陽煤二礦深部開采煤層防治水技術(shù)研究

田義科(陽泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司二礦， 山西 陽泉 045000)

1 前言

礦井水災(zāi)是現(xiàn)階段礦井面臨的最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，隨著我國礦井開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，煤礦也已經(jīng)逐步進(jìn)入深部開采，開采過程中出現(xiàn)的水壓問題也越發(fā)嚴(yán)峻[1]。近些年，在我國的礦井也發(fā)生了一些煤礦突水的災(zāi)害，不僅嚴(yán)重的影響礦井的正?；夭?，對礦井的經(jīng)濟(jì)效果造成巨大的影響，甚至一些較為嚴(yán)重的水害還會造成人員傷亡[2-3]?，F(xiàn)階段我國已經(jīng)成為受煤礦水災(zāi)害影響最嚴(yán)重的國家之一，根據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，煤礦突水事故中85%為巷道底板高壓水通過導(dǎo)水裂隙進(jìn)入礦井或者采空區(qū)[4-6]。而我國華北地區(qū)的煤礦受底板承壓水的影響較大，主要原因是其屬于奧陶系灰?guī)r的地質(zhì)條件，該條件巖層富水性強(qiáng)、水壓高隔水層薄，斷層等構(gòu)造發(fā)育明顯，造成該區(qū)域礦井發(fā)生突水事故的危險(xiǎn)性高。

81201工作面位于15#煤層?xùn)|部，工作面開采水平為-400m水平，工作面走向長1 877m，傾向長220m。15#煤層平均厚度為7.7m，平均傾角約為4°。根據(jù)巷道實(shí)際揭露情況，進(jìn)風(fēng)巷距切巷930～1 090m范圍內(nèi)向斜、背斜構(gòu)造相間發(fā)育，煤層傾角增大至46°?；仫L(fēng)巷距切巷430m處發(fā)育一小型褶曲構(gòu)造，。

工作面蓋山厚度442～665m，地表水對生產(chǎn)無影響，上部存在K2、K3石灰?guī)r含水層，局部裂隙發(fā)育處有淋頭水，工作面處于帶壓區(qū)域內(nèi)，根據(jù)水文地質(zhì)資料顯示81201工作面屬中等富水含水層。奧灰水位為400～410m，底板隔水層厚度為70m，工作面最低標(biāo)高為385m，巷道底板所能承載的最大水頭壓力為0.25MPa。對81201工作面水文地質(zhì)條件進(jìn)行預(yù)先探測，探查81201工作面內(nèi)底板下100m范圍內(nèi)的含富水異常區(qū)的位置、范圍，分析異常富水區(qū)與81201工作面兩巷揭露構(gòu)造的關(guān)系，分析探測區(qū)內(nèi)的含富水地質(zhì)構(gòu)造分布情況，避免工作面回采期間發(fā)生突水事故。

2 礦井水災(zāi)探測技術(shù)

2.1 直流電法

直流電法勘探礦井地質(zhì)水災(zāi)原理是將埋設(shè)在井下兩個(gè)電極A、B向地面供電，通過直流電在井下建立穩(wěn)定的電場，并通過電場的分布狀態(tài)來判別井下不同電阻率時(shí)礦井的地質(zhì)狀況，其裝置示意圖如圖1所示。通過該方法既可以對工作面內(nèi)發(fā)育的斷層、褶曲等構(gòu)造進(jìn)行探測，又可以對工作面及兩巷的含水區(qū)域進(jìn)行預(yù)測，找出工作面含水規(guī)律，避免礦井發(fā)生突水災(zāi)害，保證礦井的安全高效生產(chǎn)。

圖1 對稱四極裝置圖

在81201工作面底板采用該方法對工作面含水規(guī)律進(jìn)行預(yù)先探測，通過電阻值來確定工作面含水區(qū)域。在工作面兩巷底板分別布置電極和電法測線，運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷各布置10站，每站布置64個(gè)電極，電極間距為5.5m，完成測線總長度為6 800m，相鄰2站間重疊170m，有效測線長度3 760m。

2.2 三維并行電法探測原理

三維并行電法探測技術(shù)是利用工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷分別布置電法對穿測線，利用并行電法技術(shù)特點(diǎn)，單點(diǎn)供電多點(diǎn)同時(shí)測量的技術(shù)優(yōu)勢，組成工作面面內(nèi)對穿測網(wǎng)，如圖2所示，利用工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷里面的電極，使工作面內(nèi)形成全空間覆蓋的對穿觀測網(wǎng)絡(luò)，保證工作面及兩巷全覆蓋。在工作面內(nèi)進(jìn)行三維并行電法觀測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合三維空間電法正反演技術(shù)，得到81201工作面面內(nèi)及底板下的電阻率分布情況，根據(jù)電阻率的分布規(guī)律確定工作面及兩巷底板富水區(qū)域的分布規(guī)律，為工作面疏水降壓工作提供參考指導(dǎo)。

圖2 工作面三維并行電法探測射線分布示意圖

81201工作面在運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷底板依次布置電極和電法測線，在81201工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷各布置10站，每站布置64個(gè)電極，電極間距為5.5m，工作面走向長度控制約1 880m。

3 探測結(jié)果分析

3.1 巷道底板直流并行電法探測結(jié)果

在81201工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷底板采用直流并行電法對富水區(qū)域進(jìn)行超前探測，根據(jù)在兩巷布置的電級和點(diǎn)法探測，以工作面回風(fēng)巷停采線位置為平面直角坐標(biāo)系圓點(diǎn)，圓點(diǎn)位置指向開切眼方向?yàn)閄軸正向，指向運(yùn)輸巷方向?yàn)閅軸正向。布置測點(diǎn)后進(jìn)行工作面富水區(qū)域探測，對探測的數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件處理，得到81201運(yùn)輸巷主要存在4個(gè)相對低阻區(qū)域，81201回風(fēng)巷主要存在3個(gè)相對低阻區(qū)域，阻值基本均在50Ω·m以下，各低阻區(qū)探測結(jié)果見表1。

3.2 并行電法探測結(jié)果

在81201工作面采用工作面內(nèi)三維并行電法對富水區(qū)域進(jìn)行超前探測，根據(jù)在兩巷布置的電級和電測線，以工作面回風(fēng)巷停采線位置為平面直角坐標(biāo)系圓點(diǎn)，圓點(diǎn)位置指向切眼方向?yàn)閄軸正向，指向運(yùn)輸巷方向?yàn)閅軸正向。布置測點(diǎn)后進(jìn)行工作面富水區(qū)域探測，對探測的數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件處理，得到工作面面內(nèi)主要存在5個(gè)相對低阻區(qū)，得到工作面內(nèi)三維并行電法電測深結(jié)果見表2。

4 結(jié)論

(1)以陽煤二礦81201工作面為研究對象，對礦井水災(zāi)探測技術(shù)進(jìn)行分析，分別探討了巷道底板直流電法和三維并行電法探測原理，并根據(jù)工作面實(shí)際地質(zhì)條件，分別布置了探測測點(diǎn)。

(2)對巷道底板直流電發(fā)和三維并行電法探測結(jié)果進(jìn)行分析，采用巷道底板直流電法得到81201運(yùn)輸巷主要存在4個(gè)相對低阻區(qū)域，81201回風(fēng)巷主要存在3個(gè)相對低阻區(qū)域；采用三維并行電法探測法得到81201工作面面內(nèi)主要存在5個(gè)相對低阻區(qū)。

表1 巷道底板直流并行電法探測結(jié)果

表2 三維并行電法探測結(jié)果