同忻煤礦2號(hào)煤層5303回風(fēng)巷超前探放水設(shè)計(jì)應(yīng)用

林炳坤

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 大斗溝煤業(yè)有限公司鉆探隊(duì)，山西 大同 037026)

隨著煤層開采深度的不斷增加，礦井水文地質(zhì)條件愈加復(fù)雜，在巷道掘進(jìn)過程中很容易引發(fā)滲水、甚至突水等安全事故，因此巷道超前探放水工作是保證礦井安全生產(chǎn)的重要前提[1-5]。本文以同忻煤礦為工程背景，對巷道掘進(jìn)超前探放水設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研究。

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)同忻煤礦位于山西省大同市云岡區(qū)窯子坡村南，主采的2號(hào)煤層埋深462 m，煤層厚度1.92～3.98 m，平均厚度2.66 m，煤層傾角1～5°，平均3°，煤層頂?shù)装迩闆r如表1所示。2號(hào)煤層上方依次為0.33～0.76 m的泥巖、3.54～13.53 m的粉細(xì)砂巖和6.53～19.6 m的中粗砂巖，底板為0.61～1.16 m的泥巖。

表1 2號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性

2號(hào)層5303回風(fēng)巷同層周圍不存在采空區(qū)，對應(yīng)地表徑流不發(fā)育，屬季節(jié)性河流，僅在大雨或暴雨后有洪水瀉流，對區(qū)內(nèi)地下水補(bǔ)給有限。根據(jù)勘察報(bào)告，2號(hào)煤層開采過程中導(dǎo)水裂隙帶會(huì)導(dǎo)通上部含水層，山西組和太原組含水層為2號(hào)煤層直接充水水源。

2 TEM(瞬變電磁法)探測

本著“有掘必探，先探后掘”的探放水原則，采用TEM法進(jìn)行探測，在5303回風(fēng)巷掘進(jìn)頭分3個(gè)方向，即平行于掘進(jìn)方向(0°)、與掘進(jìn)方向呈30°夾角(分別向頂?shù)装宸较蚱D(zhuǎn))，如圖1所示，每個(gè)方向均布置9個(gè)探測點(diǎn)，共計(jì)27個(gè)探測點(diǎn)。

圖1 超前探測點(diǎn)布置

通過超前探測，可得到5303回風(fēng)巷迎頭及頂?shù)装?個(gè)方向的扇形視等值線電阻率圖如圖2所示。

如圖2所示，5303回風(fēng)巷扇形視等值線電阻率剖面圖中共顯示出7個(gè)低阻異常區(qū)，通過分析推斷，異常區(qū)1、4、6應(yīng)該是同一范圍的低阻異常區(qū)，而異常區(qū)3、5、7應(yīng)該是同一范圍的低阻異常區(qū)。

圖2 5303回風(fēng)巷扇形視等值線電阻率剖面圖

結(jié)合晉北煤業(yè)2號(hào)煤層地質(zhì)報(bào)告，異常區(qū)1、4、6位于5303回風(fēng)巷掘進(jìn)方向正前方偏左，主要是圍巖破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育程度高引起的積水，異常區(qū)3、5、7屬于采空區(qū)垮落區(qū)，積水概率較高，異常區(qū)2可能是圍巖破碎或含水地質(zhì)體引起。

3 超前探水鉆孔設(shè)計(jì)及效果分析

以同忻煤礦2號(hào)煤層5303回風(fēng)巷為工程背景進(jìn)行探放水方案設(shè)計(jì)。5303回風(fēng)巷位于同忻煤礦2號(hào)煤層3盤區(qū)，巷道設(shè)計(jì)走向長度為1 940.8 m，傾向長度為180 m，巷道斷面尺寸為高×寬=3.6 m×5.5 m，采用錨桿鋼帶+錨索+噴漿聯(lián)合支護(hù)。探放水方案設(shè)計(jì)遵循“物探先行、鉆探驗(yàn)證、化探跟進(jìn)”的原則。為保證探測效果，采用YZT6鉆孔超前探水儀在巷道迎頭進(jìn)行全方位探測，YZT6鉆孔超前探水儀技術(shù)參數(shù)如下：有效探測距離為100 m，點(diǎn)距為1 m，鉆孔孔徑60 mm.

