工作面掘進期間老空水探測與防治

姚澤峰

（霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司地質處，山西 方山 033102）

據(jù)相關資料統(tǒng)計，在我國煤礦水害事故中，由于老空水造成的事故占據(jù)80%左右[1]。老空水突水事故造成的危害相當大，具有水量大，破壞范圍廣的特點。為此，許多研究人員對煤礦老空水突水機制進行了研究，其中施龍青等人建立了頂板水害地質預測模型，得到了頂板突水與工作面來壓步距之間的關系[2]；馬宏華通過理論分析和工程實踐得出老空水突水是采動和地質構造共同作用導致頂板產(chǎn)生裂隙并導通老空水體而造成的[3]。本文采用當前較為熱門的瞬變電磁法對霍州木瓜礦10-102 工作面回風巷道進行探測，得到了上方老空水的富水特征，并對其進行了治理，使得工作面安全性大大提高。

1 工程概況

木瓜礦10-102 工作面位于一采區(qū)準備巷道左翼，該工作面以北為一采區(qū)三條大巷，以南為實體煤，緊鄰采區(qū)采掘邊界線，以西緊鄰10-106 采空區(qū)，以東緊鄰10-100 掘進工作面，靠近南區(qū)三條大巷。該面走向長586 m，傾向長147 m，開采煤層為10#煤，傾角為2°～14°，總面積為86 142 m2?；夭擅媾c上覆9#煤層間距為0.9～8.5 m，平均4.1 m，屬近距離開采。9#煤層直接頂板為中粒砂巖，直接底板為泥巖；而10-102 工作面回風順槽掘進時涌水量異常增大，預估是由于掘進期間對9#煤采空區(qū)頂板“三帶”形成二次破壞，使工作面預計涌水量增大。為了保證掘進面施工安全，采用瞬變電磁法對9-104 工作面采空區(qū)老空水進行探測。

2 瞬變電磁法探測

2.1 瞬變電磁法裝備布置

10-102 工作面巷道掘進過程中，由于頂板上方水源位置不明，需要對其進行探測。選擇瞬變電磁法，裝置布置在上下順槽內(nèi)，分別對頂板上方和前方煤層進行探測，頂板探測方向向上偏5°，煤層探測方向為水平布置，不同方向上分別設置13個角度掃描測點，相鄰角度相差15°。測點方向布置如圖1所示，測點角度如圖2所示。其中以巷道底板至頂板垂直方向建立Z 軸，以回風順槽掘進方向建立Y 軸，巷道左幫至右?guī)徒 軸。圖中1代表巷道頂板，2 代表巷道底板，3 為掘進面，4 為瞬變電磁法裝置的天線，5 為前方待掘進的煤巷，6代表測線方向，7 為巷道左幫，8 為巷道右?guī)停? 代表觀測角度的發(fā)射點。

圖1 測點方向布置

圖2 測點角度布置

2.2 瞬變電磁法裝備參數(shù)

根據(jù)上述方案，在回風順槽布置好裝置后，對裝置的各個參數(shù)進行重新調(diào)整，如表1所示。

表1 瞬變電磁裝備參數(shù)設置

2.3 瞬變電磁探測方案及結果

本次探測方案首先對頂板探測方向和順煤層方向進行探測，得到不同方向的等值線圖，如圖3、圖4所示。

圖3 頂板探測方向等值線

圖4 煤層探測方向等值線

從圖3頂板偏5°方向等值線圖，可以看出在巷道左幫60～100 m 內(nèi)電阻率較低，掘進面前方20～80 m 之間電阻率較低，電阻率值位于0～20 Ω/m 之間。其中在掘進面前方56 m，巷道左幫40 m 處，即圖中深藍色區(qū)域，電阻率值最低，在0～8 Ω/m 之間；而在巷道右?guī)?0～100 m 之內(nèi)，掘進面前方0～20 m區(qū)域呈現(xiàn)部分低阻，電阻率值在16～20 Ω/m 之間。由于此處低阻異常區(qū)域較小，且電阻率值相對0～8 Ω/m 較為正常，所以將此處區(qū)域劃分為正常區(qū)域。綜上所述，低阻異常區(qū)域，即含水區(qū)域位于掘進面左前方，將巷道中心位置作為零點，含水區(qū)域于50～70 m（-30～-50 m）的區(qū)域內(nèi)。

