小峪煤業(yè)8202工作面水害分析及綜合探測(cè)研究

張 淵

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 朔煤小峪煤業(yè)有限公司，山西 朔州 038300)

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)朔州煤電小峪煤業(yè)公司(小峪煤業(yè))8202綜放工作面標(biāo)高1 050～1 055 m，8202運(yùn)輸巷走向長(zhǎng)945 m，回風(fēng)巷走向長(zhǎng)932 m，傾向長(zhǎng)210 m，可采長(zhǎng)度900 m，煤層厚度9.2～10.2 m，平均厚度9.7 m.8202工作面由8202運(yùn)輸巷、8202回風(fēng)巷及切眼構(gòu)成，對(duì)應(yīng)上覆19#層、18#層、16#層采空區(qū)。對(duì)應(yīng)地表位于南嶺梢南部，車道溝與東溝之間，蓋山厚度約312 m，地面標(biāo)高1 365～1 294 m，19#煤層與22#煤層層間距6～14 m，18#煤層與22#煤層間距16～29 m，16#煤層與22#煤層間距22～40 m.

2 工作面地質(zhì)水害分析

2.1 頂板水害

根據(jù)小峪煤業(yè)8202工作面水文地質(zhì)資料可知，頂板主要含水層分析如下：

1) 石炭系上統(tǒng)太原組砂巖裂隙含水層：砂巖主要位于22#煤層與19#煤層之間，厚度10～40 m，巖性以中粗粒砂巖為主，次為細(xì)粒砂巖，鈣質(zhì)膠結(jié)；其次位于22#煤層與25#煤層之間，厚10 m左右，由數(shù)層中粗砂巖、砂礫巖組成。單位涌水量0.006 7 L/(s·m)，滲透系數(shù)0.015 6 m/d，太原組含水層富水性弱。

2) 二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層：山西組厚度60.53～102.95 m，由不同粒級(jí)的砂巖夾砂質(zhì)泥巖和煤層組成，涌水量0.167 L/s.山西組含水層分布在本組的上部和中上部，地下水的補(bǔ)給不充足，含水層富水性弱。

3) 二疊系下統(tǒng)石盒子組砂巖裂隙含水層：石盒子組地層厚度100～200 m，山梁出露位置高，四周因受溝谷切割，巖石多導(dǎo)水而不含水，溝谷中有泉水出露流量為0.14～1.04 L/s，目前泉水均斷流。含水層富水性弱。

4) 第四系松散孔隙含水層：分布于大西溝和車道溝河床、河漫灘，厚度0～10 m，以砂土層為主，夾礫石層。由于井下采煤，沖積層潛水位已經(jīng)大幅度下降，所以含水層富水性較弱。綜上所述，以上含水層富水性較弱，在回采過程不受含水層影響。

老空水：8202工作面對(duì)應(yīng)上覆為16#、18#、19#層采空區(qū)，在掘進(jìn)18#煤層巷道時(shí)已對(duì)上覆16#層采空區(qū)積水進(jìn)行探放，已排除水患，在掘進(jìn)19#煤層巷道時(shí)已對(duì)上覆18#層采空區(qū)積水進(jìn)行探放，已排除水患，在掘進(jìn)8202面兩巷道時(shí)，主要針對(duì)上覆19#層采空區(qū)積水進(jìn)行探放，上覆19#層預(yù)計(jì)積水量260 m3，兩巷道掘進(jìn)過程中探孔都見空，累計(jì)放水260 m3，工作面形成后在8202頂回巷施工3個(gè)探上覆空巷及采空區(qū)鉆孔，見空，只有少量淋水，目前無水。在5202巷施工了12個(gè)鉆孔，均見空，目前有少量淋水。在8202切眼施工了3個(gè)鉆孔，見空無水。因此8202工作面回采時(shí)受上覆采空區(qū)積水影響較小。

