煤礦順槽地質(zhì)探查的技術(shù)研究與實(shí)例應(yīng)用

王廣順，蘇 剛

（新汶礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司翟鎮(zhèn)煤礦，山東 泰安 271200）

1 提出問(wèn)題

該煤礦2507 掘進(jìn)順槽施工過(guò)程中，地質(zhì)情況不明確，受此影響制約礦井開(kāi)發(fā)進(jìn)度，對(duì)此需要專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行地質(zhì)工程綜合評(píng)價(jià)，通過(guò)綜合評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、制定應(yīng)對(duì)措施，對(duì)地質(zhì)情況等進(jìn)行綜合分析后，開(kāi)展井下地質(zhì)探查鉆孔施工，確保礦井的安全高效開(kāi)采，為現(xiàn)場(chǎng)提供有力依據(jù)。

2 分析問(wèn)題

2.1 工程概況

2507 掘進(jìn)順槽位于礦井二采區(qū)，為二采區(qū)西翼綜掘工作面，掘進(jìn)順槽自開(kāi)門位置起沿5 號(hào)煤頂板推進(jìn)，主要分為四段施工，第一部分為開(kāi)門抹角段，沿5 號(hào)煤頂板按照8m 半徑抹片口；第二部分為施工凈寬4.2m、凈高2.7m 車場(chǎng)25m；第三部分為縮巷道右?guī)透臑閿嗝鎯魧?.6m、凈高2.7m 掘進(jìn)10m 以后以10°下坡施工，見(jiàn)5 號(hào)煤層底板后順底板掘進(jìn)；第四部分為按照斷面凈寬3.6m、凈高2.7m 掘進(jìn)施工掘進(jìn)順槽至切眼停掘位置。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

該礦井井田屬于單斜構(gòu)造，地層比較平緩，礦井主要開(kāi)采5 號(hào)煤層，所開(kāi)采2507 掘進(jìn)順槽為二采區(qū)工作面，現(xiàn)重點(diǎn)研究該掘進(jìn)順槽的地質(zhì)情況。5 號(hào)煤層位于山西組下部，煤層厚度5m～6m，煤層平均厚度5.5m，煤層結(jié)構(gòu)屬于簡(jiǎn)單類型，含1-2 層夾矸。

2.3 巖性特征

為更好地開(kāi)采該工作面，分析2507 掘進(jìn)順槽頂?shù)装鍘r性特征情況為：煤層頂板巖性為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)頁(yè)巖；煤層底板巖性為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖。

2.4 瓦斯情況

瓦斯相對(duì)涌出量1.20m3/t，絕對(duì)涌出量0.80m3/min；二氧化碳相對(duì)涌出量1.20m3/t，絕對(duì)涌出量0.80m3/min，礦井通防科具體負(fù)責(zé)瓦斯治理工作。

2.5 水文地質(zhì)

1.河流水系：井田內(nèi)無(wú)常年性河流，僅在井田中部、東北部發(fā)育2 條沖溝，均由東南向西北傾斜，但屬季節(jié)性排洪沖溝，僅在雨季有短暫洪水從溝谷中流出，在井田外向西匯入河流。經(jīng)分析，該地質(zhì)因素不構(gòu)成主要災(zāi)害威脅，但是，隨著礦井的開(kāi)采，淺層地下水被疏干，水位下降，破壞了自然的地下水水力聯(lián)系，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失，進(jìn)而影響到整個(gè)礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境和巖土體環(huán)境。

2.頂?shù)装逅壕飪?nèi)山西組、太原組各含水層單位涌水量均小于0.1L/s.m，富水性弱。

3.陷落柱：根據(jù)物探分析實(shí)際，以及臨近采掘工程實(shí)際，未揭露陷落柱。經(jīng)分析，上述第二和第三項(xiàng)地質(zhì)因素不構(gòu)成主要災(zāi)害威脅。

4.奧灰水：井田內(nèi)下部承壓水為奧灰水，奧灰水位標(biāo)高為807m～810m 之間，通過(guò)對(duì)奧灰水的突水危險(xiǎn)性進(jìn)行預(yù)測(cè)，計(jì)算得出2507 掘進(jìn)順槽突水系數(shù)小于0.06MPa/m，并結(jié)合《煤礦防治水規(guī)定》及礦井實(shí)際進(jìn)行分析。經(jīng)分析，受奧灰水突水危險(xiǎn)性小，該地質(zhì)因素不構(gòu)成主要災(zāi)害威脅。

5.順槽積水：主要積水來(lái)源為防塵、冷卻水、內(nèi)外噴霧等生產(chǎn)用水。

經(jīng)分析，該因素不構(gòu)成主要災(zāi)害威脅。但是，隨著礦井開(kāi)采，采空區(qū)頂板冒落后產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶會(huì)加強(qiáng)上覆各含水層間的上下水力聯(lián)系，故預(yù)測(cè)今后礦井涌水量可能有增大的趨勢(shì)。

