王濟德

（霍州煤電集團 汾源煤業(yè)有限公司，山西 靜樂 035107）

1 概 況

山西焦煤集團霍州煤電汾源煤業(yè)5-102工作面井下位于一采區(qū)，工作面開采5號煤層，煤層平均厚度為10.5 m，平均傾角25°，工作面頂板巖層為泥質灰?guī)r、粉砂巖和中粒砂巖，底板巖層為泥巖和細砂巖，具體頂?shù)装鍘r層特征見表1。工作面采用綜合機械化放頂煤開采方法，機采高度為3.2 m，放煤高度為7.3 m，采用全部垮落法管理頂板。

表1 頂?shù)装鍘r層特征Table 1 Rock strata characteristics of roof and floor

根據(jù)礦井地質資料可知，工作面的主要含水層有奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r巖溶含水巖組及太原組灰?guī)r裂隙含水巖組，5號煤層底板距下覆奧灰頂面平均間距為61 m，底板帶壓1.66～2.86 MPa，突水系數(shù)為0.031～0.047 MPa/m，結合三維勘探資料和巷道掘進期間的揭露情況可知，工作面內(nèi)構造區(qū)域為突水危險區(qū)，進行構造區(qū)域突水危險性的評價分析。

2 突水危險性評價分析

綜合采用槽波地震勘探+無線電坑透+瞬變電磁探測技術進行工作面內(nèi)構造區(qū)域特征及分布的探測分析。

2.1 槽波地震勘探

該方法通過煤層波在遇到地質構造的發(fā)射信息確定出構造發(fā)育的位置及其相關參數(shù)。

現(xiàn)結合5-102工作面的地質條件，分別在5-1021和5-1022巷采用反射法進行槽波勘探，通過包絡疊加得出槽波勘探結果，如圖1所示。

根據(jù)礦井地質資料及巷道揭露情況，綜合分析圖1可知，1號反射界面處為較大斷層落差的可能性相對較小，產(chǎn)生異常的原因主要可能與現(xiàn)場施工中存在干擾較大有關，判定1號反射異常區(qū)域為假異常；2號反射界面的連續(xù)性相對較強，結合工作面切眼下口巷道100 m位置處揭露的落差為9 m的走向斷層情況，綜合判斷區(qū)域為1條走向斷層，在工作面走向方向上斷層落差在逐漸減?。?號和4號反射界面處判定均為沿工作面走向的正斷層，分別位于工作面下巷口60 m和90 m的位置處，兩處的斷層落差6～10 m，根據(jù)探測結果可知，3號界面和4號界面處斷層分別在140 m和360 m向外的區(qū)域會逐步尖滅。

圖1 5-1 02工作面包絡疊加剖面Fig.1 Envelope superposition section of 5-102 working face

根據(jù)礦井地質資料及巷道揭露情況，綜合分析圖1可知，1號反射界面處為較大斷層落差的可能性相對較小，產(chǎn)生異常的原因主要可能與現(xiàn)場施工中存在干擾較大有關，判定1號反射異常區(qū)域為假異常；2號反射界面的連續(xù)性相對較強，結合工作面切眼下口巷道100 m位置處揭露的落差為9 m的走向斷層情況，綜合判斷區(qū)域為1條走向斷層，在工作面走向方向上斷層落差在逐漸減??；3號和4號反射界面處判定均為沿工作面走向的正斷層，分別位于工作面下巷口60 m和90 m的位置處，兩處的斷層落差6～10 m，根據(jù)探測結果可知，3號界面和4號界面處斷層分別在140 m和360 m向外的區(qū)域會逐步尖滅。

2.2 無線電波坑透

該方法是基于無線電波在不同介質中傳播時差異性的衰減特征進行介質特性判斷的探測方法，探測作業(yè)時通過在兩回采巷道內(nèi)發(fā)射無線電波對工作面進行透射，由于煤巖體對于無線電波的吸收性不同，尤其在地質構造等異常體區(qū)域內(nèi)，無線電波信號會相對較弱，形成透射異常陰影區(qū)，據(jù)此推斷工作面內(nèi)的斷裂破碎帶或煤層變薄區(qū)域。

CT掃描成果如圖2所示，5-102工作面內(nèi)部存在著2處異常區(qū)域，分別為2號和4號地質異常區(qū)。

圖2 5-1 02工作面CT掃描成果Fig.2 CT scan results of 5-102 working face

2.3 瞬變電磁勘探

該方法主要是采用二次場電磁測量技術，電磁場對低阻含水體介質具有較高的敏感性，且其具有分辨度高、探測深度大的特征，另外在沉積地層中較為穩(wěn)定且沉積次序相對清晰，能夠實現(xiàn)對含水體和導水通道的探測分析。

