孟強(qiáng)華,郝宇軍

（山西晉煤集團(tuán) 技術(shù)研究院有限責(zé)任公司,山西 晉城 048006)

1672-5050（2017)05-0061-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.10.018

2017-07-28

孟強(qiáng)華（1984-),男,山西汾西人,本科,工程師,從事煤礦水害防治研究工作。

煤礦回采工作面頂板疏放水效果評(píng)價(jià)

孟強(qiáng)華,郝宇軍

（山西晉煤集團(tuán) 技術(shù)研究院有限責(zé)任公司,山西 晉城 048006)

資源整合礦井大多數(shù)存在回采工作面上部采空區(qū)范圍不詳、積水量不清的情況,給煤礦安全生產(chǎn)造成了較大的壓力。朝陽(yáng)煤礦為資源整合礦井,9101工作面為首采工作面,工作面上方存在老空積水及太原組石灰?guī)r巖溶水威脅。采用瞬變電磁探測(cè)圈定了工作面上部的富水異常區(qū),對(duì)異常區(qū)進(jìn)行鉆探疏放水,疏放水工程完成后,利用瞬變電磁探測(cè)檢驗(yàn)原富水異常區(qū)的富水性、利用鉆孔測(cè)井檢驗(yàn)鉆孔施工的靶向性、探查目的層位的裂隙發(fā)育及出水情況、利用水質(zhì)化驗(yàn)分析確定疏放水的水源、利用疏放水量統(tǒng)計(jì)分析判定積水是否放完,綜合以上方法對(duì)煤礦回采工作面頂板疏放水效果進(jìn)行了評(píng)價(jià),指導(dǎo)了礦井的安全生產(chǎn)。

回采工作面;老空積水;疏放水;瞬變電磁;效果評(píng)價(jià)

礦井突水是影響煤礦安全生產(chǎn)的主要因素之一。目前,我國(guó)大部分資源整合礦井存在對(duì)整合前資源開采情況不明、采空區(qū)調(diào)查不詳?shù)惹闆r。其中采空區(qū)積水是威脅礦井安全生產(chǎn)的首要隱蔽致災(zāi)因素[1]。采煤工作面頂板疏放水后,如何對(duì)疏放水效果進(jìn)行評(píng)價(jià)、有效預(yù)防工作面回采時(shí)頂板發(fā)生突水事故,成為擺在煤礦安全生產(chǎn)中至關(guān)重要的問題。通過朝陽(yáng)煤業(yè)9101工作面的頂板疏放水工程實(shí)例,對(duì)采煤工作面頂板疏放水效果評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究。

1 疏放水設(shè)計(jì)

1.1礦井瞬變電磁探測(cè)

礦井瞬變電磁法是將地面常用的瞬變電磁法應(yīng)用于煤礦井下,對(duì)常規(guī)物探方法較難探測(cè)的工作面頂、底板富水構(gòu)造和巷道迎頭超前富水構(gòu)造的發(fā)育情況,有非常好的應(yīng)用效果[2-5]。

利用礦井瞬變電磁探測(cè)方法,能夠清晰地解釋礦井所測(cè)范圍內(nèi)采空區(qū)積水情況,該方法簡(jiǎn)單、儀器輕便、工效高、費(fèi)用少,是一項(xiàng)可推廣應(yīng)用的好方法[6]。工作面探放水之前,首先采用礦井瞬變電磁法對(duì)工作面頂板水體發(fā)育位置進(jìn)行探測(cè)。采用YCS160瞬變電磁儀進(jìn)行了探測(cè),在9101工作面進(jìn)、回風(fēng)順槽各布置探測(cè)測(cè)線4條,探測(cè)方向?yàn)轫槍?°、頂板30°、頂板60°、頂板90°,每條測(cè)線測(cè)點(diǎn)距為5 m。探測(cè)成果示意圖,見圖1,有8處低阻異常區(qū),圖中橫坐標(biāo)0 m為工作面順槽巷道開口處,1 150 m為工作面切眼。

圖1 疏放水前瞬變電磁探測(cè)成果示意圖Fig.1 Results of transient electromagnetic exploration before water drainage

從瞬變電磁探測(cè)結(jié)果結(jié)合地質(zhì)資料分析可以得出,工作面頂板往上20 m及50 m處切片成果圖中的8處低阻異常的預(yù)測(cè)結(jié)果,如表1所示。

表1 疏放水前瞬變電磁探測(cè)結(jié)果Table 1 Results of transient electromagnetic exploration before water drainage

1.2鉆孔設(shè)計(jì)

根據(jù)礦井瞬變電磁探測(cè)結(jié)果中的異常區(qū)范圍,本著鉆孔施工必須見水或見空的原則,對(duì)工作面頂板富水異常區(qū)進(jìn)行鉆孔設(shè)計(jì)。