6.老空區(qū)積水：2507 掘進(jìn)順槽東南方向與2505綜采工作面相鄰，西南方向與二采區(qū)下山相鄰，這其中，2505 綜采工作面形成的采空區(qū)積水，是對(duì)該順槽的主要水害來(lái)源。經(jīng)分析，該地質(zhì)因素構(gòu)成了主要災(zāi)害威脅，需要重點(diǎn)進(jìn)行防治，本文將圍繞此項(xiàng)災(zāi)害防治工作進(jìn)行重點(diǎn)研究。

2.6 地質(zhì)工程綜合評(píng)價(jià)

綜上，地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯、河流水系、頂?shù)装逅⑾萋渲粚?duì)礦井構(gòu)成主要威脅。水害為主要災(zāi)害威脅，主要是存在臨近回采工作面老空區(qū)積水，為礦井開(kāi)采過(guò)程中主要的災(zāi)害威脅，建議采取以下措施：

（1）成立專門防治水組織機(jī)構(gòu)和施工隊(duì)伍，加強(qiáng)人員培訓(xùn)和業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，確保人員持證上崗。（2）嚴(yán)格落實(shí)探放措施，完善配套排水設(shè)備，在掘進(jìn)順槽低洼地段安設(shè)好水泵及管路，并保持管路暢通，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常[1]。（3）及時(shí)掌握臨近回采工作面開(kāi)采結(jié)束后形成的采空區(qū)積水情況，根據(jù)礦井生產(chǎn)接續(xù)計(jì)劃，預(yù)留一定距離的防隔水煤柱。

3 解決問(wèn)題

根據(jù)地質(zhì)工程綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，制定了綜合措施以此解決問(wèn)題，包括：建立專業(yè)專業(yè)探放水隊(duì)伍、完善探放水設(shè)備設(shè)施、優(yōu)化探查鉆孔設(shè)計(jì)方案、明確探查鉆孔與掘進(jìn)的超前關(guān)系、分析排水能力、設(shè)計(jì)施工鉆窩鉆孔套管、明確施工注意事項(xiàng)和各項(xiàng)記錄、做好探查鉆孔的終孔封孔等[2]，具體內(nèi)容如下。

3.1 專業(yè)探放水隊(duì)伍

礦井建立健全探放水機(jī)構(gòu)，設(shè)立礦井防治水專業(yè)管理機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)防治水具體工作。區(qū)隊(duì)每班由探水隊(duì)長(zhǎng)指揮施工作業(yè)，每班探水帶證人員不少于三人，防治水專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)盯班指導(dǎo)，確保施工安全[3]。

3.2 探放水設(shè)備設(shè)施

配備瞬變電磁儀、高分辨電法儀、架柱式液壓回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、煤礦用坑道鉆機(jī)、輔助探水鉆，2 寸排水管、水泵、直徑50mm×0.8m/1.0m 鉆桿、直徑63mm（開(kāi)孔鉆頭直徑70mm）×1m 套管及10Mpa 壓力表。

3.3 探查鉆孔設(shè)計(jì)方案

按照先物探、后鉆探、化探輔助的順序，首先，采用高分辨直流電法儀、礦用瞬變電磁儀物探，按采掘進(jìn)度超前物探水[4]，測(cè)深不得小于75m。其次，采用鉆機(jī)鉆探水作業(yè)。在此期間，當(dāng)有淋水、涌水時(shí)采用化探分析，組織專業(yè)人員化驗(yàn)酸堿值及水質(zhì)。

在2507 掘進(jìn)順槽分兩排扇形布置7 個(gè)探查鉆孔，具體如下：

第一排布置1#、2#、3#探查鉆孔，探查鉆孔距底板1m，探查鉆孔間距0.8m，仰角1°。

第二排布置4#、5#、6#探查鉆孔，探查鉆孔距底板1.2m，探查鉆孔間距0.8m，仰角2°。

1#、3#探查鉆孔分別從迎頭中線向兩幫傾斜13°，探查鉆孔深度90m，探查鉆孔終孔距煤層底板2.6m，探查鉆孔的終點(diǎn)與兩幫的垂距20m。

4#、6#探查鉆孔分別從迎頭中線向兩幫傾斜13°，探查鉆孔深度90m，探查鉆孔終孔距煤層頂板1m，探查鉆孔的終點(diǎn)與兩幫的垂距20m。

2#探查鉆孔沿巷道的中線鉆進(jìn)，探查鉆孔深度90m。

5#探查鉆孔沿巷道的中線鉆進(jìn)，探查鉆孔深度120m，探查鉆孔終孔入頂板巖石1.5m。

同時(shí)，在第二排布置巷幫7#探查鉆孔，探查鉆孔深度10m，探查鉆孔距底板1m、垂直巷道右?guī)停瑢ｉT用于探放臨近右側(cè)2505 工作面采空區(qū)積水。

