白銀會通煤礦水害事件的物探研究

何漢衡，逯 娟，張海波

（1.蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)大學(xué) 地質(zhì)與珠寶學(xué)院，甘肅 蘭州 730021；2.白銀會通煤業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅 白銀 730900)

目前，煤礦行業(yè)的發(fā)展非常迅速，在一定程度上推動了國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合實(shí)力。但是，煤礦安全問題一直是政府關(guān)注的問題，水害事故是煤礦領(lǐng)域十分常見的問題，表現(xiàn)出突發(fā)性的特點(diǎn)，造成嚴(yán)重的損失不僅影響到煤礦生產(chǎn)的順利進(jìn)行，還會造成嚴(yán)重的安全隱患?？梢?，只有把水文地質(zhì)工作和防治水工作結(jié)合在一起，才能降低礦難的發(fā)生率，保證工作人員的生命安全。

1 自然地理?xiàng)l件

白銀會通煤業(yè)公司位于靖遠(yuǎn)紅會礦區(qū)共和鄉(xiāng)境內(nèi)，礦區(qū)地理坐標(biāo)為北緯36°38'～36°43'，東經(jīng)105°01'～105°06'。礦井西距靖遠(yuǎn)平川區(qū)25 km，北距靖遠(yuǎn)紅會礦區(qū)1.0 km，東南臨西格拉灘。該礦區(qū)處于低山丘陵地帶，礦區(qū)周圍群山環(huán)繞，礦區(qū)海拔高程在1 780 m～1 900 m 之間，為起伏不大的山間丘陵傾斜盆地。本區(qū)域?yàn)闆_洪積傾斜山間盆地，地勢東北高西南低。本礦田屬小丘陵地帶，地勢相對平坦。礦區(qū)內(nèi)無常年性水流，僅有打拉池和紫泥溝等季節(jié)性沙河干凅，暴雨時(shí)即泛沒河床，暴雨過后即可消失。白銀會通煤業(yè)有限責(zé)任公司有簡易公路通往紅會一礦，紅會一礦經(jīng)紅會鎮(zhèn)在大壩口與省道S308 線相連，S308 線在平川區(qū)西南的銀三角與國道G109 線相連，由銀三角南至白銀市90 km，至蘭州市180 km；北至銀川市360 km。銀蘭高速公路亦經(jīng)過平川區(qū)，交通便利。

2 物探普查

2.1 原屈盛煤礦

原屈盛煤礦關(guān)閉后礦井未排水，廢巷及采空區(qū)多，可能有積水，若防治水管理不到位，存在采空區(qū)、廢巷積水水災(zāi)的隱蔽致災(zāi)因素。2020 年12 月我礦委托甘肅煤炭地質(zhì)勘察院對礦井布置的采區(qū)回風(fēng)、采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)140 m 范圍進(jìn)行地面瞬變電法物探開展普查。

圖1 為水害普查范圍內(nèi)8 線反演電阻率推斷解釋剖面，可以看出，從淺到深呈現(xiàn)出低阻- 中低阻-低阻- 中低阻的電性特征，結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)資料推斷認(rèn)為：淺部近水平低阻電性層推斷解釋為第四系黃土及砂礫巖的電性特征，對應(yīng)高程大致在1 700～1 800 m，視電阻率約為25～45Ω·m；中部中低阻電性層推斷解釋為侏羅系中統(tǒng)王家山組（J2w）砂巖、粉砂巖、泥巖及油頁巖的綜合電性特征，對應(yīng)高程大致在1 580～1 700 m，視電阻率為40～50Ω·m；中深部低阻電性層推斷解釋為侏羅系中統(tǒng)窯街組（J2y）礫巖、砂礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖及煤層采空區(qū)充水的綜合電性特征，對應(yīng)高程大致在1 400～1 580 m，視電阻率變化在35～50Ω·m；煤層底板等高線附近電阻率相對較低，約為45Ω·m，與煤層的高電阻率特征明顯不同，初步推斷該電阻率異常低值可能為煤層采空充水的電性反映。深部中低阻電性層推斷解釋為三疊系上統(tǒng)南營兒群(T3n) 砂巖、粉砂巖，及泥巖的綜合電性特征，對應(yīng)高程大致在1 400 m 以下，視電阻率變化在60～180Ω·m。

