采面導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造綜合探測(cè)和治理技術(shù)研究

柳建鋒

（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）

近些年來(lái)，隨著礦井采深增加，煤炭回采受陷落柱、巖漿層、地質(zhì)導(dǎo)水（含水）體、煤層結(jié)構(gòu)變化等因素影響更趨明顯[1]。地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育會(huì)破壞煤層結(jié)構(gòu)完整性以及連續(xù)性，當(dāng)構(gòu)造具有導(dǎo)水性時(shí)甚至?xí)l(fā)突水事故，給礦井回采安全帶來(lái)威脅[2]。采用各種技術(shù)手段對(duì)井下導(dǎo)水構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)，并依據(jù)探測(cè)結(jié)果采取針對(duì)性防治水措施，可顯著提升井下煤炭生產(chǎn)安全保障能力[3]。

現(xiàn)階段礦井常用的地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)技術(shù)包括有無(wú)線電透視、瞬變電磁探測(cè)以及鉆探等，現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中受到井下煤層賦存條件復(fù)雜、探測(cè)技術(shù)具有自身局限性等因素影響，探測(cè)結(jié)果具有一定局限性[4-6]。文中就以山西某礦150105 工作面面工程實(shí)例，通過(guò)綜合使用無(wú)線電透視、瞬變電磁探測(cè)等技術(shù)手段對(duì)采面內(nèi)的導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)，在后續(xù)針對(duì)性采用疏排、注漿等措施對(duì)導(dǎo)水構(gòu)造進(jìn)行治理，現(xiàn)場(chǎng)取得較好應(yīng)用成果。

1 工程概況

山西某礦為設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力240 萬(wàn)t/年的現(xiàn)代化礦井，現(xiàn)階段主要15 號(hào)煤層，煤層埋深480 m、厚度4.7 m，全區(qū)可采，為礦井主采煤層。

150105 為15 號(hào)煤層南一采區(qū)第三個(gè)回采工作面，采面采用大采高回采工藝，一次開(kāi)采厚度4.7 m，采面設(shè)計(jì)推進(jìn)距離800 m、斜長(zhǎng)120 m，開(kāi)采范圍內(nèi)15號(hào)煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜。根據(jù)采面回采巷道掘進(jìn)以及鄰近采掘作業(yè)面開(kāi)采揭露地質(zhì)構(gòu)造情況，預(yù)測(cè)150105 采面內(nèi)發(fā)育有4 個(gè)陷落柱、11 條斷層，采面回采范圍內(nèi)煤層賦存條件以及水文地質(zhì)條件等復(fù)雜。

15 號(hào)煤層開(kāi)采時(shí)主要出水水源為頂板裂隙水含水層、采空區(qū)積水以及導(dǎo)水構(gòu)造出水等。根據(jù)回采巷道掘進(jìn)以及鄰近采面回采情況預(yù)測(cè)，150105 工作面回采過(guò)程期間，頂板、底板等會(huì)出現(xiàn)少量出水，為確保采面回采的安全性，提出使用綜合物探技術(shù)對(duì)采面內(nèi)潛在的導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)，并針對(duì)性采取出水防治措施。

2 采面導(dǎo)水構(gòu)造綜合探測(cè)

在采面回采巷道內(nèi)通過(guò)無(wú)線電透視儀、瞬變電磁儀對(duì)回采范圍內(nèi)存在的導(dǎo)水構(gòu)造以及隱伏構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)。

在回采巷道內(nèi)布置的無(wú)線電透視儀發(fā)射頻率、接收頻率均設(shè)定為0.5 MHz，間隔50 m 布置一個(gè)無(wú)線電發(fā)射點(diǎn)，在回采巷道揭露斷層附近將發(fā)射點(diǎn)間距縮小至20 m，無(wú)線電接收點(diǎn)間距均設(shè)計(jì)為10 m。在回采巷道內(nèi)按照10 m 間距布置瞬變電磁發(fā)射點(diǎn)，發(fā)射點(diǎn)在順煤層方向、煤層上覆30°仰角方向、煤層下覆30°俯角方向進(jìn)行探測(cè)。具體獲取到的無(wú)線電以及瞬變電磁探測(cè)成果見(jiàn)圖1、圖2 所示。