在9101工作面兩順槽巷道布置鉆場(chǎng)9個(gè),鉆孔30個(gè),總進(jìn)尺2 284 m。本次疏放水水頭壓0.6 MPa～0.7 MPa,預(yù)計(jì)探放水期間,單孔退出鉆桿前最大出水量65 m3/h,單孔退出鉆桿后最大出水量116 m3/h。施工使用設(shè)備ZY1250全液壓鉆機(jī),套鉆桿為Φ50 mm×1 500 mm或Φ50 mm×1 000 mm,鉆頭為Φ75 mm三翼復(fù)合片鉆頭,終孔直徑為75 mm,開孔擴(kuò)孔鉆頭孔徑為133 mm。根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》要求安設(shè)大于10 m長(zhǎng)的止水套管,止水套管規(guī)格外徑為108 mm,內(nèi)徑為98 mm,注漿加固后進(jìn)行耐壓試驗(yàn),試驗(yàn)壓力2.0 MPa,持續(xù)時(shí)間不少于一小時(shí)。

1.3鉆孔測(cè)井

疏放水鉆孔測(cè)井采用的是YCJ90/360型礦用鉆孔測(cè)井分析儀,該測(cè)井技術(shù)適用廣泛,鉆孔孔徑無(wú)限制,孔斜方位無(wú)限制,不依賴鉆機(jī)推送。

井下鉆孔測(cè)井技術(shù)選用高分辨率視頻、自然伽瑪測(cè)井、孔斜測(cè)量相結(jié)合的硬件設(shè)計(jì),一次完成視頻、自然伽瑪（GR)、孔斜等原始數(shù)據(jù)的采集。通過軟件處理,生成GR曲線、砂泥比曲線;GR與視頻按照同深度進(jìn)行同步分析判別巖性,繪制鉆孔巖性柱狀、鉆孔巖層結(jié)構(gòu)（分層巖性、厚度、巖層軟硬程度、巖石孔隙、裂隙發(fā)育情況、出水點(diǎn)特征、頂板離層情況及斷層等)、鉆孔孔斜定向剖面、鉆孔孔斜平面,最后以CAD格式導(dǎo)出。

對(duì)出水量較小的鉆孔及見空的鉆孔,施工完畢后進(jìn)行鉆孔測(cè)井,繪制鉆孔的實(shí)際軌跡結(jié)合視頻和測(cè)井結(jié)果判定鉆孔出水層位、裂隙發(fā)育情況、見空層位,為鉆孔的施工及放水提供依據(jù)。出水量較大的鉆孔等待水量衰減后,再進(jìn)行鉆孔測(cè)井。

2 疏放水效果評(píng)價(jià)

朝陽(yáng)煤業(yè)于2016年10月24日在9101工作面膠帶巷8#鉆場(chǎng)開始施工,然后按設(shè)計(jì)搬家施工了其它鉆場(chǎng)的鉆孔,于2017年3月16日施工完畢。累計(jì)施工鉆孔29個(gè),進(jìn)尺2 203 m,累計(jì)放水量13.7萬(wàn)m3。

2.1瞬變電磁探測(cè)成果評(píng)價(jià)

疏放水工程結(jié)束后,于2017年4月3日對(duì)9101工作面進(jìn)行了瞬變電磁探測(cè)。探測(cè)設(shè)計(jì)和使用的儀器與疏放水前一致。瞬變電磁探測(cè)結(jié)果,見圖2。

圖2 疏放水后瞬變電磁探測(cè)成果圖Fig.2 Results of transient electromagnetic exploration before water drainage

從探測(cè)結(jié)果可以明顯看出,經(jīng)過疏放水工程后,原工作面上部的富水異常區(qū)已轉(zhuǎn)變成弱富水區(qū),視電阻率值較探測(cè)前的要高。疏放水前各個(gè)富水區(qū)的視電阻率在5 Ω·m～20 Ω·m之間,疏放水后該區(qū)域的視電阻率在40 Ω·m～10 Ω·m之間。

2.2水質(zhì)化驗(yàn)及放水量統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)

疏放水工程開始以后,對(duì)各個(gè)出水鉆孔的水樣進(jìn)行了水質(zhì)化驗(yàn),通過對(duì)比水樣數(shù)據(jù)庫(kù)及現(xiàn)場(chǎng)施工記錄的出水位置,確定了出水點(diǎn)的水質(zhì)特征。水質(zhì)化驗(yàn)對(duì)比結(jié)果如表2所示。

表2 各出水點(diǎn)水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果

通過每天對(duì)出水鉆孔進(jìn)行了涌水量觀測(cè),繪制各鉆場(chǎng)鉆孔涌水量隨時(shí)間變化情況圖,利用求積法計(jì)算出了整個(gè)工程的疏放水總量為13.7萬(wàn)m3。根據(jù)前期調(diào)查計(jì)算,該工作面上部小煤窯破壞區(qū)采空積水量約6萬(wàn)m3,放水量與采空積水量相差7.7萬(wàn)m3,為工作面頂板石灰?guī)r裂隙水。各鉆場(chǎng)鉆孔涌水量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 各鉆場(chǎng)出水量統(tǒng)計(jì)

