采面導水地質(zhì)構(gòu)造綜合探測和治理技術(shù)研究

柳建鋒

（山西汾西礦業(yè)（集團）有限責任公司高陽煤礦， 山西 孝義 032306）

近些年來，隨著礦井采深增加，煤炭回采受陷落柱、巖漿層、地質(zhì)導水（含水）體、煤層結(jié)構(gòu)變化等因素影響更趨明顯[1]。地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育會破壞煤層結(jié)構(gòu)完整性以及連續(xù)性，當構(gòu)造具有導水性時甚至會引發(fā)突水事故，給礦井回采安全帶來威脅[2]。采用各種技術(shù)手段對井下導水構(gòu)造進行探測，并依據(jù)探測結(jié)果采取針對性防治水措施，可顯著提升井下煤炭生產(chǎn)安全保障能力[3]。

現(xiàn)階段礦井常用的地質(zhì)構(gòu)造探測技術(shù)包括有無線電透視、瞬變電磁探測以及鉆探等，現(xiàn)場使用過程中受到井下煤層賦存條件復雜、探測技術(shù)具有自身局限性等因素影響，探測結(jié)果具有一定局限性[4-6]。文中就以山西某礦150105 工作面面工程實例，通過綜合使用無線電透視、瞬變電磁探測等技術(shù)手段對采面內(nèi)的導水地質(zhì)構(gòu)造進行探測，在后續(xù)針對性采用疏排、注漿等措施對導水構(gòu)造進行治理，現(xiàn)場取得較好應(yīng)用成果。

1 工程概況

山西某礦為設(shè)計生產(chǎn)能力240 萬t/年的現(xiàn)代化礦井，現(xiàn)階段主要15 號煤層，煤層埋深480 m、厚度4.7 m，全區(qū)可采，為礦井主采煤層。

150105 為15 號煤層南一采區(qū)第三個回采工作面，采面采用大采高回采工藝，一次開采厚度4.7 m，采面設(shè)計推進距離800 m、斜長120 m，開采范圍內(nèi)15號煤層結(jié)構(gòu)復雜。根據(jù)采面回采巷道掘進以及鄰近采掘作業(yè)面開采揭露地質(zhì)構(gòu)造情況，預測150105 采面內(nèi)發(fā)育有4 個陷落柱、11 條斷層，采面回采范圍內(nèi)煤層賦存條件以及水文地質(zhì)條件等復雜。

15 號煤層開采時主要出水水源為頂板裂隙水含水層、采空區(qū)積水以及導水構(gòu)造出水等。根據(jù)回采巷道掘進以及鄰近采面回采情況預測，150105 工作面回采過程期間，頂板、底板等會出現(xiàn)少量出水，為確保采面回采的安全性，提出使用綜合物探技術(shù)對采面內(nèi)潛在的導水地質(zhì)構(gòu)造進行探測，并針對性采取出水防治措施。

2 采面導水構(gòu)造綜合探測

在采面回采巷道內(nèi)通過無線電透視儀、瞬變電磁儀對回采范圍內(nèi)存在的導水構(gòu)造以及隱伏構(gòu)造進行探測。

在回采巷道內(nèi)布置的無線電透視儀發(fā)射頻率、接收頻率均設(shè)定為0.5 MHz，間隔50 m 布置一個無線電發(fā)射點，在回采巷道揭露斷層附近將發(fā)射點間距縮小至20 m，無線電接收點間距均設(shè)計為10 m。在回采巷道內(nèi)按照10 m 間距布置瞬變電磁發(fā)射點，發(fā)射點在順煤層方向、煤層上覆30°仰角方向、煤層下覆30°俯角方向進行探測。具體獲取到的無線電以及瞬變電磁探測成果見圖1、圖2 所示。

