小窯采空區(qū)積水探放技術(shù)及應(yīng)用

（冀中能源井陘礦業(yè)集團(tuán)正珠煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032600）

1 礦井及工程概況

1.1 礦井基本情況

山西汾西瑞泰井礦正珠煤業(yè)有限公司位于左權(quán)縣境內(nèi)中南部，由山西左權(quán)天達(dá)煤業(yè)有限責(zé)任公司、山西左權(quán)恒隆煤業(yè)有限公司兩礦整合而成，井田面積為5.182 km2，核定生產(chǎn)能力為0.90 Mt/a。井田可采煤層為2#、3#、4#、8#、11#、15#，其中2#、3#、4#、8#煤層已基本采空，現(xiàn)主要開采15#煤層，平均厚度5.6 m。

井田奧灰水位標(biāo)高為+829m，低于15#煤層最低標(biāo)高+860m，全井田處于不帶壓狀態(tài)。礦井正常涌水量50m3/h，最大涌水量70m3/h。依據(jù)《礦井水文地質(zhì)類型劃分報(bào)告》，15#煤層水文地質(zhì)條件為中等，主要水害隱患為采空區(qū)積水。其中二采區(qū)為資源整合區(qū)，不同程度受小窯采動破壞影響。

1.2 工程概況

21509回風(fēng)巷位于二采區(qū)15#煤層西北角，東側(cè)為原恒隆煤業(yè)2006年開采形成的采空區(qū)，西側(cè)為二采區(qū)運(yùn)輸巷，南側(cè)為X1504 陷落柱及老巷，北側(cè)為副斜井及中央水倉保護(hù)煤柱。

資料顯示，21509回風(fēng)巷區(qū)域上覆各煤層無采空區(qū)，工作面斷層附近原恒隆煤業(yè)施工數(shù)條巷道（沿煤層頂板掘進(jìn)），巷寬約2.5～3.0m，并存有積水，積水范圍及積水量不明確，存在一定水害隱患。

1.3 地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

21509回風(fēng)巷沿15#煤層掘進(jìn)，整體呈褶皺構(gòu)造。工作面內(nèi)部存在一條落差約2.7m的正斷層，與工作面斜交；受其影響，煤層產(chǎn)狀發(fā)生變化；工作面南部已揭露一個X1504陷落柱，陷落柱周邊可能牽引形成隱伏小型構(gòu)造。

15#煤層頂板距上部K2、K3、K4灰?guī)r含水層分別17.0m、32.9m、52.69m，含水層厚度在0.6～3.8 m之間。上述三個含水層具有一定的水力聯(lián)系，但富水性較弱，為工作面頂板間接充水水源，遇向斜部位巷道頂板可能出現(xiàn)滴、淋水現(xiàn)象。

21509工作面最低標(biāo)高為+1030m，井田奧灰水位標(biāo)高為+829m，二者相差209m，工作面底板不帶壓，底板奧灰水不會對工作面掘進(jìn)期間造成影響。

21509工作面左側(cè)為原小窯采動破壞區(qū)，掘進(jìn)區(qū)域內(nèi)存在老空及老巷等小窯采動破壞區(qū)，存有積水，積水范圍及積水量不清，存在一定水害隱患。

2 探放水工程

21509回風(fēng)巷掘進(jìn)期間嚴(yán)格執(zhí)行“預(yù)測預(yù)報(bào)、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水原則和“物探先行、鉆探驗(yàn)證、長短探結(jié)合”的探放水工藝。

2.1 物探探測方案

物探儀器采用武漢地大華睿地學(xué)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的TEMHZ75礦用瞬變電磁儀和TEMJF60礦用隔爆兼本安型發(fā)射機(jī)（大功率）組合。

礦井瞬變電磁法不僅能夠探查周圍不同層位的空間，不同形態(tài)的含水構(gòu)造，還具有近距離觀測，體積效應(yīng)小、方向性強(qiáng)、分辨率高，對低阻區(qū)敏感，有效探測距離大、施工快速等優(yōu)點(diǎn)，見圖1。

在井下進(jìn)行探測時(shí)，線圈法線方向?qū)?zhǔn)探測目標(biāo)，在發(fā)射線圈中通以階躍電流，然后利用接收線圈測量感應(yīng)二次場。通過接收到的二次場的感應(yīng)電動勢隨時(shí)間的變化特征，就可了解探測范圍內(nèi)的介質(zhì)電磁性質(zhì)的變化規(guī)律，通過對數(shù)據(jù)的解釋處理確定異常的空間位置及形態(tài)大小。

圖1 瞬變電磁全空間相應(yīng)

2.2 鉆探驗(yàn)證方案

根據(jù)物探結(jié)果圈定異常區(qū)位置、范圍，結(jié)合常規(guī)鉆探及工作面實(shí)際地質(zhì)及水文地質(zhì)條件編制異常區(qū)專項(xiàng)鉆探驗(yàn)證方案，進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，消除隱患。

嚴(yán)格執(zhí)行“有掘必探”，每次鉆探循環(huán)施工不少于8個鉆孔，有效孔深80m，允許掘進(jìn)50m，留設(shè)30 m超前距；允許掘進(jìn)內(nèi)采用“短探、短掘”，短探必須在長探的允許掘進(jìn)距離內(nèi)實(shí)施，短探的超前距、幫距不得小于5m，短探孔終孔位置位于15#煤層頂板。

