小煤窯采空積水區(qū)探查分析

任亞楠

（霍州煤電集團(tuán)騰暉煤業(yè)，山西 霍州 031400）

騰暉煤業(yè)井田內(nèi)存在8 處小煤窯，礦井2-100工作面緊鄰以往小煤窯采空破壞區(qū)布置。為準(zhǔn)確探測(cè)小煤窯采空破壞情況，礦井技術(shù)人員走訪調(diào)查以往小煤窯采掘范圍、開采工藝，超前掘進(jìn)工作面開展物探、鉆探、窺視測(cè)斜工作，準(zhǔn)確查明了小煤窯采空破壞范圍并疏放采空積水36158m3，保證了工作面安全回采。

1 工作面概況

騰暉煤業(yè)2-100 工作面位于材料大巷南翼，北部為礦井系統(tǒng)大巷，東部為CK2-13 采空積水區(qū)，西部為2-101 工作面，南部為井田邊界。工作面與寺塔煤礦、船窩煤礦相鄰。2-100 工作面相對(duì)位置示意圖見圖1。

圖1 2-100 工作面相對(duì)位置示意圖

2#煤層頂板含水層主要為K8、K10 兩層砂巖含水層，該含水層富水性弱，對(duì)掘進(jìn)無影響。2-100 工作面煤層底板標(biāo)高+317～ +310m，奧灰含水層水位標(biāo)高+454.5m，為帶壓開采。2#煤層至奧灰含水層平均隔水層厚度75m，突水系數(shù)0.028 ～0.029MPa/m。根據(jù)水文鉆孔資料，該區(qū)域奧灰含水層富水性弱，底板隔水層相對(duì)較厚，且工作面未發(fā)現(xiàn)大于煤厚斷裂構(gòu)造，奧灰含水層對(duì)工作面影響較小。工作面主要水害威脅為小煤窯采空積水。

2 超前物探探測(cè)

鑒于主要水害隱患為小煤窯采空積水，工作面正前采用瞬變電磁對(duì)順層及頂板方向開展探測(cè)，探測(cè)距離100m，允許掘進(jìn)70m，留設(shè)30m 循環(huán)覆蓋區(qū)。工作面掘進(jìn)過80m 后增加直流電法，重點(diǎn)探查迎頭前方小煤窯空巷及采空積水區(qū)，探測(cè)距離100m。另外為進(jìn)一步控制2-1001 巷東部采空積水情況，在巷道內(nèi)每隔30m 對(duì)工作面外圍開展一次瞬變電磁探測(cè)。

采用兩種物探方法綜合探測(cè)后，直流電法第2循環(huán)見異常區(qū)2 處，探測(cè)成果見圖2。1 號(hào)異常區(qū)位于迎頭前方3～18m 范圍內(nèi)，2 號(hào)異常區(qū)位于迎頭前方37～46m 范圍內(nèi)，分析該范圍內(nèi)可能存在小煤窯空巷或含有少量裂隙水。

圖2 直流電法探測(cè)成果圖

2-1001 巷東部瞬變電磁探測(cè)在第4、5 循環(huán)存在低阻異常區(qū)，瞬變電磁探測(cè)成果見圖3。

圖3 2-1001 巷東部瞬變電磁探測(cè)成果圖

綜合瞬變電磁和直流電法探測(cè)成果圈定疑似小煤窯采空破壞范圍及積水區(qū)，并針對(duì)圈定的異常區(qū)范圍設(shè)計(jì)了專項(xiàng)驗(yàn)證鉆孔。

3 鉆探探測(cè)

2-100 工作面煤層厚度5.3～6.0m，順槽巷道沿煤層底板掘進(jìn)，巷高3.5m，留頂煤約2.5m。由于小煤窯為巷采，采高低于3.0m，且大多開采煤層上分層，以往多揭露上分層采空區(qū)，因此鉆探設(shè)計(jì)分上下層布置鉆孔，重點(diǎn)探測(cè)上分層采空區(qū)。按照上下分層探的設(shè)計(jì)原則，在工作面迎頭和左幫共設(shè)計(jì)13 個(gè)長探鉆孔。長探鉆孔平面及剖面布置圖見圖4。