3.4 探查鉆孔與掘進(jìn)的超前關(guān)系

每次探查鉆孔施工結(jié)束后，掘進(jìn)施工距離不得大于60m，探查鉆孔終點(diǎn)必須超前掘進(jìn)迎頭30m。

3.5 排水能力分析

1.礦井排水能力：礦井正常涌水量18m3/h、最大涌水量25m3/h、井底中央主水倉(cāng)660m3、副水倉(cāng)460m3，內(nèi)外水倉(cāng)通過(guò)分水閘門聯(lián)系。井底中央泵房安裝3 臺(tái)水泵，1 臺(tái)工作，1 臺(tái)檢修，1 臺(tái)備用，配套電機(jī)均為110kW，水泵額定流量均為85m3/h，額定揚(yáng)程均為270m，排水管路兩趟，直徑為133mm，沿主立井敷設(shè)，一趟工作，一趟備用，能夠滿足礦井排水和清倉(cāng)要求。

2.二采區(qū)排水能力：二采區(qū)主水倉(cāng)最大容量350m3，副水倉(cāng)最大容量320m3，水倉(cāng)最大容量700m3，安裝3臺(tái)水泵，1 臺(tái)工作，1 臺(tái)檢修，1 臺(tái)備用，配套電機(jī)均為132kW，水泵額定流量均為85m3/h，額定揚(yáng)程均為360m，排水管路兩趟，直徑為133mm，沿二采區(qū)軌道下山、一采區(qū)運(yùn)輸下山敷設(shè)至中央水倉(cāng)，一趟工作，一趟備用，能夠滿足二采區(qū)排水和清倉(cāng)要求。

3.掘進(jìn)工作面水倉(cāng)排水能力：掘進(jìn)工作面水倉(cāng)最大容量45m3，安裝1 臺(tái)水泵，配套電機(jī)為5.5kW，水泵額定流量為12.5m3/h，額定揚(yáng)程為80m，排水管路直徑為50mm，敷設(shè)排水管路一趟至二采區(qū)水倉(cāng)。

4.礦井強(qiáng)排水能力：在二采區(qū)底部安裝強(qiáng)排水系統(tǒng)，每小時(shí)可強(qiáng)排水150m3。

3.6 鉆窩設(shè)計(jì)施工

鉆機(jī)施工期間的鉆機(jī)窩利用現(xiàn)有掘進(jìn)順槽，疏排水利用掘進(jìn)順槽排水池和水倉(cāng)，檢查、整修、加固鉆場(chǎng)周圍支護(hù)，水池、水倉(cāng)地點(diǎn)支護(hù)完好可靠，無(wú)空頂、無(wú)懸矸、無(wú)頂板離層網(wǎng)兜，施工點(diǎn)里外各5m 范圍內(nèi)無(wú)雜物，底板平整并且沒(méi)有浮矸。

3.7 鉆孔設(shè)計(jì)施工

開(kāi)孔鉆頭直徑70mm，鉆桿直徑50mm×0.8m/1m 鉆桿，如果鉆孔施工過(guò)程中遇到涌水，做完簡(jiǎn)易“三量”觀測(cè)后，用水泥注漿封閉后方可向下鉆進(jìn)。如果鉆孔施工過(guò)程中遇到地質(zhì)構(gòu)造，由專業(yè)技術(shù)人員標(biāo)定探水孔的傾角、開(kāi)孔位置距底板的高度。

3.8 套管固管施工

針對(duì)探放2505 回采工作面采空區(qū)積水的7#探查鉆孔進(jìn)行套管固管，下入直徑63mm 孔口套管，起保護(hù)孔口和防止突水作用，鉆孔附近配有排水系統(tǒng)，保證鉆孔涌水時(shí)能及時(shí)排干。孔口套管封固后養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于48 小時(shí)，然后壓注清水做孔口套管耐壓實(shí)驗(yàn)，固管終壓不得小于靜水壓力的1.5 倍，穩(wěn)定時(shí)間不小于30 分鐘，孔口無(wú)松動(dòng)且周圍煤壁無(wú)滲漏水視為合格，否則進(jìn)行重封。

3.9 鉆具丈量校正

如果遇到斷層、嚴(yán)重涌漏水段及終孔均應(yīng)丈量鉆具全長(zhǎng)，按規(guī)定校正孔深。誤差較大時(shí)則應(yīng)重新丈量鉆具，并查明誤差原因。

3.10 施工注意事項(xiàng)

