小峪煤業8202工作面水害分析及綜合探測研究

張 淵

(晉能控股煤業集團 朔煤小峪煤業有限公司，山西 朔州 038300)

1 工程概況

晉能控股煤業集團朔州煤電小峪煤業公司(小峪煤業)8202綜放工作面標高1 050～1 055 m，8202運輸巷走向長945 m，回風巷走向長932 m，傾向長210 m，可采長度900 m，煤層厚度9.2～10.2 m，平均厚度9.7 m.8202工作面由8202運輸巷、8202回風巷及切眼構成，對應上覆19#層、18#層、16#層采空區。對應地表位于南嶺梢南部，車道溝與東溝之間，蓋山厚度約312 m，地面標高1 365～1 294 m，19#煤層與22#煤層層間距6～14 m，18#煤層與22#煤層間距16～29 m，16#煤層與22#煤層間距22～40 m.

2 工作面地質水害分析

2.1 頂板水害

根據小峪煤業8202工作面水文地質資料可知，頂板主要含水層分析如下：

1) 石炭系上統太原組砂巖裂隙含水層：砂巖主要位于22#煤層與19#煤層之間，厚度10～40 m，巖性以中粗粒砂巖為主，次為細粒砂巖，鈣質膠結；其次位于22#煤層與25#煤層之間，厚10 m左右，由數層中粗砂巖、砂礫巖組成。單位涌水量0.006 7 L/(s·m)，滲透系數0.015 6 m/d，太原組含水層富水性弱。

2) 二疊系下統山西組砂巖裂隙含水層：山西組厚度60.53～102.95 m，由不同粒級的砂巖夾砂質泥巖和煤層組成，涌水量0.167 L/s.山西組含水層分布在本組的上部和中上部，地下水的補給不充足，含水層富水性弱。

3) 二疊系下統石盒子組砂巖裂隙含水層：石盒子組地層厚度100～200 m，山梁出露位置高，四周因受溝谷切割，巖石多導水而不含水，溝谷中有泉水出露流量為0.14～1.04 L/s，目前泉水均斷流。含水層富水性弱。

4) 第四系松散孔隙含水層：分布于大西溝和車道溝河床、河漫灘，厚度0～10 m，以砂土層為主，夾礫石層。由于井下采煤，沖積層潛水位已經大幅度下降，所以含水層富水性較弱。綜上所述，以上含水層富水性較弱，在回采過程不受含水層影響。

老空水：8202工作面對應上覆為16#、18#、19#層采空區，在掘進18#煤層巷道時已對上覆16#層采空區積水進行探放，已排除水患，在掘進19#煤層巷道時已對上覆18#層采空區積水進行探放，已排除水患，在掘進8202面兩巷道時，主要針對上覆19#層采空區積水進行探放，上覆19#層預計積水量260 m3，兩巷道掘進過程中探孔都見空，累計放水260 m3，工作面形成后在8202頂回巷施工3個探上覆空巷及采空區鉆孔，見空，只有少量淋水，目前無水。在5202巷施工了12個鉆孔，均見空，目前有少量淋水。在8202切眼施工了3個鉆孔，見空無水。因此8202工作面回采時受上覆采空區積水影響較小。

2.2 底板水害

根據層間對照圖、相鄰工作面采掘情況及工作面坑透報告成果分析，預計工作面回采期間無大的地質構造，回采期間受構造導水影響較小。奧陶系灰巖巖溶裂隙含水層：地質鉆孔揭露本井田范圍內奧陶系厚度為154.00～235.64 m，平均厚度為192.53 m，抽水孔處單位涌水量q值的范圍為0.063～3.388 L/ (s·m)，奧陶系灰巖富水性為弱～強，富水性很不均一，水文標高1 040～1 150 m，底板最大帶壓為1.86 MPa，工作面底板與奧陶系灰巖含水層頂部層間巖層平均厚度為84 m，突水系數為0.02 MPa/m，小于相關規定的0.1 MPa/m.由此說明，正常情況下底板無突水危險，但是不能夠排除在斷層、陷落柱等構造影響下底板涌水的可能。本工作面水文地質條件中等，工作面主要水害威脅為19#層采空區積水和底板承壓水，上覆老空區積水基本已疏放完成，為避免底板出現異常突水情況，設計底板富水區礦井電磁法綜合探測方案，對局部富水異常區進行探放，保障工作面的安全高效生產。

3 礦井電磁法綜合探測

3.1 并行直流電法

采用ZDJ9.6 礦井并行電法監測裝置進行8202綜放工作面底板富水性探測[1]，在5202、2202兩巷道分別布置測線，以巷道開口處為測試起點，分別將兩條巷道測得的電法數據拼接得到視電阻率成果圖，通過surfer軟件進行處理得到圖1所示成圖。圖中0點坐標為巷道開口處，2202巷底板深度100 m范圍內存在1處低阻異常區，位于巷道里程450～480 m處，深度為50 m，視電阻率值在 60～80 Ω·m之間，命名為SYC1，同理5202巷底板100 m范圍內存在3處低阻異常區，分別命名為SYC2、SYC3、SYC4.