圖4 長探鉆孔平面、剖面布置示意圖

長探鉆孔在2-1001 巷外側(cè)控制30m 的幫距，確保30m 范圍內(nèi)無小煤窯采空積水區(qū)；在工作面內(nèi)部控制20m 的幫距作為補(bǔ)充探測(cè)，防止局部獨(dú)頭巷道上分層采空。剖面上在頂板往下1.5m 布置7 個(gè)鉆孔，探查上分層采空區(qū)積水區(qū)；頂板往下1.8m布置5 個(gè)鉆孔探查順巷道方向采空破壞情況；頂板往下2.0m 布置1 個(gè)鉆孔補(bǔ)充驗(yàn)證探測(cè)成果。

為盡量減少長探鉆孔終孔位置偏差，要求探測(cè)鉆孔終孔深度不超過100m，且必須見空、見水或見煤層頂板。同時(shí)為進(jìn)一步彌補(bǔ)長探鉆孔孔斜偏差，局部區(qū)域出現(xiàn)終孔密度控制不足的問題，在長探鉆孔的基礎(chǔ)上補(bǔ)充設(shè)計(jì)了短探鉆孔。短探共設(shè)計(jì)9 個(gè)鉆孔，探測(cè)深度15m。

另外針對(duì)物探圈定的異常范圍，在長探、短探的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充設(shè)計(jì)了針對(duì)性的探測(cè)鉆孔，進(jìn)一步驗(yàn)證采空破壞情況。順巷道直流電法探測(cè)異常區(qū)經(jīng)鉆探驗(yàn)證未發(fā)現(xiàn)老空積水，但異常區(qū)范圍內(nèi)頂板裂隙發(fā)育。巷道左幫瞬變電磁異常區(qū)鉆探驗(yàn)證揭露采空積水區(qū)。鉆探見采空及出水情況統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 鉆探見采空及出水情況統(tǒng)計(jì)表

4 窺視測(cè)斜

為進(jìn)一步控制探測(cè)鉆孔終孔位置，保證足夠的終孔控制密度，礦井利用YCJ90/360 型窺視測(cè)斜儀對(duì)探測(cè)鉆孔進(jìn)行窺視測(cè)斜，見采空區(qū)的探測(cè)鉆孔終孔長度一般在60m 以內(nèi)，平剖面偏斜相對(duì)較小。本次重點(diǎn)對(duì)鉆探距離大于60m 的2 號(hào)鉆場(chǎng)3#鉆孔進(jìn)行了窺視測(cè)斜，3#鉆孔鉆探距離76m，至終孔位置時(shí)平面偏移3.5m，垂向偏移1.3m，整體平剖面偏斜較小。

另外對(duì)出水鉆孔重點(diǎn)通過窺視影像資料查看鉆孔出水點(diǎn)及采空破壞情況。3 號(hào)鉆場(chǎng)補(bǔ)1#鉆孔出水點(diǎn)影像截圖見圖5。

圖5 出水點(diǎn)影像截圖

通過窺視測(cè)斜，一方面實(shí)測(cè)鉆孔軌跡，糾偏補(bǔ)孔，提高了鉆探精準(zhǔn)性；另一方面通過影像資料，輔助判斷出水點(diǎn)位置及采空破壞情況，真實(shí)了解采空破壞范圍及積水區(qū)。

5 采空破壞范圍及積水情況

2-1001 巷2 號(hào)鉆場(chǎng)1 個(gè)鉆孔、3 號(hào)鉆場(chǎng)3 個(gè)鉆孔、4 號(hào)鉆場(chǎng)3 個(gè)鉆孔、5 號(hào)鉆場(chǎng)3 個(gè)鉆孔、6 號(hào)鉆場(chǎng)1個(gè)鉆孔，共計(jì)11 個(gè)鉆孔揭露采空破壞區(qū)，圈定采空破壞面積50830m2。11 個(gè)采空鉆孔中7 個(gè)有涌水，累計(jì)疏放水量36158m3，消除了水害威脅，確保了工作面安全回采。

6 結(jié)論

2-100 工作面物探采用瞬變電磁和直流電法兩種方法綜合探測(cè)。超前鉆探采用長探加短探，并利用窺視測(cè)斜儀糾偏補(bǔ)孔，控制鉆孔密度。通過窺視影像資料查看鉆孔涌水點(diǎn)情況。綜合物探、鉆探、窺視測(cè)斜成果，準(zhǔn)確查明了采空破壞范圍并疏放積水量36158m3，消除了水害隱患，確保了工作面安全回采。該探測(cè)方法對(duì)受小煤窯采空破壞威脅的類似礦井具有較大的借鑒指導(dǎo)意義。