西山煤田西緣構(gòu)造帶整合煤礦的水害綜合探測(cè)

武有才

（同煤集團(tuán) 同地益晟煤業(yè)有限公司，山西 大同 037000）

老礦井深部開(kāi)采面臨石灰?guī)r溶水的威脅，資源整合礦井由于缺乏實(shí)際開(kāi)采資料，采（古）空區(qū)積水也是一大隱患，防治水工作任重道遠(yuǎn)，探討有效可行的防治水方法很有必要。

1 工程背景的概況

山西華潤(rùn)煤業(yè)有限公司大雁煤礦，屬資源整合礦井，2+4號(hào)、8號(hào)煤層目前已采空，存在一定的老空積水，現(xiàn)正開(kāi)拓9號(hào)煤層。經(jīng)查勘探區(qū)西北部的邊界處。地層由老至新為奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f），石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b），石炭系上統(tǒng)太原組（C3t），二疊系下統(tǒng)山西組（P1s），二疊系下統(tǒng)下石盒子組（P1x），上第三系上新統(tǒng)（N2），第四系中、上更新統(tǒng)（Q2+3），第四系全新統(tǒng)（Q4）。含煤地層主要為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組。地表大部被第三、四系松散層覆蓋，僅在中部義里溝及其東南側(cè)分叉沖溝有太原組、山西組、下石盒子組部分地層出露。

井田構(gòu)造總體呈走向北東-南西，傾向南東的單斜構(gòu)造，地層傾角2°～13°，由東南向西北傾角由陡逐漸變緩。井田內(nèi)發(fā)育3條正斷層（F1、F2、F3），但規(guī)模均不大，落差分別為1.5m、2.0m、10m；井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)陷落柱及巖漿巖侵入體。井田推測(cè)奧灰水水位標(biāo)高891.7～896.4 m，遠(yuǎn)低于井田內(nèi)9號(hào)煤層最低底板標(biāo)高961.37 m（井田東部818號(hào)鉆孔），不存在奧灰水突水危險(xiǎn)性。

9號(hào)煤層回風(fēng)大巷的東側(cè)為皮帶大巷，西側(cè)為9號(hào)層實(shí)體煤、南側(cè)為9號(hào)層實(shí)體煤。施工隊(duì)組沿9號(hào)煤頂板掘進(jìn)。巷道斷面矩形,寬3.4 m、高2.6 m，支護(hù)形式錨網(wǎng)噴。巷道頂板為碳質(zhì)泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖，上方為8號(hào)煤層采空區(qū)（8號(hào)、9號(hào)煤層層間距平均8 m左右）。9號(hào)煤層回風(fēng)大巷底板標(biāo)高為1055～1080 m，高于奧灰靜止水位標(biāo)高，工作面不受下伏奧灰水的威脅。

2012年5月15日，礦探水隊(duì)在太原組9號(hào)煤層回風(fēng)大巷（回風(fēng)大巷方位196°）進(jìn)行超前鉆探，鉆探位置距回風(fēng)巷口418 m（工作面遇斷層，斷層的走向110°、傾向200°、傾角65°），中孔傾角為+2°（與巷道坡度夾角），鉆進(jìn)40 m，分別見(jiàn)巖石及煤,鉆桿撤出后鉆孔內(nèi)有少量流水、但無(wú)壓力，經(jīng)實(shí)測(cè)涌水量0.11m3/h。打頂板錨索孔深度至6 m時(shí)，從錨索孔往下流水，水質(zhì)清澈、無(wú)異味，水的流量1.2 m3/h。經(jīng)分析初步判斷為斷層裂隙水，非8號(hào)煤層采空積水。為進(jìn)一步確定錨索孔出水水源，研究采用物探、鉆探、水質(zhì)化驗(yàn)綜合方法進(jìn)行探測(cè)。

2 物探工作狀況

在9號(hào)煤層回風(fēng)大巷掘進(jìn)工作面位置，采用礦井瞬變電磁探查技術(shù)進(jìn)行超前探查。

2.1 礦井瞬變電磁法測(cè)點(diǎn)布置及探測(cè)方向設(shè)計(jì)

