董蘇蘇 蘇占林

（1.新礦內(nèi)蒙古能源有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016200；2.山東能源新礦集團(tuán)，山東 新泰 271200）

孫村井田位于新汶煤田中部，與華源礦業(yè)以F6（∠64°，H=46 m）斷層為界。兩礦在F6 斷層兩側(cè)均進(jìn)行了開采，開采煤層包括2、3、4、6、11、13、15 煤。孫村煤礦計(jì)劃停止華源煤礦老空區(qū)積水的抽排工作，停止排水后，水淹區(qū)積水水位最大將恢復(fù)至+175 m，造成目前+30 m 水平以下深部邊界煤柱水頭壓力增加1.45 MPa，在深部邊界煤巖柱薄弱區(qū)段可能存在滲水、漏水或失穩(wěn)等情況。如圖1。

圖1 F6 斷層兩側(cè)地層對(duì)接關(guān)系示意圖

老空積水停排后華源礦井一側(cè)形成高位側(cè)向積水，開展必要的探查和加固工程是十分必要的。

1 煤層重復(fù)采動(dòng)下斷層煤柱殘缺區(qū)精細(xì)化探查

1.1 寬線二維地震勘探工程

寬線二維地震勘探工程共完成寬線二維地震測(cè)線12 條，獲取到寬線二維地震CDP 剖面4 條，剖面合計(jì)長(zhǎng)度858 m，總計(jì)炮檢點(diǎn)4032 個(gè)。寬線二維地震數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，形成地質(zhì)成果從構(gòu)造和采空區(qū)分布范圍兩方面進(jìn)行了解釋。

1.1.1 構(gòu)造探查結(jié)果

依據(jù)疊前偏移剖面，結(jié)合鉆孔和測(cè)井資料，共解釋斷層3 個(gè)（F1、F2、F6），全部切穿11 號(hào)、13 號(hào)、15 號(hào)煤層，總體落差變化約為3～33 m，傾角變化約為68°～84°。

1.1.2 采空區(qū)探查結(jié)果

根據(jù)采空區(qū)在時(shí)間偏移剖面上的表現(xiàn)特征，對(duì)采空區(qū)位置進(jìn)行了推斷。解釋結(jié)果表明采空區(qū)以11煤、13 煤、15 煤為主。

1.2 F6 斷層煤柱殘缺區(qū)跨孔電磁波CT 探測(cè)

本次跨孔電磁波CT 工作采用設(shè)備為JW-6 型無線電測(cè)試儀，方案設(shè)計(jì)中跨孔電磁波CT 利用鉆孔32 個(gè)，布置CT 剖面60 個(gè)。但在實(shí)際數(shù)據(jù)采集過程中，個(gè)別鉆孔出現(xiàn)塌孔，實(shí)際共完成剖面數(shù)50 個(gè)。

本次勘探鉆孔呈兩排分布，編號(hào)分別為Z1-1～Z1-16 和Z2-1～Z2-16，利用第一、二排鉆孔的勘探剖面經(jīng)過數(shù)據(jù)連接，分別形成L1、L2 長(zhǎng)剖面（2-6、2-7）。通過對(duì)所測(cè)50 個(gè)剖面異常統(tǒng)計(jì)，總體表現(xiàn)為南部采空面積大，中部次之，北部采空面積淺層相對(duì)少。通過數(shù)據(jù)整合形成平行于第一排孔和第二排孔的長(zhǎng)剖面，地質(zhì)解析之后L1 異常面積為1250 m2，L2 異常面積為1012 m2，L1 和L2 兩等效測(cè)線平行，間隔約10 m。按照不規(guī)則圖形的體積計(jì)算方法估算L1 和L2 測(cè)線之間空腔體積為11 000 m3，占勘探體積的13%。

1.3 綜合物探探測(cè)成果分析

寬線二維地震依據(jù)介質(zhì)波阻抗和波速屬性對(duì)采空區(qū)分布范圍進(jìn)行探測(cè)，跨孔電磁波CT 以介質(zhì)電磁波衰減系數(shù)為基礎(chǔ)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行了探測(cè)。

寬線二維地震中DZ3-4 線與L2 跨孔電磁波CT長(zhǎng)剖面位置基本一致，選擇二者進(jìn)行疊合，在電磁波CT 跨孔剖面解釋時(shí)參考寬線二維地震解釋的采空區(qū)宏觀分布特征，再依據(jù)衰減系數(shù)等值線對(duì)采空區(qū)精細(xì)化定位。同時(shí)，寬線二維地震剖面最終解釋時(shí)充分參考了跨孔電磁波同步測(cè)量曲線對(duì)采空區(qū)定性推斷，二者結(jié)果在解釋上相輔相成，相互參考。

