綜合探測在回采面隱蔽構(gòu)造及探放水中的應(yīng)用

趙東東

（山西晉煤集團陽城晉圣誠南煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048100）

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤礦隱蔽構(gòu)造和積水探測技術(shù)更加多樣，廣大技術(shù)人員采取了多種技術(shù)方法對煤礦構(gòu)造和積水進行了探測，如：馬留柱［1］等采用CT成像技術(shù)對燕子山礦8208工作面構(gòu)造進行了探測；李旭鋒［2］采用槽波探測技術(shù)對霍爾辛赫煤業(yè)3303工作面的隱蔽構(gòu)造進行了探；王偉［3］采用音頻電透視法對王莊煤礦7102工作面頂板水進行了探測；賈榮華［4］采用理論分析、物探及現(xiàn)場鉆探手段對工作面上方覆巖主要含水層情況進行詳細(xì)的探查與分析。本文以誠南煤業(yè)15102回采工作面為背景，采用綜合探測技術(shù)，即采用無線電波和瞬變電磁法進行探測，及鉆探驗證對工作面隱蔽構(gòu)造和含水區(qū)進行了探測分析。

1 工程概況

誠南煤業(yè)15102工作面開采15#煤層，煤厚約2.8 m，煤層傾角3°左右，直接頂板為泥巖，厚3.5 m左右，老頂為K2灰?guī)r，底板為泥巖。該工作面東部為實體煤15#15103工作面（未掘），北部為小煤窯采空區(qū)，西部為15101工作面（已掘），南部為軌道大巷，膠帶大巷（已施工）。工作面走向長850 m，回采長度為700 m；傾斜寬120 m，標(biāo)高為+650～+740 m，蓋層厚度60～100 m。根據(jù)15102工作面地質(zhì)資料及順槽巷道掘進揭露，工作面會遇到多個構(gòu)造，局部頂板節(jié)理發(fā)育，煤體疏松破碎。工作面順槽巷道掘進中涌水主要來源為頂板灰?guī)r巖溶水，涌水形式為頂板淋水、頂板裂隙滲水，預(yù)計最大涌水量10 m3/h，正常涌水量1 m3/h。

15102工作面圈定后，需探測和掌握工作面開采范圍內(nèi)煤層賦存和構(gòu)造情況，并對工作面圈定范圍內(nèi)進行探放水工作，防止工作面回采過程中發(fā)生涌水事故，保證工作面回采安全。

2 無線電波構(gòu)造探測

2.1 探測方案

本次探測在兩條巷道進行，采用一發(fā)一收方式，一條巷道接收無線電波，一條巷道發(fā)射無線電波。在15102運輸巷共布置15個發(fā)射點，對應(yīng)每個發(fā)射點在15102回風(fēng)巷接收11個實測場強值；在15102回風(fēng)巷發(fā)射時，共布置15個發(fā)射點，對應(yīng)每個發(fā)射點在15102運輸巷接收11個實測場強值。發(fā)射點間距為50 m，接收點間距10 m。

2.2 結(jié)果分析

采集的數(shù)據(jù)采用無線電波透視CT軟件進行反演，得到實測場強曲線圖和實測場強圖，見圖1。其中藍色調(diào)區(qū)越深表明其場強值越低，即該段煤層無線電波穿透能力低，為潛在的構(gòu)造異常區(qū)。據(jù)實測場強值變化特征和實測場強圖綜合分析，該工作面主要有6個探測異常區(qū)，分別在15102工作面往切眼方向0～60 m，190～330 m，360～420 m，480～550 m，610～690 m和720～750 m，推測為斷層或煤層變薄。

圖1 普通鉆孔布置

3 瞬變電磁法富水探測

3.1 探測方案

在15102工作面運輸順槽和回風(fēng)順槽布置4條測線，測線上每間隔10 m布置1個測點，測線長度700 m，探測方向見圖2。

圖2 工作面探測

3.2 結(jié)果分析

本次實測巖層的電性特征視電阻率在0～200Ω之間，推斷15102工作面內(nèi)視電阻率低于20Ω的區(qū)域可能存在裂隙水。將探測順層方向成果切片圖與工作面采掘工程平面圖進行疊加，得到綜合探測成果圖，見圖3。圖中橫坐標(biāo)0點位置對應(yīng)巷道切眼位置，縱坐標(biāo)軸為沿探測方向的距離，橫坐標(biāo)軸對應(yīng)巷道測線；圖中不同色標(biāo)表示不同的視電阻率值，從冷色調(diào)到暖色調(diào)表示視電阻率值不斷升高，即從藍色到紅色表示視電阻率不斷升高。