本次瞬變電磁法勘探測(cè)線(xiàn)，布置在總回風(fēng)大巷418 m迎頭及兩側(cè)幫，其中側(cè)幫測(cè)點(diǎn)間距為5 m，共布置9×3=27個(gè)物理點(diǎn)。采用2m×2m多匝線(xiàn)框，小回線(xiàn)測(cè)量，設(shè)計(jì)探測(cè)方向?yàn)轫樝锏谰蜻M(jìn)方向，與巷道掘進(jìn)方向所在巖層呈45°左右?jiàn)A角向頂板探測(cè)，與巷道掘進(jìn)方向所在巖層呈45°左右?jiàn)A角向底板探測(cè)（見(jiàn)圖1）。發(fā)射線(xiàn)框和接收線(xiàn)框分別為匝數(shù)不等、且完全分離的兩個(gè)獨(dú)立線(xiàn)框，以便與地下（前方）異常體產(chǎn)生最佳偶合響應(yīng)。

2.2 總回風(fēng)大巷420m迎頭礦井TEM資料處理與解釋

圖1 瞬變電磁法探測(cè)方向及測(cè)點(diǎn)布置示意圖

分析圖2-a：視電阻率等值線(xiàn)變化特征看出：視電阻率等值線(xiàn)橫向起伏較大，縱向變化小，橫坐標(biāo)在10～40m之間，對(duì)應(yīng)巷道迎頭前方和右側(cè)幫頂板，縱坐標(biāo)小于120 m范圍，視電阻率等值線(xiàn)數(shù)值大于30Ωm，為明顯高阻反映，說(shuō)明巷道前方頂板上60 m范圍賦水性弱。橫坐標(biāo)在0～10 m之間，對(duì)應(yīng)左側(cè)幫頂板，等值線(xiàn)數(shù)值小于15Ωm，為相對(duì)低阻異常反應(yīng)，說(shuō)明左側(cè)幫頂板局部富水裂隙發(fā)育。

分析圖2-b，視電阻率等值線(xiàn)變化特征看出：視電阻率等值線(xiàn)橫向起伏較大，縱向變化小，橫坐標(biāo)在10～40 m之間，對(duì)應(yīng)巷道迎頭前方和右側(cè)幫，縱坐標(biāo)小于120 m范圍，視電阻率等值線(xiàn)數(shù)值大于30Ωm，為明顯高阻反映，說(shuō)明巷道前方和右側(cè)幫110 m范圍賦水性弱。橫坐標(biāo)在0～10 m之間，對(duì)應(yīng)左側(cè)幫，縱坐標(biāo)在20～100 m之間，等值線(xiàn)數(shù)值小于15Ωm，雖為相對(duì)低阻異常反應(yīng)，說(shuō)明左側(cè)幫對(duì)應(yīng)位置局部富水裂隙發(fā)育。

分析圖2-c，視電阻率等值線(xiàn)變化特征看出：視電阻率等值線(xiàn)橫向起伏較大，縱向變化小，橫坐標(biāo)在10～40 m之間，對(duì)應(yīng)巷道迎頭前方和右側(cè)幫底板，縱坐標(biāo)小于120 m范圍，視電阻率等值線(xiàn)數(shù)值大于30Ωm，為明顯高阻反映，說(shuō)明巷道前方和右側(cè)幫底板下60 m范圍賦水性弱。橫坐標(biāo)在0～10m之間，對(duì)應(yīng)左側(cè)幫底板，等值線(xiàn)數(shù)值小于20Ωm，雖為相對(duì)低阻異常反應(yīng)，即使左側(cè)幫底板局部富水裂隙發(fā)育，但富水性不強(qiáng)，對(duì)巷道掘進(jìn)影響小。

圖2 總回風(fēng)巷迎頭瞬變電磁超前探測(cè)視電阻率等值線(xiàn)擬斷面圖

圖3為總回風(fēng)巷418 m位置向后12 m范圍向巷道頂板探測(cè)視電阻率等值線(xiàn)擬斷面圖，橫坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，0對(duì)應(yīng)迎頭位置，縱坐標(biāo)為探測(cè)距離（垂直距離巷道頂板）。分析圖中視電阻率等值線(xiàn)變化特征看出：橫坐標(biāo)在2～8 m之間，即距離迎頭2～8 m范圍，巷道頂板上20～40 m之間，等值線(xiàn)數(shù)值小于15Ωm，為相對(duì)低阻異常反映，說(shuō)明巷道頂板局部富水裂隙發(fā)育；距離巷道頂板40m以上富水性減弱，為頂板巖層局部裂隙富水反映。