當(dāng)陽市水域資源豐富，水面較多，氣候適宜，光照充足，水生生物資源豐富且品種多樣化。河溝湖庫(kù)眾多，水質(zhì)總體保持穩(wěn)定，水質(zhì)狀況趨好。為此，科學(xué)合理地劃定各類養(yǎng)殖功能區(qū)，嚴(yán)格控制水庫(kù)養(yǎng)殖面積和養(yǎng)殖密度，合理搭配養(yǎng)殖品種，采取養(yǎng)殖水體污染防治措施，廣泛推行池塘生態(tài)養(yǎng)殖和水庫(kù)增殖漁業(yè)，在水域?yàn)┩砍休d力范圍內(nèi)適度發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，以最終實(shí)現(xiàn)漁業(yè)經(jīng)濟(jì)和水資源環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

2 斷層煤柱薄弱區(qū)注漿加固工程

2.1 注漿鉆孔設(shè)計(jì)

圍繞孫村井田東部F6 斷層防隔水煤柱薄弱區(qū)開展注漿加固工程。本工程布置東、西2 排注漿孔，排間距10 m，鉆孔間距10 m，兩排鉆孔呈交錯(cuò)梅花狀布置，設(shè)計(jì)注漿孔共計(jì)32 個(gè)。兩排注漿孔之間布置注漿檢查孔兼補(bǔ)充注漿孔12 個(gè)。注漿鉆孔設(shè)計(jì)平面圖如圖2。

圖2 注漿鉆孔實(shí)際布置平面圖

2.2 工程施工

2.2.1 注漿鉆孔施工

注漿鉆孔無芯鉆進(jìn)至基巖以下3 m 左右，擴(kuò)孔下入Φ180 mm 套管，壁后注漿，待水泥凝固后無芯鉆進(jìn)至終孔層位。注漿鉆孔終孔層位為15 煤層底板以下10 m，個(gè)別終孔至17 煤層。注漿采用自下至上方式注入，注漿深度到15煤層底板以下10 m，注漿范圍從邊界煤柱可靠區(qū)至煤層露頭附近，注漿標(biāo)高從+30～+170 m。累計(jì)注入水泥6 618.66 t，矸石骨料158.4 t，工業(yè)鹽2.64 t，水玻璃19.72 t。

2.2.2 取芯鉆孔施工

取芯驗(yàn)證孔無芯鉆進(jìn)至30 m 左右，擴(kuò)孔下入180 mm 套管30 m，壁后注漿，待水泥凝固后，取芯鉆進(jìn)至15 煤層底板以下10 m 終孔。根據(jù)鉆孔條件，在1-4、1-5 等23 個(gè)鉆孔進(jìn)行了測(cè)井工作。通過測(cè)井曲線分析，僅在取4、取9 孔揭露9 煤層采空區(qū)；11 煤層采空區(qū)在試驗(yàn)注漿段及其以南區(qū)域存在范圍較廣；1-4、1-5、1-7、2-4、2-7、取1、取2、取3、取11、取12 鉆孔均揭露11 煤層采空區(qū)。因此，采空區(qū)集中在試驗(yàn)注漿段及其以南區(qū)域，且為淺部9 煤層、11 煤層采空區(qū)，深部13、15、16 煤層未見有異常區(qū)域，試驗(yàn)注漿段以北區(qū)域全煤層賦存情況完好。

3 注漿加固效果檢測(cè)及評(píng)價(jià)

跨孔電磁波CT 探查技術(shù)全區(qū)注漿效果進(jìn)行驗(yàn)證相結(jié)合的綜合方式對(duì)本次注漿效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 跨孔電磁波CT 注漿效果檢測(cè)

跨孔電磁波CT 檢測(cè)以注漿施工記錄和前期采空區(qū)探測(cè)工作為基礎(chǔ)，在重點(diǎn)部位進(jìn)行跨孔電磁波CT 探測(cè)。檢測(cè)區(qū)域分為南區(qū)和北區(qū)，剖面的選擇盡量集中在注漿大的區(qū)域。按照此要求，本次共設(shè)檢測(cè)剖面29 個(gè)，剖面編號(hào)為QP01～QP29，如圖3。

