小窯采空區積水探放技術及應用

（冀中能源井陘礦業集團正珠煤業有限公司，山西 晉中 032600）

1 礦井及工程概況

1.1 礦井基本情況

山西汾西瑞泰井礦正珠煤業有限公司位于左權縣境內中南部，由山西左權天達煤業有限責任公司、山西左權恒隆煤業有限公司兩礦整合而成，井田面積為5.182 km2，核定生產能力為0.90 Mt/a。井田可采煤層為2#、3#、4#、8#、11#、15#，其中2#、3#、4#、8#煤層已基本采空，現主要開采15#煤層，平均厚度5.6 m。

井田奧灰水位標高為+829m，低于15#煤層最低標高+860m，全井田處于不帶壓狀態。礦井正常涌水量50m3/h，最大涌水量70m3/h。依據《礦井水文地質類型劃分報告》，15#煤層水文地質條件為中等，主要水害隱患為采空區積水。其中二采區為資源整合區，不同程度受小窯采動破壞影響。

1.2 工程概況

21509回風巷位于二采區15#煤層西北角，東側為原恒隆煤業2006年開采形成的采空區，西側為二采區運輸巷，南側為X1504 陷落柱及老巷，北側為副斜井及中央水倉保護煤柱。

資料顯示，21509回風巷區域上覆各煤層無采空區，工作面斷層附近原恒隆煤業施工數條巷道（沿煤層頂板掘進），巷寬約2.5～3.0m，并存有積水，積水范圍及積水量不明確，存在一定水害隱患。

1.3 地質及水文地質條件

21509回風巷沿15#煤層掘進，整體呈褶皺構造。工作面內部存在一條落差約2.7m的正斷層，與工作面斜交；受其影響，煤層產狀發生變化；工作面南部已揭露一個X1504陷落柱，陷落柱周邊可能牽引形成隱伏小型構造。

15#煤層頂板距上部K2、K3、K4灰巖含水層分別17.0m、32.9m、52.69m，含水層厚度在0.6～3.8 m之間。上述三個含水層具有一定的水力聯系，但富水性較弱，為工作面頂板間接充水水源，遇向斜部位巷道頂板可能出現滴、淋水現象。

21509工作面最低標高為+1030m，井田奧灰水位標高為+829m，二者相差209m，工作面底板不帶壓，底板奧灰水不會對工作面掘進期間造成影響。

21509工作面左側為原小窯采動破壞區，掘進區域內存在老空及老巷等小窯采動破壞區，存有積水，積水范圍及積水量不清，存在一定水害隱患。

2 探放水工程

21509回風巷掘進期間嚴格執行“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水原則和“物探先行、鉆探驗證、長短探結合”的探放水工藝。

2.1 物探探測方案

物探儀器采用武漢地大華睿地學技術有限公司生產的TEMHZ75礦用瞬變電磁儀和TEMJF60礦用隔爆兼本安型發射機（大功率）組合。

礦井瞬變電磁法不僅能夠探查周圍不同層位的空間，不同形態的含水構造，還具有近距離觀測，體積效應小、方向性強、分辨率高，對低阻區敏感，有效探測距離大、施工快速等優點，見圖1。

在井下進行探測時，線圈法線方向對準探測目標，在發射線圈中通以階躍電流，然后利用接收線圈測量感應二次場。通過接收到的二次場的感應電動勢隨時間的變化特征，就可了解探測范圍內的介質電磁性質的變化規律，通過對數據的解釋處理確定異常的空間位置及形態大小。

圖1 瞬變電磁全空間相應

2.2 鉆探驗證方案

根據物探結果圈定異常區位置、范圍，結合常規鉆探及工作面實際地質及水文地質條件編制異常區專項鉆探驗證方案，進行鉆探驗證，消除隱患。

嚴格執行“有掘必探”，每次鉆探循環施工不少于8個鉆孔，有效孔深80m，允許掘進50m，留設30 m超前距；允許掘進內采用“短探、短掘”，短探必須在長探的允許掘進距離內實施，短探的超前距、幫距不得小于5m，短探孔終孔位置位于15#煤層頂板。