圖1 8 線反演電阻率推斷解釋剖面

含水區(qū)的分布范圍6～10 線測點(diǎn)640～880 之間及11～13 線測點(diǎn)640～840 之間，含水區(qū)面積約為32 422 m2；采空區(qū)異常積水量估算公式為：

Q=K×M×F／COSα

式中：Q- 采（古）空積水量（m3）;

M- 采厚（m），原屈盛煤礦采煤方法為巷柱式開采。回采率約為30%～40%，故采厚取11.2 m*40%=4.48 m。

F- 采(古)空積水區(qū)面積（m2）；

α- 煤層傾角（°），井田內(nèi)取4°～10°；

K- 采（古）空區(qū)充水系數(shù)（0.25）；

Q=K ×M ×F／COSα=0.25 ×4.48 ×32 422／COS7°=36 679 m3。

2.2 紅會一礦

紅會一礦位于礦井西部、北部，開采所形成的1603 采空區(qū)與本礦6218-Ⅱ采空區(qū)相鄰，本礦與紅會一礦各留設(shè)有20 m 邊界煤柱，紅會一礦1603 采空區(qū)2006 年回采結(jié)束后，對1603 采空區(qū)進(jìn)行了封閉灌漿，2020 年12 月我礦委托甘肅煤炭地質(zhì)勘察院對礦井邊界北部紅會一礦140 m 范圍進(jìn)行地面瞬變電法物探開展普查。

礦井北部紅會一礦140 m 地面瞬變物探剖面圖顯示，在紅會一礦1603 采空區(qū)積水或受采空區(qū)影響裂隙帶充水的條件下，水平層狀的電性結(jié)構(gòu)被破壞，電阻率等值線波動，形成電性低值異常區(qū)，這為解釋本區(qū)含水體范圍提供了依據(jù)。針對地面電法勘探的地質(zhì)任務(wù)，資料解釋中重點(diǎn)追蹤電性急劇變化的異常區(qū)，作為確定含水體異常范圍的依據(jù)。對1603 采空區(qū)水害普查范圍進(jìn)行典型視電阻率剖面對本區(qū)含水區(qū)域進(jìn)行普查。

泥巖及油頁巖的綜合電性特征，對應(yīng)高程大致在1 570～1 730 m，視電阻率為30～40Ω·m；深部中高阻電性層推斷解釋為侏羅系中統(tǒng)窯街組（J2y）礫巖、砂礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖、煤層及煤層采空區(qū)充水的綜合電性特征，對應(yīng)高程大致在1 400～1 570 m，視電阻率變化在40～180Ω·m；煤層底板等高線（圖2和圖3）附近電阻率橫向變化大，測點(diǎn)720 附近電阻率等值線呈陡立狀分布，其中測點(diǎn)500～720 之間電阻率相對較低，約為40～80Ω·m，測點(diǎn)720～960 之間電阻率表現(xiàn)為高阻特征，約為80～180Ω·m，推斷該高阻特征為煤層及其頂?shù)装鍑鷰r的綜合電性反映，電阻率異常低值可能為煤層采空充水的電性反映（圖4）視電阻率特征分析：14～18 線測點(diǎn)700 附近電阻率值變化相對明顯（測點(diǎn)700～920 間電阻率相對較高，測點(diǎn)500～700 電阻率相對較低）。結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)資料，初步分析低電阻率特征（電阻率變化在30～80Ω·m）主要是煤層采空區(qū)或采空區(qū)塌陷形成的裂隙帶充水的電性反映。

