梁辰琛

（長治三元中能煤業(yè)有限公司，山西 長治 046000）

近些年來，礦井水害事故時有發(fā)生。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，地質(zhì)探測設備設施不斷完善，為礦井安全生產(chǎn)提供了保障[1-3]。我國相關(guān)領域?qū)＜以诘V井水害治理方面做出大量研究，司金文[4]針對巷道掘進過程中水害問題進行了超前鉆探研究，對鉆探中的參數(shù)進行了優(yōu)化；黃天緣[5]采用安全評價的方法對特厚煤層開采中防治水工作進行了總結(jié)歸納；原亮亮[6]進行了掘進巷道探放水施工的設計及安全技術(shù)措施研究，對之前探放水工藝及技術(shù)措施進行了優(yōu)化研究；其他專家學者針對礦井水害防治分別進行了理論分析和現(xiàn)場工程研究[7-12]。下霍礦2308運輸順槽掘進過程中存在水量涌出異常，通過分析區(qū)域內(nèi)存在老空區(qū)，為防止巷道掘進過程中發(fā)生水害，采用物探、鉆探的方法進行綜合治理。

1 礦井及工作面概況

山西三元煤業(yè)有限公司下霍煤礦核定產(chǎn)能2.40 Mt/a。目前備采工作面為2308工作面，工作面走向長度2 039 m，切眼長度198 m，主采煤層3#煤層，平均厚度4.65 m。3#煤層直接頂板為泥巖和砂質(zhì)泥巖，平均厚度2.7 m；老頂為中粒砂巖，平均厚度8 m；直接底板為砂質(zhì)泥巖，平均厚度1 m；老底為粉砂巖，平均厚度1.5 m。

工作面所在區(qū)域內(nèi)無采空區(qū)，主要含水層為山西組和太原組含水層，含水層補給條件比較差。3#煤層與上覆風化帶含水層、第四系含水層以及下伏奧陶系中統(tǒng)之間均存在隔水層，無構(gòu)造情況下，含水層均不會對2308工作面開采產(chǎn)生影響。

2308運輸順槽頂板水源為頂板砂巖含水層水源，巷道掘進過程中，96 m位置點北側(cè)40 m存在DX34陷落柱，陷落柱短軸38 m，長軸41.7 m；690 m位置點存在DX26陷落柱，陷落柱短軸160 m，長軸190 m。陷落柱構(gòu)造將含水層和運輸順槽掘進區(qū)域貫通，將水引入掘進區(qū)域。因此陷落柱為誘導區(qū)域水害因素。

2 2308運輸順槽物探分析

2309運輸順槽現(xiàn)在掘進至170 m位置點，預計前面20 m位置點存在陷落柱水害，為確定水害具體情況，采用物探的方法對掘進迎頭前方進行探測。

物探方法為脈沖瞬變電磁法（TEM），所使用的設備為EMRS-2B型電磁礦產(chǎn)勘探儀。基于不同介質(zhì)電阻率的不同，電磁波通過不同介質(zhì)的信號傳播速度不同，對發(fā)射的電磁信號進行回收，反演結(jié)算，從而推測巷道周圍巖體情況。電磁礦產(chǎn)勘探儀發(fā)射脈沖信號頻率為4 ms，電流為1 100 A，信號疊加次數(shù)為20次，采樣率為76μs。

通過不同角度發(fā)射信號，然后通過接受信號的方式對2308運輸順槽前方100 m范圍地質(zhì)情況進行分析，信號發(fā)射如圖1所示。

圖1 信號發(fā)射位置

通過對采集的數(shù)據(jù)進行反演計算，得到距離掘進迎頭10 m、20 m、30 m位置點剖面圖，如圖2所示。

圖2 掘進迎頭前方斷面電阻率剖面

根據(jù)圖2可知，距離掘進迎頭10 m位置剖面中，電阻率異常區(qū)主要分布于巷道設計斷面右?guī)?0 m位置點，異常區(qū)域?qū)挾? m；距離掘進迎頭20 m位置剖面中，電阻率異常區(qū)主要分布于巷道設計斷面右?guī)?0～150 m位置，電阻率異常區(qū)域?qū)挾仍黾樱痪嚯x掘進迎頭30 m位置剖面中，電阻率異常區(qū)主要分布于巷道設計斷面右?guī)?0～150 m位置，電阻率異常區(qū)域?qū)挾?、高度均大量增加。根?jù)斷面電阻率分布圖結(jié)合地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)分析，巷道前方20～30 m位置區(qū)存在陷落柱。根據(jù)電阻率數(shù)值分析，異常區(qū)域電阻率基本和水電阻率相似，因此推測該區(qū)域存在水害。

3 2308運輸順槽鉆探分析

根據(jù)物探結(jié)果，預計巷道斷面前方20～30 m存在陷落柱，陷落柱大小不定，根據(jù)電阻率分析存在水害。為確定前方水害危險性大小，在掘進頭位置實施鉆孔進行鉆探驗證工作。鉆孔設計如圖3所示，鉆孔參數(shù)如表1所示。施工使用鉆機為CMS1-2200煤礦用深孔履帶式液壓鉆機，鉆桿直徑50 mm，鉆頭直徑65 mm。

圖3 鉆探鉆孔設計

表1 鉆孔參數(shù)

鉆孔施工過程中，1#鉆孔、2#鉆孔、4#鉆孔均未出現(xiàn)大量涌水現(xiàn)象，3#鉆孔施工至30 m開始出現(xiàn)少量涌水，鉆孔施工完畢后對各個鉆孔涌水量進行為期14天的考察，考察結(jié)果如圖4所示。

圖4 鉆孔涌水量統(tǒng)計

根據(jù)圖4可知，3#鉆孔最大涌水量為67 m3/h，1#鉆孔最大涌水量為5 m3/h，2#鉆孔和4#鉆孔最大涌水量為3 m3/h。3#鉆孔涌水量呈現(xiàn)遞增趨勢，因此推測巷道斷面右?guī)臀恢孟萋渲鶅?nèi)水量比較大，需要提前實施探放水孔，進行排水。同時巷道內(nèi)配備足夠功率的水泵進行排水。

根據(jù)地質(zhì)情況分析，該區(qū)域存在含水層，距離3#煤層較近的是第四系含水層，該含水層距離3#煤層垂直高度為30 m。根據(jù)鉆探分析，該區(qū)域3#煤層上部45 m區(qū)域開始未出現(xiàn)返渣異常的現(xiàn)象，因此推斷DX34陷落柱產(chǎn)生的垂向破壞范圍為43 m。DX34陷落柱影響范圍超過了含水層豎向高度，因此將含水層和開采煤層導通，產(chǎn)生水害。

4 結(jié)論

為解決山西三元煤礦2308工作面掘進順槽掘進過程中水害問題，對工作面區(qū)域進行水文地質(zhì)分析，采用物探進行探測，施工探放水孔進行驗證，得出以下結(jié)論：

1）根據(jù)水文地質(zhì)分析，2308運輸順槽右?guī)臀恢么嬖贒X34陷落柱，預計陷落柱長軸41.7 m，面積較大。

2）根據(jù)物探結(jié)果，掘進順槽前方20 m開始有電阻率異常區(qū)，水害區(qū)域預計在20～50 m區(qū)域。

3）通過實施4個探放水鉆孔，14天內(nèi)前方最大涌水量為67 m3/h，且涌水量不斷增大。

綜上所述，2308運輸順槽前方存在水害，需做好探放水工作，同時配備相應泵站，進行排水。