郭相海

（汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司安全監(jiān)察中心，山西 介休 032000）

采空區(qū)積水會給煤炭開采安全帶來較大威脅，現(xiàn)階段礦井常用的采空區(qū)積水探測手段可大致分為物探、鉆探兩類[1-2]。鉆探可直接掌握井下情況，但是也存在探測范圍小、施工強(qiáng)度大以及成本高等問題，無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模探測[3]。物探具有效率高、成本低以及探測范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)階段常用的采空區(qū)積水物探探測手段包括有瞬變電磁法、音頻電透視法等，其中瞬變電磁法具有探測深度大、布點(diǎn)簡單以及成本低優(yōu)點(diǎn)，但是也面臨隨著探測深度增加面臨在采空區(qū)積水邊界判別難度大問題；音頻電透視法可布置在探測區(qū)附近，可更為精確的確定采空區(qū)積水邊界，但是也存在探測距離小問題。將瞬變電磁法、音頻電透視法相結(jié)合，充分發(fā)揮兩種探測技術(shù)優(yōu)勢，以便達(dá)到更為全面、精準(zhǔn)確定采空區(qū)積水范圍目的[4-7]。

1 工程概況

山西某礦主采煤層批準(zhǔn)開采3 號煤層、15 號煤層兩層煤，3 號、15 號煤層厚度平均分別為4.6 m、6.9 m，煤層開采均采用綜放工藝。3 號煤層埋深平均埋深350 m、15 號煤層埋深470 m。隨著礦井礦井服役時間增加，淺部的3 號煤層資源已基本枯竭，現(xiàn)生產(chǎn)主要集中在15 號煤層。3 號煤層與15 號煤層巖層主要為粉砂巖、灰?guī)r以及砂質(zhì)泥巖，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)測15 號煤層開采后導(dǎo)水裂隙帶會發(fā)育至3 號煤層采空區(qū)。3 號煤層以及15 號煤層水文地質(zhì)條件簡單，主要涌水水源為3 號煤層上覆砂巖裂隙水含水層以及15 號煤層頂板灰?guī)r裂隙水含水層。

由于3 號煤層部分區(qū)域開采時間長，預(yù)計(jì)采空區(qū)部分區(qū)域內(nèi)會存在積水情況，為確保15 號煤層15303 綜放工作面生產(chǎn)安全，提出將地面采用瞬變電磁法、井下采用音頻電透視法相結(jié)合的井上下聯(lián)合勘探技術(shù)對采空區(qū)內(nèi)積水情況進(jìn)行探測。

2 綜合勘探設(shè)備及勘探點(diǎn)布置

2.1 綜合勘探設(shè)備

地面瞬變電磁勘探采用V8 多功能電磁探測儀，該設(shè)備具有動態(tài)測量范圍大、抗干擾能力強(qiáng)、功率大、體積小以及施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，可滿足大深度、大電流勘探需要。

井下音頻電透視采用的設(shè)備型號為DTS-II 音頻電透視儀，該設(shè)備由接收機(jī)、供電機(jī)兩部分構(gòu)成，是一種專門用以井下水文地質(zhì)勘探設(shè)備，具有抗干擾能力強(qiáng)、探測精度高等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 勘探點(diǎn)布置

在地面采用瞬變電磁法探測3 號煤層采空區(qū)，具體測網(wǎng)布置線距40 m、點(diǎn)距為20 m，布置的測線應(yīng)盡量垂直地層產(chǎn)狀。在地面共計(jì)布置35 條測線，其中1 號-8 號測線長度840 m、9 號-35 號測線長度均為1 640 m，現(xiàn)場共計(jì)布置2 834 個測點(diǎn)。

井下采用音頻電透視法探測，布置發(fā)射點(diǎn)、接收點(diǎn)間距分別為50 m、10 m。針對發(fā)射點(diǎn)，在另一條巷道對應(yīng)區(qū)間內(nèi)布置接收點(diǎn)并按扇形掃描接收。單個發(fā)射點(diǎn)對應(yīng)15～26 個接收點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場探測需要在井下共計(jì)布置289 個探測坐標(biāo)點(diǎn)。

