晉城礦區胡底煤礦1309工作面探放水綜合技術實踐

萬菲飛

（山西晉煤集團沁水胡底煤業有限公司，山西 晉城 048021）

0 引 言

胡底煤礦屬于山西省沁水煤田晉城礦區，礦井工業場地位于晉城市沁水縣胡底鄉，總體呈NW-SE向的長方形，長約3.05km，寬約1.81km，井田面積5.12km2。該礦總體為向、背斜相間褶曲構造；含煤地層為石炭系上統太原組和二疊系下統山西組，總厚140.7m，共含煤9-12層，煤層總厚10.87m，含煤系數7.6%，3號和15號煤層可采，總厚8.30m，現正在開采3號煤層，其屬特低灰-中灰、特低硫、中高發熱量-特高發熱量無煙煤。累計查明資源/儲量5.98億t，生產規模60萬t/a，采用斜立井混合開拓，按水平劃分盤區式布置，分兩層開采，條帶式開采，工作面采用單一傾斜長壁綜合機械化采煤方法、分層綜采采煤工藝、全部垮落法管理頂板。

1 礦井水文地質條件概況

依據巖性、水力性質及空間賦存特征，自上而下分為松散巖孔隙含水層、基巖風化帶裂隙含水層、二疊系砂巖裂隙含水層、太原組砂巖及石灰巖巖溶裂隙含水層、奧陶系中下部石灰巖巖溶裂隙含水層等5個主要含水巖組。3號煤層充水水源主要為二疊系砂巖含水層水和奧陶系灰巖巖溶含水層。二疊系砂巖含水層，富水性弱，補給條件差，該裂隙水將通過錨桿、錨索孔、煤巖裂隙而滲入巷道。奧陶系灰巖巖溶含水層水，富水性弱-中等，巖溶水位在+570m左右，3號煤層位于奧陶系巖溶水地下水位以下，為全礦井帶壓開采。

1309工作面底抽巷掘進區域處于奧灰水承壓區域，奧灰水位標高+570m左右，巷道最低標高+145m左右，巷道頂板與3號煤層間距為13m，根據水文孔柱狀圖資料可知，3#煤層底板距奧灰巖頂面為100m左右，其之間主要隔水層為①太原組砂質泥巖及泥巖隔水層，是阻隔灰巖含水層間水力聯系的主要隔水層；②本溪組泥巖、鋁土質泥巖隔水層，以鋁土質泥巖、砂質泥巖及泥巖組成，其中泥質巖類結構致密，隔水性能好，為井田煤系地層與奧陶系石灰巖的重要隔水層。根據《煤礦防治水細則》中突水系數計算公式T=P/M進行計算，1309工作面底抽巷掘進區域突水系數約為0.049MPa/m，小于構造破壞塊段的標準突水系數0.06MPa/m，一般不會發生底板奧灰水突水威脅。1309工作面底抽巷掘進區域無采空區、老空區。根據該區域三維地震勘探結果顯示，1309工作面底抽巷掘進前方中部區域發育X9陷落柱，近橢圓形，長軸近SN，長軸30m，短軸24m，面積636m2，為疑似陷落柱。在X9陷落柱區域，若30m范圍無水害威脅，則巷道可以掘進。因此，探查陷落柱充水就成為該工作面安全施工中的首要任務。

2 綜合探放水施工方案

2.1 物探施工方案

為查明探測1309工作面掘進前方及側方疑似陷落柱富水情況，并為井下工作面施工提供指導，胡底煤礦使用YCS160D礦用本安型瞬變電磁儀超前探測和礦用本安型YTZ-1地震儀震波單點法探測方法。探測間距為每100m探測一次，每次探測距離130m，超前距離30m。

礦井瞬變電磁法超前探測設計方向4個（見圖1a），分別是3個橫向探測方向（與巷道頂板呈30°夾角向前方頂板探測、順巖層方向向前方探測、與巷道底板呈30°夾角向前方底板探測）和1個縱向探測方向。每個橫向探測方向布置橫向探測角度14個（見圖1b），分別是左側幫（180°、165°、150o、135°、120°、105°）、正前方（90°、90°）、右側幫（0°、15°、30°、45°、60°、75°），3個橫向探測方向共布置42個探測角度；縱向探測方向布置14個探測角度（見圖1c），分別是頂板（90°、75°、60°、45°、30°、15°）、正前方2個（0°，兩次）、底板（-15°、-30°、-45°、-60°、-75°、-90°）。4個探測方向共計56個測點數據。

