小峪煤业8202工作面水害分析及综合探测研究

张 渊

(晋能控股煤业集团 朔煤小峪煤业有限公司，山西 朔州 038300)

1 工程概况

晋能控股煤业集团朔州煤电小峪煤业公司(小峪煤业)8202综放工作面标高1 050～1 055 m，8202运输巷走向长945 m，回风巷走向长932 m，倾向长210 m，可采长度900 m，煤层厚度9.2～10.2 m，平均厚度9.7 m.8202工作面由8202运输巷、8202回风巷及切眼构成，对应上覆19#层、18#层、16#层采空区。对应地表位于南岭梢南部，车道沟与东沟之间，盖山厚度约312 m，地面标高1 365～1 294 m，19#煤层与22#煤层层间距6～14 m，18#煤层与22#煤层间距16～29 m，16#煤层与22#煤层间距22～40 m.

2 工作面地质水害分析

2.1 顶板水害

根据小峪煤业8202工作面水文地质资料可知，顶板主要含水层分析如下：

1) 石炭系上统太原组砂岩裂隙含水层：砂岩主要位于22#煤层与19#煤层之间，厚度10～40 m，岩性以中粗粒砂岩为主，次为细粒砂岩，钙质胶结；其次位于22#煤层与25#煤层之间，厚10 m左右，由数层中粗砂岩、砂砾岩组成。单位涌水量0.006 7 L/(s·m)，渗透系数0.015 6 m/d，太原组含水层富水性弱。

2) 二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层：山西组厚度60.53～102.95 m，由不同粒级的砂岩夹砂质泥岩和煤层组成，涌水量0.167 L/s.山西组含水层分布在本组的上部和中上部，地下水的补给不充足，含水层富水性弱。

3) 二叠系下统石盒子组砂岩裂隙含水层：石盒子组地层厚度100～200 m，山梁出露位置高，四周因受沟谷切割，岩石多导水而不含水，沟谷中有泉水出露流量为0.14～1.04 L/s，目前泉水均断流。含水层富水性弱。

4) 第四系松散孔隙含水层：分布于大西沟和车道沟河床、河漫滩，厚度0～10 m，以砂土层为主，夹砾石层。由于井下采煤，冲积层潜水位已经大幅度下降，所以含水层富水性较弱。综上所述，以上含水层富水性较弱，在回采过程不受含水层影响。

老空水：8202工作面对应上覆为16#、18#、19#层采空区，在掘进18#煤层巷道时已对上覆16#层采空区积水进行探放，已排除水患，在掘进19#煤层巷道时已对上覆18#层采空区积水进行探放，已排除水患，在掘进8202面两巷道时，主要针对上覆19#层采空区积水进行探放，上覆19#层预计积水量260 m3，两巷道掘进过程中探孔都见空，累计放水260 m3，工作面形成后在8202顶回巷施工3个探上覆空巷及采空区钻孔，见空，只有少量淋水，目前无水。在5202巷施工了12个钻孔，均见空，目前有少量淋水。在8202切眼施工了3个钻孔，见空无水。因此8202工作面回采时受上覆采空区积水影响较小。

2.2 底板水害

根据层间对照图、相邻工作面采掘情况及工作面坑透报告成果分析，预计工作面回采期间无大的地质构造，回采期间受构造导水影响较小。奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层：地质钻孔揭露本井田范围内奥陶系厚度为154.00～235.64 m，平均厚度为192.53 m，抽水孔处单位涌水量q值的范围为0.063～3.388 L/ (s·m)，奥陶系灰岩富水性为弱～强，富水性很不均一，水文标高1 040～1 150 m，底板最大带压为1.86 MPa，工作面底板与奥陶系灰岩含水层顶部层间岩层平均厚度为84 m，突水系数为0.02 MPa/m，小于相关规定的0.1 MPa/m.由此说明，正常情况下底板无突水危险，但是不能够排除在断层、陷落柱等构造影响下底板涌水的可能。本工作面水文地质条件中等，工作面主要水害威胁为19#层采空区积水和底板承压水，上覆老空区积水基本已疏放完成，为避免底板出现异常突水情况，设计底板富水区矿井电磁法综合探测方案，对局部富水异常区进行探放，保障工作面的安全高效生产。

3 矿井电磁法综合探测

3.1 并行直流电法

采用ZDJ9.6 矿井并行电法监测装置进行8202综放工作面底板富水性探测[1]，在5202、2202两巷道分别布置测线，以巷道开口处为测试起点，分别将两条巷道测得的电法数据拼接得到视电阻率成果图，通过surfer软件进行处理得到图1所示成图。图中0点坐标为巷道开口处，2202巷底板深度100 m范围内存在1处低阻异常区，位于巷道里程450～480 m处，深度为50 m，视电阻率值在 60～80 Ω·m之间，命名为SYC1，同理5202巷底板100 m范围内存在3处低阻异常区，分别命名为SYC2、SYC3、SYC4.