2.2 底板水害

根據(jù)層間對(duì)照?qǐng)D、相鄰工作面采掘情況及工作面坑透報(bào)告成果分析，預(yù)計(jì)工作面回采期間無大的地質(zhì)構(gòu)造，回采期間受構(gòu)造導(dǎo)水影響較小。奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層：地質(zhì)鉆孔揭露本井田范圍內(nèi)奧陶系厚度為154.00～235.64 m，平均厚度為192.53 m，抽水孔處單位涌水量q值的范圍為0.063～3.388 L/ (s·m)，奧陶系灰?guī)r富水性為弱～強(qiáng)，富水性很不均一，水文標(biāo)高1 040～1 150 m，底板最大帶壓為1.86 MPa，工作面底板與奧陶系灰?guī)r含水層頂部層間巖層平均厚度為84 m，突水系數(shù)為0.02 MPa/m，小于相關(guān)規(guī)定的0.1 MPa/m.由此說明，正常情況下底板無突水危險(xiǎn)，但是不能夠排除在斷層、陷落柱等構(gòu)造影響下底板涌水的可能。本工作面水文地質(zhì)條件中等，工作面主要水害威脅為19#層采空區(qū)積水和底板承壓水，上覆老空區(qū)積水基本已疏放完成，為避免底板出現(xiàn)異常突水情況，設(shè)計(jì)底板富水區(qū)礦井電磁法綜合探測(cè)方案，對(duì)局部富水異常區(qū)進(jìn)行探放，保障工作面的安全高效生產(chǎn)。

3 礦井電磁法綜合探測(cè)

3.1 并行直流電法

采用ZDJ9.6 礦井并行電法監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行8202綜放工作面底板富水性探測(cè)[1]，在5202、2202兩巷道分別布置測(cè)線，以巷道開口處為測(cè)試起點(diǎn)，分別將兩條巷道測(cè)得的電法數(shù)據(jù)拼接得到視電阻率成果圖，通過surfer軟件進(jìn)行處理得到圖1所示成圖。圖中0點(diǎn)坐標(biāo)為巷道開口處，2202巷底板深度100 m范圍內(nèi)存在1處低阻異常區(qū)，位于巷道里程450～480 m處，深度為50 m，視電阻率值在 60～80 Ω·m之間，命名為SYC1，同理5202巷底板100 m范圍內(nèi)存在3處低阻異常區(qū)，分別命名為SYC2、SYC3、SYC4.

圖1 兩巷道底板并行電法探測(cè)視電阻率成果圖

3.2 音頻電透視法

礦井音頻電穿透法的測(cè)試方法有很多種，最為常用的為平行單極-偶極法[2-3]。在回采工作面兩側(cè)巷道內(nèi)同時(shí)作業(yè)，一側(cè)巷道內(nèi)為固定供電電極(發(fā)射點(diǎn))，另一側(cè)巷道內(nèi)為M、N兩個(gè)測(cè)量電極(接收點(diǎn))，8202工作面2202巷、5202巷分別布置19個(gè)發(fā)射點(diǎn)(接收點(diǎn))，間距50 m，以2202巷開口處作為X軸坐標(biāo)原點(diǎn)建立統(tǒng)一坐標(biāo)系，Y軸正方形為5202巷向切眼方向，通過聯(lián)合反演得到工作面底板巖層視電導(dǎo)率變化規(guī)律，如圖2所示。電導(dǎo)率越高代表越有可能存在地質(zhì)異常，底板下方0～50 m范圍內(nèi)，巖層的視復(fù)電導(dǎo)率值變化區(qū)間為 52～106 s/m，異常閾值為 90.48 s/m，判斷該范圍內(nèi)存在3個(gè)明顯的異常區(qū)，同理確定底板巖層深度50～100 m范圍內(nèi)，存在1個(gè)高電導(dǎo)率異常區(qū)域(YC4)。

圖2 底板音頻電透視成果圖

3.3 瞬變電磁法

8202工作面底板瞬變電磁法探測(cè)采用YCS512 礦用本安型探水儀，在2202巷、5202巷分別布置測(cè)線，分別為工作面順層方向、底板正下方及斜下方45°方向，處理得到8202工作面視電阻率等值線圖，如圖3所示。參考類似應(yīng)用案例，以視電阻率小于 40 Ω·m 作為劃分水文異常的閾值，2202巷底板垂直方向100 m深度范圍內(nèi)存在1個(gè)低阻異常區(qū)(TYC1)，工作面順層方向無明顯的低阻異常區(qū)，工作面內(nèi)部存在3個(gè)低阻異常區(qū)(TYC2、TYC3、TYC4)。