圖1 瞬變電磁法探測

單點探測技術是源于反射地震波勘探中的自激自收方式，即反射波中偏移距為零的垂直反射形式。它是通過接收巖、煤層界面的地震波垂直反射信號，來解析計算目的層距離或厚度的。一般情況下，在礦井地質中，煤層的密度多分布在1.3～1.5g/cm3，波速在0.8～1.5m/ms，而巖層的密度在2.4～3.0g/cm3，波速在2.5-3.5m/ms，所以煤、巖界面反射系數一般比較大，多大于0.6以上，是一個強反射界面，有利于震波反射法進行超前或煤厚探測。單點反射相當于一柱狀波導體，在體積元上進行零偏移距自激自收探測，將會取得較好的效果。在采用錘擊震源時由于錘擊能量有限，為了盡可能使得地震波能量傳播至巷道前方通常將觀測系統布置于巷道迎頭，在迎頭斷面采用單點自激自收反射波法以小偏移距進行數據采集（見圖2）。

圖2 巷道迎頭共偏移及單點激發接收布置

2.2 鉆探施工方案

胡底煤業堅持“預測預報，有掘必探，先探后掘，先治后采”的防治水原則，嚴格落實“物探先行，化探跟進，鉆探驗證”的綜合探測方針。胡底煤礦逐步開展利用定向鉆機進行長距離、大規模探放水作業方式。該探放水作業方式在1307工作面底抽巷首次應用，效果較好，大大提高了探測準確率及巷道掘進效率，隨著多次應用，吸取經驗，在1309工作面底抽巷改進應用。

2.2.1 1307工作面底抽巷的探放水設計方式

1307工作面底抽巷每次探放水設計長度330m，允許掘進300m，分別在150m和330m處探測巷道左右幫20m范圍及底板10m范圍（見圖3）。為保證巷道持續掘進，1307底抽巷每200m施工一個千米鉆場，每兩次探放水之間留有100m巷道可掘進距離。該探放水作業方式缺點：①每次探放水中間存在約30m的空白區，雖不影響探測結果，但可能會給檢查人員造成誤解；②兩次探放水重復進尺較多，共計395m重復進尺。

圖3 1307工作面底抽巷探放水覆蓋范圍

2.2.2 1309工作面底抽巷探放水優化設計

1309工作面底抽巷每次探放水設計長度330m，允許掘進300m，分別在225m和330m處探測巷道左右幫20m范圍及底板10m范圍（見圖4），兩次探放水覆蓋范圍如圖5，全面覆蓋探測區域，不存在探測空白區；重復進尺減少，改進后僅有保證巷道掘進的100m重復進尺，大大減少了無用進尺的施工。

圖4 改進后1309底抽巷探放水設計

圖5 改進后1309底抽巷探放水設計

2.3 化探方法

工作面有出水或探測鉆孔有出水情況需進行水質化驗，判別水源。水質化驗采用礦井充水水源快速識別儀。若水質判別困難，無法確定出水類型和水源，則需到集團公司水化學實驗室或其他專門水化驗機構進一步化驗水質，確定出水水源和類型。

3 排水路線及水情避災

探放水施工作業地點根據涌水量大小，配置兩臺排水量不小于30m3/h的水泵，現場配備相應的開關、蛇形管、軟膠管、彎接頭等配套設施，確保能將作業地點的積水排出。排水路線為1309工作面底抽巷打鉆地點→1105巷→盤區水倉→中央水倉→地面污水處理站。

當探放水鉆孔探出水后，施鉆人員應將出水孔號、鉆孔深度、出水量等第一時間向調度臺匯報。當水量大時，排水系統不能滿足要求，要及時采用木楔、黃泥等進行堵孔。當水量不能控制時，向調度匯報后，施鉆人員按避災路線進行撤離。調度臺要及時通知相鄰受水害威脅區域的工作面按下列規定的避災路線撤離。避水路線為1309工作面底抽巷打鉆地點→1105巷→回風9#橫川→1103巷→上倉斜巷→主斜井→地面。

4 結束語

1）通過工作面掘進超前物探、鉆探和化探等方法，探放水綜合技術手段的結合，實現了互補，降低失誤率，完成陷落柱富水性探查，為井下巷道施工和煤炭安全開采提供依據。

2）采用定向鉆機進行長距離、大規模探放水作業，根據胡底礦業井巷實際情況，在1309工作面底抽巷掘進過程中，改進設計，重新調整開分支位置，解決了原探放水作業存在局部空白段及重復進尺較多的問題。