图1 两巷道底板并行电法探测视电阻率成果图

3.2 音频电透视法

矿井音频电穿透法的测试方法有很多种，最为常用的为平行单极-偶极法[2-3]。在回采工作面两侧巷道内同时作业，一侧巷道内为固定供电电极(发射点)，另一侧巷道内为M、N两个测量电极(接收点)，8202工作面2202巷、5202巷分别布置19个发射点(接收点)，间距50 m，以2202巷开口处作为X轴坐标原点建立统一坐标系，Y轴正方形为5202巷向切眼方向，通过联合反演得到工作面底板岩层视电导率变化规律，如图2所示。电导率越高代表越有可能存在地质异常，底板下方0～50 m范围内，岩层的视复电导率值变化区间为 52～106 s/m，异常阈值为 90.48 s/m，判断该范围内存在3个明显的异常区，同理确定底板岩层深度50～100 m范围内，存在1个高电导率异常区域(YC4)。

图2 底板音频电透视成果图

3.3 瞬变电磁法

8202工作面底板瞬变电磁法探测采用YCS512 矿用本安型探水仪，在2202巷、5202巷分别布置测线，分别为工作面顺层方向、底板正下方及斜下方45°方向，处理得到8202工作面视电阻率等值线图，如图3所示。参考类似应用案例，以视电阻率小于 40 Ω·m 作为划分水文异常的阈值，2202巷底板垂直方向100 m深度范围内存在1个低阻异常区(TYC1)，工作面顺层方向无明显的低阻异常区，工作面内部存在3个低阻异常区(TYC2、TYC3、TYC4)。

图3 瞬变电磁法探测结果

4 综合解释及探放验证

上述三种探测方法均能够一定程度上反馈出底板岩层内的富水异常区，探测出的异常区域具有较大的相似性。对比分析可得，在工作面横向方向上，100～120 m、260～300 m、440～510 m处用三种探测方法均反映出其异常情况，是底板水害探查和治理的重点区域。音频电透视法探测结果表明，底板深度50 m范围内存在YC1、YC2、YC3等3处异常区，判断YC1区域为陷落柱影响所致；YC2区域为工作面内部隐伏构造影响下裂隙发育、局部积水所致；YC3区域为底板表面积水影响所致。底板岩层深度大于50 m处存在1处异常区YC4，很可能是底板积水或现场潮湿所致。结合直流电法探测结果，SYC1和 SYC4异常区域与电透异常 YC2相对应，SYC3与电透异常YC1相对应，SYC1与电透异常YC3对应。同样对比瞬变电磁法探测结果，TYC1和TYC4区域与电透异常YC2相对应，TYC3与电透异常YC1相对应，TYC1与电透异常YC3对应。综上分析可确定9202工作面横向方向共存在3个富水异常区，1～3号异常区，其具体分布详情如图4所示。

图4 底板富水异常区分布及探放水钻孔布置

为明确8202工作面底板岩层内低阻异常区富水情况，设计14个底板钻孔对异常区域进行钻探和疏放[4]，底板钻孔布置详情如图4所示，各钻孔的详细施工参数及涌水情况如表1所示。根据探放钻孔出水情况可知，1号、2号、3号异常区内存有少量的积水，积水量较少，富水性弱，综合探测出的富水异常区位置、范围具有可靠性，1号、2号富水异常区与陷落柱无水力联系，经过短期的疏放后可将其排出，不影响工作面的安全高效生产。

表1 底板探放孔参数详情

5 结 语

通过对小峪煤业8202工作面顶底板岩层内富水情况分析，确定工作面上覆采空区积水已基本疏放完毕，顶板水害对于工作面的生产不构成威胁，底板奥灰承压水无突水危险性。根据工作面现有地质资料、采掘资料，设计并行直流电法、音频电透视法、瞬变电磁法综合物探方案，结合三种探测方法的结果进行底板低阻区域圈定，通过钻孔对异常区进行验证和疏放，综合物探方法结论较精确，底板岩层内异常区域为岩层内少量积水所引起，底板岩层隔水性能良好，奥灰承压水无突水危险性，工作面可正常开采。