2.3 結(jié)果和建議

根據(jù)本次礦井瞬變電磁法探查結(jié)果，得出如下結(jié)論：總回風(fēng)巷418 m位置前方左側(cè)幫和后方2～8 m范圍頂板上20～40m范圍富水裂隙發(fā)育，前方頂板上60 m和底板下60m范圍富水性弱。經(jīng)資料解釋?zhuān)?號(hào)煤層采空區(qū)有積水的可能性不大。

3 鉆探工作狀況

1）在巷道前方距中孔的兩側(cè)0.4 m各打一個(gè)鉆孔，左孔傾角為-6°（與巷道坡度夾角）鉆探2 m巖石后，見(jiàn)煤又鉆探48 m未見(jiàn)巖石；右孔傾角為-6°（與巷道坡度夾角）鉆探2 m巖石后見(jiàn)煤又鉆探48 m未見(jiàn)巖石。經(jīng)分析確定，工作面迎頭所遇斷層為正斷層，迎頭前方為斷層下盤(pán)，9號(hào)煤被斷下，落差12.7m。

2）在距流水的錨索孔（編號(hào)為1號(hào)孔）平距0.8 m處又布置一個(gè)鉆孔，方向垂直頂板進(jìn)行鉆探，鉆探深度15.4 m探至8號(hào)煤層的頂板灰?guī)r，未發(fā)現(xiàn)鉆孔內(nèi)流水（編號(hào)為2號(hào)孔），經(jīng)過(guò)初步判斷8號(hào)煤層為實(shí)煤。又在巷道的正前方仰角80°打一個(gè)鉆孔，垂直深度到6 m時(shí)鉆孔出現(xiàn)流水，又鉆探了8.4 m均未發(fā)現(xiàn)有采空存在，出現(xiàn)的涌水經(jīng)實(shí)測(cè)涌水量為0.8 m3/h（編號(hào)為3號(hào)孔）；因巷道右?guī)捅容^潮濕的地方，垂直煤壁補(bǔ)打了一個(gè)鉆孔，深度為23 m（編號(hào)為4號(hào)孔），鉆探結(jié)果均為實(shí)煤。

3）探水隊(duì)又在回風(fēng)巷出現(xiàn)水地方往后退1.8 m距左幫0.6處向頂板垂直方向布置了一個(gè)鉆孔進(jìn)行鉆探，鉆探深度到6 m時(shí)鉆孔出現(xiàn)流水，涌水量1.78 m3/h（編號(hào)為5號(hào)孔）。經(jīng)兩個(gè)小時(shí)的觀(guān)測(cè)，1號(hào)孔的涌水量0.396 m3/h；2號(hào)孔的涌水量0.375 m3/h；3號(hào)孔涌水量1.78m3/h。

5月20日二班探水隊(duì)在3號(hào)出水孔往后退1.5 m，距巷道左幫1.5 m處，向頂板打鉆孔，鉆探深度15 m未發(fā)現(xiàn)鉆孔探空、無(wú)流水（編號(hào)為6號(hào)孔）。經(jīng)過(guò)鉆探驗(yàn)證，錨索孔出水不是8號(hào)煤層采空區(qū)積水。

4 水質(zhì)化驗(yàn)狀況

對(duì)錨索孔出水取水樣，進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果如下：大雁煤礦水質(zhì)特征及水質(zhì)類(lèi)型為SO4.-Ca.Mg，礦化度為1552mg/L，總硬度為1058.22mg/L，為典型煤系水。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜合分析，出水點(diǎn)水來(lái)自太原組石灰?guī)r的巖溶水，判斷應(yīng)為K2石灰?guī)r的巖溶裂隙水。此次探測(cè)工作，經(jīng)采用綜合探測(cè)方法取得較好效果；今后，煤礦開(kāi)采特別是資源整合礦井建設(shè)和生產(chǎn)中，可按“物探先行、鉆探驗(yàn)證、化探跟進(jìn)”的綜合探測(cè)程序進(jìn)行探放水工作，以防水害事故。