友眾煤業(yè)150202 工作面富水異常區(qū)分布規(guī)律研究

屈 飛

（山東新礦集團(tuán)華源公司友眾煤業(yè)，山西 壽陽(yáng) 045109）

友眾煤業(yè)150202 工作面位于井田西翼，為15下煤層首采區(qū)。在工作面巷道掘進(jìn)過(guò)程中，遇到較多斷層及陷落柱，加之上覆3 煤層已采空，可能形成采空區(qū)積水，對(duì)下組煤開采有充水危險(xiǎn)。因此，有必要針對(duì)150202 工作面水害進(jìn)行探查，查明水害致災(zāi)因素，并分析其影響程度。

目前，廣大學(xué)者就工作面水害探查方面開展了大量的研究與工程實(shí)踐，取得了豐碩的研究成果[1-3]。為了保證友眾煤業(yè)工作面推進(jìn)過(guò)程中的安全性，本文采用無(wú)線電波透視探測(cè)與瞬變電磁探測(cè)相結(jié)合的方法，查明了工作面頂?shù)装瀹惓＝Y(jié)構(gòu)區(qū)分布情況，結(jié)合鉆探驗(yàn)證工作，判斷了工作面開采過(guò)程中突水危險(xiǎn)性。研究結(jié)果保證了工作面推進(jìn)過(guò)程中的安全性，也可為類似礦山突水災(zāi)害的防治提供借鑒。

1 礦區(qū)概況

1.1 礦區(qū)交通位置

山西壽陽(yáng)段王集團(tuán)友眾煤業(yè)有限公司煤礦位于壽陽(yáng)縣城北約13 km 處，位于宗艾村四周，隸屬壽陽(yáng)縣宗艾鎮(zhèn)管轄。該礦南距307 國(guó)道3 km，峪盂公路從井田內(nèi)穿過(guò)，距太舊高速公路壽陽(yáng)入口14 km，并入全國(guó)公路網(wǎng)，距太-石鐵路線平舒發(fā)煤站11 km，并入全國(guó)鐵路網(wǎng)，交通較為便利。

1.2 礦區(qū)生產(chǎn)現(xiàn)狀

礦井目前開采3 煤層、6 煤層，現(xiàn)在一采區(qū)3煤布置一個(gè)綜采面，巷道采用錨網(wǎng)支護(hù)。采用長(zhǎng)壁綜采一次采全高采煤工藝，頂板管理均為全部垮落法。現(xiàn)采30108 工作面，已完成150202 運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷的掘進(jìn)工作，下一步計(jì)劃開采150202工作面，也是該礦開采15 下煤層的首采工作面。

1.3 150202 工作面地質(zhì)概況

150202 工作面標(biāo)高+730～+860 m。走向長(zhǎng)2114 m，傾向長(zhǎng)180 m。工作面近西東走向，由西向東布置。根據(jù)掘進(jìn)期間揭露情況顯示，15下煤厚3.8～4.5 m，平均厚4.1 m，煤層一般含2 層夾矸，井田內(nèi)為穩(wěn)定煤層。煤層頂板大部為泥巖，局部為砂質(zhì)泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖，局部為中粒砂巖。老頂為泥巖，厚度2.2 m，呈黑灰色，層理較為發(fā)育，斷口平滑；直接頂為中砂巖，厚度19.4 m，呈灰色，性脆，泥質(zhì)膠結(jié)構(gòu)成；偽頂為泥巖，厚度3.6 m，呈黑灰色，層理較為發(fā)育，斷口平滑；直接底為砂質(zhì)泥巖，局部含粉砂巖，厚度為3.3 m，呈黑灰色，節(jié)理發(fā)育；老底為中砂巖，厚度2.8 m，呈灰色，性脆，泥質(zhì)膠結(jié)構(gòu)成。

2 150202 工作面富水異常區(qū)分布規(guī)律

2.1 無(wú)線電波透視（坑透）探測(cè)結(jié)果分析

為了查明工作面內(nèi)隱伏構(gòu)造發(fā)育情況，保證生產(chǎn)安全，友眾煤業(yè)應(yīng)用井下無(wú)線電波透視探測(cè)法在150202 工作面進(jìn)行探測(cè)，以期獲得150202 工作面隱伏構(gòu)造的發(fā)育賦存情況。150202 工作面實(shí)際勘探長(zhǎng)度2000 m、寬180 m 左右，分別沿運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷布設(shè)2 條測(cè)線，測(cè)點(diǎn)布設(shè)以切眼為0 點(diǎn)，10 m 點(diǎn)距，每條測(cè)線201 個(gè)測(cè)點(diǎn)，總計(jì)402 個(gè)測(cè)點(diǎn)。本次對(duì)150202 工作面進(jìn)行無(wú)線電波透視探測(cè)，采用定點(diǎn)法觀測(cè)，每站采集11 個(gè)數(shù)據(jù)。發(fā)射點(diǎn)距為50 m，接收點(diǎn)距為10 m，數(shù)據(jù)采集按照先回風(fēng)巷發(fā)射、運(yùn)輸巷接收，后運(yùn)輸巷發(fā)射、回風(fēng)巷接收。

