林南倉(cāng)礦防治水綜合立體勘探技術(shù)應(yīng)用

劉永剛，冼偉東

(1．開(kāi)灤集團(tuán)林南倉(cāng)礦業(yè)分公司，河北 唐山 064106;2．開(kāi)灤集團(tuán)煤業(yè)公司，河北 唐山 063018)

前言

林南倉(cāng)礦為一沖積層覆蓋下的石炭二疊紀(jì)含煤構(gòu)造盆地，礦井的直接充水含水層為煤5頂板、煤5－煤12、煤12－煤14、煤14－K3四個(gè)砂巖裂隙含水層(組)，補(bǔ)給水源主要為沖積層底部礫石強(qiáng)含水層和煤系底部的奧陶石灰?guī)r水，由于沖積層底部礫石層水的動(dòng)。靜儲(chǔ)量十分豐富與煤系各含水層均角度不整合，因而它不僅可以對(duì)上述直接充水含水層從基巖面向下順層進(jìn)行正常補(bǔ)給，而且還與奧灰水之間有極為廣闊的互補(bǔ)關(guān)系，使奧灰水也有可能通過(guò)沖積層底部礫石層向各煤系含水層進(jìn)行間接補(bǔ)給。由于采后破壞，出現(xiàn)了以開(kāi)采區(qū)為中心的降落漏斗，造成含水層之間存在著水力聯(lián)系，并隨著開(kāi)采深度的增加，這種水力聯(lián)系也在增強(qiáng)。

林南倉(cāng)礦屬水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜，礦井水害事故頻繁發(fā)生，從建礦至今發(fā)生涌水大于1m3/min突水事故20多起，最大突水量9．28m3/min，嚴(yán)重威脅了礦井的正常開(kāi)采。從實(shí)際開(kāi)采情況看這些突水事故的發(fā)生，水源主要來(lái)自于煤12－煤14含水層，煤14－k3含水層和部分來(lái)自于奧灰含水層，突水通道主要以斷層和裂隙為主，在林南倉(cāng)礦的掘進(jìn)和開(kāi)拓巷道施工的過(guò)程中，采用物探、化探和鉆探相結(jié)合的方法，通過(guò)對(duì)各種探測(cè)成果資料的綜合分析，解決了巷道施工中遇到的復(fù)雜的水文地質(zhì)條件探測(cè)問(wèn)題，從而形成了綜合立體探測(cè)技術(shù)，保證林南倉(cāng)礦采掘工程的防治水安全。

林南倉(cāng)礦2123工作面采用物探、化探和鉆探相結(jié)合的綜合立體勘探方法對(duì)2123上風(fēng)道巷道突水進(jìn)行了勘探，探明了2123工作面的水文地質(zhì)情況，并取得了技術(shù)成果。

1．2123工作面水文地質(zhì)條件

2123工作位于二水平西一采區(qū)，施工層位為煤12，主要充水因素為煤12頂、底板含水層，從本區(qū)域的工作面施工情況看:含水層賦水性較強(qiáng)。特別是煤12－煤14含水層對(duì)掘進(jìn)巷道的施工影響較大，該含水層以粉砂巖、細(xì)砂巖為主，為泥矽質(zhì)膠結(jié)，巖石堅(jiān)硬，裂隙發(fā)育。該段內(nèi)細(xì)砂巖主要分布于煤12底板和12半底板。本含水層富水區(qū)段主要集中于煤12底板細(xì)砂巖、煤12半底板細(xì)砂巖及煤14頂板鈣質(zhì)粉砂巖中。從采區(qū)附近的水文觀測(cè)孔資料分析:倉(cāng)生5鉆孔單位涌水量為0．14L/s·m，滲透系數(shù)為2m/d。

