資源整合礦井老空水的探測方法研究

張東升

華電煤業(yè)集團有限公司公司內蒙古分公司 呼和浩特 010090

近年，隨著煤炭生產(chǎn)機械化程度的不斷提高，礦井大型化越來越成為煤礦企業(yè)發(fā)展的方向，煤礦資源整合越來越頻繁，但相應的小窯老空水也逐漸成為整合煤礦生產(chǎn)中的重要的水害類型，老空水突水造成的生產(chǎn)事故較多，嚴重影響了煤礦的安全生產(chǎn)和穩(wěn)定發(fā)展。因此整合煤礦在生產(chǎn)中對井下老空水的探測方法，也引起了生產(chǎn)技術人員及相關科研機構的極大重視。采取何種技術手段，如何取得更好的老空水探測效果，不斷提升整合煤礦的安全生產(chǎn)能力，成為當前煤炭生產(chǎn)領域面臨的主要研究課題。筆者針對當前資源整合礦井老空水災害的探測方法，進行了簡要的剖析研究。

1 煤礦老空水災害概念分析

煤礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中，隨著采掘作業(yè)的不斷推進，井下出現(xiàn)了大量的采空區(qū)和舊巷，隨著時間的不斷推移，由于頂板含水層滲水或地面裂隙導水等原因，這些采空區(qū)內部逐集聚了大量的積水，有些封閉巷道或采空區(qū)的積水甚至積蓄了巨大的壓力，這種井下封閉空間內的積水一般稱之為老空水。整合煤礦中的一些小煤窯往往因為歷史原因而井下資料不全，給整合后的煤礦企業(yè)造成了巨大的安全風險，掘進過程中如果在無預警的條件下導通老空水，就會造成老空區(qū)突水災害。老空區(qū)突水是目前整合煤礦發(fā)生水害事故的主要類型。

老空水往往具有一定的壓力，發(fā)生突水時會在瞬間產(chǎn)生強大的沖擊力；并且在封閉的空間內受采掘活動中殘留的木柱、鐵器及其它垃圾的長期腐蝕，老空水還具有一定的腐蝕性，往往在突水時伴隨有一定量的有害氣體；大部分老空水沒有直接補給源，儲量有限，只是在突水瞬間涌水猛烈，具有較大的危險性和破壞性，但后期水量會迅速減少，比較容易疏干。老空水對井下作業(yè)人員的生命安全，以及各類采掘設備都產(chǎn)生了極大的威脅，因此提前探測老空水，消除事故隱患對煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)具有重大的意義。

2 資源整合礦井老空水的探測方法

當前整合煤礦為確保采掘作業(yè)的安全，針對老空水進行探測成為防治水工作的重點。通過科學有效的方法，查明老空水情況，并在安全區(qū)域進行遠距離的疏放，最終達到安全開采的目的。但在實際工作中，由于井下情況復雜多變，不同煤層采空區(qū)在空間分布上極不規(guī)律，受各類含水層的影響，往往給探測過程帶來了極大的困難，誤報、漏報、過度預報等情況經(jīng)常發(fā)生。為了獲得更準確的結果，煤礦生產(chǎn)技術人員及科研機構，針對礦井老空水的探測，也研究出了大量應用技術，并積累了很多的經(jīng)驗。其中常用的老空水探測方法有：地面瞬變電磁法、井下瞬變電磁法、水樣化探法、聯(lián)合探測法等。

2.1 地面瞬變電磁法

地面瞬變電磁法是地表探測老空水的一種主要方法，其原理是利用不接地回線向地下發(fā)送一次脈沖磁場，在一次場間歇期間利用另一回線接收測量由地下介質產(chǎn)生的感應電場即二次場隨時間的變化。該二次場是由地下不同導電介質受一次場激勵引起的渦流產(chǎn)生的非穩(wěn)定磁場，它與地下地質體有關，根據(jù)它的衰減特性，在控制構造、采空區(qū)水等方面均有很好的效果。

煤層采空后，上覆地層中裂隙廣為發(fā)育，地層變得松散失水，甚至坍塌，使得電磁波的能量衰減加大，干擾加強，地層的導電性明顯減弱，當采空區(qū)充滿水后時，導電性加強，在瞬變電磁法剖面圖上分別表現(xiàn)為局部的低電導、高阻異?；蚋唠妼?、低電阻異常。地面瞬變電磁法探測老空水，在實際應用的過程中獲得了廣泛的認可。

2.2 井下瞬變電磁法

井下瞬變電磁法的原理與地面瞬變電磁法相同，在井下可以對巷道前方煤層進行探測，但由于受井下防爆安全條件限制，感應電流較小，大約能探測前方200米范圍內的異常水體，但探測結果相對可靠，筆者當年曾在山西溫莊煤礦用KDC-S礦井瞬變電磁儀對小窯采空區(qū)積水進行過多次探測，顯示的探測異常區(qū)內，后來都通過鉆探得到了驗證，效果相當好。

2.3 水樣化探

老空區(qū)水為采空區(qū)積水，水源的補給性較差，一定程度上可劃分為死水的范疇，長期受采空區(qū)內廢棄物的腐蝕，相比較于其它含水層或構造水體，在氣味、顏色、含礦物質種類等方面，均存在著較大的區(qū)別，尤其是通過化驗其水樣成分、pH值等，可很容易判斷是否為老空水。因此，水樣化探也成為老空水探測中常用的一種方法。

實際具體應用中，需首先對不明水體進行水樣采集，采集水樣一般為煤層滲水或鉆孔出水，之后針對水樣進行化驗分析，對化驗結論與常規(guī)地下水進行比對，以此來評估水樣是否為老空水。

2.4 聯(lián)合探測

在實際查明老空區(qū)積水的過程中，由于瞬變電磁法僅是物探手段，完全依靠其結論是不太安全的，需要用鉆探方式進行驗證，需要用化探法來判斷出水水體是否為老空水，所以聯(lián)合探測法在煤礦探測老空水的實踐中，是通常應用的一種方法。尤其是鉆孔探測，在井下巷道掘進過程中可以完全彌補物探手段的不足，避免因物探時的漏報、位置誤報等造成的災難性后果。

聯(lián)合探測既可確保探測的有效性，又可保障探測的準確性。具體操作中，一般先在地面大范圍內進行瞬變電磁勘探，查明可能的老空區(qū)積水區(qū)域，當井下開采至預警區(qū)附近時進行井下瞬變電磁勘探，將積水區(qū)范圍及位置進一步鎖定，然后根據(jù)進一步的結論在安全區(qū)內布置探水鉆孔，根據(jù)物探的結果設計鉆孔的方位角、傾角及長度等參數(shù)，采取安全措施進行鉆孔探測老空水，一旦探測到老空積水，再根據(jù)探孔參數(shù)施工疏放水鉆孔，最后達到對老空水完全治理的目的，為井下的采掘施工創(chuàng)造安全的條件。

3 結束語

我國煤炭開采的過程是從小窯開采很快就邁向了規(guī)?；C械化開采，因此資源整合加速了煤礦發(fā)展的步伐，但也帶來了老空水水害的危險，給煤礦的安全生產(chǎn)增加了風險。而探測老空水、治理老空水的研究也應運而生，探測的方法也在不斷發(fā)展，相信隨著科學技術的不斷進步，探測老空水的方法除了文中所述的地面瞬變電磁法、井下瞬變電磁法、水樣化探法、聯(lián)合探測法以外，還會有更多、更科學、更方便的手段。

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