王志江

(大同煤矿集团 朔州朔煤王坪煤电有限责任公司,山西 怀仁 038301)

综合防治水技术在复杂水患工作面的应用

王志江

(大同煤矿集团 朔州朔煤王坪煤电有限责任公司,山西 怀仁 038301)

在复杂水患条件下,通过物探、钻探、化学分析的综合技术手段对采煤工作面的水患进行探查、分析,确定水源性质,进而采用针对性的防治水措施,确保了工作面的安全回采。

煤矿水患;探查技术;疏放;安全生产

1 工作面概况

8#煤层402盘区8202工作面位于王坪井田北部,其南部、北部和东部都为实体煤,西部为8#煤层402盘区皮带巷以及402盘区轨道巷。8202面5202巷设计长度为988 m,8202面2202巷设计长度为860 m,切眼长100 m。402盘区8202工作面标高1 108 m～1 153 m。

402盘区8202工作面水文地质条件复杂,水患类型复杂,分别为断层裂隙水,K2砂岩含水层水,5#煤层、3#煤层硐室采空区积水,这些因素有时在一定条件下形成水力联系,给工作面的开采带来很大的困难。

402盘区8202工作面煤层变化不大,煤层厚度为5.5 m～6.5 m,平均厚度6 m,煤层倾角约为10°～18°,平均倾角为14°。煤层顶、底板情况如表1所示。

表1 煤层顶底板情况

2 工作面面临的各种水害隐患分析

2.1 采空区积水

402盘区8202工作面上部由于有官沟煤矿3#、5#采空区,该矿采煤方法为房柱式采煤法,局部硐室存在采空积水,由于该矿已采掘多年,部分采掘资料丢失,矿井防治水管理工作较差,给下部8#煤层工作面的布置以及开采带来了困难。

2.2 裂隙水

该工作面尾部有1条落差为4.0 m的正断层,由于该断层与工作面斜交,夹角为72°,裂隙较发育,顶板淋水量保持在10.2 m3/h,裂隙水对工作面回采造成了一定的难度和安全隐患,所以顶板裂隙水也是402盘区8202工作面的主要水患之一。

2.3 含水层水

8#煤层顶板上部有太原组砂岩裂隙含水层共4层,山西组砂岩裂隙含水层共4层,因此砂岩裂隙水与采空区也能形成良好的水力联系,也是工作面的水患之一。

3 工作面采用的综合防治水技术手段

该工作面圈出后,只剩下顶板上部水患难以解除,该工作面上部的5#、3#煤层的采空硐积水使探放水工作量非常大,为了尽快解除上部水患,查清上部积水位置,首先应用瞬变电磁法对其上部积水进行探测,探测后,通过对异常区域进行钻探,同时对水质进行化学分析后,确定水源的性质。

3.1 矿井瞬变电磁法

矿井瞬变电磁法主要用于解决煤层顶板(或底板)岩层内部的富水异常区探测、巷道掘进迎头前方的突水构造预测、含水陷落柱勘查等水文地质问题。

瞬变仪使用澳大利亚产Terra TEM型仪器。该仪器是目前比较先进的轻型专业TEM仪器之一,具有采样自动化程度高、压制干扰能力强、实时监控等特点,数据采集由微机控制,自动记录和存储,可实现数据回放。

瞬变电磁法勘探采用重叠回线装置,发射和接收线框采用多匝1.6 m×1.6 m矩形回线。采样时窗为34,叠加次数为64,时间序列为标准时间序列[1]。

3.1.1探测方法

为实现本次地质探测任务,根据实际水文地质、巷道掘进及物探任务等情况,在8202工作面5202巷、切眼、2202巷分别沿两个方向探测:向上探测煤层正顶及斜顶。

本次瞬变电磁探测以10 m的点距布置测点,8202工作面5202巷布置70个测点探测正顶和斜向上45°两个方向,在8202工作面2202巷布置71个探测点两个方向,切眼布置10个测点一个方向。共进行151个物理点302个方向的数据采集,测线长度1 500 m。测点布置示意图见图1。

图1 测点布置示意图Fig. 1 Measuring points layout

3.1.2数据分析

矿井瞬变电磁测深视电阻率等值线断面图横坐标为测点坐标,纵坐标为沿探测方向上深度坐标,结合地质和水文地质资料,来确定探测区域内横向、水平深度和垂向深度上岩层电性变化情况。

1)视电阻率等值线断面图分析。根据本次实测数据所绘制的视电阻率等值线断面图中,带箭头标注为巷道内布置的测点号,另一标注为水平距离(单位:m),左右两侧为沿探测方向上的探测距离(单位:m)。在进行资料解释时,异常的划分标准主要根据视电阻率等值线断面图上电阻率值的相对大小与分布范围,隐伏含水构造等富水体的赋存特点以及本矿以往瞬变电磁法探测经验。对于富水异常区的富水性,瞬变电磁法仅能做相对的定性评价,视电阻率值小且分布较大的异常区域一般表明岩层内部连通性较好、含水量较大,其富水性的相对评价为富水性强;视电阻率值较大且分布较小的异常区的富水性定性为富水性一般;视电阻率值大且分布小的异常区的富水性定性为富水性差。

