煤礦順槽地質探查的技術研究與實例應用

王廣順，蘇 剛

（新汶礦業集團有限責任公司翟鎮煤礦，山東 泰安 271200）

1 提出問題

該煤礦2507 掘進順槽施工過程中，地質情況不明確，受此影響制約礦井開發進度，對此需要專業技術人員進行地質工程綜合評價，通過綜合評價，發現問題、制定應對措施，對地質情況等進行綜合分析后，開展井下地質探查鉆孔施工，確保礦井的安全高效開采，為現場提供有力依據。

2 分析問題

2.1 工程概況

2507 掘進順槽位于礦井二采區，為二采區西翼綜掘工作面，掘進順槽自開門位置起沿5 號煤頂板推進，主要分為四段施工，第一部分為開門抹角段，沿5 號煤頂板按照8m 半徑抹片口；第二部分為施工凈寬4.2m、凈高2.7m 車場25m；第三部分為縮巷道右幫改為斷面凈寬3.6m、凈高2.7m 掘進10m 以后以10°下坡施工，見5 號煤層底板后順底板掘進；第四部分為按照斷面凈寬3.6m、凈高2.7m 掘進施工掘進順槽至切眼停掘位置。

2.2 地質構造

該礦井井田屬于單斜構造，地層比較平緩，礦井主要開采5 號煤層，所開采2507 掘進順槽為二采區工作面，現重點研究該掘進順槽的地質情況。5 號煤層位于山西組下部，煤層厚度5m～6m，煤層平均厚度5.5m，煤層結構屬于簡單類型，含1-2 層夾矸。

2.3 巖性特征

為更好地開采該工作面，分析2507 掘進順槽頂底板巖性特征情況為：煤層頂板巖性為砂質泥巖、粉砂巖、泥質頁巖；煤層底板巖性為砂質泥巖、粉砂巖。

2.4 瓦斯情況

瓦斯相對涌出量1.20m3/t，絕對涌出量0.80m3/min；二氧化碳相對涌出量1.20m3/t，絕對涌出量0.80m3/min，礦井通防科具體負責瓦斯治理工作。

2.5 水文地質

1.河流水系：井田內無常年性河流，僅在井田中部、東北部發育2 條沖溝，均由東南向西北傾斜，但屬季節性排洪沖溝，僅在雨季有短暫洪水從溝谷中流出，在井田外向西匯入河流。經分析，該地質因素不構成主要災害威脅，但是，隨著礦井的開采，淺層地下水被疏干，水位下降，破壞了自然的地下水水力聯系，給當地農業生產造成了一定的經濟損失，進而影響到整個礦區的生態環境和巖土體環境。

2.頂底板水：井田內山西組、太原組各含水層單位涌水量均小于0.1L/s.m，富水性弱。

3.陷落柱：根據物探分析實際，以及臨近采掘工程實際，未揭露陷落柱。經分析，上述第二和第三項地質因素不構成主要災害威脅。

4.奧灰水：井田內下部承壓水為奧灰水，奧灰水位標高為807m～810m 之間，通過對奧灰水的突水危險性進行預測，計算得出2507 掘進順槽突水系數小于0.06MPa/m，并結合《煤礦防治水規定》及礦井實際進行分析。經分析，受奧灰水突水危險性小，該地質因素不構成主要災害威脅。

5.順槽積水：主要積水來源為防塵、冷卻水、內外噴霧等生產用水。

經分析，該因素不構成主要災害威脅。但是，隨著礦井開采，采空區頂板冒落后產生的導水裂隙帶會加強上覆各含水層間的上下水力聯系，故預測今后礦井涌水量可能有增大的趨勢。

6.老空區積水：2507 掘進順槽東南方向與2505綜采工作面相鄰，西南方向與二采區下山相鄰，這其中，2505 綜采工作面形成的采空區積水，是對該順槽的主要水害來源。經分析，該地質因素構成了主要災害威脅，需要重點進行防治，本文將圍繞此項災害防治工作進行重點研究。

2.6 地質工程綜合評價

綜上，地質構造、瓦斯、河流水系、頂底板水、陷落柱不對礦井構成主要威脅。水害為主要災害威脅，主要是存在臨近回采工作面老空區積水，為礦井開采過程中主要的災害威脅，建議采取以下措施：

（1）成立專門防治水組織機構和施工隊伍，加強人員培訓和業務學習，確保人員持證上崗。（2）嚴格落實探放措施，完善配套排水設備，在掘進順槽低洼地段安設好水泵及管路，并保持管路暢通，設備運轉正常[1]。（3）及時掌握臨近回采工作面開采結束后形成的采空區積水情況，根據礦井生產接續計劃，預留一定距離的防隔水煤柱。

