采面導水地質構造綜合探測和治理技術研究

柳建鋒

（山西汾西礦業（集團）有限責任公司高陽煤礦， 山西 孝義 032306）

近些年來，隨著礦井采深增加，煤炭回采受陷落柱、巖漿層、地質導水（含水）體、煤層結構變化等因素影響更趨明顯[1]。地質構造發育會破壞煤層結構完整性以及連續性，當構造具有導水性時甚至會引發突水事故，給礦井回采安全帶來威脅[2]。采用各種技術手段對井下導水構造進行探測，并依據探測結果采取針對性防治水措施，可顯著提升井下煤炭生產安全保障能力[3]。

現階段礦井常用的地質構造探測技術包括有無線電透視、瞬變電磁探測以及鉆探等，現場使用過程中受到井下煤層賦存條件復雜、探測技術具有自身局限性等因素影響，探測結果具有一定局限性[4-6]。文中就以山西某礦150105 工作面面工程實例，通過綜合使用無線電透視、瞬變電磁探測等技術手段對采面內的導水地質構造進行探測，在后續針對性采用疏排、注漿等措施對導水構造進行治理，現場取得較好應用成果。

1 工程概況

山西某礦為設計生產能力240 萬t/年的現代化礦井，現階段主要15 號煤層，煤層埋深480 m、厚度4.7 m，全區可采，為礦井主采煤層。

150105 為15 號煤層南一采區第三個回采工作面，采面采用大采高回采工藝，一次開采厚度4.7 m，采面設計推進距離800 m、斜長120 m，開采范圍內15號煤層結構復雜。根據采面回采巷道掘進以及鄰近采掘作業面開采揭露地質構造情況，預測150105 采面內發育有4 個陷落柱、11 條斷層，采面回采范圍內煤層賦存條件以及水文地質條件等復雜。

15 號煤層開采時主要出水水源為頂板裂隙水含水層、采空區積水以及導水構造出水等。根據回采巷道掘進以及鄰近采面回采情況預測，150105 工作面回采過程期間，頂板、底板等會出現少量出水，為確保采面回采的安全性，提出使用綜合物探技術對采面內潛在的導水地質構造進行探測，并針對性采取出水防治措施。

2 采面導水構造綜合探測

在采面回采巷道內通過無線電透視儀、瞬變電磁儀對回采范圍內存在的導水構造以及隱伏構造進行探測。

在回采巷道內布置的無線電透視儀發射頻率、接收頻率均設定為0.5 MHz，間隔50 m 布置一個無線電發射點，在回采巷道揭露斷層附近將發射點間距縮小至20 m，無線電接收點間距均設計為10 m。在回采巷道內按照10 m 間距布置瞬變電磁發射點，發射點在順煤層方向、煤層上覆30°仰角方向、煤層下覆30°俯角方向進行探測。具體獲取到的無線電以及瞬變電磁探測成果見圖1、圖2 所示。

圖1 無線電探測成果圖

圖2 瞬變電磁探測成果圖

從圖1 無線電探測結果可以看出，采面內共有3處無線電衰減異常區，其中A1、A2、A3 區分別位于采面運輸巷15～50 m范圍、70～110 m范圍以及230～250 m范圍內。A1 區相對于周邊煤巖層屬于無線電強衰減區，結合現場情況以及已有地質資料推測，A1 區范圍內發育有陷落柱；A2 區屬于無線電相對強衰減區，結合已有地質資料顯示，推測A2 區主要是由于采面內隱伏斷層構造導致；A3 區為屬于無線電強衰減區，同時異常區范圍有一定延伸性，推測該異常區為斷層、陷落柱等綜合發育區，具有一定的導水性以及含水性。

從圖2 瞬變電磁探測成果看出，采面探測范圍內共圈定有2 個低阻異常區，其中B1 低阻異常區位于采面運輸巷100～150 m 范圍、發育深度介于35～60 m；B2 低阻異常區位于采面運輸巷200～245 m 范圍、發育深度介于35～50 m。無線電探測確定的A3 異常區與瞬變電磁確定的B2 低阻異常區存在一定的重疊區，表明A3 異常區為具有導水性且富水性的陷落柱；A2 異常區、B1 低阻異常區間距較小，在采面煤炭回采過程中煤巖體在采動壓力作用下會產生新的裂隙，從而導致B1 異常區內水體沿著裂隙涌向A2 異常區，從而給礦井煤炭回采帶來一定制約。在綜合物探確定的異常區范圍內施工地質勘察鉆孔，鉆孔探測結果與綜合物探成果一致，圈定的B1、B2 異常區均有一定的導水性。

3 導水構造注漿封堵治理

在綜合物探確定的B1、B2 異常區內使用注漿方式進行導水裂隙封堵，為采面后續安全回采創造良好條件。在B1 異常區內掃孔2 次布置5 個注漿鉆孔，鉆孔鉆進深度共計480 m，鉆孔注漿壓力均為3 MPa，總計注入120 t 水泥漿，經過注漿加固后使用的探測鉆孔均未有涌水情況發生。在B2 異常區布置8 個注漿鉆孔，鉆孔鉆進深度共計690 m，注漿量共計205 t，后續施工的檢驗鉆孔也未發現涌水情況。

注漿完成后，采面回采推進至B1、B2 異常區期間采面出水量保持在正常區間內，出水量平均為2 m3/h，出水量整體較小，不會給煤炭正常回采帶來安全威脅。

4 結語

1）物探具有探測范圍廣泛、探測效率高以及成本低等優點，使用物探技術對采面回采范圍內隱伏地質構造以及導水構造探測對提高采面回采安全保障能力具有重要意義。

2）探測過程中使用瞬變電磁法可對低阻區具有更強的分辨能力以及探測精度、確定富水區域，但是卻無法確定富水區域內構造破壞程度；無線電探測可實現構造探測。因此，在150105 采面綜合使用無線電探測以及瞬變電磁探測技術可實現采面內隱伏構造以及導水地質構造探測。

3）依據150105 采面情況，對開采范圍內隱伏構造進行綜合探測，發現采面內存在有B1、B2 富水異常區，同時由于采面內地質構造與富水區相距較近，在采面回采作用下地質構造會有一定的導水性，為此，提出使用注漿封堵技術對導水構造進行治理。

4）通過對圈定的富水區以及導水構造進行治理，采面回采期間涌水處于正常范圍內，實現了煤炭安全高效回采。