騰暉煤業(yè)2 號(hào)煤層老窯巷道積水疏放技術(shù)研究

楊 軍

（霍州煤電集團(tuán)河津騰暉煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 運(yùn)城 043302）

關(guān)鍵字：采空區(qū)；物探；鉆探；探放水

0 引 言

水害一直是影響礦井安全的潛在殺手，由于井下地質(zhì)情況錯(cuò)綜復(fù)雜，斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造會(huì)將含水位置點(diǎn)和掘進(jìn)、回采區(qū)域貫通，從而產(chǎn)生瞬間大量水涌出的現(xiàn)象，后果不堪設(shè)想。目前我國(guó)常用的水害防止措施為“鉆探為主，物探為輔”。騰暉原海圣煤業(yè)三采取巷道掘進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)綜合分析地質(zhì)報(bào)告，發(fā)現(xiàn)距離巷道一定水平位置100 m 范圍內(nèi)存在大的構(gòu)造帶、老窯巷道，對(duì)于是否存在水害情況無(wú)法下定論。為解決以上問(wèn)題，現(xiàn)使用大地電磁法在三采取10 號(hào)煤層運(yùn)輸順槽進(jìn)行物探測(cè)量；隨后使用目前定向長(zhǎng)鉆孔技術(shù)施工鉆孔進(jìn)行鉆探驗(yàn)證；通過(guò)綜合分析物探剖面云圖及鉆探鉆孔情況，對(duì)三采區(qū)運(yùn)輸巷道周圍水害情況進(jìn)行分析評(píng)估。研究成果對(duì)于其他礦井水害防治具有一定指導(dǎo)意義。

1 礦井及三采區(qū)概況

騰暉煤業(yè)核定產(chǎn)能120 萬(wàn)t/a，為高瓦斯礦井，2020 年接替至三采區(qū)。三采區(qū)傾向長(zhǎng)度1 800 m，走向長(zhǎng)度3 000 m，主采煤層2 號(hào)煤層，平均煤層厚度6.24 m，平均煤層傾角7°，埋深150～470 m，整體地質(zhì)情況簡(jiǎn)單。2 號(hào)煤層頂板粉砂巖，平均厚度3 m；底板為砂質(zhì)泥巖，平均厚度3.7 m；煤層頂板3～7m范圍內(nèi)為泥巖，7～12 m 位置為砂巖含水層。泥巖為隔水層，當(dāng)未進(jìn)行開(kāi)采作業(yè)時(shí)，含水層水不會(huì)流入2號(hào)煤層工作區(qū)域；當(dāng)進(jìn)行采動(dòng)、掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，2 號(hào)煤層上覆巖層會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)形成裂隙、孔隙，從而導(dǎo)通含水層和工作面。三采區(qū)巷道相對(duì)位置圖如圖1 所示。

圖1 三采區(qū)巷道布置圖

2 三采區(qū)地質(zhì)分析

根據(jù)騰輝煤業(yè)三采區(qū)地質(zhì)分析報(bào)告可知，三采區(qū)上覆巖層存在含水層，現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)，水量較小，因此含水層對(duì)于工作面開(kāi)采、巷道掘進(jìn)威脅較小。

三采區(qū)存在23 座廢棄井口、8 座關(guān)閉小煤窯，采空區(qū)11 處。區(qū)域內(nèi)原各小煤窯采空區(qū)多有連通，受井田西低東高的單斜構(gòu)造影響，周邊采空積水向井田中部采空區(qū)形成補(bǔ)給。三采區(qū)采掘活動(dòng)范圍大部分在采空區(qū)域內(nèi)，在施工過(guò)程中需要揭露采空區(qū)，形成采空區(qū)積水突水威脅，且在有隱伏導(dǎo)水構(gòu)造橫向溝通積水區(qū)與三采區(qū)井巷工程時(shí)，則會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的采空積水突水事故。采空區(qū)積水是三采區(qū)最大的水害隱患。

綜上所述，三采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，原先礦井采空區(qū)、廢舊巷道較多，因此主要災(zāi)害為老窯區(qū)域。

3 三采區(qū)物探及鉆探

根據(jù)三采區(qū)水害危險(xiǎn)性地質(zhì)情況分析可知，三采區(qū)主要水害來(lái)源于老窯水、采空區(qū)積水。需要對(duì)水害位置點(diǎn)進(jìn)行確定。僅通過(guò)鉆探，具有盲目性，因此需要通過(guò)物探進(jìn)行探測(cè)。目前采空區(qū)水害物探方式中瞬變電磁法探測(cè)已相對(duì)成熟，現(xiàn)采用瞬變電磁法確定水害區(qū)域，采用鉆探的方法進(jìn)行驗(yàn)證。

3.1 三采區(qū)物探及分析

為探測(cè)礦井水害，三采區(qū)水害物探使用瞬變電磁法，使用儀器設(shè)備為瞬變電磁儀TEMHZ75，采集點(diǎn)位置為10 號(hào)煤層運(yùn)順巷，沿著10 號(hào)煤層運(yùn)輸巷進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，得到10 號(hào)煤層運(yùn)輸巷前方300 m 范圍內(nèi)電阻率云圖如圖2 所示。

