王志江

(大同煤礦集團(tuán) 朔州朔煤王坪煤電有限責(zé)任公司,山西 懷仁 038301)

綜合防治水技術(shù)在復(fù)雜水患工作面的應(yīng)用

王志江

(大同煤礦集團(tuán) 朔州朔煤王坪煤電有限責(zé)任公司,山西 懷仁 038301)

在復(fù)雜水患條件下,通過(guò)物探、鉆探、化學(xué)分析的綜合技術(shù)手段對(duì)采煤工作面的水患進(jìn)行探查、分析,確定水源性質(zhì),進(jìn)而采用針對(duì)性的防治水措施,確保了工作面的安全回采。

煤礦水患;探查技術(shù);疏放;安全生產(chǎn)

1 工作面概況

8#煤層402盤(pán)區(qū)8202工作面位于王坪井田北部,其南部、北部和東部都為實(shí)體煤,西部為8#煤層402盤(pán)區(qū)皮帶巷以及402盤(pán)區(qū)軌道巷。8202面5202巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為988 m,8202面2202巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為860 m,切眼長(zhǎng)100 m。402盤(pán)區(qū)8202工作面標(biāo)高1 108 m～1 153 m。

402盤(pán)區(qū)8202工作面水文地質(zhì)條件復(fù)雜,水患類(lèi)型復(fù)雜,分別為斷層裂隙水,K2砂巖含水層水,5#煤層、3#煤層硐室采空區(qū)積水,這些因素有時(shí)在一定條件下形成水力聯(lián)系,給工作面的開(kāi)采帶來(lái)很大的困難。

402盤(pán)區(qū)8202工作面煤層變化不大,煤層厚度為5.5 m～6.5 m,平均厚度6 m,煤層傾角約為10°～18°,平均傾角為14°。煤層頂、底板情況如表1所示。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

2 工作面面臨的各種水害隱患分析

2.1 采空區(qū)積水

402盤(pán)區(qū)8202工作面上部由于有官溝煤礦3#、5#采空區(qū),該礦采煤方法為房柱式采煤法,局部硐室存在采空積水,由于該礦已采掘多年,部分采掘資料丟失,礦井防治水管理工作較差,給下部8#煤層工作面的布置以及開(kāi)采帶來(lái)了困難。

2.2 裂隙水

該工作面尾部有1條落差為4.0 m的正斷層,由于該斷層與工作面斜交,夾角為72°,裂隙較發(fā)育,頂板淋水量保持在10.2 m3/h,裂隙水對(duì)工作面回采造成了一定的難度和安全隱患,所以頂板裂隙水也是402盤(pán)區(qū)8202工作面的主要水患之一。

2.3 含水層水

8#煤層頂板上部有太原組砂巖裂隙含水層共4層,山西組砂巖裂隙含水層共4層,因此砂巖裂隙水與采空區(qū)也能形成良好的水力聯(lián)系,也是工作面的水患之一。

3 工作面采用的綜合防治水技術(shù)手段

該工作面圈出后,只剩下頂板上部水患難以解除,該工作面上部的5#、3#煤層的采空硐積水使探放水工作量非常大,為了盡快解除上部水患,查清上部積水位置,首先應(yīng)用瞬變電磁法對(duì)其上部積水進(jìn)行探測(cè),探測(cè)后,通過(guò)對(duì)異常區(qū)域進(jìn)行鉆探,同時(shí)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行化學(xué)分析后,確定水源的性質(zhì)。

3.1 礦井瞬變電磁法

礦井瞬變電磁法主要用于解決煤層頂板(或底板)巖層內(nèi)部的富水異常區(qū)探測(cè)、巷道掘進(jìn)迎頭前方的突水構(gòu)造預(yù)測(cè)、含水陷落柱勘查等水文地質(zhì)問(wèn)題。

瞬變儀使用澳大利亞產(chǎn)Terra TEM型儀器。該儀器是目前比較先進(jìn)的輕型專(zhuān)業(yè)TEM儀器之一,具有采樣自動(dòng)化程度高、壓制干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控等特點(diǎn),數(shù)據(jù)采集由微機(jī)控制,自動(dòng)記錄和存儲(chǔ),可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回放。

瞬變電磁法勘探采用重疊回線(xiàn)裝置,發(fā)射和接收線(xiàn)框采用多匝1.6 m×1.6 m矩形回線(xiàn)。采樣時(shí)窗為34,疊加次數(shù)為64,時(shí)間序列為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間序列[1]。