探查鉆孔施工前懸掛牌板、記錄牌板和起始位置牌板，由技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)會(huì)同探查人員，以原設(shè)計(jì)確定鉆孔位置，任何人不得擅自更改。嚴(yán)格執(zhí)行掘、探分離，不得任意私自更改設(shè)計(jì)方案。由專人每班丈量掘進(jìn)距離，真實(shí)、準(zhǔn)確的在探查牌板中填入掘進(jìn)距離、超前距離、時(shí)間、班次、丈量人。探查鉆孔施工期間必須停止一切與探放水無(wú)關(guān)的工作，瓦斯報(bào)警儀、瓦斯探頭懸掛位置符合規(guī)定，并保證正常使用[5]。特別是鉆孔接近老空，預(yù)計(jì)可能有瓦斯或其他有害氣體涌出，必須有專職瓦斯檢查人員在現(xiàn)場(chǎng)盯班，檢查空氣成分，如果瓦斯或其他有害氣體濃度超過(guò)規(guī)程規(guī)定時(shí)，必須立即停止鉆進(jìn)，切斷電源，撤出人員，并報(bào)告調(diào)度室，及時(shí)處理。

3.11 施工期間記錄

現(xiàn)場(chǎng)持證人員施工探查鉆孔期間，記錄出現(xiàn)涌漏水點(diǎn)的深度，層位及最大涌漏水量，及時(shí)通知專業(yè)技術(shù)人員。鉆探過(guò)程中，要及時(shí)、準(zhǔn)確記錄孔底特性、層位、深度、水壓、水量等情況，并將當(dāng)班工作量上報(bào)，施工期間，各項(xiàng)原始記錄要及時(shí)、清楚、準(zhǔn)確，不得采取回憶式記錄，確保及時(shí)規(guī)范進(jìn)行記錄。

3.12 終孔封孔要求

如無(wú)異常情況，鉆孔按設(shè)計(jì)要求終孔；如鉆孔鉆進(jìn)至斷層破碎帶后，或者鉆孔揭露涌水量過(guò)大時(shí)，達(dá)到水文鉆孔觀測(cè)目的且影響鉆探施工時(shí)，可提前終孔。針對(duì)探放2505 回采工作面采空區(qū)積水的7#探查鉆孔疏放水完畢后進(jìn)行封閉，封孔時(shí)使用硅酸鹽水泥，封孔質(zhì)量達(dá)到合格要求。

4 總結(jié)

1.通過(guò)對(duì)該煤礦2507 掘進(jìn)順槽進(jìn)行地質(zhì)工程評(píng)價(jià)，分析得出施工期間，受頂?shù)装迳皫r水的影響，礦井主要的災(zāi)害來(lái)源于臨近回采工作面老空區(qū)積水，并組織了探查鉆孔施工。通過(guò)綜合分析施工的7 個(gè)探查鉆孔，在施工位置前方，鉆孔控制范圍內(nèi)：

1-6#探查鉆孔實(shí)際施工過(guò)程中，并未發(fā)現(xiàn)斷層、陷落柱等導(dǎo)水通道，但是不排除有斷層或者斷層出現(xiàn)擺動(dòng)的可能性，建議在該掘進(jìn)順槽施工期間，加強(qiáng)地質(zhì)觀測(cè)，確保礦井安全開(kāi)采。

7#探查鉆孔有效探放出2505 回采工作面采空區(qū)積水，及時(shí)有效地疏排了采空區(qū)積水，降低水壓在合理范圍內(nèi)，防止2507 掘進(jìn)順槽施工過(guò)程中與未知的含水區(qū)域突然貫通，根據(jù)安全要求留設(shè)防水煤柱，防水煤柱的尺寸，應(yīng)根據(jù)了解區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、煤層賦存狀況、圍巖性質(zhì)、開(kāi)采方法及煤層移動(dòng)規(guī)律而定，嚴(yán)禁破壞各種隔水煤柱進(jìn)行采掘活動(dòng)。

通過(guò)合理安排探水角度、深度、方位等技術(shù)參數(shù)，確保了井下地質(zhì)探查工程的順利開(kāi)展，達(dá)到預(yù)期目的。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收，各個(gè)探查鉆孔均嚴(yán)格按照施工組織設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了施工，且安全、全面地完成了施工任務(wù)，達(dá)到了探查鉆孔施工目的，有效超前預(yù)測(cè)預(yù)判災(zāi)害問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格堅(jiān)持嚴(yán)格落實(shí)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采的16 字方針原則，實(shí)施“采前物探-超前探（疏）放-動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)”的安全開(kāi)采技術(shù)體系，為礦井采掘活動(dòng)提供了保障。

2.通過(guò)以上地質(zhì)探查的技術(shù)研究與實(shí)例應(yīng)用，為順槽施工提供了可靠的地質(zhì)資料依據(jù)，創(chuàng)造了良好條件，對(duì)礦井其它采掘工作面的安全高效開(kāi)采具有較好的借鑒意義。