浅谈煤矿井下水害防治技术与应用

杜旭东

（山西煤炭运销集团和尚嘴煤业有限公司，山西 大同 037000）

1 概况

和尚嘴煤业于2010 年3 月9 日以大同市南郊区峰子涧和尚嘴煤矿为主体矿兼并红石湾煤矿、黄土沟村北阳坡煤矿、小南头碾子沟煤矿重组整合而成，批准开采矿种为煤，批采侏罗系2～14 号煤层，生产规模60×104t/a，煤矿面积7.4901km2，2014 年11 月通过项目竣工验收。位于大同市南郊区高山镇峰子涧村，大同煤田西侧，马脊梁勘探区北部。本井田地处黄土高原，其地貌形态为低山丘陵，北势西高东低，呈黄土梁地貌特征，侵蚀冲刷强烈，“V”字型沟谷发育。井田周边矿井有：北西角的枯树村西梁煤矿，北东角的樱台沟煤矿、新高峰煤矿，东南角的北村碾子沟煤矿，西南角的桃柏沟煤矿，还有南部的矿区峰子涧煤矿，均已关闭多年，2～12#煤层已大部分采空，根据走访调查及地面物探可知部分低洼区域有采空积水，我矿根据走访调查资料结合地面及井下瞬变电磁法物探成果对老空水疑似区进行钻探验证。

2 技术方法

2.1 瞬变电磁法超前物探

目前，煤矿瞬变电磁法常用的工作装置形态有两种，一是重叠回线，另一种是中心回线。重叠回线装置对形成的水文地质异常体响应强且施工方便，但收发线圈之间存在着较强的互感效应，一次场影响严重；中心回线装置线圈间互感效应小，消除了一次场影响，但二次场信号相对较弱，对水文地质异常体识别不如重叠回线。

故煤矿井下掘进工作面常采重叠回线装置进行超前瞬变电磁法探测，采用多匝数小回线测量装置，装置参数主要有：回线边长大小、回线匝数、叠加次数等。一般在施工前可通过试验加以确定。原则上根据施工现场的实际情况，以能够充分发挥仪器性能，有效地完成水文地质探测任务。

为了证实瞬变电磁法物探、钻探相结合的实用性和能有效查清井下水文地质情况，山西煤炭运销集团和尚嘴煤业在该矿西盘区8105 工作面2105 运输顺槽500m 处进行超前瞬变电磁物探工作。本次瞬变电磁物探工作使用的是武汉地大TEMHZ75矿用本安型瞬变电磁仪和TEMJF50 大功率矿用隔爆兼本安型瞬变电磁仪配套设备。重叠回线装置，发射线圈和接收线圈均使用多匝1.5m×1.5m 矩形回线，发射线框为4 匝，接收线框为40匝，供电电流档为50A，供电脉宽10ms，采样率4μs。每个测点至少采用30次叠加方式提高信噪比，确保了原始数据的可靠性。在巷道掘进迎头方向测线3条线（顺层方向、顶板30°、底板30°），每条测线11个物理点，总计33个物理点；物探方法如图1所示。

图1 井下物探施工示意图

2.2 物探成果

根据山西煤炭运销集团和尚嘴煤业8105 工作面2105运输顺槽500m处物探成果显示（如图2所示），顶板30°方向低阻异常区分别位于掘进头前方100～150m范围，右侧50～90m 区域、掘进头前方80～120m 范围，右侧70～120m 区域，右侧低阻异常区特征较强，异常形态呈现小范围圆形分布；顺层方向低阻异常区位于掘进头前方100～150m 范围，右侧0～100m 区域，异常区较为明显，异常形态呈现小范围圆形分布，低阻异常特征较强；底板30°方向低阻异常区位于掘进头前方100～150m 范围，左侧40～100m 区域，异常区较为明显，异常形态呈现小范围圆形分布，低阻异常特征较强；顺层方向的低阻异常区最为明显，该处为原北阳坡煤矿破坏区，因此推断可能为采空区积水导致该区域显示低阻异常。

图2 2105顺槽472m物探成果图

2.3 钻探验证

根据兼并重组地质报告及四邻调查情况可知，西盘区为原大同市南郊区高山镇黄土沟村北阳坡煤矿，2号、11-2、12-2煤层全部采空，对应8105 工作面布置有原北阳坡煤矿旧巷及暗斜井，由11-2号煤层延伸至14号煤层，为进一步确认低阻异常区，对应异常区进行布钻验证。根据8105工作面2105运输顺槽500m处物探成果为依据，2105运输顺槽掘进至530m探水线位置向前进行超前钻探（探水线60m 处），安装止水套管进行钻探验证；布置两个物探异常区验证孔，钻探原始记录显示右孔65m 见水（钻孔水压0.06MPa，有臭鸡蛋气味）；结合走访调查和钻探成果推断2105运输顺槽前方低阻异常区为原北阳坡煤矿老空区，经钻孔排水后确认老空区内无水无有害气体后掘进揭露显示，8105 工作面内部布置有多条原北阳坡煤矿旧巷。

2.4 化探跟进

针对钻探出水孔我矿进行水质化验分析，化验结果显示钻孔水pH值5.81，推断为老空水。经对采空区积水排放后，实际揭露情况可知前方为原北阳坡煤矿旧巷，在2105 运输顺槽530m 处施工临时水仓，利用探放水止水套管共排放同层及上覆12#层老空水25000m3，消除老空水害对该区域的威胁。

3 结语

为了加强煤矿防治水工作，防止和减少事故，保障职工生命安全和健康，根据《煤矿安全规程》、《煤矿防治水细则》等规定要求，我矿在煤矿防治水工作中始终坚持预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采的原则，根据不同水文地质条件，采取探、防、堵、疏、排、截、监等综合防治措施，及时改进防治水手段。有效运用物探、钻探等各种探放水手段开展防治水工作，由过程治理向源头预防、局部治理向区域治理、井下治理向井上下结合治理、措施防范向工程治理、治水为主向治保结合的转变，构建理念先进、基础扎实、勘探清楚、科技攻关、综合治理、效果评价、应急处置，保障矿井安全生产。