晋城矿区胡底煤矿1309工作面探放水综合技术实践

万菲飞

（山西晋煤集团沁水胡底煤业有限公司，山西 晋城 048021）

0 引 言

胡底煤矿属于山西省沁水煤田晋城矿区，矿井工业场地位于晋城市沁水县胡底乡，总体呈NW-SE向的长方形，长约3.05km，宽约1.81km，井田面积5.12km2。该矿总体为向、背斜相间褶曲构造；含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，总厚140.7m，共含煤9-12层，煤层总厚10.87m，含煤系数7.6%，3号和15号煤层可采，总厚8.30m，现正在开采3号煤层，其属特低灰-中灰、特低硫、中高发热量-特高发热量无烟煤。累计查明资源/储量5.98亿t，生产规模60万t/a，采用斜立井混合开拓，按水平划分盘区式布置，分两层开采，条带式开采，工作面采用单一倾斜长壁综合机械化采煤方法、分层综采采煤工艺、全部垮落法管理顶板。

1 矿井水文地质条件概况

依据岩性、水力性质及空间赋存特征，自上而下分为松散岩孔隙含水层、基岩风化带裂隙含水层、二叠系砂岩裂隙含水层、太原组砂岩及石灰岩岩溶裂隙含水层、奥陶系中下部石灰岩岩溶裂隙含水层等5个主要含水岩组。3号煤层充水水源主要为二叠系砂岩含水层水和奥陶系灰岩岩溶含水层。二叠系砂岩含水层，富水性弱，补给条件差，该裂隙水将通过锚杆、锚索孔、煤岩裂隙而渗入巷道。奥陶系灰岩岩溶含水层水，富水性弱-中等，岩溶水位在+570m左右，3号煤层位于奥陶系岩溶水地下水位以下，为全矿井带压开采。

1309工作面底抽巷掘进区域处于奥灰水承压区域，奥灰水位标高+570m左右，巷道最低标高+145m左右，巷道顶板与3号煤层间距为13m，根据水文孔柱状图资料可知，3#煤层底板距奥灰岩顶面为100m左右，其之间主要隔水层为①太原组砂质泥岩及泥岩隔水层，是阻隔灰岩含水层间水力联系的主要隔水层；②本溪组泥岩、铝土质泥岩隔水层，以铝土质泥岩、砂质泥岩及泥岩组成，其中泥质岩类结构致密，隔水性能好，为井田煤系地层与奥陶系石灰岩的重要隔水层。根据《煤矿防治水细则》中突水系数计算公式T=P/M进行计算，1309工作面底抽巷掘进区域突水系数约为0.049MPa/m，小于构造破坏块段的标准突水系数0.06MPa/m，一般不会发生底板奥灰水突水威胁。1309工作面底抽巷掘进区域无采空区、老空区。根据该区域三维地震勘探结果显示，1309工作面底抽巷掘进前方中部区域发育X9陷落柱，近椭圆形，长轴近SN，长轴30m，短轴24m，面积636m2，为疑似陷落柱。在X9陷落柱区域，若30m范围无水害威胁，则巷道可以掘进。因此，探查陷落柱充水就成为该工作面安全施工中的首要任务。

2 综合探放水施工方案

2.1 物探施工方案

为查明探测1309工作面掘进前方及侧方疑似陷落柱富水情况，并为井下工作面施工提供指导，胡底煤矿使用YCS160D矿用本安型瞬变电磁仪超前探测和矿用本安型YTZ-1地震仪震波单点法探测方法。探测间距为每100m探测一次，每次探测距离130m，超前距离30m。

矿井瞬变电磁法超前探测设计方向4个（见图1a），分别是3个横向探测方向（与巷道顶板呈30°夹角向前方顶板探测、顺岩层方向向前方探测、与巷道底板呈30°夹角向前方底板探测）和1个纵向探测方向。每个横向探测方向布置横向探测角度14个（见图1b），分别是左侧帮（180°、165°、150o、135°、120°、105°）、正前方（90°、90°）、右侧帮（0°、15°、30°、45°、60°、75°），3个横向探测方向共布置42个探测角度；纵向探测方向布置14个探测角度（见图1c），分别是顶板（90°、75°、60°、45°、30°、15°）、正前方2个（0°，两次）、底板（-15°、-30°、-45°、-60°、-75°、-90°）。4个探测方向共计56个测点数据。