3 綜合勘探成果分析及驗(yàn)證

3.1 綜合勘探成果分析

具體地面布置的瞬變電磁勘探解釋圖見下頁圖1 所示，具體表征標(biāo)高+450～+900 m 范圍內(nèi)地層電阻分布特征。

從圖1 中看出，隨著探測水平距離增加，視電阻率呈降低趨勢，視電阻率變化特征與地層產(chǎn)狀分布特征較為吻合；在水平距離1 250～1 600 m 范圍內(nèi)為視電阻率低阻異常區(qū)，判定該區(qū)域上覆存在有3 號煤層采空區(qū)積水區(qū)，該低阻異常區(qū)主要是由于采空區(qū)積水以及巖層內(nèi)裂隙富水引起。瞬變電磁勘探確定的低阻異常區(qū)正位于15303 綜放工作面開采范圍內(nèi)。

圖1 瞬變電磁勘探解釋圖

為進(jìn)一步確定15 號煤層15303 綜放工作面上覆采空區(qū)以及頂板巖層富水情況，采用音頻電透視法對采面開采范圍內(nèi)15 號煤層上覆40 m 范圍低阻異常區(qū)進(jìn)行勘探，具體成果圖見圖2 所示。

圖2 音頻電透視勘探成果

從圖2 得知，音頻電透視勘探確定的1 號異常區(qū)位于采面上巷東側(cè)，該異常區(qū)分布范圍貫穿整個采面，具有分布范圍廣、異常幅值強(qiáng)特點(diǎn)，異常區(qū)中心靠近采面上巷位置；2 號異常區(qū)位于采面下巷40號-63 號測點(diǎn)間，南北狀分布，異常區(qū)不連續(xù)、有兩個異常中心。根據(jù)礦井現(xiàn)掌握的地質(zhì)資料顯示，2 號異常區(qū)主要是由于附近的F12、F13 斷層導(dǎo)致，在斷層影響下煤層頂板巖層破碎、導(dǎo)水能力明顯增大。

根據(jù)瞬變電磁以及音頻電透視勘探結(jié)果發(fā)下，15303 綜放工作面范圍內(nèi)確定的異常區(qū)具有一定的導(dǎo)水性，因此建議在15303 綜放工作面開采期間注意防治水工作開展，特備注意F12、F13 斷層影響區(qū)內(nèi)防治水工作開展。

3.2 鉆孔探測分析

根據(jù)地面瞬變電磁、井下音頻電透視成果，為確保后續(xù)煤炭回采安全，在回采巷道掘進(jìn)期間以及采面回采前向勘探異常區(qū)施工鉆孔對頂板富水情況進(jìn)行探測。其中1 號及2 號探測鉆孔均有水涌出，后經(jīng)水化學(xué)分析判定均為3 號煤層采空區(qū)積水。表明采用的綜合勘探技術(shù)確定的3 號煤層采空區(qū)積水區(qū)范圍較為精準(zhǔn)。

后續(xù)礦井經(jīng)過持續(xù)疏排，共排出15 605 m3積水，采面在后續(xù)回采期間頂板基本不出現(xiàn)淋水問題，為采面煤炭安全回采創(chuàng)造良好條件。

4 結(jié)論

1）礦井現(xiàn)階段回采的15 號煤層位于3 號煤層采空區(qū)下方，為確保采面安全回采，提出采用綜合勘探技術(shù)對3 號煤層采空區(qū)內(nèi)積水情況以及積水范圍進(jìn)行探測。依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況地面瞬變電磁勘探以及井下音頻電透視法探測。

2）采用綜合勘探發(fā)現(xiàn)15 號煤層15303 綜放工作面上覆存在有2 個物探異常區(qū)，推斷是由于上覆3號煤層采空區(qū)積水引起，并具體確定了3 號煤層采空區(qū)積水范圍。后續(xù)采用鉆孔鉆探發(fā)現(xiàn)圈定的異常區(qū)有水涌出，最終排水量達(dá)到15 605 m3，采面后續(xù)回采前進(jìn)頂板基本不出現(xiàn)淋水情況，取得較好應(yīng)用成果。