圖3 瞬變電磁法探測(cè)結(jié)果

4 綜合解釋及探放驗(yàn)證

上述三種探測(cè)方法均能夠一定程度上反饋出底板巖層內(nèi)的富水異常區(qū)，探測(cè)出的異常區(qū)域具有較大的相似性。對(duì)比分析可得，在工作面橫向方向上，100～120 m、260～300 m、440～510 m處用三種探測(cè)方法均反映出其異常情況，是底板水害探查和治理的重點(diǎn)區(qū)域。音頻電透視法探測(cè)結(jié)果表明，底板深度50 m范圍內(nèi)存在YC1、YC2、YC3等3處異常區(qū)，判斷YC1區(qū)域?yàn)橄萋渲绊懰?；YC2區(qū)域?yàn)楣ぷ髅鎯?nèi)部隱伏構(gòu)造影響下裂隙發(fā)育、局部積水所致；YC3區(qū)域?yàn)榈装灞砻娣e水影響所致。底板巖層深度大于50 m處存在1處異常區(qū)YC4，很可能是底板積水或現(xiàn)場(chǎng)潮濕所致。結(jié)合直流電法探測(cè)結(jié)果，SYC1和 SYC4異常區(qū)域與電透異常 YC2相對(duì)應(yīng)，SYC3與電透異常YC1相對(duì)應(yīng)，SYC1與電透異常YC3對(duì)應(yīng)。同樣對(duì)比瞬變電磁法探測(cè)結(jié)果，TYC1和TYC4區(qū)域與電透異常YC2相對(duì)應(yīng)，TYC3與電透異常YC1相對(duì)應(yīng)，TYC1與電透異常YC3對(duì)應(yīng)。綜上分析可確定9202工作面橫向方向共存在3個(gè)富水異常區(qū)，1～3號(hào)異常區(qū)，其具體分布詳情如圖4所示。

圖4 底板富水異常區(qū)分布及探放水鉆孔布置

為明確8202工作面底板巖層內(nèi)低阻異常區(qū)富水情況，設(shè)計(jì)14個(gè)底板鉆孔對(duì)異常區(qū)域進(jìn)行鉆探和疏放[4]，底板鉆孔布置詳情如圖4所示，各鉆孔的詳細(xì)施工參數(shù)及涌水情況如表1所示。根據(jù)探放鉆孔出水情況可知，1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)異常區(qū)內(nèi)存有少量的積水，積水量較少，富水性弱，綜合探測(cè)出的富水異常區(qū)位置、范圍具有可靠性，1號(hào)、2號(hào)富水異常區(qū)與陷落柱無水力聯(lián)系，經(jīng)過短期的疏放后可將其排出，不影響工作面的安全高效生產(chǎn)。

表1 底板探放孔參數(shù)詳情

5 結(jié) 語

通過對(duì)小峪煤業(yè)8202工作面頂?shù)装鍘r層內(nèi)富水情況分析，確定工作面上覆采空區(qū)積水已基本疏放完畢，頂板水害對(duì)于工作面的生產(chǎn)不構(gòu)成威脅，底板奧灰承壓水無突水危險(xiǎn)性。根據(jù)工作面現(xiàn)有地質(zhì)資料、采掘資料，設(shè)計(jì)并行直流電法、音頻電透視法、瞬變電磁法綜合物探方案，結(jié)合三種探測(cè)方法的結(jié)果進(jìn)行底板低阻區(qū)域圈定，通過鉆孔對(duì)異常區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證和疏放，綜合物探方法結(jié)論較精確，底板巖層內(nèi)異常區(qū)域?yàn)閹r層內(nèi)少量積水所引起，底板巖層隔水性能良好，奧灰承壓水無突水危險(xiǎn)性，工作面可正常開采。