煤礦順槽地質(zhì)探查的技術(shù)研究與實例應(yīng)用

王廣順，蘇 剛

（新汶礦業(yè)集團有限責(zé)任公司翟鎮(zhèn)煤礦，山東 泰安 271200）

1 提出問題

該煤礦2507 掘進順槽施工過程中，地質(zhì)情況不明確，受此影響制約礦井開發(fā)進度，對此需要專業(yè)技術(shù)人員進行地質(zhì)工程綜合評價，通過綜合評價，發(fā)現(xiàn)問題、制定應(yīng)對措施，對地質(zhì)情況等進行綜合分析后，開展井下地質(zhì)探查鉆孔施工，確保礦井的安全高效開采，為現(xiàn)場提供有力依據(jù)。

2 分析問題

2.1 工程概況

2507 掘進順槽位于礦井二采區(qū)，為二采區(qū)西翼綜掘工作面，掘進順槽自開門位置起沿5 號煤頂板推進，主要分為四段施工，第一部分為開門抹角段，沿5 號煤頂板按照8m 半徑抹片口；第二部分為施工凈寬4.2m、凈高2.7m 車場25m；第三部分為縮巷道右?guī)透臑閿嗝鎯魧?.6m、凈高2.7m 掘進10m 以后以10°下坡施工，見5 號煤層底板后順底板掘進；第四部分為按照斷面凈寬3.6m、凈高2.7m 掘進施工掘進順槽至切眼停掘位置。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

該礦井井田屬于單斜構(gòu)造，地層比較平緩，礦井主要開采5 號煤層，所開采2507 掘進順槽為二采區(qū)工作面，現(xiàn)重點研究該掘進順槽的地質(zhì)情況。5 號煤層位于山西組下部，煤層厚度5m～6m，煤層平均厚度5.5m，煤層結(jié)構(gòu)屬于簡單類型，含1-2 層夾矸。

2.3 巖性特征

為更好地開采該工作面，分析2507 掘進順槽頂?shù)装鍘r性特征情況為：煤層頂板巖性為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)頁巖；煤層底板巖性為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖。

2.4 瓦斯情況

瓦斯相對涌出量1.20m3/t，絕對涌出量0.80m3/min；二氧化碳相對涌出量1.20m3/t，絕對涌出量0.80m3/min，礦井通防科具體負責(zé)瓦斯治理工作。

2.5 水文地質(zhì)

1.河流水系：井田內(nèi)無常年性河流，僅在井田中部、東北部發(fā)育2 條沖溝，均由東南向西北傾斜，但屬季節(jié)性排洪沖溝，僅在雨季有短暫洪水從溝谷中流出，在井田外向西匯入河流。經(jīng)分析，該地質(zhì)因素不構(gòu)成主要災(zāi)害威脅，但是，隨著礦井的開采，淺層地下水被疏干，水位下降，破壞了自然的地下水水力聯(lián)系，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了一定的經(jīng)濟損失，進而影響到整個礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境和巖土體環(huán)境。

2.頂?shù)装逅壕飪?nèi)山西組、太原組各含水層單位涌水量均小于0.1L/s.m，富水性弱。

3.陷落柱：根據(jù)物探分析實際，以及臨近采掘工程實際，未揭露陷落柱。經(jīng)分析，上述第二和第三項地質(zhì)因素不構(gòu)成主要災(zāi)害威脅。

4.奧灰水：井田內(nèi)下部承壓水為奧灰水，奧灰水位標(biāo)高為807m～810m 之間，通過對奧灰水的突水危險性進行預(yù)測，計算得出2507 掘進順槽突水系數(shù)小于0.06MPa/m，并結(jié)合《煤礦防治水規(guī)定》及礦井實際進行分析。經(jīng)分析，受奧灰水突水危險性小，該地質(zhì)因素不構(gòu)成主要災(zāi)害威脅。

5.順槽積水：主要積水來源為防塵、冷卻水、內(nèi)外噴霧等生產(chǎn)用水。

經(jīng)分析，該因素不構(gòu)成主要災(zāi)害威脅。但是，隨著礦井開采，采空區(qū)頂板冒落后產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶會加強上覆各含水層間的上下水力聯(lián)系，故預(yù)測今后礦井涌水量可能有增大的趨勢。