圖3 注漿質(zhì)量檢測(cè)剖面布置平面圖

通過注漿前后跨孔電磁波CT 同步測(cè)量曲線以及衰減系數(shù)剖面對(duì)比，以Z2-4 和Z2-5 鉆孔為例，注漿后鉆孔間介質(zhì)均勻程度變好，注漿效果理想。

3.2 取芯檢查孔注漿效果檢測(cè)

1）取1 孔：孔深104.23 m，孔底位于16 煤層底板處。通過巖芯分析，9 煤層取出水泥塊樣；11煤層頂板三處裂隙內(nèi)存有水泥充填體；11 煤層底板兩處裂隙處有水泥充填體。

2）取2 孔：孔深106.92 m，孔底位于15 煤層底板斷層處。通過巖芯分析可知，11 煤層老空區(qū)見注漿水泥充填體。

3）取3 孔：孔深108.76 m，孔底位于15 煤層底板斷層處。通過巖芯分析11 煤層老空區(qū)，11 煤層下部見注漿水泥。

4）取4 孔：孔深108.11 m，鉆孔巖芯37.96 m見有水泥充填體。

5）取5 孔：終孔深度107.03 m，鉆孔巖芯33.5 m 見有水泥充填體。

6）取6 孔：終孔深度113.89 m，鉆孔巖芯42.6 m 見有水泥充填體。

7）取7 孔：終孔深度122.60 m，鉆孔巖芯37.1 m 見有水泥充填體。

8）取8 孔：終孔深度128.97 m。分析為遇邊界F6 斷層導(dǎo)致煤層缺失。

9）取9 孔：終孔深度93.24 m，鉆孔巖芯35.2 m 處見有水泥充填體。

10）取10 孔：終孔深度91.24 m，鉆孔巖芯32.9 m 見有水泥充填體。

11）取11 孔：終孔深度101.55 m，在11 煤層底板孔深37.86 m 處巖芯裂隙處有水泥充填體。

12）取12 孔：終孔深度107.84 m，鉆孔巖芯35.85 m 處見有水泥充填體。

3.3 注漿加固結(jié)果綜合評(píng)價(jià)

綜合應(yīng)用鉆孔取芯、綜合測(cè)井、跨孔電磁波同步測(cè)量法和跨孔電磁波CT 法對(duì)孫村煤礦東邊界F6斷層煤柱缺失區(qū)注漿工程進(jìn)行了抽檢，獲得結(jié)論：

1）通過鉆孔抽芯和綜合測(cè)井檢查，表明注漿區(qū)采空區(qū)充填情況良好，裂隙帶充填情況良好，采空區(qū)內(nèi)采取巖芯呈短柱狀，密實(shí)度好，具有隔水能力；11 煤以下地層受采掘擾動(dòng)小，13 煤、15 煤、16 煤賦存完整。

2）跨孔電磁波CT 剖面抽查結(jié)果表明，9 煤、11 煤采空區(qū)注漿效果理想，采掘擾動(dòng)造成的地層裂隙帶充填完整，注漿后孔間介質(zhì)均勻性增強(qiáng)，孔隙度變小，剖面檢測(cè)區(qū)具有隔水能力；11 煤之下地層未受采掘擾動(dòng)，13 煤、15 煤、16 煤賦存完整。

4 結(jié)語

針對(duì)孫村-華源煤礦礦界斷層煤柱可靠性評(píng)價(jià)及斷層邊界采空區(qū)探測(cè)、注漿和效果評(píng)價(jià)等技術(shù)難題，利用寬線二維地震及跨孔電磁波CT 勘探對(duì)采空區(qū)進(jìn)行精細(xì)化探查。探測(cè)成果推測(cè)該區(qū)采空區(qū)大面積發(fā)育，對(duì)F6 斷層防隔水煤柱殘缺區(qū)實(shí)施了注漿加固工程，綜合應(yīng)用鉆孔抽芯、綜合測(cè)井、跨孔電磁波同步測(cè)量法和跨孔電磁波CT 法對(duì)注漿加固效果進(jìn)行抽檢評(píng)價(jià)?；谝陨铣晒纬闪思V界斷層煤柱薄弱區(qū)探測(cè)、可靠性評(píng)價(jià)、注漿加固過程控制與注漿效果定量檢測(cè)于一體的側(cè)向高位積水復(fù)雜空區(qū)礦井煤柱水害預(yù)防技術(shù)體系，為類似礦井水害防治奠定了基礎(chǔ)。