煤礦順槽巷道水文地質(zhì)探測(cè)及探放水技術(shù)應(yīng)用分析

趙東東

（山西晉煤集團(tuán)陽(yáng)城晉圣誠(chéng)南煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048100）

1 工程概況

誠(chéng)南煤業(yè)15102 工作面位于15#煤層，煤厚約2.8m，煤層傾角3°左右，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般含0～2 層矸石。直接頂板為泥巖，厚4.5m 左右，老頂為K2 灰?guī)r，底板為泥巖。該工作面東部為實(shí)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）。15102 運(yùn)輸順槽開(kāi)口位于軌道大巷約542m 左幫處，按與軌道大巷夾角90°方向沿煤層頂板掘進(jìn)。順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為699m，毛高2.9m，凈高2.8m，毛寬4.2m，凈寬4.0m，毛斷面12.18m2，凈斷面11.2m2。巷道采用錨網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)。

2 水文地質(zhì)綜合探測(cè)分析

2.1 水文地質(zhì)探測(cè)

為詳細(xì)掌握15102 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)前方的水文地質(zhì)情況，在15102 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)迎頭采用瞬變電磁法、直流電法和地震法對(duì)前方水文地質(zhì)情況進(jìn)行超前探測(cè)。瞬變電磁法和直流電法探測(cè)范圍為迎頭前方100m，有效范圍為70m，需每隔70m 進(jìn)行一次探測(cè)。地震法每次探測(cè)范圍為迎頭前方50m。為準(zhǔn)確探測(cè)運(yùn)輸順槽前方水文地質(zhì)情況，每次探測(cè)需采用其中兩種方法，進(jìn)行相互對(duì)比分析。探測(cè)采用的儀器為YCS160D 礦用本安型瞬變電磁儀、YTD400（A）礦井全方位探測(cè)儀和YTZ-1礦井地質(zhì)探測(cè)儀。

（1）瞬變電磁法探測(cè)

采用瞬變電磁儀對(duì)巷道迎頭前方4 個(gè)方向進(jìn)行探測(cè)，分別為與巷道頂板呈30°夾角向前方頂板探測(cè)、順巖層方向向前方探測(cè)、與巷道底板呈30°夾角向前方底板探測(cè)和1 個(gè)縱向探測(cè)。每個(gè)橫向探測(cè)方向布置橫向探測(cè)角度14 個(gè)（間隔為15°），共計(jì)56 個(gè)探測(cè)角度，見(jiàn)圖1 所示。

圖1 瞬變電磁法探測(cè)角度示意圖

（2）直流電法探測(cè)

采用全方位探測(cè)儀在巷道迎頭進(jìn)行直流電法超前探測(cè)，與瞬變電磁法相結(jié)合，進(jìn)行綜合解釋巷道迎頭前方富水情況。礦井直流電超前探測(cè)測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2 所示，供電電極A1、A2、A3 間距為4m，測(cè)量電極M、N 間距為4m，供電電極A1 距掘進(jìn)頭約14m，測(cè)量電極M、N 移動(dòng)次數(shù)30 次，每組M、N 測(cè)量電極對(duì)應(yīng)3 個(gè)供電電極A1、A2、A3，共計(jì)90 個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。

圖2 礦井直流電法超前探測(cè)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

（3）地震法探測(cè)

采用YTZ-1 礦井地質(zhì)探測(cè)儀對(duì)掘進(jìn)工作面迎頭前方地質(zhì)構(gòu)造情況進(jìn)行探測(cè)，在迎頭斷面采用單點(diǎn)自激自收反射波法以小偏移距進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

2.2 物探結(jié)果分析

15102 工作面運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為699m，共計(jì)進(jìn)行了12 次水文地質(zhì)探測(cè)，對(duì)整個(gè)運(yùn)輸順槽掘進(jìn)區(qū)域水文地質(zhì)情況進(jìn)行探測(cè)分析。通過(guò)物探結(jié)果顯示，在15102 工作面運(yùn)輸順槽掘進(jìn)前方存在多個(gè)低阻異常區(qū)和高阻異常區(qū)。對(duì)每次探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并結(jié)合礦井地質(zhì)資料，對(duì)比分析得到15102 工作面運(yùn)輸順槽掘進(jìn)影響范圍內(nèi)可能存在的異常區(qū)域。共計(jì)探測(cè)到7 處裂隙水影響區(qū)，7 處存在采空區(qū)積水，8 處存在地質(zhì)異常，均會(huì)對(duì)掘進(jìn)工作面安全生產(chǎn)造成影響。物探典型異常區(qū)見(jiàn)圖3 所示，異常區(qū)位置見(jiàn)表1 所示。

圖3 運(yùn)輸順槽486m 處順層方向瞬變電磁和直流電疊圖

表1 物探異常區(qū)位置參數(shù)

