陽煤二礦深部開采煤層防治水技術研究

田義科(陽泉煤業(集團)有限責任公司二礦， 山西 陽泉 045000)

1 前言

礦井水災是現階段礦井面臨的最嚴重的自然災害之一，隨著我國礦井開采規模的不斷擴大，煤礦也已經逐步進入深部開采，開采過程中出現的水壓問題也越發嚴峻[1]。近些年，在我國的礦井也發生了一些煤礦突水的災害，不僅嚴重的影響礦井的正?；夭?，對礦井的經濟效果造成巨大的影響，甚至一些較為嚴重的水害還會造成人員傷亡[2-3]?，F階段我國已經成為受煤礦水災害影響最嚴重的國家之一，根據統計表明，煤礦突水事故中85%為巷道底板高壓水通過導水裂隙進入礦井或者采空區[4-6]。而我國華北地區的煤礦受底板承壓水的影響較大，主要原因是其屬于奧陶系灰巖的地質條件，該條件巖層富水性強、水壓高隔水層薄，斷層等構造發育明顯，造成該區域礦井發生突水事故的危險性高。

81201工作面位于15#煤層東部，工作面開采水平為-400m水平，工作面走向長1 877m，傾向長220m。15#煤層平均厚度為7.7m，平均傾角約為4°。根據巷道實際揭露情況，進風巷距切巷930～1 090m范圍內向斜、背斜構造相間發育，煤層傾角增大至46°?；仫L巷距切巷430m處發育一小型褶曲構造，。

工作面蓋山厚度442～665m，地表水對生產無影響，上部存在K2、K3石灰巖含水層，局部裂隙發育處有淋頭水，工作面處于帶壓區域內，根據水文地質資料顯示81201工作面屬中等富水含水層。奧灰水位為400～410m，底板隔水層厚度為70m，工作面最低標高為385m，巷道底板所能承載的最大水頭壓力為0.25MPa。對81201工作面水文地質條件進行預先探測，探查81201工作面內底板下100m范圍內的含富水異常區的位置、范圍，分析異常富水區與81201工作面兩巷揭露構造的關系，分析探測區內的含富水地質構造分布情況，避免工作面回采期間發生突水事故。

2 礦井水災探測技術

2.1 直流電法

直流電法勘探礦井地質水災原理是將埋設在井下兩個電極A、B向地面供電，通過直流電在井下建立穩定的電場，并通過電場的分布狀態來判別井下不同電阻率時礦井的地質狀況，其裝置示意圖如圖1所示。通過該方法既可以對工作面內發育的斷層、褶曲等構造進行探測，又可以對工作面及兩巷的含水區域進行預測，找出工作面含水規律，避免礦井發生突水災害，保證礦井的安全高效生產。

圖1 對稱四極裝置圖

在81201工作面底板采用該方法對工作面含水規律進行預先探測，通過電阻值來確定工作面含水區域。在工作面兩巷底板分別布置電極和電法測線，運輸巷和回風巷各布置10站，每站布置64個電極，電極間距為5.5m，完成測線總長度為6 800m，相鄰2站間重疊170m，有效測線長度3 760m。

2.2 三維并行電法探測原理

三維并行電法探測技術是利用工作面運輸巷和回風巷分別布置電法對穿測線，利用并行電法技術特點，單點供電多點同時測量的技術優勢，組成工作面面內對穿測網，如圖2所示，利用工作面運輸巷和回風巷里面的電極，使工作面內形成全空間覆蓋的對穿觀測網絡，保證工作面及兩巷全覆蓋。在工作面內進行三維并行電法觀測系統的基礎上，結合三維空間電法正反演技術，得到81201工作面面內及底板下的電阻率分布情況，根據電阻率的分布規律確定工作面及兩巷底板富水區域的分布規律，為工作面疏水降壓工作提供參考指導。

圖2 工作面三維并行電法探測射線分布示意圖

81201工作面在運輸巷和回風巷底板依次布置電極和電法測線，在81201工作面運輸巷和回風巷各布置10站，每站布置64個電極，電極間距為5.5m，工作面走向長度控制約1 880m。

3 探測結果分析

3.1 巷道底板直流并行電法探測結果

在81201工作面運輸巷和回風巷底板采用直流并行電法對富水區域進行超前探測，根據在兩巷布置的電級和點法探測，以工作面回風巷停采線位置為平面直角坐標系圓點，圓點位置指向開切眼方向為X軸正向，指向運輸巷方向為Y軸正向。布置測點后進行工作面富水區域探測，對探測的數據進行軟件處理，得到81201運輸巷主要存在4個相對低阻區域，81201回風巷主要存在3個相對低阻區域，阻值基本均在50Ω·m以下，各低阻區探測結果見表1。

3.2 并行電法探測結果

在81201工作面采用工作面內三維并行電法對富水區域進行超前探測，根據在兩巷布置的電級和電測線，以工作面回風巷停采線位置為平面直角坐標系圓點，圓點位置指向切眼方向為X軸正向，指向運輸巷方向為Y軸正向。布置測點后進行工作面富水區域探測，對探測的數據進行軟件處理，得到工作面面內主要存在5個相對低阻區，得到工作面內三維并行電法電測深結果見表2。

4 結論

(1)以陽煤二礦81201工作面為研究對象，對礦井水災探測技術進行分析，分別探討了巷道底板直流電法和三維并行電法探測原理，并根據工作面實際地質條件，分別布置了探測測點。

(2)對巷道底板直流電發和三維并行電法探測結果進行分析，采用巷道底板直流電法得到81201運輸巷主要存在4個相對低阻區域，81201回風巷主要存在3個相對低阻區域；采用三維并行電法探測法得到81201工作面面內主要存在5個相對低阻區。

表1 巷道底板直流并行電法探測結果

表2 三維并行電法探測結果