6.老空區(qū)積水：2507 掘進順槽東南方向與2505綜采工作面相鄰，西南方向與二采區(qū)下山相鄰，這其中，2505 綜采工作面形成的采空區(qū)積水，是對該順槽的主要水害來源。經(jīng)分析，該地質(zhì)因素構(gòu)成了主要災(zāi)害威脅，需要重點進行防治，本文將圍繞此項災(zāi)害防治工作進行重點研究。

2.6 地質(zhì)工程綜合評價

綜上，地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯、河流水系、頂?shù)装逅⑾萋渲粚ΦV井構(gòu)成主要威脅。水害為主要災(zāi)害威脅，主要是存在臨近回采工作面老空區(qū)積水，為礦井開采過程中主要的災(zāi)害威脅，建議采取以下措施：

（1）成立專門防治水組織機構(gòu)和施工隊伍，加強人員培訓(xùn)和業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，確保人員持證上崗。（2）嚴格落實探放措施，完善配套排水設(shè)備，在掘進順槽低洼地段安設(shè)好水泵及管路，并保持管路暢通，設(shè)備運轉(zhuǎn)正常[1]。（3）及時掌握臨近回采工作面開采結(jié)束后形成的采空區(qū)積水情況，根據(jù)礦井生產(chǎn)接續(xù)計劃，預(yù)留一定距離的防隔水煤柱。

3 解決問題

根據(jù)地質(zhì)工程綜合評價結(jié)果，制定了綜合措施以此解決問題，包括：建立專業(yè)專業(yè)探放水隊伍、完善探放水設(shè)備設(shè)施、優(yōu)化探查鉆孔設(shè)計方案、明確探查鉆孔與掘進的超前關(guān)系、分析排水能力、設(shè)計施工鉆窩鉆孔套管、明確施工注意事項和各項記錄、做好探查鉆孔的終孔封孔等[2]，具體內(nèi)容如下。

3.1 專業(yè)探放水隊伍

礦井建立健全探放水機構(gòu)，設(shè)立礦井防治水專業(yè)管理機構(gòu)，負責(zé)防治水具體工作。區(qū)隊每班由探水隊長指揮施工作業(yè)，每班探水帶證人員不少于三人，防治水專業(yè)人員現(xiàn)場盯班指導(dǎo)，確保施工安全[3]。

3.2 探放水設(shè)備設(shè)施

配備瞬變電磁儀、高分辨電法儀、架柱式液壓回轉(zhuǎn)鉆機、煤礦用坑道鉆機、輔助探水鉆，2 寸排水管、水泵、直徑50mm×0.8m/1.0m 鉆桿、直徑63mm（開孔鉆頭直徑70mm）×1m 套管及10Mpa 壓力表。

3.3 探查鉆孔設(shè)計方案

按照先物探、后鉆探、化探輔助的順序，首先，采用高分辨直流電法儀、礦用瞬變電磁儀物探，按采掘進度超前物探水[4]，測深不得小于75m。其次，采用鉆機鉆探水作業(yè)。在此期間，當(dāng)有淋水、涌水時采用化探分析，組織專業(yè)人員化驗酸堿值及水質(zhì)。

在2507 掘進順槽分兩排扇形布置7 個探查鉆孔，具體如下：

第一排布置1#、2#、3#探查鉆孔，探查鉆孔距底板1m，探查鉆孔間距0.8m，仰角1°。

第二排布置4#、5#、6#探查鉆孔，探查鉆孔距底板1.2m，探查鉆孔間距0.8m，仰角2°。

1#、3#探查鉆孔分別從迎頭中線向兩幫傾斜13°，探查鉆孔深度90m，探查鉆孔終孔距煤層底板2.6m，探查鉆孔的終點與兩幫的垂距20m。

4#、6#探查鉆孔分別從迎頭中線向兩幫傾斜13°，探查鉆孔深度90m，探查鉆孔終孔距煤層頂板1m，探查鉆孔的終點與兩幫的垂距20m。

2#探查鉆孔沿巷道的中線鉆進，探查鉆孔深度90m。

5#探查鉆孔沿巷道的中線鉆進，探查鉆孔深度120m，探查鉆孔終孔入頂板巖石1.5m。

同時，在第二排布置巷幫7#探查鉆孔，探查鉆孔深度10m，探查鉆孔距底板1m、垂直巷道右?guī)?，專門用于探放臨近右側(cè)2505 工作面采空區(qū)積水。

