越大、鉆孔注漿量越高。通過對(duì)底板物探異常區(qū)進(jìn)行針對(duì)性鉆探并注漿加固，將采面底板弱導(dǎo)水裂隙進(jìn)行封堵，可避免采面煤炭回采過程中出現(xiàn)底板突水問題，可為采面安全回采創(chuàng)造良好條件。

為了確保采面后續(xù)回采安全，在采面運(yùn)輸巷低洼位置布置淋水水倉(cāng)，水倉(cāng)體積應(yīng)控制在5 m3以上，在水倉(cāng)內(nèi)布置BQS50-30-7.5/N 水泵進(jìn)行排水，并由井下排水管路將涌出排出至中央倉(cāng)泵房?jī)?nèi)。

4 結(jié)論

1）采用瞬變電磁法對(duì)3503 綜采工作面底板富水體以及導(dǎo)水構(gòu)造等進(jìn)行綜合探測(cè)，并采用鉆探方式對(duì)圈定的底板異常區(qū)進(jìn)行探測(cè)，依據(jù)探測(cè)結(jié)果針對(duì)性采取疏排、注漿等措施對(duì)底板異常區(qū)進(jìn)行治理。

2）通過對(duì)底板物探異常區(qū)采取針對(duì)性注漿，可增加底板隔水層有效厚度并封堵潛在的導(dǎo)水裂隙。對(duì)采面底板進(jìn)行注漿加固后，采面回采過程中基本不會(huì)出現(xiàn)底板大量涌出問題。同時(shí)為確保采面回采安全，應(yīng)在采面運(yùn)輸巷低洼位置布置水倉(cāng)以及排水設(shè)備對(duì)采面涌水進(jìn)行疏排。

3）物探為采面底板構(gòu)造以及富水體等位置確定提供了基礎(chǔ)資料，鉆探可對(duì)物探成果進(jìn)行驗(yàn)證并根據(jù)鉆探獲取到的底板巖性、涌水參數(shù)等針對(duì)性制定預(yù)防措施。在采面通過綜合使用物探、鉆探技術(shù)可在一定程度上提升煤炭安全生產(chǎn)保障能力。