小煤窯采空積水區(qū)探查分析

任亞楠

（霍州煤電集團(tuán)騰暉煤業(yè)，山西 霍州 031400）

騰暉煤業(yè)井田內(nèi)存在8 處小煤窯，礦井2-100工作面緊鄰以往小煤窯采空破壞區(qū)布置。為準(zhǔn)確探測小煤窯采空破壞情況，礦井技術(shù)人員走訪調(diào)查以往小煤窯采掘范圍、開采工藝，超前掘進(jìn)工作面開展物探、鉆探、窺視測斜工作，準(zhǔn)確查明了小煤窯采空破壞范圍并疏放采空積水36158m3，保證了工作面安全回采。

1 工作面概況

騰暉煤業(yè)2-100 工作面位于材料大巷南翼，北部為礦井系統(tǒng)大巷，東部為CK2-13 采空積水區(qū)，西部為2-101 工作面，南部為井田邊界。工作面與寺塔煤礦、船窩煤礦相鄰。2-100 工作面相對位置示意圖見圖1。

圖1 2-100 工作面相對位置示意圖

2#煤層頂板含水層主要為K8、K10 兩層砂巖含水層，該含水層富水性弱，對掘進(jìn)無影響。2-100 工作面煤層底板標(biāo)高+317～ +310m，奧灰含水層水位標(biāo)高+454.5m，為帶壓開采。2#煤層至奧灰含水層平均隔水層厚度75m，突水系數(shù)0.028 ～0.029MPa/m。根據(jù)水文鉆孔資料，該區(qū)域奧灰含水層富水性弱，底板隔水層相對較厚，且工作面未發(fā)現(xiàn)大于煤厚斷裂構(gòu)造，奧灰含水層對工作面影響較小。工作面主要水害威脅為小煤窯采空積水。

2 超前物探探測

鑒于主要水害隱患為小煤窯采空積水，工作面正前采用瞬變電磁對順層及頂板方向開展探測，探測距離100m，允許掘進(jìn)70m，留設(shè)30m 循環(huán)覆蓋區(qū)。工作面掘進(jìn)過80m 后增加直流電法，重點(diǎn)探查迎頭前方小煤窯空巷及采空積水區(qū)，探測距離100m。另外為進(jìn)一步控制2-1001 巷東部采空積水情況，在巷道內(nèi)每隔30m 對工作面外圍開展一次瞬變電磁探測。

采用兩種物探方法綜合探測后，直流電法第2循環(huán)見異常區(qū)2 處，探測成果見圖2。1 號異常區(qū)位于迎頭前方3～18m 范圍內(nèi)，2 號異常區(qū)位于迎頭前方37～46m 范圍內(nèi)，分析該范圍內(nèi)可能存在小煤窯空巷或含有少量裂隙水。

圖2 直流電法探測成果圖

2-1001 巷東部瞬變電磁探測在第4、5 循環(huán)存在低阻異常區(qū)，瞬變電磁探測成果見圖3。

圖3 2-1001 巷東部瞬變電磁探測成果圖

綜合瞬變電磁和直流電法探測成果圈定疑似小煤窯采空破壞范圍及積水區(qū)，并針對圈定的異常區(qū)范圍設(shè)計了專項驗證鉆孔。

3 鉆探探測

2-100 工作面煤層厚度5.3～6.0m，順槽巷道沿煤層底板掘進(jìn)，巷高3.5m，留頂煤約2.5m。由于小煤窯為巷采，采高低于3.0m，且大多開采煤層上分層，以往多揭露上分層采空區(qū)，因此鉆探設(shè)計分上下層布置鉆孔，重點(diǎn)探測上分層采空區(qū)。按照上下分層探的設(shè)計原則，在工作面迎頭和左幫共設(shè)計13 個長探鉆孔。長探鉆孔平面及剖面布置圖見圖4。