圖4為順煤層方向等值線圖。從圖中可以看出等值線異常區(qū)域與圖3中所示基本相似，但巷道左幫-30～-50 m 之間，掘進面前方50～70 m處區(qū)域電阻異常，區(qū)域電阻率值相對比圖3中的數(shù)值大，說明在水平方向上該區(qū)域含水層主體位于頂板偏上方5°，而順煤層探測方向上該區(qū)域為含水層部分。綜上所述，含水層區(qū)域位于-30～-50 m 之間，掘進面前方50～70 m 處，但其主體部分位于偏頂板上方位置。

上述不同方向的探測結果，可以得出在偏頂板5°方向出現(xiàn)明顯等值線低阻“圈閉”異常，確定該區(qū)域為富水區(qū)。后經(jīng)鉆探驗證，得出該區(qū)域為9-104 造成的老空水低阻異常，出水點位于掘進面前方53 m、巷道左幫45 m 處，主體部分位于頂板上方4.5 m 處，表明瞬變電磁法探測含水異常的準確性。

3 定向鉆孔[4]疏排水

3.1 鉆孔布置及參數(shù)

采用定向鉆孔對掘進面前方53 m、巷道左幫45 m 處區(qū)域積水進行疏放。根據(jù)地質資料，9#煤層與10#煤層之間平均間距為4.7 m，且10-102回風巷在掘進時會對9-104 采空區(qū)造成二次破壞（各地層位置如圖5所示）。掘進面鉆孔布置如圖6所示，布置4 個鉆孔，鉆孔均從10-102 底板開孔，終孔層位在9-104 采空區(qū)底板。各個鉆孔參數(shù)如表2所示。鉆孔鉆進過程中密切關注巖屑變化，并據(jù)不同情況調(diào)整鉆孔參數(shù)。在鉆孔初始階段控制鉆孔壓力，保持鉆孔穩(wěn)定，隨后根據(jù)不同巖層的巖性對鉆壓進行相應調(diào)整。

圖5 地層位置

圖6 注漿鉆孔布置

表2 鉆孔參數(shù)

3.2 治理效果

各個鉆孔初期涌水量達到120 m3/h，后經(jīng)半個月的疏放，鉆孔涌水量明顯降低，期間共疏放老空水53 143 m3； 再經(jīng)半個月疏放，1#，2#孔涌水量為20 m3/h，3#、4#孔涌水量為11 m3/h，老空水基本排放完畢。為期一月，共排放老空水96 000 m3，從而確保了10-102 工作面回風巷的順利掘進。

4 結論

1）10-102 工作面回風順槽掘進期間巷道涌水量突然增大，為了確保安全，采用瞬變電磁法對掘進面前方偏頂板5°和順煤層方向進行了探測。探測結果表明偏頂板5°方向，在掘進面前方50～70 m 處，巷道-30～-50 m 之間出現(xiàn)明顯等值線低阻“圈閉”異常。后經(jīng)鉆探驗證該區(qū)域為9-104造成的老空水低阻異常，出水點位于掘進面前方53 m、 巷道左幫45 m 處，主體部分位于頂板上方4.5 m。

2）采用定向鉆孔技術對9-104 老空水進行了排放，從10-102 底板開設4 個定向孔，經(jīng)過為期一月的疏放，共排放老空水96 000 m3，1#，2#孔涌水量為20 m3/h，3#、4#孔涌水量降至11 m3/h，從而保證了回風順槽的順利掘進。