3.1.1探測(cè)方法

為實(shí)現(xiàn)本次地質(zhì)探測(cè)任務(wù),根據(jù)實(shí)際水文地質(zhì)、巷道掘進(jìn)及物探任務(wù)等情況,在8202工作面5202巷、切眼、2202巷分別沿兩個(gè)方向探測(cè):向上探測(cè)煤層正頂及斜頂。

本次瞬變電磁探測(cè)以10 m的點(diǎn)距布置測(cè)點(diǎn),8202工作面5202巷布置70個(gè)測(cè)點(diǎn)探測(cè)正頂和斜向上45°兩個(gè)方向,在8202工作面2202巷布置71個(gè)探測(cè)點(diǎn)兩個(gè)方向,切眼布置10個(gè)測(cè)點(diǎn)一個(gè)方向。共進(jìn)行151個(gè)物理點(diǎn)302個(gè)方向的數(shù)據(jù)采集,測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)度1 500 m。測(cè)點(diǎn)布置示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 測(cè)點(diǎn)布置示意圖Fig. 1 Measuring points layout

3.1.2數(shù)據(jù)分析

礦井瞬變電磁測(cè)深視電阻率等值線(xiàn)斷面圖橫坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)坐標(biāo),縱坐標(biāo)為沿探測(cè)方向上深度坐標(biāo),結(jié)合地質(zhì)和水文地質(zhì)資料,來(lái)確定探測(cè)區(qū)域內(nèi)橫向、水平深度和垂向深度上巖層電性變化情況。

1)視電阻率等值線(xiàn)斷面圖分析。根據(jù)本次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)所繪制的視電阻率等值線(xiàn)斷面圖中,帶箭頭標(biāo)注為巷道內(nèi)布置的測(cè)點(diǎn)號(hào),另一標(biāo)注為水平距離(單位:m),左右兩側(cè)為沿探測(cè)方向上的探測(cè)距離(單位:m)。在進(jìn)行資料解釋時(shí),異常的劃分標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)視電阻率等值線(xiàn)斷面圖上電阻率值的相對(duì)大小與分布范圍,隱伏含水構(gòu)造等富水體的賦存特點(diǎn)以及本礦以往瞬變電磁法探測(cè)經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于富水異常區(qū)的富水性,瞬變電磁法僅能做相對(duì)的定性評(píng)價(jià),視電阻率值小且分布較大的異常區(qū)域一般表明巖層內(nèi)部連通性較好、含水量較大,其富水性的相對(duì)評(píng)價(jià)為富水性強(qiáng);視電阻率值較大且分布較小的異常區(qū)的富水性定性為富水性一般;視電阻率值大且分布小的異常區(qū)的富水性定性為富水性差。

在8202工作面軌道巷、運(yùn)輸巷及切眼地段在兩個(gè)方向上進(jìn)行探測(cè),解釋以正頂方向探測(cè)結(jié)果為主,斜上45°方向上為補(bǔ)充。

2) 8202工作面軌道巷視電阻率斷面。8202工作面軌道巷視電阻率等值線(xiàn)斷面圖見(jiàn)圖2。從圖中可以看出,頂板向上0 m～50 m距離范圍,視電阻率等值線(xiàn)基本呈層狀近均勻分布,局部彎曲變形,說(shuō)明該深度段地層相對(duì)連續(xù),裂隙欠發(fā)育,局部富含水性;頂板向上深度范圍50 m～100 m視電阻率等值線(xiàn)變化相對(duì)劇烈,出現(xiàn)低阻條帶,說(shuō)明地層裂隙相對(duì)發(fā)育,局部有含水現(xiàn)象;從圖中可以看出,總體視電阻率值主要在10 Ω·m ～100 Ω·m之間,根據(jù)視電阻率值的相對(duì)大小與分布范圍,本次確定15 Ω·m ～20 Ω·m等值線(xiàn)為頂板電性特征值異常劃分界線(xiàn)。結(jié)合水文地質(zhì)特征圈出六個(gè)異常區(qū)現(xiàn)分述如下:

圖2 視電阻率等值線(xiàn)斷面圖Fig.2 Cross-section drawing of apparent resistivity contour

G-1號(hào)異常:位于軌道巷58號(hào)-70號(hào)測(cè)點(diǎn)之間,異常范圍較大,K2砂巖在該地段富水,未見(jiàn)5#煤采空區(qū),3#煤采空且積水,在該地段應(yīng)集中加以探放水。

G-2號(hào)異常:位于軌道巷48號(hào)-55號(hào)測(cè)點(diǎn)之間,異常范圍較大,該地段構(gòu)造復(fù)雜,K2砂巖在該地段富水,5#煤在該地段有采動(dòng)破壞疑似采空,3#煤采空且積水,在該地段應(yīng)加以探放水。