根據(jù)5-102工作面的地質條件，瞬變電磁勘探成果如圖3所示。

圖3 瞬變電磁成果Fig.3 Transient electromagnetic results

瞬變電磁法發(fā)現(xiàn)出1個低阻異常區(qū)域，稱為1號低阻異常區(qū)，該區(qū)域主要位于5-1021巷8′測點前后40 m范圍內(nèi)，該異常區(qū)域位于煤層下方50 m的深度處，屬于輕中度異常區(qū)域，異常區(qū)內(nèi)的富水性相對較弱。綜合三維地震勘探結果，推斷該區(qū)域主要位于斷層的尖滅處，區(qū)域內(nèi)的裂隙較為發(fā)育，且區(qū)域內(nèi)含水，導致出現(xiàn)低阻現(xiàn)象，具體瞬變電磁異常區(qū)域分布情況如圖4所示。

圖4 5-1 02工作面瞬變電磁異常區(qū)域分布Fig.4 Transient electromagnetic anomaly area distribution at 5-102 working face

2.4 綜合判斷

綜合上述槽波地震勘探、無線電波坑透和瞬變電磁勘探，結合5-102工作面與底板奧灰含水層間的具體情況可知，槽波地震勘探得出的2號、3號和4號異常區(qū)域為斷層破碎帶，斷層的最大發(fā)育高度為9 m，根據(jù)數(shù)值模擬分析工作面底板破壞深度及鉆孔驗證結果可知，5-102工作面回采期間底板破碎帶的最大深度為30.1 m，即在2號、3號和4號異常區(qū)內(nèi)不存在突水危險性；無線電波坑透探測結果區(qū)域基本為煤層變薄區(qū)域和斷層發(fā)育區(qū)域，同樣不存在突水危險性；瞬變電磁探測得出的異常區(qū)域位于煤層下方50 m的深度處，且異常體內(nèi)含水，該區(qū)域在采動影響下存在著突水的危險性，需對異常區(qū)域進行鉆探驗證。

3 鉆探驗證分析

3.1 鉆探方案

設計在工作面內(nèi)布置2個鉆場，設置3個探查鉆孔，其中1號鉆場在工作面8′測點以里2 m處，開口在巷道西側，鉆場布置2個探查鉆孔；2號鉆場在工作面8′測點以里72 m處，開口在巷道西側，2號鉆場內(nèi)布置1個鉆孔。具體探測鉆孔各項參數(shù)見表2。

表2 探測鉆孔布置參數(shù)Table 2 Layout parameters of probe boreholes

具體探查鉆孔布置如圖5所示。

圖5 瞬變電磁異常區(qū)域探查鉆孔布置Fig.5 Borehole layout in transient electromagnetic anomaly area

探查鉆孔結構為二級套管，具體探查鉆孔施工步驟如下。

（1）鉆孔開孔孔徑為133 mm，當鉆孔鉆進11 m后，再下入直徑為108 mm的套管10 m深度，并對套管區(qū)域進行注漿加固，當套管凝固24 h后，對孔底進行耐壓試驗，試壓壓力在3～4 MPa，穩(wěn)壓在30 min，當檢驗后孔壁無漏液現(xiàn)象即為合格。

（2）鉆孔繼續(xù)以94 mm的孔徑持續(xù)鉆進31 m，隨后下入直徑為89 mm的套管30 m，同樣進行注漿加固固管，檢驗方式同上。

（3）更換直徑為75 mm的鉆頭鉆進至設計終孔位置，當鉆孔進水后，及時進行鉆孔內(nèi)水量、水壓和水文等數(shù)據(jù)的記錄與分析。

3.2 驗證結果分析

根據(jù)5-102工作面鉆孔過程中的記錄數(shù)據(jù)，1-1號鉆孔當鉆進78 m時的涌水量為1.5 m3/h，出水水壓為2.2 MPa；1-2號在鉆進93 m時，涌水量為0.5 m3/h，出水水壓為2.1 MPa，2-1號鉆孔鉆進90 m時涌水量為2.5 m3/h，出水水壓為2.2 MPa。通過對探查鉆孔，瞬變電磁異常區(qū)域未發(fā)現(xiàn)涌漏水現(xiàn)象，該異常區(qū)域的富水性較差，當鉆進至奧灰?guī)r時才發(fā)現(xiàn)少量涌水，據(jù)此可知異常區(qū)域內(nèi)富水性較弱，對工作面安全回采無影響。

4 結 語

根據(jù)汾源煤業(yè)5-102工作面底板含水層的特征，通過槽波地震勘探+無線電坑透+瞬變電磁探測技術進行工作面內(nèi)構造區(qū)域特征及分布的探測，得出瞬變電磁探測異常區(qū)域存在著一定的突水危險性。通過鉆探驗證分析可知，該異常區(qū)域富水性較弱，對工作面安全回采無影響。汾源煤業(yè)5-102工作面回采期間無任何突水現(xiàn)象出現(xiàn)，推進通過該異常富水區(qū)域時，底板未發(fā)生突水。