3.1 鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)

通過對5303回風(fēng)巷地質(zhì)資料及鉆孔數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)5303回風(fēng)巷上方可能存在積水，但是積水量及積水區(qū)域并不明確，因此方案對5303回風(fēng)巷上方進(jìn)行加強(qiáng)探測。

根據(jù)現(xiàn)場施工條件及地質(zhì)資料，在5303回風(fēng)巷迎頭布置鉆孔，如圖3所示，沿著2號(hào)煤層走向方向共布置4個(gè)探水鉆孔，其中1號(hào)～3號(hào)探水鉆孔作為試驗(yàn)孔，4號(hào)探水鉆孔作為驗(yàn)證孔。

圖3 探水鉆孔布置示意

探水鉆孔參數(shù)如表2所示，1號(hào)探水鉆孔與5303回風(fēng)巷掘進(jìn)方向平行施工，深度不小于50 m；2號(hào)探水鉆孔與1號(hào)探水鉆孔呈15°夾角施工，孔深不小于70 m；3號(hào)探水鉆孔與1號(hào)探水鉆孔呈30°夾角施工，孔深不小于70 m；4號(hào)探水鉆孔與1號(hào)探水鉆孔呈45°夾角施工，孔深不小于71 m.

表2 探水鉆孔參數(shù)

3.2 探水效果分析

現(xiàn)場3個(gè)探水鉆孔的實(shí)驗(yàn)效果如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場探水鉆孔實(shí)驗(yàn)效果圖

1) 1號(hào)探水鉆孔實(shí)驗(yàn)效果圖中視電導(dǎo)率和視極化率曲線變化不大，表明巷道掘進(jìn)前方以1號(hào)探水鉆孔為圓心，30～50 m為半徑范圍內(nèi)不存在異常地段。

2) 2號(hào)探水鉆孔實(shí)驗(yàn)效果圖中在0～57 m范圍內(nèi)視電導(dǎo)率和視極化率曲線變化不大，表明巷道掘進(jìn)前方以2號(hào)探水鉆孔為圓心，30～50 m為半徑范圍內(nèi)不存在異常地段。但是60～63 m范圍內(nèi)視極化率曲線波動(dòng)劇烈，說明這一范圍內(nèi)存在異常地段，而且視電導(dǎo)率也呈現(xiàn)增大趨勢，但是增大量較小，說明異常地段可能是由于節(jié)理裂隙而導(dǎo)致的低阻異常的隱患。

3) 3號(hào)探水鉆孔實(shí)驗(yàn)效果圖中在距離探水鉆孔孔口45 m位置，視電導(dǎo)率和視極化率曲線同步變化，但是視電導(dǎo)率變化幅度小于視極化率，表明在此區(qū)域范圍內(nèi)圍巖存在裂隙水，在距離探水鉆孔口59 m位置視電導(dǎo)率發(fā)生劇烈波動(dòng)，表明該區(qū)域可能存在含水，其他范圍內(nèi)曲線較為平穩(wěn)，大概率不存在含水區(qū)域。

通過分析現(xiàn)場探水?dāng)?shù)據(jù)可知，本次探測共測出3個(gè)異常區(qū)域，即2號(hào)探水鉆孔60～63 m區(qū)域記為A；3號(hào)探水鉆孔45 m位置記為B；3號(hào)探水鉆孔59 m位置記為C.考慮探水鉆孔的鉆孔角度，可知A點(diǎn)位于5303回風(fēng)巷掘進(jìn)前方45×cos15°=45.6 m，頂板及巷道下幫60×sin15°=15.6 m.B點(diǎn)位于5303回風(fēng)巷掘進(jìn)前方45×cos30°=39 m，頂板及巷道下幫45×sin30°=22.5 m.C點(diǎn)位于5303回風(fēng)巷掘進(jìn)前方59×cos30°=52 m，頂板59×sin30°=30 m.結(jié)合晉北煤業(yè)2號(hào)地質(zhì)賦存條件，以A點(diǎn)和B點(diǎn)為圓心，半徑為30 m范圍內(nèi)圍巖破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育程度高，被積水充填產(chǎn)生低阻異常體。以C點(diǎn)為圓心，半徑為30 m內(nèi)屬于采空區(qū)冒落區(qū)，低阻異常，有較大可能含有積水。結(jié)果表明，視等值線電阻率探測結(jié)果與YZT6探水鉆孔探測結(jié)果基本吻合，表明探測結(jié)果較為準(zhǔn)確。

4 結(jié) 語

本文以晉北煤業(yè)2號(hào)煤層為工程背景，在5303回風(fēng)巷采用TEM探測法對巷道前方含水異常區(qū)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)巷道掘進(jìn)前方存在3個(gè)異常區(qū)，分別記為A點(diǎn)、B點(diǎn)、C點(diǎn)，其中以A點(diǎn)和B點(diǎn)為圓心，30 m為半徑范圍內(nèi)圍巖破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育程度高，可能存在裂隙積水，以C點(diǎn)為圓心，30 m為半徑范圍內(nèi)為采空區(qū)垮落區(qū)域，也可能含有積水。同時(shí)采用超前探水鉆孔借助YZT6探水儀進(jìn)行現(xiàn)場驗(yàn)證，結(jié)果表明，視等值線電阻率探測結(jié)果與YZT6探水鉆孔探測結(jié)果基本吻合，說明探測結(jié)果準(zhǔn)確。