圖4 長探鉆孔平面、剖面布置示意圖

長探鉆孔在2-1001 巷外側(cè)控制30m 的幫距，確保30m 范圍內(nèi)無小煤窯采空積水區(qū)；在工作面內(nèi)部控制20m 的幫距作為補(bǔ)充探測，防止局部獨(dú)頭巷道上分層采空。剖面上在頂板往下1.5m 布置7 個鉆孔，探查上分層采空區(qū)積水區(qū)；頂板往下1.8m布置5 個鉆孔探查順巷道方向采空破壞情況；頂板往下2.0m 布置1 個鉆孔補(bǔ)充驗證探測成果。

為盡量減少長探鉆孔終孔位置偏差，要求探測鉆孔終孔深度不超過100m，且必須見空、見水或見煤層頂板。同時為進(jìn)一步彌補(bǔ)長探鉆孔孔斜偏差，局部區(qū)域出現(xiàn)終孔密度控制不足的問題，在長探鉆孔的基礎(chǔ)上補(bǔ)充設(shè)計了短探鉆孔。短探共設(shè)計9 個鉆孔，探測深度15m。

另外針對物探圈定的異常范圍，在長探、短探的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充設(shè)計了針對性的探測鉆孔，進(jìn)一步驗證采空破壞情況。順巷道直流電法探測異常區(qū)經(jīng)鉆探驗證未發(fā)現(xiàn)老空積水，但異常區(qū)范圍內(nèi)頂板裂隙發(fā)育。巷道左幫瞬變電磁異常區(qū)鉆探驗證揭露采空積水區(qū)。鉆探見采空及出水情況統(tǒng)計見表1。

表1 鉆探見采空及出水情況統(tǒng)計表

4 窺視測斜

為進(jìn)一步控制探測鉆孔終孔位置，保證足夠的終孔控制密度，礦井利用YCJ90/360 型窺視測斜儀對探測鉆孔進(jìn)行窺視測斜，見采空區(qū)的探測鉆孔終孔長度一般在60m 以內(nèi)，平剖面偏斜相對較小。本次重點(diǎn)對鉆探距離大于60m 的2 號鉆場3#鉆孔進(jìn)行了窺視測斜，3#鉆孔鉆探距離76m，至終孔位置時平面偏移3.5m，垂向偏移1.3m，整體平剖面偏斜較小。

另外對出水鉆孔重點(diǎn)通過窺視影像資料查看鉆孔出水點(diǎn)及采空破壞情況。3 號鉆場補(bǔ)1#鉆孔出水點(diǎn)影像截圖見圖5。

圖5 出水點(diǎn)影像截圖

通過窺視測斜，一方面實測鉆孔軌跡，糾偏補(bǔ)孔，提高了鉆探精準(zhǔn)性；另一方面通過影像資料，輔助判斷出水點(diǎn)位置及采空破壞情況，真實了解采空破壞范圍及積水區(qū)。

5 采空破壞范圍及積水情況

2-1001 巷2 號鉆場1 個鉆孔、3 號鉆場3 個鉆孔、4 號鉆場3 個鉆孔、5 號鉆場3 個鉆孔、6 號鉆場1個鉆孔，共計11 個鉆孔揭露采空破壞區(qū)，圈定采空破壞面積50830m2。11 個采空鉆孔中7 個有涌水，累計疏放水量36158m3，消除了水害威脅，確保了工作面安全回采。

6 結(jié)論

2-100 工作面物探采用瞬變電磁和直流電法兩種方法綜合探測。超前鉆探采用長探加短探，并利用窺視測斜儀糾偏補(bǔ)孔，控制鉆孔密度。通過窺視影像資料查看鉆孔涌水點(diǎn)情況。綜合物探、鉆探、窺視測斜成果，準(zhǔn)確查明了采空破壞范圍并疏放積水量36158m3，消除了水害隱患，確保了工作面安全回采。該探測方法對受小煤窯采空破壞威脅的類似礦井具有較大的借鑒指導(dǎo)意義。