圖1 無(wú)線電探測(cè)成果圖

圖2 瞬變電磁探測(cè)成果圖

從圖1 無(wú)線電探測(cè)結(jié)果可以看出，采面內(nèi)共有3處無(wú)線電衰減異常區(qū)，其中A1、A2、A3 區(qū)分別位于采面運(yùn)輸巷15～50 m范圍、70～110 m范圍以及230～250 m范圍內(nèi)。A1 區(qū)相對(duì)于周邊煤巖層屬于無(wú)線電強(qiáng)衰減區(qū)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況以及已有地質(zhì)資料推測(cè)，A1 區(qū)范圍內(nèi)發(fā)育有陷落柱；A2 區(qū)屬于無(wú)線電相對(duì)強(qiáng)衰減區(qū)，結(jié)合已有地質(zhì)資料顯示，推測(cè)A2 區(qū)主要是由于采面內(nèi)隱伏斷層構(gòu)造導(dǎo)致；A3 區(qū)為屬于無(wú)線電強(qiáng)衰減區(qū)，同時(shí)異常區(qū)范圍有一定延伸性，推測(cè)該異常區(qū)為斷層、陷落柱等綜合發(fā)育區(qū)，具有一定的導(dǎo)水性以及含水性。

從圖2 瞬變電磁探測(cè)成果看出，采面探測(cè)范圍內(nèi)共圈定有2 個(gè)低阻異常區(qū)，其中B1 低阻異常區(qū)位于采面運(yùn)輸巷100～150 m 范圍、發(fā)育深度介于35～60 m；B2 低阻異常區(qū)位于采面運(yùn)輸巷200～245 m 范圍、發(fā)育深度介于35～50 m。無(wú)線電探測(cè)確定的A3 異常區(qū)與瞬變電磁確定的B2 低阻異常區(qū)存在一定的重疊區(qū)，表明A3 異常區(qū)為具有導(dǎo)水性且富水性的陷落柱；A2 異常區(qū)、B1 低阻異常區(qū)間距較小，在采面煤炭回采過(guò)程中煤巖體在采動(dòng)壓力作用下會(huì)產(chǎn)生新的裂隙，從而導(dǎo)致B1 異常區(qū)內(nèi)水體沿著裂隙涌向A2 異常區(qū)，從而給礦井煤炭回采帶來(lái)一定制約。在綜合物探確定的異常區(qū)范圍內(nèi)施工地質(zhì)勘察鉆孔，鉆孔探測(cè)結(jié)果與綜合物探成果一致，圈定的B1、B2 異常區(qū)均有一定的導(dǎo)水性。

3 導(dǎo)水構(gòu)造注漿封堵治理

在綜合物探確定的B1、B2 異常區(qū)內(nèi)使用注漿方式進(jìn)行導(dǎo)水裂隙封堵，為采面后續(xù)安全回采創(chuàng)造良好條件。在B1 異常區(qū)內(nèi)掃孔2 次布置5 個(gè)注漿鉆孔，鉆孔鉆進(jìn)深度共計(jì)480 m，鉆孔注漿壓力均為3 MPa，總計(jì)注入120 t 水泥漿，經(jīng)過(guò)注漿加固后使用的探測(cè)鉆孔均未有涌水情況發(fā)生。在B2 異常區(qū)布置8 個(gè)注漿鉆孔，鉆孔鉆進(jìn)深度共計(jì)690 m，注漿量共計(jì)205 t，后續(xù)施工的檢驗(yàn)鉆孔也未發(fā)現(xiàn)涌水情況。

注漿完成后，采面回采推進(jìn)至B1、B2 異常區(qū)期間采面出水量保持在正常區(qū)間內(nèi)，出水量平均為2 m3/h，出水量整體較小，不會(huì)給煤炭正常回采帶來(lái)安全威脅。

4 結(jié)語(yǔ)

1）物探具有探測(cè)范圍廣泛、探測(cè)效率高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，使用物探技術(shù)對(duì)采面回采范圍內(nèi)隱伏地質(zhì)構(gòu)造以及導(dǎo)水構(gòu)造探測(cè)對(duì)提高采面回采安全保障能力具有重要意義。

2）探測(cè)過(guò)程中使用瞬變電磁法可對(duì)低阻區(qū)具有更強(qiáng)的分辨能力以及探測(cè)精度、確定富水區(qū)域，但是卻無(wú)法確定富水區(qū)域內(nèi)構(gòu)造破壞程度；無(wú)線電探測(cè)可實(shí)現(xiàn)構(gòu)造探測(cè)。因此，在150105 采面綜合使用無(wú)線電探測(cè)以及瞬變電磁探測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)采面內(nèi)隱伏構(gòu)造以及導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)。

3）依據(jù)150105 采面情況，對(duì)開(kāi)采范圍內(nèi)隱伏構(gòu)造進(jìn)行綜合探測(cè)，發(fā)現(xiàn)采面內(nèi)存在有B1、B2 富水異常區(qū)，同時(shí)由于采面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造與富水區(qū)相距較近，在采面回采作用下地質(zhì)構(gòu)造會(huì)有一定的導(dǎo)水性，為此，提出使用注漿封堵技術(shù)對(duì)導(dǎo)水構(gòu)造進(jìn)行治理。

4）通過(guò)對(duì)圈定的富水區(qū)以及導(dǎo)水構(gòu)造進(jìn)行治理，采面回采期間涌水處于正常范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了煤炭安全高效回采。