在8202工作面轨道巷、运输巷及切眼地段在两个方向上进行探测,解释以正顶方向探测结果为主,斜上45°方向上为补充。

2) 8202工作面轨道巷视电阻率断面。8202工作面轨道巷视电阻率等值线断面图见图2。从图中可以看出,顶板向上0 m～50 m距离范围,视电阻率等值线基本呈层状近均匀分布,局部弯曲变形,说明该深度段地层相对连续,裂隙欠发育,局部富含水性;顶板向上深度范围50 m～100 m视电阻率等值线变化相对剧烈,出现低阻条带,说明地层裂隙相对发育,局部有含水现象;从图中可以看出,总体视电阻率值主要在10 Ω·m ～100 Ω·m之间,根据视电阻率值的相对大小与分布范围,本次确定15 Ω·m ～20 Ω·m等值线为顶板电性特征值异常划分界线。结合水文地质特征圈出六个异常区现分述如下:

图2 视电阻率等值线断面图Fig.2 Cross-section drawing of apparent resistivity contour

G-1号异常:位于轨道巷58号-70号测点之间,异常范围较大,K2砂岩在该地段富水,未见5#煤采空区,3#煤采空且积水,在该地段应集中加以探放水。

G-2号异常:位于轨道巷48号-55号测点之间,异常范围较大,该地段构造复杂,K2砂岩在该地段富水,5#煤在该地段有采动破坏疑似采空,3#煤采空且积水,在该地段应加以探放水。

G-3号异常:位于轨道巷38号-42号测点之间,异常范围不大,K2砂岩在该地段条带状裂隙发育,相对富水,未见采空积水区。

G-4号异常:位于轨道巷28号-32号测点之间,异常范围不大,小构造发育,K2砂岩在该地段相对富水,未见采空积水区。

G-5号异常:位于轨道巷22号-25号测点之间,异常范围不大,小构造发育,K2砂岩在该地段相对富水,未见采空积水区。

G-6号异常:位于轨道巷16号-20号测点之间,异常范围不大,小构造发育,K2砂岩在该地段相对富水,未见采空积水区。

在水文地质条件不清的情况下,物探技术基本可以查明工作面上部存在水患的位置。查清上部积水位置后,有针对性地打探放水孔,减少探放水孔工程量,缩短探放水时间,缓减了采掘接替的紧张局面。

3.2 工作面钻探验证以及化探分析

通过物探技术圈定的4个异常区域(即ABCD区域),开始钻探验证,先在D区域Q1异常区域(即切眼)进行探放,共施钻孔13个,其中出水钻孔为4个,均与上部采空区钻通,共放采空区积水约20.1万m3,C区域共施钻孔3个,其中2个与裂隙导通,单孔最大出水量为105.1 m3/h,当第二个孔钻通后,随即第1个孔出水量明显减小,C区域(轨道处868 m处)累计出水为32.4.万m3,A区域、B区域通过钻探验证出水量为1.21 m3/h,确定为砂岩富水区域,钻探期间,通过对钻孔内水质进行化学分析,通过化验指标辨识了砂岩含水层水与采空区积水,很明显采空区积水在NH4+、Fe3+、NO2-浓度还大于含水层的浓度,同时通过化学分析明确了向斜构造下C区域与D区域形成的水力联动关系。

4 结束语

通过物探和钻探以及化学分析,放水完毕后,8202工作面先开始进行试采,在试采期间,通过对采空区出水观察,起初日出水量为306.6 m3/d,对回采影响甚小,后期水量明显减小到56.1 m3/d,工作面采过C区域直到回采结束后采空区未发现有出水现象。实践证明,在复杂富水的条件下,尤其上部为不明采掘的情况和砂岩富水条件下,通过物探、钻探、化探综合防治水技术完全可以避免水害事故的发生。

[1] 刘树才,岳建华,刘志新.煤矿水文物探技术与应用[M].徐州：中国矿业大学出版社,2005.

ApplicationofIntegratedWaterControlTechnologyinComplexFloodingWorkingFace

WANGZhijiang

(WangpingCoal&ElectricityCo.,Ltd.,ShuozhouCoal&ElectricityCo.,Ltd.,DatongCoalMineGroup,Huairen038301,China)

In complex conditions, the flooding of mining face was explored and analyzed to determine the properties of water source through an integrated water control technology with geophysical exploration, drilling, and chemical analysis. Then specific water control measures were taken to guarantee the safe production on the working face.

coal mine flooding; exploration technology; draining; safe production

1672-5050(2017)01-0056-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.02.017

2016-06-08

王志江(1975-)，男,山西朔州人,本科,工程师,从事综采、综放工作及煤矿防治水技术研究。

TD745

A

(编辑：杨 鹏)