下霍礦2308運(yùn)輸順槽超前探放水技術(shù)研究

梁辰琛

（長(zhǎng)治三元中能煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

近些年來(lái)，礦井水害事故時(shí)有發(fā)生。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，地質(zhì)探測(cè)設(shè)備設(shè)施不斷完善，為礦井安全生產(chǎn)提供了保障[1-3]。我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜以诘V井水害治理方面做出大量研究，司金文[4]針對(duì)巷道掘進(jìn)過(guò)程中水害問(wèn)題進(jìn)行了超前鉆探研究，對(duì)鉆探中的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化；黃天緣[5]采用安全評(píng)價(jià)的方法對(duì)特厚煤層開(kāi)采中防治水工作進(jìn)行了總結(jié)歸納；原亮亮[6]進(jìn)行了掘進(jìn)巷道探放水施工的設(shè)計(jì)及安全技術(shù)措施研究，對(duì)之前探放水工藝及技術(shù)措施進(jìn)行了優(yōu)化研究；其他專家學(xué)者針對(duì)礦井水害防治分別進(jìn)行了理論分析和現(xiàn)場(chǎng)工程研究[7-12]。下霍礦2308運(yùn)輸順槽掘進(jìn)過(guò)程中存在水量涌出異常，通過(guò)分析區(qū)域內(nèi)存在老空區(qū)，為防止巷道掘進(jìn)過(guò)程中發(fā)生水害，采用物探、鉆探的方法進(jìn)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(zhǎng)度2 039 m，切眼長(zhǎng)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(wú)采空區(qū)，主要含水層為山西組和太原組含水層，含水層補(bǔ)給條件比較差。3#煤層與上覆風(fēng)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(wú)構(gòu)造情況下，含水層均不會(huì)對(duì)2308工作面開(kāi)采產(chǎn)生影響。

2308運(yùn)輸順槽頂板水源為頂板砂巖含水層水源，巷道掘進(jìn)過(guò)程中，96 m位置點(diǎn)北側(cè)40 m存在DX34陷落柱，陷落柱短軸38 m，長(zhǎng)軸41.7 m；690 m位置點(diǎn)存在DX26陷落柱，陷落柱短軸160 m，長(zhǎng)軸190 m。陷落柱構(gòu)造將含水層和運(yùn)輸順槽掘進(jìn)區(qū)域貫通，將水引入掘進(jìn)區(qū)域。因此陷落柱為誘導(dǎo)區(qū)域水害因素。

2 2308運(yùn)輸順槽物探分析

2309運(yùn)輸順槽現(xiàn)在掘進(jìn)至170 m位置點(diǎn)，預(yù)計(jì)前面20 m位置點(diǎn)存在陷落柱水害，為確定水害具體情況，采用物探的方法對(duì)掘進(jìn)迎頭前方進(jìn)行探測(cè)。

物探方法為脈沖瞬變電磁法（TEM），所使用的設(shè)備為EMRS-2B型電磁礦產(chǎn)勘探儀?；诓煌橘|(zhì)電阻率的不同，電磁波通過(guò)不同介質(zhì)的信號(hào)傳播速度不同，對(duì)發(fā)射的電磁信號(hào)進(jìn)行回收，反演結(jié)算，從而推測(cè)巷道周圍巖體情況。電磁礦產(chǎn)勘探儀發(fā)射脈沖信號(hào)頻率為4 ms，電流為1 100 A，信號(hào)疊加次數(shù)為20次，采樣率為76μs。

通過(guò)不同角度發(fā)射信號(hào)，然后通過(guò)接受信號(hào)的方式對(duì)2308運(yùn)輸順槽前方100 m范圍地質(zhì)情況進(jìn)行分析，信號(hào)發(fā)射如圖1所示。

圖1 信號(hào)發(fā)射位置

通過(guò)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算，得到距離掘進(jìn)迎頭10 m、20 m、30 m位置點(diǎn)剖面圖，如圖2所示。

圖2 掘進(jìn)迎頭前方斷面電阻率剖面

根據(jù)圖2可知，距離掘進(jìn)迎頭10 m位置剖面中，電阻率異常區(qū)主要分布于巷道設(shè)計(jì)斷面右?guī)?0 m位置點(diǎn)，異常區(qū)域?qū)挾? m；距離掘進(jìn)迎頭20 m位置剖面中，電阻率異常區(qū)主要分布于巷道設(shè)計(jì)斷面右?guī)?0～150 m位置，電阻率異常區(qū)域?qū)挾仍黾?；距離掘進(jìn)迎頭30 m位置剖面中，電阻率異常區(qū)主要分布于巷道設(shè)計(jì)斷面右?guī)?0～150 m位置，電阻率異常區(qū)域?qū)挾取⒏叨染罅吭黾?。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(cè)該區(qū)域存在水害。

3 2308運(yùn)輸順槽鉆探分析

根據(jù)物探結(jié)果，預(yù)計(jì)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(xiǎn)性大小，在掘進(jìn)頭位置實(shí)施鉆孔進(jìn)行鉆探驗(yàn)證工作。鉆孔設(shè)計(jì)如圖3所示，鉆孔參數(shù)如表1所示。施工使用鉆機(jī)為CMS1-2200煤礦用深孔履帶式液壓鉆機(jī)，鉆桿直徑50 mm，鉆頭直徑65 mm。

圖3 鉆探鉆孔設(shè)計(jì)

表1 鉆孔參數(shù)

鉆孔施工過(guò)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(kāi)始出現(xiàn)少量涌水，鉆孔施工完畢后對(duì)各個(gè)鉆孔涌水量進(jìn)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(jì)

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(shì)，因此推測(cè)巷道斷面右?guī)臀恢孟萋渲鶅?nèi)水量比較大，需要提前實(shí)施探放水孔，進(jìn)行排水。同時(shí)巷道內(nèi)配備足夠功率的水泵進(jìn)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(kāi)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(guò)了含水層豎向高度，因此將含水層和開(kāi)采煤層導(dǎo)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(jìn)順槽掘進(jìn)過(guò)程中水害問(wèn)題，對(duì)工作面區(qū)域進(jìn)行水文地質(zhì)分析，采用物探進(jìn)行探測(cè)，施工探放水孔進(jìn)行驗(yàn)證，得出以下結(jié)論：

1）根據(jù)水文地質(zhì)分析，2308運(yùn)輸順槽右?guī)臀恢么嬖贒X34陷落柱，預(yù)計(jì)陷落柱長(zhǎng)軸41.7 m，面積較大。

2）根據(jù)物探結(jié)果，掘進(jìn)順槽前方20 m開(kāi)始有電阻率異常區(qū)，水害區(qū)域預(yù)計(jì)在20～50 m區(qū)域。

3）通過(guò)實(shí)施4個(gè)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(yùn)輸順槽前方存在水害，需做好探放水工作，同時(shí)配備相應(yīng)泵站，進(jìn)行排水。