图1 瞬变电磁法探测

单点探测技术是源于反射地震波勘探中的自激自收方式，即反射波中偏移距为零的垂直反射形式。它是通过接收岩、煤层界面的地震波垂直反射信号，来解析计算目的层距离或厚度的。一般情况下，在矿井地质中，煤层的密度多分布在1.3～1.5g/cm3，波速在0.8～1.5m/ms，而岩层的密度在2.4～3.0g/cm3，波速在2.5-3.5m/ms，所以煤、岩界面反射系数一般比较大，多大于0.6以上，是一个强反射界面，有利于震波反射法进行超前或煤厚探测。单点反射相当于一柱状波导体，在体积元上进行零偏移距自激自收探测，将会取得较好的效果。在采用锤击震源时由于锤击能量有限，为了尽可能使得地震波能量传播至巷道前方通常将观测系统布置于巷道迎头，在迎头断面采用单点自激自收反射波法以小偏移距进行数据采集（见图2）。

图2 巷道迎头共偏移及单点激发接收布置

2.2 钻探施工方案

胡底煤业坚持“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的防治水原则，严格落实“物探先行，化探跟进，钻探验证”的综合探测方针。胡底煤矿逐步开展利用定向钻机进行长距离、大规模探放水作业方式。该探放水作业方式在1307工作面底抽巷首次应用，效果较好，大大提高了探测准确率及巷道掘进效率，随着多次应用，吸取经验，在1309工作面底抽巷改进应用。

2.2.1 1307工作面底抽巷的探放水设计方式

1307工作面底抽巷每次探放水设计长度330m，允许掘进300m，分别在150m和330m处探测巷道左右帮20m范围及底板10m范围（见图3）。为保证巷道持续掘进，1307底抽巷每200m施工一个千米钻场，每两次探放水之间留有100m巷道可掘进距离。该探放水作业方式缺点：①每次探放水中间存在约30m的空白区，虽不影响探测结果，但可能会给检查人员造成误解；②两次探放水重复进尺较多，共计395m重复进尺。

图3 1307工作面底抽巷探放水覆盖范围

2.2.2 1309工作面底抽巷探放水优化设计

1309工作面底抽巷每次探放水设计长度330m，允许掘进300m，分别在225m和330m处探测巷道左右帮20m范围及底板10m范围（见图4），两次探放水覆盖范围如图5，全面覆盖探测区域，不存在探测空白区；重复进尺减少，改进后仅有保证巷道掘进的100m重复进尺，大大减少了无用进尺的施工。

图4 改进后1309底抽巷探放水设计

图5 改进后1309底抽巷探放水设计

2.3 化探方法

工作面有出水或探测钻孔有出水情况需进行水质化验，判别水源。水质化验采用矿井充水水源快速识别仪。若水质判别困难，无法确定出水类型和水源，则需到集团公司水化学实验室或其他专门水化验机构进一步化验水质，确定出水水源和类型。

3 排水路线及水情避灾

探放水施工作业地点根据涌水量大小，配置两台排水量不小于30m3/h的水泵，现场配备相应的开关、蛇形管、软胶管、弯接头等配套设施，确保能将作业地点的积水排出。排水路线为1309工作面底抽巷打钻地点→1105巷→盘区水仓→中央水仓→地面污水处理站。

当探放水钻孔探出水后，施钻人员应将出水孔号、钻孔深度、出水量等第一时间向调度台汇报。当水量大时，排水系统不能满足要求，要及时采用木楔、黄泥等进行堵孔。当水量不能控制时，向调度汇报后，施钻人员按避灾路线进行撤离。调度台要及时通知相邻受水害威胁区域的工作面按下列规定的避灾路线撤离。避水路线为1309工作面底抽巷打钻地点→1105巷→回风9#横川→1103巷→上仓斜巷→主斜井→地面。

4 结束语

1）通过工作面掘进超前物探、钻探和化探等方法，探放水综合技术手段的结合，实现了互补，降低失误率，完成陷落柱富水性探查，为井下巷道施工和煤炭安全开采提供依据。

2）采用定向钻机进行长距离、大规模探放水作业，根据胡底矿业井巷实际情况，在1309工作面底抽巷掘进过程中，改进设计，重新调整开分支位置，解决了原探放水作业存在局部空白段及重复进尺较多的问题。