3 解決問題

根據地質工程綜合評價結果，制定了綜合措施以此解決問題，包括：建立專業專業探放水隊伍、完善探放水設備設施、優化探查鉆孔設計方案、明確探查鉆孔與掘進的超前關系、分析排水能力、設計施工鉆窩鉆孔套管、明確施工注意事項和各項記錄、做好探查鉆孔的終孔封孔等[2]，具體內容如下。

3.1 專業探放水隊伍

礦井建立健全探放水機構，設立礦井防治水專業管理機構，負責防治水具體工作。區隊每班由探水隊長指揮施工作業，每班探水帶證人員不少于三人，防治水專業人員現場盯班指導，確保施工安全[3]。

3.2 探放水設備設施

配備瞬變電磁儀、高分辨電法儀、架柱式液壓回轉鉆機、煤礦用坑道鉆機、輔助探水鉆，2 寸排水管、水泵、直徑50mm×0.8m/1.0m 鉆桿、直徑63mm（開孔鉆頭直徑70mm）×1m 套管及10Mpa 壓力表。

3.3 探查鉆孔設計方案

按照先物探、后鉆探、化探輔助的順序，首先，采用高分辨直流電法儀、礦用瞬變電磁儀物探，按采掘進度超前物探水[4]，測深不得小于75m。其次，采用鉆機鉆探水作業。在此期間，當有淋水、涌水時采用化探分析，組織專業人員化驗酸堿值及水質。

在2507 掘進順槽分兩排扇形布置7 個探查鉆孔，具體如下：

第一排布置1#、2#、3#探查鉆孔，探查鉆孔距底板1m，探查鉆孔間距0.8m，仰角1°。

第二排布置4#、5#、6#探查鉆孔，探查鉆孔距底板1.2m，探查鉆孔間距0.8m，仰角2°。

1#、3#探查鉆孔分別從迎頭中線向兩幫傾斜13°，探查鉆孔深度90m，探查鉆孔終孔距煤層底板2.6m，探查鉆孔的終點與兩幫的垂距20m。

4#、6#探查鉆孔分別從迎頭中線向兩幫傾斜13°，探查鉆孔深度90m，探查鉆孔終孔距煤層頂板1m，探查鉆孔的終點與兩幫的垂距20m。

2#探查鉆孔沿巷道的中線鉆進，探查鉆孔深度90m。

5#探查鉆孔沿巷道的中線鉆進，探查鉆孔深度120m，探查鉆孔終孔入頂板巖石1.5m。

同時，在第二排布置巷幫7#探查鉆孔，探查鉆孔深度10m，探查鉆孔距底板1m、垂直巷道右幫，專門用于探放臨近右側2505 工作面采空區積水。

3.4 探查鉆孔與掘進的超前關系

每次探查鉆孔施工結束后，掘進施工距離不得大于60m，探查鉆孔終點必須超前掘進迎頭30m。

3.5 排水能力分析

1.礦井排水能力：礦井正常涌水量18m3/h、最大涌水量25m3/h、井底中央主水倉660m3、副水倉460m3，內外水倉通過分水閘門聯系。井底中央泵房安裝3 臺水泵，1 臺工作，1 臺檢修，1 臺備用，配套電機均為110kW，水泵額定流量均為85m3/h，額定揚程均為270m，排水管路兩趟，直徑為133mm，沿主立井敷設，一趟工作，一趟備用，能夠滿足礦井排水和清倉要求。

2.二采區排水能力：二采區主水倉最大容量350m3，副水倉最大容量320m3，水倉最大容量700m3，安裝3臺水泵，1 臺工作，1 臺檢修，1 臺備用，配套電機均為132kW，水泵額定流量均為85m3/h，額定揚程均為360m，排水管路兩趟，直徑為133mm，沿二采區軌道下山、一采區運輸下山敷設至中央水倉，一趟工作，一趟備用，能夠滿足二采區排水和清倉要求。

3.掘進工作面水倉排水能力：掘進工作面水倉最大容量45m3，安裝1 臺水泵，配套電機為5.5kW，水泵額定流量為12.5m3/h，額定揚程為80m，排水管路直徑為50mm，敷設排水管路一趟至二采區水倉。

4.礦井強排水能力：在二采區底部安裝強排水系統，每小時可強排水150m3。

3.6 鉆窩設計施工

鉆機施工期間的鉆機窩利用現有掘進順槽，疏排水利用掘進順槽排水池和水倉，檢查、整修、加固鉆場周圍支護，水池、水倉地點支護完好可靠，無空頂、無懸矸、無頂板離層網兜，施工點里外各5m 范圍內無雜物，底板平整并且沒有浮矸。

