淺談邱集煤礦區域治理效果驗證方法在1103 工作面運用

張廣生 耿燕文

（山東能源臨礦集團邱集煤礦，山東 德州 251105）

邱集煤礦11 煤受頂底板雙重灰巖水害威脅，使用“地面順層水平定向鉆探+高壓注漿技術”進行含水層超前區域治理，將頂板四五灰改造為不含水層，底板徐灰改造為隔水層。工作面回采前常用的探測方法有直流電法探測、瞬變電磁法和鉆探等方式。本文以邱集煤礦1103 工作面為工程背景，使用直流電法、瞬變電磁法對底板巖層進行探測[1-6]，確保工作面安全開采，并通過鉆探進行復查，驗證物探效果，為1103 工作面的開采提供了保障。

1 工程背景

1.1 一采區1103 工作面概況

1103 工作面東鄰1101 工作面（已回采），西側為1105 工作面。工作面長100 m，順槽長度672～687 m，可采儲量18.5 萬t。工作面標高：-341～-408 m，地面為平坦的基本農田，無建筑物，工作面具體位置如圖1。工作面直接頂板為四五灰含水層，平均厚度9.25 m，富水性中等，是開采11 煤的直接充水含水層；底板為徐灰、奧灰含水層，巖溶裂隙發育，水量補給量充沛，難以疏干。徐灰含水層平均厚度9.81 m，富水性中等至強，上距11煤平均35.52 m。奧灰厚度大于700 m，富水性弱至強，上距11 煤平均58.86 m，是開采11 煤的間接充水含水層。

圖1 邱集煤礦1103 工作面平面位置圖

1103 工作面位于一采區首采塊段治理區域，首采塊段11 煤頂板四五灰、底板徐灰采用地面區域治理改造，工程于2016 年～2018 年施工并由中國礦業大學進行治理效果評價。經評價，頂板四五灰、底板徐灰含水層采用地面區域注漿治理改造效果良好，奧灰含水層突水系數滿足《煤礦防治水細則》規定。

1103 工作面順槽掘進期間首先采用瞬變電磁法對頂板四五灰、底板徐灰注漿治理效果進行初步驗證，未發現低阻異常。按照《煤礦防治水細則》要求，針對底板水的防治，工作面回采前應同時采用物探、鉆探方法進行效果驗證。

1.2 一采區底板徐灰注漿治理概述

一采區底板徐灰巖層，地面區域治理沿地層傾向（沿南西-北東向）進行探查，而后注漿。徐灰含水層靜水壓為3.35～4.4 MPa，注漿終壓不應小于8.8 MPa，漿液擴散半徑約40 m。

徐灰注漿終壓不得小于徐灰巖溶含水層靜水壓力的1.5～2 倍，終壓不小于8.8 MPa，認為注漿效果合格。為統一標準，按照終壓將注漿效果分為三個級別：達標區（終壓≥10 MPa），合格區（8.8 MPa ≤終壓＜10 MPa），相對薄弱區（終壓＜8.8 MPa）。經統計，1103 工作面共計注漿44 次，累計注漿量37 105 t，終壓6.5～12.0 MPa，其中合格區（終壓>8.8 MPa）38 次，薄弱區6 次。

按照標準，繪制了徐灰治理注漿效果評價圖，如圖2。1103 工作面回采范圍內98%的面積處在區域注漿改造的合格區和達標區范圍內。對于薄弱區域，井巷工程前必須進行物探、鉆探探查及注漿改造，開采前進行了井下局部注漿加固。

圖2 徐灰注漿治理效果分區圖

2 物探測量

2019 年9 月21 日至10 月25 日采用直流電法與瞬變電磁法對1103 工作面底板方向巖層進行物探探測。

2.1 直流電法探測

根據視電阻率低阻異常分布特征及現有地質水文資料綜合分析，認為1103 工作面底板含水層富水性具如下特征：

推斷4 處徐灰可能的富水區：X1 ～X4（圖3）。X1、X2 位于工作面南部，靠近1101 軌道順槽一側；X3 位于工作面北部，靠近1101 軌道順槽一側；X4位于工作面北部，靠近1103 軌道順槽一側。其中，X2、X4 分布范圍較大。

圖3 1103 工作面礦井電法探測推斷成果圖

根據探測成果推斷5 處奧灰可能的富水區域：A1～A5（圖3）。A1、A2、A3 位于工作面南部，靠近1101 工作面軌順一側；A4 位于工作面北部，靠近1101 軌順一側；A5 位于工作面北部，靠近1103 軌順一側。推斷徐灰可能的富水區X1、X2、X4 范圍內的徐灰存在與奧灰發生水力聯系的可能性。X2、A3 所在低阻異常區分布范圍大，視電阻率幅值低，徐灰、奧灰富水性較好，徐灰、奧灰水力聯系密切。異常范圍內含水層存在與工作面底板之間發生水力聯系的可能性。