圖1 兩巷道底板并行電法探測視電阻率成果圖

3.2 音頻電透視法

礦井音頻電穿透法的測試方法有很多種，最為常用的為平行單極-偶極法[2-3]。在回采工作面兩側巷道內同時作業，一側巷道內為固定供電電極(發射點)，另一側巷道內為M、N兩個測量電極(接收點)，8202工作面2202巷、5202巷分別布置19個發射點(接收點)，間距50 m，以2202巷開口處作為X軸坐標原點建立統一坐標系，Y軸正方形為5202巷向切眼方向，通過聯合反演得到工作面底板巖層視電導率變化規律，如圖2所示。電導率越高代表越有可能存在地質異常，底板下方0～50 m范圍內，巖層的視復電導率值變化區間為 52～106 s/m，異常閾值為 90.48 s/m，判斷該范圍內存在3個明顯的異常區，同理確定底板巖層深度50～100 m范圍內，存在1個高電導率異常區域(YC4)。

圖2 底板音頻電透視成果圖

3.3 瞬變電磁法

8202工作面底板瞬變電磁法探測采用YCS512 礦用本安型探水儀，在2202巷、5202巷分別布置測線，分別為工作面順層方向、底板正下方及斜下方45°方向，處理得到8202工作面視電阻率等值線圖，如圖3所示。參考類似應用案例，以視電阻率小于 40 Ω·m 作為劃分水文異常的閾值，2202巷底板垂直方向100 m深度范圍內存在1個低阻異常區(TYC1)，工作面順層方向無明顯的低阻異常區，工作面內部存在3個低阻異常區(TYC2、TYC3、TYC4)。

圖3 瞬變電磁法探測結果

4 綜合解釋及探放驗證

上述三種探測方法均能夠一定程度上反饋出底板巖層內的富水異常區，探測出的異常區域具有較大的相似性。對比分析可得，在工作面橫向方向上，100～120 m、260～300 m、440～510 m處用三種探測方法均反映出其異常情況，是底板水害探查和治理的重點區域。音頻電透視法探測結果表明，底板深度50 m范圍內存在YC1、YC2、YC3等3處異常區，判斷YC1區域為陷落柱影響所致；YC2區域為工作面內部隱伏構造影響下裂隙發育、局部積水所致；YC3區域為底板表面積水影響所致。底板巖層深度大于50 m處存在1處異常區YC4，很可能是底板積水或現場潮濕所致。結合直流電法探測結果，SYC1和 SYC4異常區域與電透異常 YC2相對應，SYC3與電透異常YC1相對應，SYC1與電透異常YC3對應。同樣對比瞬變電磁法探測結果，TYC1和TYC4區域與電透異常YC2相對應，TYC3與電透異常YC1相對應，TYC1與電透異常YC3對應。綜上分析可確定9202工作面橫向方向共存在3個富水異常區，1～3號異常區，其具體分布詳情如圖4所示。

圖4 底板富水異常區分布及探放水鉆孔布置

為明確8202工作面底板巖層內低阻異常區富水情況，設計14個底板鉆孔對異常區域進行鉆探和疏放[4]，底板鉆孔布置詳情如圖4所示，各鉆孔的詳細施工參數及涌水情況如表1所示。根據探放鉆孔出水情況可知，1號、2號、3號異常區內存有少量的積水，積水量較少，富水性弱，綜合探測出的富水異常區位置、范圍具有可靠性，1號、2號富水異常區與陷落柱無水力聯系，經過短期的疏放后可將其排出，不影響工作面的安全高效生產。

表1 底板探放孔參數詳情

5 結 語

通過對小峪煤業8202工作面頂底板巖層內富水情況分析，確定工作面上覆采空區積水已基本疏放完畢，頂板水害對于工作面的生產不構成威脅，底板奧灰承壓水無突水危險性。根據工作面現有地質資料、采掘資料，設計并行直流電法、音頻電透視法、瞬變電磁法綜合物探方案，結合三種探測方法的結果進行底板低阻區域圈定，通過鉆孔對異常區進行驗證和疏放，綜合物探方法結論較精確，底板巖層內異常區域為巖層內少量積水所引起，底板巖層隔水性能良好，奧灰承壓水無突水危險性，工作面可正常開采。