2.3鉆孔測(cè)井成果評(píng)價(jià)

頂板疏放水工程施工期間,先后對(duì)7個(gè)鉆孔進(jìn)行了測(cè)井,其中3個(gè)鉆孔有典型老空出水特征,2個(gè)鉆孔有K5石灰?guī)r巖溶裂隙水出水特征,1個(gè)鉆孔有頂板裂隙發(fā)育的特征,1個(gè)無(wú)明顯異常的鉆孔。通過對(duì)比該工作面附近的地面鉆孔柱狀資料和井下施工無(wú)明顯異常的鉆孔測(cè)井?dāng)?shù)據(jù),得出了該工作面頂板疏放水鉆孔所穿過地層的GR曲線、砂泥比曲線,為異常鉆孔的測(cè)井成果提供了可靠依據(jù)。通過測(cè)量實(shí)際施工鉆孔的軌跡,得出了平面、剖面軌跡圖,對(duì)鉆孔的終孔位置有了精準(zhǔn)判斷。

3 結(jié)論

1)通過采用瞬變電磁探測(cè)、水質(zhì)化驗(yàn)及疏放水量統(tǒng)計(jì)分析、鉆孔測(cè)井三種方法對(duì)回采工作面頂板疏放水效果進(jìn)行評(píng)價(jià),可以基本確定工作面上部的富水區(qū)經(jīng)過疏放水工程后,已轉(zhuǎn)變?yōu)槿醺凰畢^(qū),消除了工作面回采時(shí)頂板水突然潰入的安全威脅。

2)利用瞬變電磁法對(duì)水體反映能力強(qiáng)的特點(diǎn),對(duì)頂板老空積水、局部巖溶發(fā)育帶進(jìn)行探測(cè)和評(píng)價(jià),不僅提高了水文物探的精度和應(yīng)用效果,為疏放水鉆孔的合理布置提供了可靠依據(jù),降低了鉆探費(fèi)用,提高了疏放水效率。

3)通過疏放水前的積水量預(yù)計(jì)和疏放水量對(duì)比,結(jié)合疏放水鉆孔測(cè)井成果,可以基本判定上部采空積水及裂隙水是否基本放干。

4)綜合物探、化探、測(cè)井及礦井的地質(zhì)資料分析,可以作為一種有效的回采工作面頂板疏放水效果評(píng)價(jià)手段,為煤礦安全生產(chǎn)提供堅(jiān)強(qiáng)的地質(zhì)保障。

[1] 馬延君,孟明.瞬變電磁法在礦井水害預(yù)測(cè)防治中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品, 2013（12):140-141.

[2] 姜國(guó)慶,程久龍,王玉和,等.礦井瞬變電磁法探測(cè)工作面頂板巖層含水性[J].煤礦安全,2010,41（10):47-50.

[3] 牟義,李文,黎靈,等.礦井瞬變電磁法在工作面頂板富水性探測(cè)中的應(yīng)用[J].煤礦安全,2011,42（1):104-107.

[4] 楊振威,李賢慶,凌標(biāo)燦,等.瞬變電磁法在探測(cè)工作面頂板賦水性中的應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭地質(zhì),2010,22（1):62-66.

YANG Zhenwei,LI Xianqing,LING Biaocan,etal.Application of TEM Method in Working Face Roof Aquosity Prospecting[J].Coal Geology of China,2010,22（1):62-66.

[5] 姜博洋.瞬變電磁技術(shù)探測(cè)工作面上覆采空區(qū)積水[J].科技信息（學(xué)術(shù)研究),2008（36):636-637.

[6] 楊庚宇.中國(guó)煤礦防治水理論與技術(shù)進(jìn)展[C].北京:煤炭工業(yè)出版社,2011.

EffectEvaluationofRoofDrainageWaterofCavingFaceinMines

MENGQianghua,HAOYujun

（InstituteofTechnologyResearch,ShanxiJinchengCoalGroup,Jincheng048006,China)

In resource integration coal mines, many problems have caused huge stress for the safe production in mines, including vague range of upper gob and unknown water accumulation. Zhaoyang Mine, as a resource integration mine, takes No.9101 working face as its first mining face threatened by the stored water in the upper gob and limestone karst water of Taiyuan formation. Transient electromagnetic exploration was used to determine water-rich anomalies, and then water was drained. After the water drainage, the transient electromagnetic exploration was then used to detect the water richness of the original water-rich anomalies; borehole logging was used to detect the targeting ability as well as the fracture development and water situation of the target level; water quality analysis was used to determine the water source; statistical analysis on the drainage water quantity was used to determine whether the water drainage was finished. Synthesizing the above methods, the water drainage effect was evaluated, which could provide guidance for the safe production in the mines.

caving face; stored water in gob; drainage water; transient electromagnetic method; effect evaluation

TD743

A

（編輯:楊 鵬)