木瓜煤礦10-2012 巷充水條件分析及超前探查工程

胡雪墩

（霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司 方山木瓜煤礦，山西 呂梁 033000）

1 概況

我國煤炭資源賦存地質構造、水文條件相對復雜，導致我國是世界上受礦井水患威脅最嚴重的國家之一，目前我國有27%的煤炭資源受水患威脅，僅華北地區就有約160 億多噸的煤炭資源受到威脅。由于水害造成的傷亡嚴重、救援困難等原因，造成了巨大的人員傷亡和經濟損失，因此礦井水患是制約煤礦高效生產的關鍵因素。為有效治理煤礦水患問題，煤礦防治水細則提出了“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”方針。以木瓜煤礦10-2012 巷水文地質條件為工程背景，通過分析試驗巷道充水條件，設計掘巷超前探查工程，為木瓜煤礦10-2012 巷安全掘進及10-201 工作面回采提供地質保障。

2 巷道充水條件分析

木瓜煤礦10-2012 巷服務于10-201 工作面，擔負工作面的輔助運輸、進風、行人等任務，工作面北部為盤區準備巷道，其余方向均為實煤體，巷道沿石炭系上統太原組10 號煤底板掘進，工作面開采9 號、10 號合并煤層，開采區域煤層整體呈單斜構造，厚度5.81～7.73 m，平均6.77 m，煤層頂板以泥巖、灰巖為主，堅硬-半堅硬，底板以粉砂巖、砂質泥巖為主，半堅硬-較松軟。

2.1 水源分析

（1）地表水。巷道上部地表水體主要以降雨為主，無常年性河流，年平均降雨量為397 mm，通過地表調查，巷道地表存在溝谷區域，雨季期間可能有短暫洪流。

（2）頂板含水層。9 號、10 號煤層上部主要含水層為石炭系上統太原組砂巖、灰巖含水層及二疊系砂巖含水層；根據巷道周邊南5、ZK3 鉆孔綜合分析，太原組中普遍含有L1+K2、L4、L5 石灰巖及3 層中細粒砂巖；二疊系砂巖含水層主要以細、中、粗粒砂巖為主，含水層連續性差，厚度不穩定，存在局部富水區域。

（3）底板含水層。9 號、10 號煤層底板含水層主要有奧陶系碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層，奧灰頂面距9 號、10 號煤底板約60 m。

（4）采空區積水。巷道北部為盤區準備巷道，其余方向均為實煤體，不存在采空區積水。

2.2 主要隔水層

9 號煤層頂板隔水層主要為太原組各層灰巖間的泥巖隔水層，隔水層主要由細砂巖、粉砂巖及砂質泥巖組成，層位穩定。煤層底板隔水層主要為太原組泥質巖與石炭系本溪組隔水層，以砂質泥巖、泥巖、鋁質泥巖為主，平均厚度60 m，隔水性能較好，是10 號煤層與奧陶系之間的主要隔水層。

2.3 充水因素分析

（1）巷道上部地表水體主要以降雨為主，無常年性河流，雨季巷道涌水量可能會增加。

（2）頂板含水層為石炭系上統太原組砂巖、灰巖含水層及二疊系砂巖含水層，含水層連續性差，厚度不穩定，局部存在富水區，巷道掘進是涌水量可能局部增大。

（3）9 號、10 號煤層底板含水層主要有奧陶系碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層，奧灰頂面距9 號、10號號煤底板約60 m，故巷道掘進不受奧灰水威脅。

（4）巷道北部為二盤區準備巷道，其余方向均為實煤體，不存在采空區積水。

（5）地質資料顯示，巷道掘進過程中不存在大的斷層，巷道掘進不受斷層水威脅。

綜合上述，巷道掘進期間涌水水源主要為頂板灰巖裂隙水，巷道掘進要進行超前探查，必要時進行疏放水工作，以保證巷道的安全掘進。

3 掘巷超前探查工程及應用

3.1 掘巷超前探查工程設計

掘巷超前探查工程堅持“物探先行、鉆探驗證、有掘必探、先探后掘”的工作方法，具體設計如下。

3.1.1 物探設計

井下物探采用YCS200、YCS60-F 瞬變電磁法探測裝置，共布置4 條探測線，每條探測線布置11個探測點，共采集44 個數據。探測線沿著掘進迎頭布置4 條，分別沿仰角45°、仰角30°、順層方向、俯角30°布置，如圖1 所示。探測點沿著掘進迎頭布置11 個探測點，探測點布置如圖2 所示。

圖1 巷道掘進探測線布置Fig.1 Detection line layout in roadway excavation

圖2 巷道掘進探測點布置Fig.2 Detection point layout in roadway excavation

3.1.2 鉆探設計

木瓜煤礦10-2012 巷每掘進15 m 施工一組探水鉆孔，每組鉆孔布置3 個，中間孔鉆孔深度設計45 m，兩側孔鉆孔深度設計50 m，具體鉆孔布置方位角如圖3、圖4 所示。

圖3 探水鉆孔布置平面示意Fig.3 Plane diagram of water detection drilling holes layout

圖4 探水鉆孔布置剖面示意Fig.4 Section diagram of water detection drilling holes layout

3.2 超前探查結果

木瓜煤礦10-2012 巷采用瞬變電磁探測法進行物探，發現2 處低阻異常區，相對位置如圖5 所示。探水鉆孔進行驗證后，未發現不良水體和地質異常體，巷道掘進至245～380 m 區域，掘進期間該區域頂板有3～5 m3/h 的淋水，地表調查發現該區域地面位于溝谷區域，判斷地表水補給至頂板含水層涌入巷道。后期工作面回采至該范圍時，應加強觀測。綜上所述，木瓜煤礦10-2012 巷周圍不存在采空區積水以及構造富水區。

圖5 瞬變電磁法探測結果示意Fig.5 Transient electromagnetic method detection results

4 工作面開采防治水措施

木瓜煤礦10-2012 巷掘進未發現不良水體和地質異常體，但巷道掘進至245～380 m 區域出現小范圍頂板淋水現象，工作面開采過程中應加強探測。

（1）地表水防治措施。工作面上部地表水體主要以降雨為主，無常年性河流，地表存在溝谷，雨季期間可能有短暫洪流，工作面開采過程保持定期巡查，雨季時增加巡查次數，預防地表水潰入。

（2）頂板含水層防治措施。工作面頂板含水層為石炭系上統太原組砂巖、灰巖含水層及二疊系砂巖含水層，局部存在富水區，接受地表水補給。因此，在今后開采過程中應加強對局部富水區的疏放，并加強涌水量監測頻率，同時確保排水系統的可靠。

5 結語

以木瓜煤礦10-2012 巷水文地質條件為工程背景，分析了試驗巷道充水條件，巷道掘進主要受地表水和頂板含水層影響，巷道掘進前采用瞬變電探測進行物探，發現2 處低阻異常區。探水鉆孔進行驗證后，未發現不良水體和地質異常體，巷道掘進至245～380 m 區域，出現3～5 m3/h 的淋水，判斷涌水來源為地表水補給至頂板含水層涌入巷道?；诖?，提出了工作面開采防治水措施，為木瓜煤礦10-2012 巷安全掘進及10-201 工作面回采提供了地質保障。