圖3 順層礦井瞬變電磁法探測視電阻率等值線擬斷面圖疊加

結(jié)合現(xiàn)場施工情況和相關(guān)地質(zhì)資料分析，對15102工作面順層富水性情況及其電性特征有了整體認(rèn)識。15102工作面內(nèi)頂板方向均存在低阻異常區(qū)域，其中切眼處為0 m，向停采線方向遞增。YC1位于60～160 m深度范圍頂板深度約為20 m以外，推斷為頂板裂隙水；YC2位于工作面內(nèi)部200～240 m范圍，距離頂板方向20 m以外，該低阻異常推斷為頂板裂隙水；YC3位于工作面內(nèi)部280～460 m范圍，距離頂板20 m以外，該低阻異常推斷為裂隙水；YC4位于工作面內(nèi)部520～680 m范圍，距離頂板20 m以外，該低阻異常推斷為裂隙水。

4 鉆探驗證

4.1 鉆探方案

為了詳細(xì)掌握15102工作面水文地質(zhì)情況，為15102工作面回采提供真實可靠的數(shù)據(jù)來源，保證15102工作面回采安全，在物探的基礎(chǔ)上，對工作面開采范圍進行鉆探驗證。工作面自運輸順槽700 m處左幫，和回風(fēng)順槽700 m處右?guī)烷_始，每隔50 m施工一個探放水鉆孔，共28個鉆孔。鉆孔孔徑為65 mm，孔深為60 m，開孔高度距巷道底板1.5 m，鉆孔垂直巷幫施工，傾角需結(jié)合煤層傾角進行確定。工作面前方遇見地質(zhì)構(gòu)造，導(dǎo)致煤層賦存條件發(fā)生變化，至少打2個前探鉆孔，掌握煤層賦存條件、地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯情況等，再根據(jù)探放水設(shè)計調(diào)整鉆孔傾角進行探放水。

4.2 結(jié)果分析

根據(jù)鉆探驗證情況，在15102工作面回采范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)采空區(qū)，但發(fā)現(xiàn)4處異常區(qū)域，具體為：

（1）異常區(qū)1：位于工作面回采至50～100 m范圍內(nèi)，在回風(fēng)順槽側(cè)向運輸順槽側(cè)35～60 m左右，可能存在斷層或煤層變薄等情況,預(yù)計對工作面回采影響較大。

（2）異常區(qū)2：位于工作面回采至200 m左右時，可能存在斷層或煤層不連續(xù)等情況，預(yù)計對工作面回采影響較小

（3）異常區(qū)3：位于工作面回采至350～400 m時。在回風(fēng)順槽側(cè)向運輸順槽側(cè)50 m左右，可能存在斷層或煤層變薄等情況，預(yù)計對工作面回采影響較大。

（4）異常區(qū)4：位于工作面回采至550～650 m時，在運輸順槽側(cè)向回風(fēng)順槽側(cè)60～90 m，可能存在斷層或煤層變薄等情況，預(yù)計對工作面回采影響較大。

圖4 鉆探驗證異常區(qū)分布

5 綜合分析

根據(jù)對物探情況及鉆探的綜合分析，預(yù)計15102工作面回采至50～100 m左右時，可能存在構(gòu)造或煤層變薄等情況，如揭露斷層，推斷斷距約在2.5～3.5 m左右，預(yù)計對工作面回采影響較大；回采至200 m左右時，可能存在構(gòu)造或煤層變薄等情況，預(yù)計對工作面回采影響較?。换夭芍?50～400 m左右時，可能存在構(gòu)造或煤層變薄等情況，如揭露斷層，推斷斷距約在3.5～7 m左右，預(yù)計對工作面回采影響較大；回采至550～650 m范圍時，可能存在構(gòu)造或煤層變薄等情況，如揭露斷層，推斷斷距約在5～6.5 m左右。另外，工作面回采至60～160 m、200～240 m、280～460 m、520～680 m范圍時，可能存在頂板裂隙水，不排除在回采過程中因垮落或地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生的裂隙導(dǎo)通15號煤層頂板含水層水進入工作面的可能性，屆時可能會出現(xiàn)頂板淋水增大等情況。建議工作面在回采前提前制定相應(yīng)的過構(gòu)造措施及防排水措施，保證15102工作面回采安全。

6 結(jié)語

1）采用無線電波、瞬變電磁等物理探測方法對誠南煤業(yè)15102回采工作面進行了探測，對回采工作面可能存在的構(gòu)造區(qū)和含水區(qū)進行了圈定，共計6個地質(zhì)異常區(qū)和4個頂板裂隙水區(qū)。

2）采用鉆孔鉆探對工作面水文地質(zhì)異常區(qū)進行驗證，未發(fā)現(xiàn)采空區(qū)，共發(fā)現(xiàn)4處異常區(qū)域，可能存在斷層或煤層變薄等情況，分別為：工作面回采至50～100 m、200 m左右、350～400 m范圍以及550～650 m范圍。

3）綜合分析認(rèn)為：在工作面回采至50～100 m、200 m左右、350～400 m范圍及550～650 m范圍時，可能存在構(gòu)造和煤層變薄，對工作面影響較大；工作面回采至60～160 m、200～240 m、280～460 m、520～680 m范圍時，可能存在頂板裂隙水，出現(xiàn)頂板淋水增大等情況。