本次無(wú)線電波透視探測(cè)實(shí)際完成78 個(gè)發(fā)射點(diǎn)，采集數(shù)據(jù)858 個(gè)（次），所采集的井下無(wú)線電波探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量全部合格、可靠、有效。根據(jù)實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)等值線、SIRT 法疊代CT 圖及已知地質(zhì)、水文地質(zhì)資料分析，本次井下無(wú)線電波透視法探測(cè)共推斷解釋8 處異常區(qū)，具體如圖1 所示。

圖1 150202 工作面綜合推斷成果示意圖

異常區(qū)衰減范圍分散，且衰減程度不一，結(jié)合已揭露的地質(zhì)情況和采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，8 處異常區(qū)電磁波衰減主要是由陷落柱或煤巖層起伏發(fā)育造成異常。

2.2 瞬變電磁探測(cè)成果分析

應(yīng)用礦井瞬變電磁法[4-6]對(duì)該礦150202 工作面進(jìn)行物探勘查，以期獲得150202 工作面頂、底板煤巖層富水異常及順層富水異常區(qū)形態(tài)，為水害治理提供技術(shù)參數(shù)依據(jù)。

井下瞬變電磁法探測(cè)時(shí)在兩巷2000 m 范圍內(nèi)以10 m 點(diǎn)距分6 個(gè)角度探測(cè)，總計(jì)采集2412 個(gè)實(shí)地探測(cè)數(shù)據(jù)，檢查點(diǎn)95 個(gè)，合計(jì)2507 個(gè)（條）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。得到的工作面各區(qū)域擬視電阻等值線平面圖如圖2～圖4。

圖2 工作面上覆20 m 擬視電阻等值線平面圖

工作面頂板富水情況以工作面上覆20 m 擬視電阻等值線平面圖（圖2）為主分析。從圖中可以看出，視電阻率等值線分布整體較為連續(xù)、圓滑。通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合地質(zhì)、水文地質(zhì)資料綜合推斷解釋了5 處相對(duì)低阻異常區(qū)，表示為異常區(qū)1～異常區(qū)5，具體描述如下：

異常區(qū)1：位于150202 工作面距離切眼0～40 m 區(qū)段，寬度約70 m，推斷為煤巖層起伏或構(gòu)造引起裂隙發(fā)育造成的異常。

異常區(qū)2：位于150202 工作面距離切眼500～540 m 區(qū)段，寬度約35 m，推斷為煤巖層起伏或構(gòu)造引起裂隙發(fā)育造成的異常。

異常區(qū)3：位于150202 工作面距離切眼1350～1420 m 區(qū)段，寬度約30 m，推斷為構(gòu)造引起裂隙發(fā)育造成的異常。

異常區(qū)4：位于150202 工作面距離切眼1470～1570 m 區(qū)段，寬度約30 m，推斷為構(gòu)造引起裂隙發(fā)育造成的異常。

異常區(qū)5：位于150202 工作面距離切眼1730～1770 m 區(qū)段，寬度約40 m，推斷為構(gòu)造引起裂隙發(fā)育造成的異常。

工作面順層富水情況以工作面順層擬視電阻等值線平面圖（圖3）為主分析。從圖中可以看出，視電阻率等值線分布整體較為連續(xù)、圓滑，通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合地質(zhì)、水文地質(zhì)資料綜合推斷解釋了3 處相對(duì)低阻異常區(qū)，表示為異常區(qū)6～異常區(qū)8，具體描述如下：

圖3 工作面順層擬視電阻等值線平面圖

異常區(qū)6：位于150202 工作面距離切眼0～40 m 區(qū)段，寬度約60 m，推斷為煤巖層起伏或構(gòu)造引起裂隙發(fā)育造成的異常。

異常區(qū)7：位于150202 工作面距離切眼340～380 m 區(qū)段，寬度約30 m，推斷為煤巖層起伏或構(gòu)造引起裂隙發(fā)育造成的異常。

異常區(qū)8：位于150202 工作面距離切眼1340～1420 m 區(qū)段，寬度約30 m，推斷為構(gòu)造引起裂隙發(fā)育造成的異常。

位于150202 工作面距離切眼0～40 m 區(qū)段，寬度約60 m 的低阻異常區(qū)，結(jié)合井下實(shí)際情況（由于井下切眼位置液壓支柱）和礦方實(shí)際資料推斷為探測(cè)信號(hào)干擾區(qū)，不存在富水異常。