2123上風(fēng)道施工到點(diǎn)23+4前12．6m位置時(shí)，巷道后側(cè)出現(xiàn)涌水，涌水為止位置在23+3點(diǎn)處以里6m段，距開(kāi)口27m，距迎頭30m，出水形式為頂板淋水。此處掘進(jìn)時(shí)巷頂有0．03m3/min的涌水，2013年4月17日21點(diǎn)左右水量開(kāi)始增大，并伴有頂板來(lái)壓的咔咔聲，22點(diǎn)左右水量增大到0．6m3/min，并伴有臭味，涌水量最大為2．0m3/min，目前涌水點(diǎn)位置位于2123上風(fēng)工作面迎頭，涌水量穩(wěn)定在1．0m3/min左右，穩(wěn)定周期已達(dá)15個(gè)月。

2．水文地質(zhì)條件綜合勘探

在2123上風(fēng)道出現(xiàn)涌水后，為了查明巷道涌水水源，林南倉(cāng)礦立即開(kāi)展了大規(guī)模的物探、鉆探、水質(zhì)跟蹤監(jiān)測(cè)相結(jié)合的綜合水文地質(zhì)條件探查。

2．1 物探工作

2．1．1 直流電法探測(cè)

采用礦井直流電法探測(cè)儀在2123工作面上風(fēng)做超前探測(cè)，主要利用巖層電性差異根據(jù)探測(cè)掘進(jìn)工作面前方120m范圍內(nèi)的巖石電阻率相對(duì)變化，解釋探測(cè)區(qū)域內(nèi)的含水異常地質(zhì)體。超前探測(cè)成果如圖1。

圖1 2123上風(fēng)道直流電法成果圖

從圖1中可以看出，2123巷道前方有一處低阻，即異常2#異常區(qū)，此異常區(qū)位于上風(fēng)道探測(cè)前方25m～45m左側(cè)區(qū)域，在該區(qū)域上瞬變電磁在各層位的探測(cè)成果圖中，低阻反映較為明顯，視電阻率值變化較大，在頂板探測(cè)成果圖中較為明顯。推斷在該區(qū)域砂巖裂隙較為發(fā)育，疑為引起突水的導(dǎo)水通道。

東星源礦山科技有限公司于2013年11月采用礦井瞬變電磁法對(duì)2123工作面上風(fēng)道附近區(qū)域頂?shù)装搴畬痈凰苑植记闆r進(jìn)行探測(cè)。林南倉(cāng)礦物探成果如圖3:

圖2 2123上風(fēng)道瞬變電磁成果圖

瞬變電磁物探成果分析:結(jié)合工作面水文地質(zhì)資料及本次探測(cè)施工時(shí)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)所得到的視電阻率等值線斷面圖進(jìn)行分析，本次劃分相對(duì)富水異常區(qū)2處(見(jiàn)圖3):

I號(hào)相對(duì)富水異常區(qū):位于2123上風(fēng)道28～78m范圍內(nèi)及大眼中段70～90m范圍內(nèi)，相對(duì)富水性評(píng)價(jià)為中等;

II號(hào)相對(duì)富水異常區(qū):位于大眼中段90～145m范圍內(nèi)，相對(duì)富水性評(píng)價(jià)為弱。

2．2 鉆探工作

通過(guò)物探結(jié)果結(jié)合工作面的水文地質(zhì)條件，林南倉(cāng)礦地測(cè)科在2123上風(fēng)道鉆窩內(nèi)施工了探測(cè)孔，共施工了兩個(gè)鉆孔，鉆孔結(jié)果如表1。

表1 2123上風(fēng)道瞬變電磁成果圖

孔內(nèi)涌水量及水壓情況:1號(hào)孔未見(jiàn)涌水;2號(hào)孔在51．3m見(jiàn)涌水，涌水量為0．4m3/min，施工至59．2m涌水量增大到2．4m3/min，測(cè)得水壓為2．4MPa，涌水量穩(wěn)定在1．67m3/min，到目前涌水未見(jiàn)衰減。