2.3 特殊地段驗證方案

物探重點異常區采用 “物探與鉆探驗證”、“物探與物探驗證”、“鉆探與鉆探驗證”的驗證方法；對于出水的鉆孔，利用鉆孔測井分析儀進行測井分析、內窺，找出出水點位置及鉆孔偏斜、盲區，進行補充鉆探驗證，徹底疏放采空區積水，消除水害隱患。

鉆孔測井分析儀通過視頻采集、測井技術、孔斜測量的集成、快速采集，在可視化條件下一次獲取自然伽馬、視頻、孔斜（方位、傾斜角）及孔深等精確數據，繪制軌跡剖面、軌跡平面圖，并在此基礎上繪制地質剖面圖，分析計算分層巖性、厚度、巖層軟硬程度、巖石裂隙、裂隙、出水點、頂板離層情況等技術數據。

2.4 第五循環物探、鉆探驗證情況

（1）物探圈定異常區

瞬變電磁儀超前探測位于21509回風巷C13點前43m處。探測方向分別為15#煤順層0°、頂板方向30°、60°，每個探測方向11個物理點，共33個物理點。

結合工作面地質條件及物探成果進行綜合分析（見圖2），工作面順層0°、頂板30°、60°各方向均存在異常區。三處異常區基本重合，位于巷道正前左、右15～35m范圍內，水平距離約10～55 m。三處低阻異常區可能為老空、老巷等引起。

圖2 物探成果分析

（2）鉆探驗證及防水

本次鉆探驗證分別位于工作面C13點前43 m和63 m兩處，累計施工19個鉆孔，合計1266 m。嚴格按設計施工，鉆孔終孔見煤層頂板或煤層頂板以下1.2 m。鉆孔全部安裝孔口管，孔口管安裝嚴格按照《山西省井下探放老空水技術要求》。鉆孔參數見表1、表2。

表1 21509回風巷C13點前43m處鉆孔施工參數一覽

表2 21509回風巷C13點前63m處鉆孔施工參數一覽

3 鉆孔具體施工參數及施工情況

1）測井資料分析

利用YCJ90/360型礦用鉆孔測井分析儀在21509回風巷C13點前43m處進行測井分析，本次探測7個鉆孔，其中5#、6#出水，水量分別為1.82和0.5m3/h，其余鉆孔不出水。其中1#和補1#孔分別在5.76 m和6m處由于擴孔管和鉆孔臺階過高而無法繼續探測，其中補3#、5#、6#孔均在29 m左右出現裂隙和破碎的情況。其中補3#、補B3#和6#孔均在46 m左右見采空區。

綜合分析，補3#、補B3#和6#孔均進入小煤窯采空區，并出水，采空區仍有積水，水量變小。初步判斷這三個孔所見采空區為同一個，積水有聯通性。

2）小結

第五循環物探異常區鉆探驗證分兩次鉆探驗證，分別位于探巷C13點前43m、63#兩處，累計施工19個鉆孔，合計進尺1266 m；期間在C13點前43m處施工鉆孔進行鉆孔測井、窺視；此次鉆探工程基本探明鉆探范圍內的地質及水文地質條件：工作面正前約30m處存在異常區域，影響范圍延伸至工作面內部距21508探巷設計巷道約45 m；該異常區域積水已疏放完畢，累計疏放積水5262m3，水害隱患已基本消除，局部低洼處可能存在少量積水，現工作面正常涌水量為2.0m3/h，預計最大涌水量為10m3/h；工作面右側幫向約47m處存在一條正斷層，無水害隱患。

4 探放水成果

21509回風巷掘進期間共揭露4條空巷（均無水、位于15#煤層上分層），一條落差2.7～6.0m的正斷層；分別在第五循環、第九循環、第十循環探放老空積水約12000m3，探明工作面內部地質構造及圈定小窯采動破壞區影響范圍，消除了水害隱患，確保工作面安全掘進。

5 結語

資源整合井田范圍內均存小窯采動破壞區，小窯采空區范圍不清、層間距不一、積水量不清，嚴重威脅礦井的安全生產。21509回風巷工作面掘進期間嚴格執行“物探先行、鉆探驗證”的探放水要求，采用“長探、短探”相結合的探放水工藝，在允許掘進范圍內執行短探、短掘；對施工鉆孔出現采空或出水的，采取測井、窺視的方法，判斷鉆孔軌跡及孔內出水點情況；對異常區進行補充鉆探驗證，徹底疏放采空區積水，消除水害隱患。