圖1 無線電探測成果圖

圖2 瞬變電磁探測成果圖

從圖1 無線電探測結(jié)果可以看出，采面內(nèi)共有3處無線電衰減異常區(qū)，其中A1、A2、A3 區(qū)分別位于采面運輸巷15～50 m范圍、70～110 m范圍以及230～250 m范圍內(nèi)。A1 區(qū)相對于周邊煤巖層屬于無線電強衰減區(qū)，結(jié)合現(xiàn)場情況以及已有地質(zhì)資料推測，A1 區(qū)范圍內(nèi)發(fā)育有陷落柱；A2 區(qū)屬于無線電相對強衰減區(qū)，結(jié)合已有地質(zhì)資料顯示，推測A2 區(qū)主要是由于采面內(nèi)隱伏斷層構(gòu)造導致；A3 區(qū)為屬于無線電強衰減區(qū)，同時異常區(qū)范圍有一定延伸性，推測該異常區(qū)為斷層、陷落柱等綜合發(fā)育區(qū)，具有一定的導水性以及含水性。

從圖2 瞬變電磁探測成果看出，采面探測范圍內(nèi)共圈定有2 個低阻異常區(qū)，其中B1 低阻異常區(qū)位于采面運輸巷100～150 m 范圍、發(fā)育深度介于35～60 m；B2 低阻異常區(qū)位于采面運輸巷200～245 m 范圍、發(fā)育深度介于35～50 m。無線電探測確定的A3 異常區(qū)與瞬變電磁確定的B2 低阻異常區(qū)存在一定的重疊區(qū)，表明A3 異常區(qū)為具有導水性且富水性的陷落柱；A2 異常區(qū)、B1 低阻異常區(qū)間距較小，在采面煤炭回采過程中煤巖體在采動壓力作用下會產(chǎn)生新的裂隙，從而導致B1 異常區(qū)內(nèi)水體沿著裂隙涌向A2 異常區(qū)，從而給礦井煤炭回采帶來一定制約。在綜合物探確定的異常區(qū)范圍內(nèi)施工地質(zhì)勘察鉆孔，鉆孔探測結(jié)果與綜合物探成果一致，圈定的B1、B2 異常區(qū)均有一定的導水性。

3 導水構(gòu)造注漿封堵治理

在綜合物探確定的B1、B2 異常區(qū)內(nèi)使用注漿方式進行導水裂隙封堵，為采面后續(xù)安全回采創(chuàng)造良好條件。在B1 異常區(qū)內(nèi)掃孔2 次布置5 個注漿鉆孔，鉆孔鉆進深度共計480 m，鉆孔注漿壓力均為3 MPa，總計注入120 t 水泥漿，經(jīng)過注漿加固后使用的探測鉆孔均未有涌水情況發(fā)生。在B2 異常區(qū)布置8 個注漿鉆孔，鉆孔鉆進深度共計690 m，注漿量共計205 t，后續(xù)施工的檢驗鉆孔也未發(fā)現(xiàn)涌水情況。

注漿完成后，采面回采推進至B1、B2 異常區(qū)期間采面出水量保持在正常區(qū)間內(nèi)，出水量平均為2 m3/h，出水量整體較小，不會給煤炭正常回采帶來安全威脅。

4 結(jié)語

1）物探具有探測范圍廣泛、探測效率高以及成本低等優(yōu)點，使用物探技術(shù)對采面回采范圍內(nèi)隱伏地質(zhì)構(gòu)造以及導水構(gòu)造探測對提高采面回采安全保障能力具有重要意義。

2）探測過程中使用瞬變電磁法可對低阻區(qū)具有更強的分辨能力以及探測精度、確定富水區(qū)域，但是卻無法確定富水區(qū)域內(nèi)構(gòu)造破壞程度；無線電探測可實現(xiàn)構(gòu)造探測。因此，在150105 采面綜合使用無線電探測以及瞬變電磁探測技術(shù)可實現(xiàn)采面內(nèi)隱伏構(gòu)造以及導水地質(zhì)構(gòu)造探測。

3）依據(jù)150105 采面情況，對開采范圍內(nèi)隱伏構(gòu)造進行綜合探測，發(fā)現(xiàn)采面內(nèi)存在有B1、B2 富水異常區(qū)，同時由于采面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造與富水區(qū)相距較近，在采面回采作用下地質(zhì)構(gòu)造會有一定的導水性，為此，提出使用注漿封堵技術(shù)對導水構(gòu)造進行治理。

4）通過對圈定的富水區(qū)以及導水構(gòu)造進行治理，采面回采期間涌水處于正常范圍內(nèi)，實現(xiàn)了煤炭安全高效回采。