2.3 特殊地段驗(yàn)證方案

物探重點(diǎn)異常區(qū)采用 “物探與鉆探驗(yàn)證”、“物探與物探驗(yàn)證”、“鉆探與鉆探驗(yàn)證”的驗(yàn)證方法；對于出水的鉆孔，利用鉆孔測井分析儀進(jìn)行測井分析、內(nèi)窺，找出出水點(diǎn)位置及鉆孔偏斜、盲區(qū)，進(jìn)行補(bǔ)充鉆探驗(yàn)證，徹底疏放采空區(qū)積水，消除水害隱患。

鉆孔測井分析儀通過視頻采集、測井技術(shù)、孔斜測量的集成、快速采集，在可視化條件下一次獲取自然伽馬、視頻、孔斜（方位、傾斜角）及孔深等精確數(shù)據(jù)，繪制軌跡剖面、軌跡平面圖，并在此基礎(chǔ)上繪制地質(zhì)剖面圖，分析計(jì)算分層巖性、厚度、巖層軟硬程度、巖石裂隙、裂隙、出水點(diǎn)、頂板離層情況等技術(shù)數(shù)據(jù)。

2.4 第五循環(huán)物探、鉆探驗(yàn)證情況

（1）物探圈定異常區(qū)

瞬變電磁儀超前探測位于21509回風(fēng)巷C13點(diǎn)前43m處。探測方向分別為15#煤順層0°、頂板方向30°、60°，每個探測方向11個物理點(diǎn)，共33個物理點(diǎn)。

結(jié)合工作面地質(zhì)條件及物探成果進(jìn)行綜合分析（見圖2），工作面順層0°、頂板30°、60°各方向均存在異常區(qū)。三處異常區(qū)基本重合，位于巷道正前左、右15～35m范圍內(nèi)，水平距離約10～55 m。三處低阻異常區(qū)可能為老空、老巷等引起。

圖2 物探成果分析

（2）鉆探驗(yàn)證及防水

本次鉆探驗(yàn)證分別位于工作面C13點(diǎn)前43 m和63 m兩處，累計(jì)施工19個鉆孔，合計(jì)1266 m。嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施工，鉆孔終孔見煤層頂板或煤層頂板以下1.2 m。鉆孔全部安裝孔口管，孔口管安裝嚴(yán)格按照《山西省井下探放老空水技術(shù)要求》。鉆孔參數(shù)見表1、表2。

表1 21509回風(fēng)巷C13點(diǎn)前43m處鉆孔施工參數(shù)一覽

表2 21509回風(fēng)巷C13點(diǎn)前63m處鉆孔施工參數(shù)一覽

3 鉆孔具體施工參數(shù)及施工情況

1）測井資料分析

利用YCJ90/360型礦用鉆孔測井分析儀在21509回風(fēng)巷C13點(diǎn)前43m處進(jìn)行測井分析，本次探測7個鉆孔，其中5#、6#出水，水量分別為1.82和0.5m3/h，其余鉆孔不出水。其中1#和補(bǔ)1#孔分別在5.76 m和6m處由于擴(kuò)孔管和鉆孔臺階過高而無法繼續(xù)探測，其中補(bǔ)3#、5#、6#孔均在29 m左右出現(xiàn)裂隙和破碎的情況。其中補(bǔ)3#、補(bǔ)B3#和6#孔均在46 m左右見采空區(qū)。

綜合分析，補(bǔ)3#、補(bǔ)B3#和6#孔均進(jìn)入小煤窯采空區(qū)，并出水，采空區(qū)仍有積水，水量變小。初步判斷這三個孔所見采空區(qū)為同一個，積水有聯(lián)通性。

2）小結(jié)

第五循環(huán)物探異常區(qū)鉆探驗(yàn)證分兩次鉆探驗(yàn)證，分別位于探巷C13點(diǎn)前43m、63#兩處，累計(jì)施工19個鉆孔，合計(jì)進(jìn)尺1266 m；期間在C13點(diǎn)前43m處施工鉆孔進(jìn)行鉆孔測井、窺視；此次鉆探工程基本探明鉆探范圍內(nèi)的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件：工作面正前約30m處存在異常區(qū)域，影響范圍延伸至工作面內(nèi)部距21508探巷設(shè)計(jì)巷道約45 m；該異常區(qū)域積水已疏放完畢，累計(jì)疏放積水5262m3，水害隱患已基本消除，局部低洼處可能存在少量積水，現(xiàn)工作面正常涌水量為2.0m3/h，預(yù)計(jì)最大涌水量為10m3/h；工作面右側(cè)幫向約47m處存在一條正斷層，無水害隱患。

4 探放水成果

21509回風(fēng)巷掘進(jìn)期間共揭露4條空巷（均無水、位于15#煤層上分層），一條落差2.7～6.0m的正斷層；分別在第五循環(huán)、第九循環(huán)、第十循環(huán)探放老空積水約12000m3，探明工作面內(nèi)部地質(zhì)構(gòu)造及圈定小窯采動破壞區(qū)影響范圍，消除了水害隱患，確保工作面安全掘進(jìn)。

5 結(jié)語

資源整合井田范圍內(nèi)均存小窯采動破壞區(qū)，小窯采空區(qū)范圍不清、層間距不一、積水量不清，嚴(yán)重威脅礦井的安全生產(chǎn)。21509回風(fēng)巷工作面掘進(jìn)期間嚴(yán)格執(zhí)行“物探先行、鉆探驗(yàn)證”的探放水要求，采用“長探、短探”相結(jié)合的探放水工藝，在允許掘進(jìn)范圍內(nèi)執(zhí)行短探、短掘；對施工鉆孔出現(xiàn)采空或出水的，采取測井、窺視的方法，判斷鉆孔軌跡及孔內(nèi)出水點(diǎn)情況；對異常區(qū)進(jìn)行補(bǔ)充鉆探驗(yàn)證，徹底疏放采空區(qū)積水，消除水害隱患。