采面底板物探異常區鉆探鉆孔設計及效果評價

王高峰

（山西汾西礦業（集團）有限責任公司高陽煤礦， 山西 孝義 032306）

物探是現階段礦井地質構造、富水區等探測中常用技術手段，通過使用物探探測技術可顯著提升煤炭開采區超前探測效率以及探測精度[1-2]。物探受到現場應用條件、綜合解釋方法等因素顯示，探測結果存在一定偏差，需要采用鉆探方式對探測成果進行驗證[3]。劉寧[4]針對陽煤五礦開采工作面具體條件，提出使用物探方式對采面內地質構造異常區以及隱伏構造進行探測，并基于物探成果對鉆探鉆孔進行設計，物探以及鉆探成果為采面后續生產提供了精準地質資料；常青[5]提出綜合使用直流電、音頻電穿透以及無線電透視等物探技術對52108 工作面回采煤層底板富水情況以及構造發育情況進行探測，并提出針對性的防治水措施，實現了采面安全回采。眾多的研究成果為物探以及鉆探施工等提供了經驗借鑒[6-7]。文中以山西某礦3503 綜采工作面為工程實例，提出用物探方法圈定的底板異常區，并通過鉆探進行驗證，研究成果為后續采面針對性采取防治措施提供了可靠地質探測資料。

1 工程概況

3503 綜采工作面位于北翼三采區，開采5 號煤層，采面北側為已回采完畢3501 采空區，南側為實體煤，東側為北翼三采區集中軌道、運輸等巷道，西側為采區邊界。3503 綜采工作面設計走向長、傾向長分別為1 350 m、147 m，采面開采埋深平均380 m，回采的5 號煤層厚度均值為5.3 m，具體頂底板巖性參數見表1 所示。采面開采范圍內5 號煤層賦存較為復雜，中間發育有多條落差在5 m 以內的斷層。

表1 5 號煤層頂底板巖性

根據3503 回采巷道揭露地層資料預測，采面回采范圍內水文地質條件較為簡單，直接涌水水源為頂板砂巖裂隙水，該含水層富水性較弱，預計對煤炭回采影響較小；間接涌出水源為底板灰巖含水層，突水系數T 為0.017 8～0.052 1 MPa/m。

2 采面底板物探及異常區鉆探分析

在采面回采巷道內使用瞬變電磁儀進行綜合探測，具體探測成果見圖1 所示。瞬變電磁探測分別在采面回采巷道向底板按照30°俯角進行探測。從探測結果看出，在采面底板存在有2 個B 級富水異常區、3 個高阻異常區。具體物探異常區位置：B1 富水區位于5 號煤層底板下方35.0～47.6 m；B2 富水區位于5 號煤層底板下方24.1～39.4 m；G1 高阻異常區位于5號煤層底板下方30.2～52.1 m；G2 高阻異常區位于5號煤層底板下方47.5～63.2 m；G3 高阻異常區位于5號煤層底板下方58.5～69.3 m。

圖1 瞬變電磁綜合探測成果圖

3 底板異常區鉆探及分析

為了對瞬變電磁探測圈定的異常區進行探測，在利用采面內巷道布置6 個探測鉆孔，具體鉆孔布置見下頁圖2 所示，布置的6 個探測鉆孔鉆進深度為662 m，探測孔終孔均應探測到底板異常區內。后續根據鉆探成果對物探異常區采區針對性疏排、注漿等措施。現場探測鉆孔井下已有的ZDY1200S 鉆機施工，具體鉆孔施工參數見下頁表2 所示。底板物探異常區施工的6 個鉆探鉆孔耗時15 d，在鉆探過程中對水壓、水溫、水量等參數進行測定，并依據鉆探結果進行了針對性注漿。

圖2 鉆孔布置示意圖

表2 鉆探驗證鉆孔施工參數及注漿量

從探測結果看出，施工的探測鉆孔可滿足底板物探異常區探測需要。底板異常區施工的6 個探測鉆孔中由4 個鉆孔（W1、W3、W4、W5）出水量在5m3/h 以內，2 個鉆孔（W2、W6）鉆孔出水量均超過5 m3/h，具體鉆孔注漿量與鉆孔涌出量間關系見圖3 所示。

圖3 鉆孔單孔最大出水量與注漿量關系

從圖3 看出，在注漿條件一致情況下，鉆孔注漿量與出水量呈正相關，即鉆孔出水量越大、鉆孔注漿量越高。通過對底板物探異常區進行針對性鉆探并注漿加固，將采面底板弱導水裂隙進行封堵，可避免采面煤炭回采過程中出現底板突水問題，可為采面安全回采創造良好條件。

為了確保采面后續回采安全，在采面運輸巷低洼位置布置淋水水倉，水倉體積應控制在5 m3以上，在水倉內布置BQS50-30-7.5/N 水泵進行排水，并由井下排水管路將涌出排出至中央倉泵房內。

4 結論

1）采用瞬變電磁法對3503 綜采工作面底板富水體以及導水構造等進行綜合探測，并采用鉆探方式對圈定的底板異常區進行探測，依據探測結果針對性采取疏排、注漿等措施對底板異常區進行治理。

2）通過對底板物探異常區采取針對性注漿，可增加底板隔水層有效厚度并封堵潛在的導水裂隙。對采面底板進行注漿加固后，采面回采過程中基本不會出現底板大量涌出問題。同時為確保采面回采安全，應在采面運輸巷低洼位置布置水倉以及排水設備對采面涌水進行疏排。

3）物探為采面底板構造以及富水體等位置確定提供了基礎資料，鉆探可對物探成果進行驗證并根據鉆探獲取到的底板巖性、涌水參數等針對性制定預防措施。在采面通過綜合使用物探、鉆探技術可在一定程度上提升煤炭安全生產保障能力。