同忻煤礦2號煤層5303回風巷超前探放水設計應用

林炳坤

(晉能控股煤業集團 大斗溝煤業有限公司鉆探隊，山西 大同 037026)

隨著煤層開采深度的不斷增加，礦井水文地質條件愈加復雜，在巷道掘進過程中很容易引發滲水、甚至突水等安全事故，因此巷道超前探放水工作是保證礦井安全生產的重要前提[1-5]。本文以同忻煤礦為工程背景，對巷道掘進超前探放水設計進行分析研究。

1 工程概況

晉能控股煤業集團同忻煤礦位于山西省大同市云岡區窯子坡村南，主采的2號煤層埋深462 m，煤層厚度1.92～3.98 m，平均厚度2.66 m，煤層傾角1～5°，平均3°，煤層頂底板情況如表1所示。2號煤層上方依次為0.33～0.76 m的泥巖、3.54～13.53 m的粉細砂巖和6.53～19.6 m的中粗砂巖，底板為0.61～1.16 m的泥巖。

表1 2號煤層頂底板巖性

2號層5303回風巷同層周圍不存在采空區，對應地表徑流不發育，屬季節性河流，僅在大雨或暴雨后有洪水瀉流，對區內地下水補給有限。根據勘察報告，2號煤層開采過程中導水裂隙帶會導通上部含水層，山西組和太原組含水層為2號煤層直接充水水源。

2 TEM(瞬變電磁法)探測

本著“有掘必探，先探后掘”的探放水原則，采用TEM法進行探測，在5303回風巷掘進頭分3個方向，即平行于掘進方向(0°)、與掘進方向呈30°夾角(分別向頂底板方向偏轉)，如圖1所示，每個方向均布置9個探測點，共計27個探測點。

圖1 超前探測點布置

通過超前探測，可得到5303回風巷迎頭及頂底板3個方向的扇形視等值線電阻率圖如圖2所示。

如圖2所示，5303回風巷扇形視等值線電阻率剖面圖中共顯示出7個低阻異常區，通過分析推斷，異常區1、4、6應該是同一范圍的低阻異常區，而異常區3、5、7應該是同一范圍的低阻異常區。

圖2 5303回風巷扇形視等值線電阻率剖面圖

結合晉北煤業2號煤層地質報告，異常區1、4、6位于5303回風巷掘進方向正前方偏左，主要是圍巖破碎、節理裂隙發育程度高引起的積水，異常區3、5、7屬于采空區垮落區，積水概率較高，異常區2可能是圍巖破碎或含水地質體引起。

3 超前探水鉆孔設計及效果分析

以同忻煤礦2號煤層5303回風巷為工程背景進行探放水方案設計。5303回風巷位于同忻煤礦2號煤層3盤區，巷道設計走向長度為1 940.8 m，傾向長度為180 m，巷道斷面尺寸為高×寬=3.6 m×5.5 m，采用錨桿鋼帶+錨索+噴漿聯合支護。探放水方案設計遵循“物探先行、鉆探驗證、化探跟進”的原則。為保證探測效果，采用YZT6鉆孔超前探水儀在巷道迎頭進行全方位探測，YZT6鉆孔超前探水儀技術參數如下：有效探測距離為100 m，點距為1 m，鉆孔孔徑60 mm.

3.1 鉆孔參數設計

通過對5303回風巷地質資料及鉆孔數據的分析，發現5303回風巷上方可能存在積水，但是積水量及積水區域并不明確，因此方案對5303回風巷上方進行加強探測。

根據現場施工條件及地質資料，在5303回風巷迎頭布置鉆孔，如圖3所示，沿著2號煤層走向方向共布置4個探水鉆孔，其中1號～3號探水鉆孔作為試驗孔，4號探水鉆孔作為驗證孔。

圖3 探水鉆孔布置示意

探水鉆孔參數如表2所示，1號探水鉆孔與5303回風巷掘進方向平行施工，深度不小于50 m；2號探水鉆孔與1號探水鉆孔呈15°夾角施工，孔深不小于70 m；3號探水鉆孔與1號探水鉆孔呈30°夾角施工，孔深不小于70 m；4號探水鉆孔與1號探水鉆孔呈45°夾角施工，孔深不小于71 m.

表2 探水鉆孔參數

3.2 探水效果分析

現場3個探水鉆孔的實驗效果如圖4所示。

圖4 現場探水鉆孔實驗效果圖

1) 1號探水鉆孔實驗效果圖中視電導率和視極化率曲線變化不大，表明巷道掘進前方以1號探水鉆孔為圓心，30～50 m為半徑范圍內不存在異常地段。

2) 2號探水鉆孔實驗效果圖中在0～57 m范圍內視電導率和視極化率曲線變化不大，表明巷道掘進前方以2號探水鉆孔為圓心，30～50 m為半徑范圍內不存在異常地段。但是60～63 m范圍內視極化率曲線波動劇烈，說明這一范圍內存在異常地段，而且視電導率也呈現增大趨勢，但是增大量較小，說明異常地段可能是由于節理裂隙而導致的低阻異常的隱患。

3) 3號探水鉆孔實驗效果圖中在距離探水鉆孔孔口45 m位置，視電導率和視極化率曲線同步變化，但是視電導率變化幅度小于視極化率，表明在此區域范圍內圍巖存在裂隙水，在距離探水鉆孔口59 m位置視電導率發生劇烈波動，表明該區域可能存在含水，其他范圍內曲線較為平穩，大概率不存在含水區域。

通過分析現場探水數據可知，本次探測共測出3個異常區域，即2號探水鉆孔60～63 m區域記為A；3號探水鉆孔45 m位置記為B；3號探水鉆孔59 m位置記為C.考慮探水鉆孔的鉆孔角度，可知A點位于5303回風巷掘進前方45×cos15°=45.6 m，頂板及巷道下幫60×sin15°=15.6 m.B點位于5303回風巷掘進前方45×cos30°=39 m，頂板及巷道下幫45×sin30°=22.5 m.C點位于5303回風巷掘進前方59×cos30°=52 m，頂板59×sin30°=30 m.結合晉北煤業2號地質賦存條件，以A點和B點為圓心，半徑為30 m范圍內圍巖破碎，節理裂隙發育程度高，被積水充填產生低阻異常體。以C點為圓心，半徑為30 m內屬于采空區冒落區，低阻異常，有較大可能含有積水。結果表明，視等值線電阻率探測結果與YZT6探水鉆孔探測結果基本吻合，表明探測結果較為準確。

4 結 語

本文以晉北煤業2號煤層為工程背景，在5303回風巷采用TEM探測法對巷道前方含水異常區進行分析，發現巷道掘進前方存在3個異常區，分別記為A點、B點、C點，其中以A點和B點為圓心，30 m為半徑范圍內圍巖破碎，節理裂隙發育程度高，可能存在裂隙積水，以C點為圓心，30 m為半徑范圍內為采空區垮落區域，也可能含有積水。同時采用超前探水鉆孔借助YZT6探水儀進行現場驗證，結果表明，視等值線電阻率探測結果與YZT6探水鉆孔探測結果基本吻合，說明探測結果準確。