圖2 瞬變電磁電阻率云圖

由圖2 可知，材料大巷230 m 距離段出現(xiàn)電阻低阻異常區(qū)，運(yùn)輸大巷270 m 范圍出現(xiàn)電阻低阻異常區(qū)，距離10 號(hào)煤主運(yùn)輸巷200 m 區(qū)域出現(xiàn)電阻低阻異常區(qū)，預(yù)測(cè)該區(qū)域?yàn)椴煽諈^(qū)。根據(jù)礦井開(kāi)采方式，礦井均采用條帶式開(kāi)采方式，采空區(qū)積水區(qū)域?yàn)樵擅婷簩拥装鍢?biāo)高最低點(diǎn)，因此推測(cè)電阻率運(yùn)通中（200,200）坐標(biāo)點(diǎn)為原上覆開(kāi)采工作面最低點(diǎn)，呈現(xiàn)地主區(qū)域面積較大，（300,200）坐標(biāo)點(diǎn)為原上覆開(kāi)采工作面臨近工作面，整體標(biāo)高比（200,200）最標(biāo)點(diǎn)工作面高，因此出現(xiàn)低阻區(qū)域面積較小的特征，（100,150）坐標(biāo)點(diǎn)低阻區(qū)域也是同樣原理。由于瞬變電磁法影響因素比較多，局部金屬設(shè)備也會(huì)干擾采集的信息，因此電阻率云圖僅可定性分析采空區(qū)位置點(diǎn)，對(duì)于是否為積水點(diǎn)、水量大小仍需鉆探驗(yàn)證。

綜合分析采空區(qū)為距離10 號(hào)煤主運(yùn)輸巷200～300 m 范圍內(nèi)，為電阻率低阻異常區(qū)，采空區(qū)一般為低阻區(qū)域，因此推斷該區(qū)域?yàn)椴煽諈^(qū)，采空區(qū)內(nèi)積水量分析需進(jìn)行鉆探分析。

3.2 三采區(qū)鉆探及分析

根據(jù)物探結(jié)果可知，運(yùn)輸大巷、材料大巷周圍區(qū)域存在采空區(qū)，采空區(qū)位置點(diǎn)為10 號(hào)煤主運(yùn)輸巷200～300 m 范圍內(nèi)，距離運(yùn)輸大巷100 m 范圍內(nèi)低阻異常情況尤為突出。為驗(yàn)證采空區(qū)范圍內(nèi)是否積水及采空區(qū)內(nèi)含水量情況，現(xiàn)使用定向長(zhǎng)鉆孔技術(shù)進(jìn)行鉆探。定向長(zhǎng)鉆孔具有精度高、可開(kāi)分支等優(yōu)點(diǎn)，鉆孔軌跡可以直接測(cè)量，因此，使用定向長(zhǎng)鉆孔進(jìn)行鉆探工作。

本次鉆探使用威利朗沃VLD-1000 型分體液壓鉆機(jī)，鉆機(jī)設(shè)備如圖3 所示，鉆孔設(shè)計(jì)圖如圖4 所示，鉆孔施工情況見(jiàn)表1。

表1 鉆孔施工情況表

圖3 鉆機(jī)設(shè)備圖

根據(jù)鉆孔施工情況可知，1 號(hào)鉆孔施工249 m，施工期間未出現(xiàn)鉆孔內(nèi)出水現(xiàn)象，推測(cè)該區(qū)域無(wú)水或水量較少。2 號(hào)鉆孔施工至225 m 位置點(diǎn)時(shí)，鉆孔出水，出水量為20 m3/h；3 號(hào)鉆孔施工至285 m 位置點(diǎn)時(shí)，鉆孔內(nèi)出水，出水量為30 m3/h；4 號(hào)鉆孔施工至281 m 位置點(diǎn)時(shí)，鉆孔內(nèi)部出水，出水量為150 m3/h；為精確研究該區(qū)域水害情況，對(duì)各鉆孔水量進(jìn)行為期14 d 的監(jiān)測(cè)分析，監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 鉆孔設(shè)計(jì)圖

根據(jù)圖5 可知，1 號(hào)鉆孔在14 d 時(shí)間范圍內(nèi)均為出水，基本排除該區(qū)域存在大量水的情況。2、3 號(hào)鉆孔水量大小均在第7 d 時(shí)出現(xiàn)小的波動(dòng)，但整體影響較小，2 號(hào)鉆孔最大涌水量24 m3/h，3 號(hào)鉆孔最大涌水量40 m3/h；4 號(hào)鉆孔最小涌水量149 m3/h，最大涌水量161 m3/h，整體呈現(xiàn)小范圍遞增趨勢(shì)。