3.4 探查鉆孔與掘進的超前關(guān)系

每次探查鉆孔施工結(jié)束后，掘進施工距離不得大于60m，探查鉆孔終點必須超前掘進迎頭30m。

3.5 排水能力分析

1.礦井排水能力：礦井正常涌水量18m3/h、最大涌水量25m3/h、井底中央主水倉660m3、副水倉460m3，內(nèi)外水倉通過分水閘門聯(lián)系。井底中央泵房安裝3 臺水泵，1 臺工作，1 臺檢修，1 臺備用，配套電機均為110kW，水泵額定流量均為85m3/h，額定揚程均為270m，排水管路兩趟，直徑為133mm，沿主立井敷設(shè)，一趟工作，一趟備用，能夠滿足礦井排水和清倉要求。

2.二采區(qū)排水能力：二采區(qū)主水倉最大容量350m3，副水倉最大容量320m3，水倉最大容量700m3，安裝3臺水泵，1 臺工作，1 臺檢修，1 臺備用，配套電機均為132kW，水泵額定流量均為85m3/h，額定揚程均為360m，排水管路兩趟，直徑為133mm，沿二采區(qū)軌道下山、一采區(qū)運輸下山敷設(shè)至中央水倉，一趟工作，一趟備用，能夠滿足二采區(qū)排水和清倉要求。

3.掘進工作面水倉排水能力：掘進工作面水倉最大容量45m3，安裝1 臺水泵，配套電機為5.5kW，水泵額定流量為12.5m3/h，額定揚程為80m，排水管路直徑為50mm，敷設(shè)排水管路一趟至二采區(qū)水倉。

4.礦井強排水能力：在二采區(qū)底部安裝強排水系統(tǒng)，每小時可強排水150m3。

3.6 鉆窩設(shè)計施工

鉆機施工期間的鉆機窩利用現(xiàn)有掘進順槽，疏排水利用掘進順槽排水池和水倉，檢查、整修、加固鉆場周圍支護，水池、水倉地點支護完好可靠，無空頂、無懸矸、無頂板離層網(wǎng)兜，施工點里外各5m 范圍內(nèi)無雜物，底板平整并且沒有浮矸。

3.7 鉆孔設(shè)計施工

開孔鉆頭直徑70mm，鉆桿直徑50mm×0.8m/1m 鉆桿，如果鉆孔施工過程中遇到涌水，做完簡易“三量”觀測后，用水泥注漿封閉后方可向下鉆進。如果鉆孔施工過程中遇到地質(zhì)構(gòu)造，由專業(yè)技術(shù)人員標(biāo)定探水孔的傾角、開孔位置距底板的高度。

3.8 套管固管施工

針對探放2505 回采工作面采空區(qū)積水的7#探查鉆孔進行套管固管，下入直徑63mm 孔口套管，起保護孔口和防止突水作用，鉆孔附近配有排水系統(tǒng)，保證鉆孔涌水時能及時排干?？卓谔坠芊夤毯箴B(yǎng)護時間不少于48 小時，然后壓注清水做孔口套管耐壓實驗，固管終壓不得小于靜水壓力的1.5 倍，穩(wěn)定時間不小于30 分鐘，孔口無松動且周圍煤壁無滲漏水視為合格，否則進行重封。