3.7 鉆孔設計施工

開孔鉆頭直徑70mm，鉆桿直徑50mm×0.8m/1m 鉆桿，如果鉆孔施工過程中遇到涌水，做完簡易“三量”觀測后，用水泥注漿封閉后方可向下鉆進。如果鉆孔施工過程中遇到地質構造，由專業技術人員標定探水孔的傾角、開孔位置距底板的高度。

3.8 套管固管施工

針對探放2505 回采工作面采空區積水的7#探查鉆孔進行套管固管，下入直徑63mm 孔口套管，起保護孔口和防止突水作用，鉆孔附近配有排水系統，保證鉆孔涌水時能及時排干。孔口套管封固后養護時間不少于48 小時，然后壓注清水做孔口套管耐壓實驗，固管終壓不得小于靜水壓力的1.5 倍，穩定時間不小于30 分鐘，孔口無松動且周圍煤壁無滲漏水視為合格，否則進行重封。

3.9 鉆具丈量校正

如果遇到斷層、嚴重涌漏水段及終孔均應丈量鉆具全長，按規定校正孔深。誤差較大時則應重新丈量鉆具，并查明誤差原因。

3.10 施工注意事項

探查鉆孔施工前懸掛牌板、記錄牌板和起始位置牌板，由技術人員現場會同探查人員，以原設計確定鉆孔位置，任何人不得擅自更改。嚴格執行掘、探分離，不得任意私自更改設計方案。由專人每班丈量掘進距離，真實、準確的在探查牌板中填入掘進距離、超前距離、時間、班次、丈量人。探查鉆孔施工期間必須停止一切與探放水無關的工作，瓦斯報警儀、瓦斯探頭懸掛位置符合規定，并保證正常使用[5]。特別是鉆孔接近老空，預計可能有瓦斯或其他有害氣體涌出，必須有專職瓦斯檢查人員在現場盯班，檢查空氣成分，如果瓦斯或其他有害氣體濃度超過規程規定時，必須立即停止鉆進，切斷電源，撤出人員，并報告調度室，及時處理。

3.11 施工期間記錄

現場持證人員施工探查鉆孔期間，記錄出現涌漏水點的深度，層位及最大涌漏水量，及時通知專業技術人員。鉆探過程中，要及時、準確記錄孔底特性、層位、深度、水壓、水量等情況，并將當班工作量上報，施工期間，各項原始記錄要及時、清楚、準確，不得采取回憶式記錄，確保及時規范進行記錄。

3.12 終孔封孔要求

如無異常情況，鉆孔按設計要求終孔；如鉆孔鉆進至斷層破碎帶后，或者鉆孔揭露涌水量過大時，達到水文鉆孔觀測目的且影響鉆探施工時，可提前終孔。針對探放2505 回采工作面采空區積水的7#探查鉆孔疏放水完畢后進行封閉，封孔時使用硅酸鹽水泥，封孔質量達到合格要求。

4 總結

1.通過對該煤礦2507 掘進順槽進行地質工程評價，分析得出施工期間，受頂底板砂巖水的影響，礦井主要的災害來源于臨近回采工作面老空區積水，并組織了探查鉆孔施工。通過綜合分析施工的7 個探查鉆孔，在施工位置前方，鉆孔控制范圍內：

1-6#探查鉆孔實際施工過程中，并未發現斷層、陷落柱等導水通道，但是不排除有斷層或者斷層出現擺動的可能性，建議在該掘進順槽施工期間，加強地質觀測，確保礦井安全開采。

7#探查鉆孔有效探放出2505 回采工作面采空區積水，及時有效地疏排了采空區積水，降低水壓在合理范圍內，防止2507 掘進順槽施工過程中與未知的含水區域突然貫通，根據安全要求留設防水煤柱，防水煤柱的尺寸，應根據了解區內地質構造、水文地質條件、煤層賦存狀況、圍巖性質、開采方法及煤層移動規律而定，嚴禁破壞各種隔水煤柱進行采掘活動。

通過合理安排探水角度、深度、方位等技術參數，確保了井下地質探查工程的順利開展，達到預期目的。經現場驗收，各個探查鉆孔均嚴格按照施工組織設計要求進行了施工，且安全、全面地完成了施工任務，達到了探查鉆孔施工目的，有效超前預測預判災害問題。現場嚴格堅持嚴格落實預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采的16 字方針原則，實施“采前物探-超前探（疏）放-動態評價”的安全開采技術體系，為礦井采掘活動提供了保障。

2.通過以上地質探查的技術研究與實例應用，為順槽施工提供了可靠的地質資料依據，創造了良好條件，對礦井其它采掘工作面的安全高效開采具有較好的借鑒意義。