鉆探成果如圖4。

鉆探結(jié)果顯示:超前孔1號(hào)孔結(jié)果顯示2123上風(fēng)鉆窩處N289°方位上93．5m巖層賦水性較較弱，超前孔2號(hào)孔結(jié)果顯示2123上風(fēng)鉆窩處N265°方位上在51．3至59．2m范圍內(nèi)巖層賦水性強(qiáng)，此位置距離2123上風(fēng)迎頭上幫25．3m，此范圍區(qū)域可能存在較大的裂隙，裂隙內(nèi)水量賦存較豐富。

2．3 水質(zhì)化驗(yàn)工作

通過(guò)林南倉(cāng)礦以前水質(zhì)分析，煤12至煤14含水層、煤14至K3和奧灰含水層的各種離子含量(毫克當(dāng)量%)的平均值統(tǒng)計(jì)如表2。

圖3 2123上風(fēng)道瞬變電磁成果圖

圖4 2123上風(fēng)道鉆探成果圖

表2 林南倉(cāng)礦主要含水層的各離子含量(毫克當(dāng)量%)的平均值

林南倉(cāng)礦地測(cè)科對(duì)2123上風(fēng)道鉆窩鉆孔及2123迎頭水質(zhì)進(jìn)行了跟蹤化驗(yàn)，林南倉(cāng)礦2123上風(fēng)道鉆窩鉆孔及2123迎頭涌水水質(zhì)水樣各離子含量(毫克當(dāng)量%)分別如表3、表4。

表3 2123上風(fēng)道鉆窩鉆孔水質(zhì)化驗(yàn)各離子含量(毫克當(dāng)量%)的平均值

表4 2123上風(fēng)道迎頭涌水水質(zhì)化驗(yàn)各離子含量(毫克當(dāng)量%)的平均值

通過(guò)2123上風(fēng)道鉆窩鉆孔及2123迎頭的水質(zhì)化驗(yàn)分析，2123上風(fēng)道鉆窩鉆孔涌水與2123迎頭涌水的水質(zhì)所含的各離子含量(毫克當(dāng)量%)基本一致，因此兩處的水源是聯(lián)通的，通過(guò)兩處的水質(zhì)化驗(yàn)的結(jié)果與我礦以往的各含水層水質(zhì)分析結(jié)果比對(duì)分析，此兩處涌水水源水質(zhì)類(lèi)型為重碳酸鈣型水(HCO3－CaMgNa型)，水樣化學(xué)特征為碳酸鹽硬度超過(guò)50%，水質(zhì)類(lèi)型接近奧灰含水層水質(zhì)，因此區(qū)域涌水水源有奧灰水參與。

2．4．綜合勘探成果

林南倉(cāng)礦利用物探、鉆探與水質(zhì)跟蹤化驗(yàn)相結(jié)合的綜合勘探方法，查明了2123工作面區(qū)域復(fù)雜的水文地質(zhì)條件:2123上風(fēng)道前方預(yù)計(jì)存在大地質(zhì)構(gòu)造導(dǎo)通了工作面下部含水層水，巷道涌水水源初步確定為煤14—k3含水層，同時(shí)奧灰含水層的水可能通過(guò)構(gòu)造裂隙形成越流補(bǔ)給。

3．總結(jié)

通過(guò)應(yīng)用綜合立體勘探方法能夠使林南倉(cāng)礦探清采掘巷道施工中所遇到的復(fù)雜水文地質(zhì)異常區(qū)，避免了林南倉(cāng)礦在生產(chǎn)過(guò)程中重大水害事故的發(fā)生，保證林南倉(cāng)礦采掘工程的防治水安全。

[1]鐘亞平．開(kāi)灤煤礦防治水綜合技術(shù)研究．煤炭工業(yè)出版社．2001．

[2]朱炎銘、毛善君．林南倉(cāng)礦業(yè)分公司礦井地質(zhì)報(bào)告[R]．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)與北京龍軟科技發(fā)展有限公司，2008．

[3]靜恩杰，李志聃．瞬變電磁法基本原理．中國(guó)煤田地質(zhì)．1995年第2期．