推斷徐灰、奧灰富水區位于工作面北部和南部，大部分靠近1101 軌道順槽一側。工作面中部徐灰、奧灰含水層富水性較弱。

2.2 瞬變電磁探測

瞬變電磁探測于2019 年10 月15 日完成現場數據采集工作，10 月25 日完成了資料處理及報告編寫工作。分析結果如下：

（1）30°（頂）方向異常區4 處

① A1 相對低阻異常區。此處低阻異常范圍中等，施工時巷道2#～3#點存在鉆機、鉆桿，推斷此處局部煤巖層存在富水性差的可能性較大（如圖4所示）。② A2 相對低阻異常區。此處低阻異常范圍弱，推斷此處為局部煤巖層存在富水性差異的可能性較大。③ A3 相對低阻異常區為單點異常予以排除。④ A4 相對低阻異常區。此處低阻異常范圍中等，施工時巷道存在托輥堆、鐵鏈堆、80 開關、鉆桿、底板軌道等影響，推斷此處為環境干擾引起的可能性較大，為單點異常予以排除。

（2）0°方向異常區2 處

① B1 相對低阻異常區。此處低阻異常范圍中等，推斷此處為局部煤巖層存在富水性差異的可能性較大（如圖4）。② B2 相對低阻異常區。此處低阻異常范圍較弱，施工時巷道存在托輥堆、鐵鏈堆、80 開關、絞車等影響，推斷此處為環境干擾引起可能性較大，為單點異常予以排除。

（3）-40°（底）方向異常區2 處

① C1 相對低阻異常區。此處低阻異常范圍弱，推斷此處為局部煤巖層存在富水性差異的可能性較大（如圖4）。② C2 相對低阻異常區。此處低阻異常范圍中等，施工時巷道存在托輥堆、鐵鏈堆等影響，推斷此處為環境干擾引起的可能性較大，為單點異常予以排除。

圖4 相對低阻異常區分布圖

3 鉆探驗證

3.1 直流電法成果驗證

根據電法異常分布情況，在1103 膠帶順槽鉆機房內共施工探查鉆孔10 個，見表1。其中鉆孔探A1 異常區處水量20 m3/h，其他9 個鉆孔揭露異常區巖層水量均小于10 m3/h。經鉆探驗證物探分析異常區富水性弱。

表1 直流電法探測成果鉆探驗證統計表

根據鉆孔揭露徐、奧灰含水層處水壓數據，對物探異常區突水系數進行計算。根據公式：T=P/M。T為突水系數，MPa/m；P為底板隔水層承受的水壓，MPa；M為隔水層厚度平均值，徐灰取35.52 m，奧灰取58.86 m。突水系數計算結果見表2。

表2 直流電法探測異常區含水層突水系數計算表

3.2 瞬變電磁探測成果驗證

1103 工作面瞬變電磁探測共劃分相對富水異常區3 處。其中A1 異常區靠近1101 工作面側，并且工作面已安全推采，未發生頂板淋水，此處異常排除富水的情況。根據對A2、B1、C1 三處異常區探查情況（見表3），確定瞬變電磁探測異常區富水性差，對工作面回采無影響。

表3 瞬變電磁探測成果鉆探驗證統計表

4 結論

（1）1103 工作面底板灰巖含水層為徐灰、奧灰。徐灰平均厚度9.81 m，巖溶裂隙發育，水量補給量充沛，難以疏干，上距11 煤平均35.52 m，屬于開采11 煤的間接充水含水層。雖然經過注漿治理，但為了保證安全必須對其治理效果進行檢測。

（2）電法探測推斷徐灰、奧灰富水區位于工作面北部和南部，大部分靠近1101 軌道順槽一側。工作面中部徐灰、奧灰含水層富水性較弱。

（3）瞬變電磁探測結果可見A1 相對低阻異常區，綜合分析相對富水性評價為中等；A2、B1 相對低阻異常區，測線120～260 m 范圍，該區域范圍中等，命名為Ⅱ號相對富水異常區，綜合分析相對富水性評價為中等；C1 相對低阻異常區，綜合分析相對富水性評價為弱等。

（4）根據物探異常區分布范圍處煤巖層條件，鉆探驗證屬地層正常塊段。探查鉆孔揭露徐灰涌水量均小于10 m3/h。綜合確定電法探測異常區、瞬變電磁探測異常區富水性差，對工作面回采無影響。1103 工作面底板徐灰區域治理達到設計要求，具備開采的條件。