3 鉆探驗(yàn)證

3.1 鉆探方案

探放水鉆孔控制幫距為20m，超前距為30m，鉆孔直徑為65mm，中間空孔深為60m，兩邊孔孔深為64m，開(kāi)孔高度均為距巷道底板1.5m。鉆孔具體參數(shù)見(jiàn)表2 所示。由于煤層存在起伏變化，鉆孔傾角需結(jié)合煤層傾角進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在工作面前方遇見(jiàn)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(gè)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(jì)調(diào)整鉆孔傾角進(jìn)行探放水。

表2 鉆孔參數(shù)表

3.2 排水系統(tǒng)

為保證巷道掘進(jìn)迎頭探放水鉆孔出水后能夠及時(shí)疏放，在15102 工作面運(yùn)輸順槽巷道建立排水系統(tǒng)，排水路線為：15102 運(yùn)輸順槽→采區(qū)水倉(cāng)→軌道大巷→主水泵房→副斜井→地面。本次探放水工作采用BQS20-50-7.5kW 礦用隔爆型水泵2 臺(tái)，水泵功率為7.5kW，揚(yáng)程為50m，流量為20m3/h。采區(qū)水倉(cāng)采用MD85-45×4-75kW 耐磨多級(jí)泵2 臺(tái)，水泵功率為75kW，揚(yáng)程為180m，流量為85m3/h。主水泵房采用MD85-45×2-37kW 耐磨離心水泵3臺(tái)，水泵功率為37kW，揚(yáng)程為90m，流量為85m3/h。

3.3 鉆探結(jié)果分析

通過(guò)鉆探驗(yàn)證，在15102 工作面運(yùn)輸順槽掘進(jìn)區(qū)域，共計(jì)探測(cè)到7 處存在采空區(qū)，8 處存在地質(zhì)異常，見(jiàn)表3 所示。鉆探得到的采空區(qū)和地質(zhì)異常區(qū)數(shù)量與物探結(jié)果一致，且采空區(qū)位置和地質(zhì)異常區(qū)位置也與物探結(jié)果基本吻合，主要差異在于鉆探未發(fā)現(xiàn)裂隙水影響區(qū)和采空區(qū)積水，并且15102 工作面運(yùn)輸順槽掘進(jìn)過(guò)程中未出現(xiàn)淋水和涌水現(xiàn)象。

4 綜合分析

通過(guò)對(duì)15102 工作面運(yùn)輸順槽迎頭前方物探結(jié)果和鉆探驗(yàn)證結(jié)果綜合分析（見(jiàn)圖4），可知物探顯示的水文地質(zhì)異常區(qū)數(shù)量較鉆探結(jié)果多，但是，鉆探驗(yàn)證結(jié)果中得到的水文地質(zhì)異常區(qū)，在物探結(jié)果中均有體現(xiàn)，且兩者位置基本吻合。所以物探分析結(jié)果可為掘進(jìn)巷道的防治水工作面提供依據(jù)，為鉆探驗(yàn)證提供了重點(diǎn)探測(cè)區(qū)域。通過(guò)多種方法綜合分析能夠得到準(zhǔn)確的掘進(jìn)巷道前方水文地質(zhì)情況，保證了掘進(jìn)工作面安全開(kāi)采。

表3 鉆探異常區(qū)位置參數(shù)

圖4 物探和鉆探結(jié)果對(duì)比圖

5 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)多種物探技術(shù)對(duì)巷道掘進(jìn)迎頭前方進(jìn)行水文地質(zhì)探測(cè)，15102 工作面運(yùn)輸順槽掘進(jìn)前方共計(jì)7處存在裂隙水影響區(qū)、8處存在采空區(qū)積水、8 處存在地質(zhì)異常。在15102 工作面運(yùn)輸順槽掘進(jìn)區(qū)域，共計(jì)探測(cè)到8 處存在采空區(qū)、7 處存在地質(zhì)異常。

（2）通過(guò)物探結(jié)果和鉆探結(jié)果的綜合分析可知，兩者存在一定的差異，物探顯示的水文地質(zhì)異常區(qū)數(shù)量較鉆探結(jié)果多，但是，鉆探驗(yàn)證結(jié)果中得到的水文地質(zhì)異常區(qū)，在物探結(jié)果中均有體現(xiàn)，且兩者位置基本吻合。所以物探分析結(jié)果可為掘進(jìn)巷道的防治水工作面提供依據(jù)，為鉆探驗(yàn)證提供了重點(diǎn)探測(cè)區(qū)域。

（3）防治水工作是煤礦日常安全生產(chǎn)工作的重點(diǎn)，“有掘必探，先探后掘”是煤礦防治水管理必須堅(jiān)持的原則。采用瞬變電磁法、直流電法、地震法等多種物探方法對(duì)巷道迎頭前方可能存在的水文地質(zhì)進(jìn)行探測(cè)，能夠?yàn)榈V井防治水管理提供可靠建議。采用鉆探的方法，不僅能夠充分保證掘進(jìn)迎頭的安全，而且是對(duì)物探地質(zhì)解釋的驗(yàn)證，可以更好地改進(jìn)和提升物探結(jié)果的準(zhǔn)確性，更好地為礦井防治水工作服務(wù)。