G-3號(hào)異常:位于軌道巷38號(hào)-42號(hào)測(cè)點(diǎn)之間,異常范圍不大,K2砂巖在該地段條帶狀裂隙發(fā)育,相對(duì)富水,未見(jiàn)采空積水區(qū)。

G-4號(hào)異常:位于軌道巷28號(hào)-32號(hào)測(cè)點(diǎn)之間,異常范圍不大,小構(gòu)造發(fā)育,K2砂巖在該地段相對(duì)富水,未見(jiàn)采空積水區(qū)。

G-5號(hào)異常:位于軌道巷22號(hào)-25號(hào)測(cè)點(diǎn)之間,異常范圍不大,小構(gòu)造發(fā)育,K2砂巖在該地段相對(duì)富水,未見(jiàn)采空積水區(qū)。

G-6號(hào)異常:位于軌道巷16號(hào)-20號(hào)測(cè)點(diǎn)之間,異常范圍不大,小構(gòu)造發(fā)育,K2砂巖在該地段相對(duì)富水,未見(jiàn)采空積水區(qū)。

在水文地質(zhì)條件不清的情況下,物探技術(shù)基本可以查明工作面上部存在水患的位置。查清上部積水位置后,有針對(duì)性地打探放水孔,減少探放水孔工程量,縮短探放水時(shí)間,緩減了采掘接替的緊張局面。

3.2 工作面鉆探驗(yàn)證以及化探分析

通過(guò)物探技術(shù)圈定的4個(gè)異常區(qū)域(即ABCD區(qū)域),開(kāi)始鉆探驗(yàn)證,先在D區(qū)域Q1異常區(qū)域(即切眼)進(jìn)行探放,共施鉆孔13個(gè),其中出水鉆孔為4個(gè),均與上部采空區(qū)鉆通,共放采空區(qū)積水約20.1萬(wàn)m3,C區(qū)域共施鉆孔3個(gè),其中2個(gè)與裂隙導(dǎo)通,單孔最大出水量為105.1 m3/h,當(dāng)?shù)诙€(gè)孔鉆通后,隨即第1個(gè)孔出水量明顯減小,C區(qū)域(軌道處868 m處)累計(jì)出水為32.4.萬(wàn)m3,A區(qū)域、B區(qū)域通過(guò)鉆探驗(yàn)證出水量為1.21 m3/h,確定為砂巖富水區(qū)域,鉆探期間,通過(guò)對(duì)鉆孔內(nèi)水質(zhì)進(jìn)行化學(xué)分析,通過(guò)化驗(yàn)指標(biāo)辨識(shí)了砂巖含水層水與采空區(qū)積水,很明顯采空區(qū)積水在NH4+、Fe3+、NO2-濃度還大于含水層的濃度,同時(shí)通過(guò)化學(xué)分析明確了向斜構(gòu)造下C區(qū)域與D區(qū)域形成的水力聯(lián)動(dòng)關(guān)系。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)物探和鉆探以及化學(xué)分析,放水完畢后,8202工作面先開(kāi)始進(jìn)行試采,在試采期間,通過(guò)對(duì)采空區(qū)出水觀察,起初日出水量為306.6 m3/d,對(duì)回采影響甚小,后期水量明顯減小到56.1 m3/d,工作面采過(guò)C區(qū)域直到回采結(jié)束后采空區(qū)未發(fā)現(xiàn)有出水現(xiàn)象。實(shí)踐證明,在復(fù)雜富水的條件下,尤其上部為不明采掘的情況和砂巖富水條件下,通過(guò)物探、鉆探、化探綜合防治水技術(shù)完全可以避免水害事故的發(fā)生。

[1] 劉樹(shù)才,岳建華,劉志新.煤礦水文物探技術(shù)與應(yīng)用[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2005.

ApplicationofIntegratedWaterControlTechnologyinComplexFloodingWorkingFace

WANGZhijiang

(WangpingCoal&ElectricityCo.,Ltd.,ShuozhouCoal&ElectricityCo.,Ltd.,DatongCoalMineGroup,Huairen038301,China)

In complex conditions, the flooding of mining face was explored and analyzed to determine the properties of water source through an integrated water control technology with geophysical exploration, drilling, and chemical analysis. Then specific water control measures were taken to guarantee the safe production on the working face.

coal mine flooding; exploration technology; draining; safe production

1672-5050(2017)01-0056-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.02.017

2016-06-08

王志江(1975-)，男,山西朔州人,本科,工程師,從事綜采、綜放工作及煤礦防治水技術(shù)研究。

TD745

A

(編輯：楊 鵬)