工作面底板富水情況，以擬視電阻等值線平面圖（圖4）為主分析。從圖中可以看出，視電阻率等值線分布整體較為連續(xù)、圓滑。通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合地質(zhì)、水文地質(zhì)資料綜合推斷：工作面底板不存在明顯低阻異常區(qū)。

圖4 工作面下伏20 m 擬視電阻等值線平面圖

從瞬變電磁異常區(qū)的探查結(jié)果來(lái)看，150202 工作面的主要異常區(qū)分布在頂板上覆20 m 及順層內(nèi)，主要異常區(qū)推斷為陷落柱附近構(gòu)造引起的裂隙發(fā)育造成的異常。工作面回采過(guò)程中接近異常區(qū)時(shí)要做好頂板管理，同時(shí)做好過(guò)地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)的防治水工作，完善工作面排水系統(tǒng)，確保工作面高效安全回采。

2.3 異常區(qū)鉆探驗(yàn)證與結(jié)果分析

2.3.1 無(wú)線電波透視探測(cè)異常區(qū)鉆探驗(yàn)證

為了確定無(wú)線電波透視探測(cè)存在異常區(qū)的原因，開展物探異常區(qū)的鉆探驗(yàn)證工作。共施工鉆孔24 個(gè)，所有驗(yàn)證鉆孔均沿煤層傾角開孔。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際如遇陷落柱打穿為止，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況隨時(shí)調(diào)整鉆孔數(shù)量及長(zhǎng)度。

結(jié)果表明，YC-1 位于工作面回風(fēng)巷一側(cè)距離切眼130～160 m 區(qū)段，吸收系數(shù)較大（電磁波的損耗較大），結(jié)合地質(zhì)資料推測(cè)為陷落柱造成的異常。經(jīng)鉆探驗(yàn)證，該異常范圍內(nèi)隱伏一個(gè)長(zhǎng)軸約70 m、短軸約40 m 的陷落柱X62，陷落柱區(qū)域?qū)夭捎绊戄^大，無(wú)水、無(wú)瓦斯異常。YC-2 位于工作面運(yùn)輸巷一側(cè)距離切眼400～420 m 區(qū)段，吸收系數(shù)較大（電磁波的損耗較大），結(jié)合地質(zhì)資料推測(cè)為陷落柱造成的異常。經(jīng)鉆探驗(yàn)證，該異常范圍內(nèi)隱伏一個(gè)長(zhǎng)軸約80 m、短軸約30 m 的陷落柱X60，該陷落柱對(duì)回采影響較大，無(wú)水、瓦斯異常。其余異常區(qū)域均為煤巖層起伏發(fā)育造成的異常，對(duì)回采影響不大，無(wú)水、瓦斯異常。

根據(jù)本次鉆探施工成果分析，對(duì)150202 工作面坑透異常區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造及其發(fā)育情況有了準(zhǔn)確了解，水文地質(zhì)情況基本清楚。本次共計(jì)施工無(wú)線電波鉆孔24 個(gè)，鉆孔施工期間均無(wú)涌水及瓦斯異常。對(duì)150202 工作面X62 陷落柱、X60 陷落柱發(fā)育范圍基本探明，具備開采條件，可進(jìn)行回采作業(yè)。

2.3.2 瞬變電磁異常區(qū)鉆探驗(yàn)證

針對(duì)瞬變電磁異常區(qū)驗(yàn)證共布設(shè)12 個(gè)鉆孔，驗(yàn)證鉆孔均位于運(yùn)輸巷道，驗(yàn)證鉆孔均沿煤層傾角開孔，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際如遇陷落柱打穿為止，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況隨時(shí)調(diào)整鉆孔數(shù)量及長(zhǎng)度，累計(jì)鉆進(jìn)長(zhǎng)度915 m。通過(guò)對(duì)驗(yàn)證鉆孔施工效果分析，對(duì)150202工作面頂板K2下含水層裂隙發(fā)育情況進(jìn)行了探測(cè)，該含水層富水性較弱，對(duì)回采影響較小。

3 主要結(jié)論

（1）從瞬變電磁異常區(qū)的探查結(jié)果來(lái)看，150202 工作面的主要異常區(qū)分布在頂板上覆20 m及順層內(nèi)，主要異常區(qū)推斷為陷落柱附近構(gòu)造引起的裂隙發(fā)育造成的異常。

（2）針對(duì)物探異常區(qū)的鉆探驗(yàn)證結(jié)果顯示，150202 工作面頂板20 m 及順層異常區(qū)內(nèi)的含水層富水性較弱，對(duì)回采影響較小。

（3）鉆探驗(yàn)證較好地了解了異常區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造及其發(fā)育情況，基本探明了對(duì)150202 工作面回采影響較大的X62 陷落柱、X60 陷落柱的發(fā)育范圍。