淺談煤礦井下水害防治技術與應用

杜旭東

（山西煤炭運銷集團和尚嘴煤業(yè)有限公司，山西 大同 037000）

1 概況

和尚嘴煤業(yè)于2010 年3 月9 日以大同市南郊區(qū)峰子澗和尚嘴煤礦為主體礦兼并紅石灣煤礦、黃土溝村北陽坡煤礦、小南頭碾子溝煤礦重組整合而成，批準開采礦種為煤，批采侏羅系2～14 號煤層，生產規(guī)模60×104t/a，煤礦面積7.4901km2，2014 年11 月通過項目竣工驗收。位于大同市南郊區(qū)高山鎮(zhèn)峰子澗村，大同煤田西側，馬脊梁勘探區(qū)北部。本井田地處黃土高原，其地貌形態(tài)為低山丘陵，北勢西高東低，呈黃土梁地貌特征，侵蝕沖刷強烈，“V”字型溝谷發(fā)育。井田周邊礦井有：北西角的枯樹村西梁煤礦，北東角的櫻臺溝煤礦、新高峰煤礦，東南角的北村碾子溝煤礦，西南角的桃柏溝煤礦，還有南部的礦區(qū)峰子澗煤礦，均已關閉多年，2～12#煤層已大部分采空，根據走訪調查及地面物探可知部分低洼區(qū)域有采空積水，我礦根據走訪調查資料結合地面及井下瞬變電磁法物探成果對老空水疑似區(qū)進行鉆探驗證。

2 技術方法

2.1 瞬變電磁法超前物探

目前，煤礦瞬變電磁法常用的工作裝置形態(tài)有兩種，一是重疊回線，另一種是中心回線。重疊回線裝置對形成的水文地質異常體響應強且施工方便，但收發(fā)線圈之間存在著較強的互感效應，一次場影響嚴重；中心回線裝置線圈間互感效應小，消除了一次場影響，但二次場信號相對較弱，對水文地質異常體識別不如重疊回線。

故煤礦井下掘進工作面常采重疊回線裝置進行超前瞬變電磁法探測，采用多匝數小回線測量裝置，裝置參數主要有：回線邊長大小、回線匝數、疊加次數等。一般在施工前可通過試驗加以確定。原則上根據施工現(xiàn)場的實際情況，以能夠充分發(fā)揮儀器性能，有效地完成水文地質探測任務。

為了證實瞬變電磁法物探、鉆探相結合的實用性和能有效查清井下水文地質情況，山西煤炭運銷集團和尚嘴煤業(yè)在該礦西盤區(qū)8105 工作面2105 運輸順槽500m 處進行超前瞬變電磁物探工作。本次瞬變電磁物探工作使用的是武漢地大TEMHZ75礦用本安型瞬變電磁儀和TEMJF50 大功率礦用隔爆兼本安型瞬變電磁儀配套設備。重疊回線裝置，發(fā)射線圈和接收線圈均使用多匝1.5m×1.5m 矩形回線，發(fā)射線框為4 匝，接收線框為40匝，供電電流檔為50A，供電脈寬10ms，采樣率4μs。每個測點至少采用30次疊加方式提高信噪比，確保了原始數據的可靠性。在巷道掘進迎頭方向測線3條線（順層方向、頂板30°、底板30°），每條測線11個物理點，總計33個物理點；物探方法如圖1所示。

圖1 井下物探施工示意圖

2.2 物探成果

根據山西煤炭運銷集團和尚嘴煤業(yè)8105 工作面2105運輸順槽500m處物探成果顯示（如圖2所示），頂板30°方向低阻異常區(qū)分別位于掘進頭前方100～150m范圍，右側50～90m 區(qū)域、掘進頭前方80～120m 范圍，右側70～120m 區(qū)域，右側低阻異常區(qū)特征較強，異常形態(tài)呈現(xiàn)小范圍圓形分布；順層方向低阻異常區(qū)位于掘進頭前方100～150m 范圍，右側0～100m 區(qū)域，異常區(qū)較為明顯，異常形態(tài)呈現(xiàn)小范圍圓形分布，低阻異常特征較強；底板30°方向低阻異常區(qū)位于掘進頭前方100～150m 范圍，左側40～100m 區(qū)域，異常區(qū)較為明顯，異常形態(tài)呈現(xiàn)小范圍圓形分布，低阻異常特征較強；順層方向的低阻異常區(qū)最為明顯，該處為原北陽坡煤礦破壞區(qū)，因此推斷可能為采空區(qū)積水導致該區(qū)域顯示低阻異常。

圖2 2105順槽472m物探成果圖

2.3 鉆探驗證

根據兼并重組地質報告及四鄰調查情況可知，西盤區(qū)為原大同市南郊區(qū)高山鎮(zhèn)黃土溝村北陽坡煤礦，2號、11-2、12-2煤層全部采空，對應8105 工作面布置有原北陽坡煤礦舊巷及暗斜井，由11-2號煤層延伸至14號煤層，為進一步確認低阻異常區(qū)，對應異常區(qū)進行布鉆驗證。根據8105工作面2105運輸順槽500m處物探成果為依據，2105運輸順槽掘進至530m探水線位置向前進行超前鉆探（探水線60m 處），安裝止水套管進行鉆探驗證；布置兩個物探異常區(qū)驗證孔，鉆探原始記錄顯示右孔65m 見水（鉆孔水壓0.06MPa，有臭雞蛋氣味）；結合走訪調查和鉆探成果推斷2105運輸順槽前方低阻異常區(qū)為原北陽坡煤礦老空區(qū)，經鉆孔排水后確認老空區(qū)內無水無有害氣體后掘進揭露顯示，8105 工作面內部布置有多條原北陽坡煤礦舊巷。

2.4 化探跟進

針對鉆探出水孔我礦進行水質化驗分析，化驗結果顯示鉆孔水pH值5.81，推斷為老空水。經對采空區(qū)積水排放后，實際揭露情況可知前方為原北陽坡煤礦舊巷，在2105 運輸順槽530m 處施工臨時水倉，利用探放水止水套管共排放同層及上覆12#層老空水25000m3，消除老空水害對該區(qū)域的威脅。

3 結語

為了加強煤礦防治水工作，防止和減少事故，保障職工生命安全和健康，根據《煤礦安全規(guī)程》、《煤礦防治水細則》等規(guī)定要求，我礦在煤礦防治水工作中始終堅持預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采的原則，根據不同水文地質條件，采取探、防、堵、疏、排、截、監(jiān)等綜合防治措施，及時改進防治水手段。有效運用物探、鉆探等各種探放水手段開展防治水工作，由過程治理向源頭預防、局部治理向區(qū)域治理、井下治理向井上下結合治理、措施防范向工程治理、治水為主向治保結合的轉變，構建理念先進、基礎扎實、勘探清楚、科技攻關、綜合治理、效果評價、應急處置，保障礦井安全生產。