3.9 鉆具丈量校正

如果遇到斷層、嚴重涌漏水段及終孔均應(yīng)丈量鉆具全長，按規(guī)定校正孔深。誤差較大時則應(yīng)重新丈量鉆具，并查明誤差原因。

3.10 施工注意事項

探查鉆孔施工前懸掛牌板、記錄牌板和起始位置牌板，由技術(shù)人員現(xiàn)場會同探查人員，以原設(shè)計確定鉆孔位置，任何人不得擅自更改。嚴格執(zhí)行掘、探分離，不得任意私自更改設(shè)計方案。由專人每班丈量掘進距離，真實、準(zhǔn)確的在探查牌板中填入掘進距離、超前距離、時間、班次、丈量人。探查鉆孔施工期間必須停止一切與探放水無關(guān)的工作，瓦斯報警儀、瓦斯探頭懸掛位置符合規(guī)定，并保證正常使用[5]。特別是鉆孔接近老空，預(yù)計可能有瓦斯或其他有害氣體涌出，必須有專職瓦斯檢查人員在現(xiàn)場盯班，檢查空氣成分，如果瓦斯或其他有害氣體濃度超過規(guī)程規(guī)定時，必須立即停止鉆進，切斷電源，撤出人員，并報告調(diào)度室，及時處理。

3.11 施工期間記錄

現(xiàn)場持證人員施工探查鉆孔期間，記錄出現(xiàn)涌漏水點的深度，層位及最大涌漏水量，及時通知專業(yè)技術(shù)人員。鉆探過程中，要及時、準(zhǔn)確記錄孔底特性、層位、深度、水壓、水量等情況，并將當(dāng)班工作量上報，施工期間，各項原始記錄要及時、清楚、準(zhǔn)確，不得采取回憶式記錄，確保及時規(guī)范進行記錄。

3.12 終孔封孔要求

如無異常情況，鉆孔按設(shè)計要求終孔；如鉆孔鉆進至斷層破碎帶后，或者鉆孔揭露涌水量過大時，達到水文鉆孔觀測目的且影響鉆探施工時，可提前終孔。針對探放2505 回采工作面采空區(qū)積水的7#探查鉆孔疏放水完畢后進行封閉，封孔時使用硅酸鹽水泥，封孔質(zhì)量達到合格要求。

4 總結(jié)

1.通過對該煤礦2507 掘進順槽進行地質(zhì)工程評價，分析得出施工期間，受頂?shù)装迳皫r水的影響，礦井主要的災(zāi)害來源于臨近回采工作面老空區(qū)積水，并組織了探查鉆孔施工。通過綜合分析施工的7 個探查鉆孔，在施工位置前方，鉆孔控制范圍內(nèi)：

1-6#探查鉆孔實際施工過程中，并未發(fā)現(xiàn)斷層、陷落柱等導(dǎo)水通道，但是不排除有斷層或者斷層出現(xiàn)擺動的可能性，建議在該掘進順槽施工期間，加強地質(zhì)觀測，確保礦井安全開采。

7#探查鉆孔有效探放出2505 回采工作面采空區(qū)積水，及時有效地疏排了采空區(qū)積水，降低水壓在合理范圍內(nèi)，防止2507 掘進順槽施工過程中與未知的含水區(qū)域突然貫通，根據(jù)安全要求留設(shè)防水煤柱，防水煤柱的尺寸，應(yīng)根據(jù)了解區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、煤層賦存狀況、圍巖性質(zhì)、開采方法及煤層移動規(guī)律而定，嚴禁破壞各種隔水煤柱進行采掘活動。

通過合理安排探水角度、深度、方位等技術(shù)參數(shù)，確保了井下地質(zhì)探查工程的順利開展，達到預(yù)期目的。經(jīng)現(xiàn)場驗收，各個探查鉆孔均嚴格按照施工組織設(shè)計要求進行了施工，且安全、全面地完成了施工任務(wù)，達到了探查鉆孔施工目的，有效超前預(yù)測預(yù)判災(zāi)害問題?，F(xiàn)場嚴格堅持嚴格落實預(yù)測預(yù)報、有疑必探、先探后掘、先治后采的16 字方針原則，實施“采前物探-超前探（疏）放-動態(tài)評價”的安全開采技術(shù)體系，為礦井采掘活動提供了保障。

2.通過以上地質(zhì)探查的技術(shù)研究與實例應(yīng)用，為順槽施工提供了可靠的地質(zhì)資料依據(jù)，創(chuàng)造了良好條件，對礦井其它采掘工作面的安全高效開采具有較好的借鑒意義。