采面导水地质构造综合探测和治理技术研究

2022-08-03柳建锋

山西冶金 2022年3期

柳建锋

（山西汾西矿业（集团）有限责任公司高阳煤矿，山西孝义 032306）

近些年来，随着矿井采深增加，煤炭回采受陷落柱、岩浆层、地质导水（含水）体、煤层结构变化等因素影响更趋明显[1]。地质构造发育会破坏煤层结构完整性以及连续性，当构造具有导水性时甚至会引发突水事故，给矿井回采安全带来威胁[2]。采用各种技术手段对井下导水构造进行探测，并依据探测结果采取针对性防治水措施，可显著提升井下煤炭生产安全保障能力[3]。

现阶段矿井常用的地质构造探测技术包括有无线电透视、瞬变电磁探测以及钻探等，现场使用过程中受到井下煤层赋存条件复杂、探测技术具有自身局限性等因素影响，探测结果具有一定局限性[4-6]。文中就以山西某矿150105 工作面面工程实例，通过综合使用无线电透视、瞬变电磁探测等技术手段对采面内的导水地质构造进行探测，在后续针对性采用疏排、注浆等措施对导水构造进行治理，现场取得较好应用成果。

1 工程概况

山西某矿为设计生产能力240 万t/年的现代化矿井，现阶段主要15 号煤层，煤层埋深480 m、厚度4.7 m，全区可采，为矿井主采煤层。

150105 为15 号煤层南一采区第三个回采工作面，采面采用大采高回采工艺，一次开采厚度4.7 m，采面设计推进距离800 m、斜长120 m，开采范围内15号煤层结构复杂。根据采面回采巷道掘进以及邻近采掘作业面开采揭露地质构造情况，预测150105 采面内发育有4 个陷落柱、11 条断层，采面回采范围内煤层赋存条件以及水文地质条件等复杂。

15 号煤层开采时主要出水水源为顶板裂隙水含水层、采空区积水以及导水构造出水等。根据回采巷道掘进以及邻近采面回采情况预测，150105 工作面回采过程期间，顶板、底板等会出现少量出水，为确保采面回采的安全性，提出使用综合物探技术对采面内潜在的导水地质构造进行探测，并针对性采取出水防治措施。

2 采面导水构造综合探测

在采面回采巷道内通过无线电透视仪、瞬变电磁仪对回采范围内存在的导水构造以及隐伏构造进行探测。

在回采巷道内布置的无线电透视仪发射频率、接收频率均设定为0.5 MHz，间隔50 m 布置一个无线电发射点，在回采巷道揭露断层附近将发射点间距缩小至20 m，无线电接收点间距均设计为10 m。在回采巷道内按照10 m 间距布置瞬变电磁发射点，发射点在顺煤层方向、煤层上覆30°仰角方向、煤层下覆30°俯角方向进行探测。具体获取到的无线电以及瞬变电磁探测成果见图1、图2 所示。

图1 无线电探测成果图

图2 瞬变电磁探测成果图

从图1 无线电探测结果可以看出，采面内共有3处无线电衰减异常区，其中A1、A2、A3 区分别位于采面运输巷15～50 m范围、70～110 m范围以及230～250 m范围内。A1 区相对于周边煤岩层属于无线电强衰减区，结合现场情况以及已有地质资料推测，A1 区范围内发育有陷落柱；A2 区属于无线电相对强衰减区，结合已有地质资料显示，推测A2 区主要是由于采面内隐伏断层构造导致；A3 区为属于无线电强衰减区，同时异常区范围有一定延伸性，推测该异常区为断层、陷落柱等综合发育区，具有一定的导水性以及含水性。

从图2 瞬变电磁探测成果看出，采面探测范围内共圈定有2 个低阻异常区，其中B1 低阻异常区位于采面运输巷100～150 m 范围、发育深度介于35～60 m；B2 低阻异常区位于采面运输巷200～245 m 范围、发育深度介于35～50 m。无线电探测确定的A3 异常区与瞬变电磁确定的B2 低阻异常区存在一定的重叠区，表明A3 异常区为具有导水性且富水性的陷落柱；A2 异常区、B1 低阻异常区间距较小，在采面煤炭回采过程中煤岩体在采动压力作用下会产生新的裂隙，从而导致B1 异常区内水体沿着裂隙涌向A2 异常区，从而给矿井煤炭回采带来一定制约。在综合物探确定的异常区范围内施工地质勘察钻孔，钻孔探测结果与综合物探成果一致，圈定的B1、B2 异常区均有一定的导水性。

3 导水构造注浆封堵治理

在综合物探确定的B1、B2 异常区内使用注浆方式进行导水裂隙封堵，为采面后续安全回采创造良好条件。在B1 异常区内扫孔2 次布置5 个注浆钻孔，钻孔钻进深度共计480 m，钻孔注浆压力均为3 MPa，总计注入120 t 水泥浆，经过注浆加固后使用的探测钻孔均未有涌水情况发生。在B2 异常区布置8 个注浆钻孔，钻孔钻进深度共计690 m，注浆量共计205 t，后续施工的检验钻孔也未发现涌水情况。

注浆完成后，采面回采推进至B1、B2 异常区期间采面出水量保持在正常区间内，出水量平均为2 m3/h，出水量整体较小，不会给煤炭正常回采带来安全威胁。