圖2 14 線反演電阻率推斷解釋

圖3 16 線反演電阻率推斷解釋剖面

圖4 反演電阻率推斷解釋剖面

物探結(jié)論：根據(jù)地面電法瞬變探法14～18 線測點(diǎn)500～700（720）間，含水體頂?shù)捉鐦?biāo)高大致在1 510～1 410 m，含水區(qū)面積約為16 000 m2。初步分析紅會一礦1603 采空區(qū)含水體主要是采空區(qū)及裂隙帶充水所致。采空區(qū)積水量估算公式為：

Q=K×M×F／COSα

式中：Q- 采（古）空積水量（m3）；

M- 采厚（m）；

F- 采(古)空積水區(qū)面積（m2）；

α- 煤層傾角（°），井田內(nèi)取4°～10°；

K- 采（古）空區(qū)充水系數(shù)（0.25）；

Q=K×M×F／COSα

=0.25×11.2×16000／COS7°=45 252 m3

3 宏達(dá)煤礦

礦井地面物探對宏達(dá)煤礦邊界100 m 范圍采空區(qū)進(jìn)行水害普查如下：

在宏達(dá)煤礦采空區(qū)積水或受采空區(qū)影響裂隙帶充水的條件，采用地面電法勘探水平層狀的電性結(jié)構(gòu)被破壞，電阻率等值線波動，形成電性低值異常區(qū)，解釋本區(qū)含水體范圍重點(diǎn)追蹤電性急劇變化的異常區(qū)，作為確定含水體異常范圍。宏達(dá)煤礦共計(jì)布置了五條線，每20 m 間排距進(jìn)行布置，對本區(qū)含水區(qū)域進(jìn)行普查[5]。

普查范圍分析：視電阻率特征分析1～5 線測點(diǎn)720 附近電阻率值變化相對明顯（測點(diǎn)720～960 間電阻率相對較高，測點(diǎn)500～720 電阻率相對較低）。結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)資料，初步分析低電阻率特征（電阻率變化在30～50Ω·m）主要是煤層采空區(qū)或采空區(qū)塌陷形成的裂隙帶充水的電性反映。

物探結(jié)論：根據(jù)地面電法瞬變探法1～5 線測點(diǎn)500～700（720）間，含水體頂?shù)捉鐦?biāo)高大致在1 490～1 410 m，含水區(qū)面積約為17 578 m2。初步分析宏達(dá)煤礦采空區(qū)含水體主要是采空區(qū)及裂隙帶充水所致，異常區(qū)積水量約為：采空區(qū)積水量估算公式為：

Q=K×M×F／COSα

式中：Q- 采（古）空積水量（m3）；

M- 采厚（m），宏達(dá)煤礦采煤方法為巷柱式開采，回采率約為30 %～40 %，故采厚取11.2 m*40 %=4.48 m；

F- 采(古)空積水區(qū)面積（m2）；

α- 煤層傾角（°），井田內(nèi)取4°～10°；

K- 采（古）空區(qū)充水系數(shù)（0.25）；

Q=K×M×F／COSα

=0.25×4.48×17578／COS10°=20 089 m3物探異常區(qū)預(yù)計(jì)積水量約20 089 m3。

4 結(jié)論

目前，煤礦數(shù)量不斷增多，礦難的發(fā)生率也在不斷提高。當(dāng)然，導(dǎo)致礦難發(fā)生的原因比較多，煤礦企業(yè)必須分析礦難出現(xiàn)的原因，認(rèn)識到地質(zhì)工作和防治水工作的重要性。新時(shí)期，煤礦企業(yè)必須增強(qiáng)管理意識，把地質(zhì)工作和防治水工作結(jié)合在一起，制定并完善內(nèi)部管理制度，明確各個(gè)部門的職責(zé)?？傊?，煤礦企業(yè)必須謹(jǐn)慎對待，增強(qiáng)安全意識，從大局出發(fā)，落實(shí)生產(chǎn)責(zé)任，提升煤炭開采的安全性[1-4]。