圖5 鉆孔水量統(tǒng)計(jì)圖

綜合分析，4 號(hào)鉆孔281 m 位置點(diǎn)出水量最大，1、2、3、4 號(hào)鉆孔整體涌水量呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。3 號(hào)鉆孔到4 號(hào)鉆孔之間水量梯度增量最大，因此可以推測(cè)，4 號(hào)鉆孔終點(diǎn)位置為水害集中區(qū)域，運(yùn)輸大巷掘進(jìn)過(guò)程中會(huì)遇見(jiàn)此位置點(diǎn)。

3.3 水害防治措施

依據(jù)鉆探驗(yàn)證情況分析，4 號(hào)鉆孔281 m 位置點(diǎn)為主要水害集中點(diǎn)，鉆孔最大涌水量達(dá)到161 m3/h，該位置點(diǎn)為設(shè)計(jì)運(yùn)輸大巷、材料大巷必須通過(guò)的位置點(diǎn)，根據(jù)標(biāo)高現(xiàn)實(shí)，該區(qū)域距離2 條大巷標(biāo)高平均高差為12 m，水害可以通過(guò)兩方面同時(shí)實(shí)施來(lái)控制，分別是：①注漿封堵；②預(yù)排水。

3.3.1 注漿封堵措施

注漿封堵措施如下：在運(yùn)輸大巷、材料大巷上部7 m 位置區(qū)域施工鉆孔，注入水泥漿，水泥漿中加入速凝劑，水灰比1∶1.6 ，材料為普通硅酸水泥，使用定向鉆機(jī)施工于巷道掘進(jìn)方向平行的鉆孔，鉆孔排間距5 m，單個(gè)鉆孔平均施工長(zhǎng)度300 m，覆蓋物探水害影響區(qū)域。鉆孔施工40 排，平向控制200 m 區(qū)域，可以控制頂板采空區(qū)水大量流入巷道掘進(jìn)區(qū)域。

注漿封堵措施主要原理為在掘進(jìn)工作面上部構(gòu)建隔水層，有效控制采空積水深入掘進(jìn)工作面；同時(shí)提高上覆巖層剛度，防治回采過(guò)程中掘進(jìn)工作面上覆巖層撓度過(guò)大產(chǎn)生大的裂隙所形成的導(dǎo)水通道。

3.3.2 預(yù)排水措施

在4 號(hào)鉆孔勘測(cè)區(qū)域施工鉆孔6 個(gè)，孔徑145 mm，鉆孔端部封孔注漿，采用“兩堵一注”的方法進(jìn)行封孔，防治水外溢，使用聚氨酯封孔。安裝排水管，將水引入主水管，該工序在2 條大巷掘通過(guò)4 號(hào)鉆孔勘測(cè)積水點(diǎn)前60 d 施工完成，通過(guò)計(jì)算60 d 可排水864 000 m3水量，根據(jù)該區(qū)域類似排水情況分析，該排水量基本可以將采空區(qū)內(nèi)積水排干凈，防止老窯水涌入掘進(jìn)工作面的情況。

3.4 小 結(jié)

通過(guò)分析物探和鉆探數(shù)據(jù)可知，在運(yùn)輸大巷和材料大巷掘進(jìn)過(guò)程會(huì)出現(xiàn)采空區(qū)，但采空區(qū)中主要水來(lái)源于4 號(hào)鉆孔位置區(qū)域，最大涌水量161 m3/h，后期掘進(jìn)過(guò)程匯總僅需要根據(jù)探放水規(guī)定，“逢掘必探”，后期進(jìn)行掘進(jìn)工程中，每個(gè)循環(huán)施工探放水孔，防止出現(xiàn)局部水害。

為保證三采區(qū)掘-采銜接平衡，需實(shí)施注漿封堵和預(yù)排水兩項(xiàng)水害措施，措施的實(shí)施需和整個(gè)掘進(jìn)工作面工期銜接。

4 結(jié) 論

本文使用物探、鉆探的方法對(duì)騰暉煤礦三采區(qū)水害情況進(jìn)行了研究，物探采用瞬變電磁法，鉆探使用定向長(zhǎng)鉆孔技術(shù)，通過(guò)以上措施的實(shí)施得出以下結(jié)論：

1）瞬變電磁技術(shù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，距離10號(hào)煤主運(yùn)輸巷20～300 m 范圍內(nèi)存在采空區(qū)，是否存在水害情況不能確定。

2）通過(guò)施工定向長(zhǎng)鉆孔，發(fā)現(xiàn)水害位置點(diǎn)距離10 號(hào)煤主運(yùn)輸巷約280 m。

3）定向鉆孔“一孔兩用”，進(jìn)行水害探測(cè)時(shí)作為地質(zhì)孔；施工完成后定向鉆孔作為疏放水孔。

綜上所述，通過(guò)實(shí)施物探技術(shù)和鉆探技術(shù)，有效解決了三采區(qū)區(qū)域水害問(wèn)題，同時(shí)為后期局部水害防治提供了指導(dǎo)依據(jù)。