萬菲飛

（山西晉煤集團(tuán)沁水胡底煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048021）

0 引 言

胡底煤礦屬于山西省沁水煤田晉城礦區(qū)，礦井工業(yè)場地位于晉城市沁水縣胡底鄉(xiāng)，總體呈NW-SE向的長方形，長約3.05km，寬約1.81km，井田面積5.12km2。該礦總體為向、背斜相間褶曲構(gòu)造；含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組，總厚140.7m，共含煤9-12層，煤層總厚10.87m，含煤系數(shù)7.6%，3號(hào)和15號(hào)煤層可采，總厚8.30m，現(xiàn)正在開采3號(hào)煤層，其屬特低灰-中灰、特低硫、中高發(fā)熱量-特高發(fā)熱量無煙煤。累計(jì)查明資源/儲(chǔ)量5.98億t，生產(chǎn)規(guī)模60萬t/a，采用斜立井混合開拓，按水平劃分盤區(qū)式布置，分兩層開采，條帶式開采，工作面采用單一傾斜長壁綜合機(jī)械化采煤方法、分層綜采采煤工藝、全部垮落法管理頂板。

1 礦井水文地質(zhì)條件概況

依據(jù)巖性、水力性質(zhì)及空間賦存特征，自上而下分為松散巖孔隙含水層、基巖風(fēng)化帶裂隙含水層、二疊系砂巖裂隙含水層、太原組砂巖及石灰?guī)r巖溶裂隙含水層、奧陶系中下部石灰?guī)r巖溶裂隙含水層等5個(gè)主要含水巖組。3號(hào)煤層充水水源主要為二疊系砂巖含水層水和奧陶系灰?guī)r巖溶含水層。二疊系砂巖含水層，富水性弱，補(bǔ)給條件差，該裂隙水將通過錨桿、錨索孔、煤巖裂隙而滲入巷道。奧陶系灰?guī)r巖溶含水層水，富水性弱-中等，巖溶水位在+570m左右，3號(hào)煤層位于奧陶系巖溶水地下水位以下，為全礦井帶壓開采。

1309工作面底抽巷掘進(jìn)區(qū)域處于奧灰水承壓區(qū)域，奧灰水位標(biāo)高+570m左右，巷道最低標(biāo)高+145m左右，巷道頂板與3號(hào)煤層間距為13m，根據(jù)水文孔柱狀圖資料可知，3#煤層底板距奧灰?guī)r頂面為100m左右，其之間主要隔水層為①太原組砂質(zhì)泥巖及泥巖隔水層，是阻隔灰?guī)r含水層間水力聯(lián)系的主要隔水層；②本溪組泥巖、鋁土質(zhì)泥巖隔水層，以鋁土質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖及泥巖組成，其中泥質(zhì)巖類結(jié)構(gòu)致密，隔水性能好，為井田煤系地層與奧陶系石灰?guī)r的重要隔水層。根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》中突水系數(shù)計(jì)算公式T=P/M進(jìn)行計(jì)算，1309工作面底抽巷掘進(jìn)區(qū)域突水系數(shù)約為0.049MPa/m，小于構(gòu)造破壞塊段的標(biāo)準(zhǔn)突水系數(shù)0.06MPa/m，一般不會(huì)發(fā)生底板奧灰水突水威脅。1309工作面底抽巷掘進(jìn)區(qū)域無采空區(qū)、老空區(qū)。根據(jù)該區(qū)域三維地震勘探結(jié)果顯示，1309工作面底抽巷掘進(jìn)前方中部區(qū)域發(fā)育X9陷落柱，近橢圓形，長軸近SN，長軸30m，短軸24m，面積636m2，為疑似陷落柱。在X9陷落柱區(qū)域，若30m范圍無水害威脅，則巷道可以掘進(jìn)。因此，探查陷落柱充水就成為該工作面安全施工中的首要任務(wù)。

2 綜合探放水施工方案

2.1 物探施工方案

為查明探測1309工作面掘進(jìn)前方及側(cè)方疑似陷落柱富水情況，并為井下工作面施工提供指導(dǎo)，胡底煤礦使用YCS160D礦用本安型瞬變電磁儀超前探測和礦用本安型YTZ-1地震儀震波單點(diǎn)法探測方法。探測間距為每100m探測一次，每次探測距離130m，超前距離30m。

礦井瞬變電磁法超前探測設(shè)計(jì)方向4個(gè)（見圖1a），分別是3個(gè)橫向探測方向（與巷道頂板呈30°夾角向前方頂板探測、順巖層方向向前方探測、與巷道底板呈30°夾角向前方底板探測）和1個(gè)縱向探測方向。每個(gè)橫向探測方向布置橫向探測角度14個(gè)（見圖1b），分別是左側(cè)幫（180°、165°、150o、135°、120°、105°）、正前方（90°、90°）、右側(cè)幫（0°、15°、30°、45°、60°、75°），3個(gè)橫向探測方向共布置42個(gè)探測角度；縱向探測方向布置14個(gè)探測角度（見圖1c），分別是頂板（90°、75°、60°、45°、30°、15°）、正前方2個(gè)（0°，兩次）、底板（-15°、-30°、-45°、-60°、-75°、-90°）。4個(gè)探測方向共計(jì)56個(gè)測點(diǎn)數(shù)據(jù)。

圖1 瞬變電磁法探測

單點(diǎn)探測技術(shù)是源于反射地震波勘探中的自激自收方式，即反射波中偏移距為零的垂直反射形式。它是通過接收巖、煤層界面的地震波垂直反射信號(hào)，來解析計(jì)算目的層距離或厚度的。一般情況下，在礦井地質(zhì)中，煤層的密度多分布在1.3～1.5g/cm3，波速在0.8～1.5m/ms，而巖層的密度在2.4～3.0g/cm3，波速在2.5-3.5m/ms，所以煤、巖界面反射系數(shù)一般比較大，多大于0.6以上，是一個(gè)強(qiáng)反射界面，有利于震波反射法進(jìn)行超前或煤厚探測。單點(diǎn)反射相當(dāng)于一柱狀波導(dǎo)體，在體積元上進(jìn)行零偏移距自激自收探測，將會(huì)取得較好的效果。在采用錘擊震源時(shí)由于錘擊能量有限，為了盡可能使得地震波能量傳播至巷道前方通常將觀測系統(tǒng)布置于巷道迎頭，在迎頭斷面采用單點(diǎn)自激自收反射波法以小偏移距進(jìn)行數(shù)據(jù)采集（見圖2）。

圖2 巷道迎頭共偏移及單點(diǎn)激發(fā)接收布置

2.2 鉆探施工方案

胡底煤業(yè)堅(jiān)持“預(yù)測預(yù)報(bào)，有掘必探，先探后掘，先治后采”的防治水原則，嚴(yán)格落實(shí)“物探先行，化探跟進(jìn)，鉆探驗(yàn)證”的綜合探測方針。胡底煤礦逐步開展利用定向鉆機(jī)進(jìn)行長距離、大規(guī)模探放水作業(yè)方式。該探放水作業(yè)方式在1307工作面底抽巷首次應(yīng)用，效果較好，大大提高了探測準(zhǔn)確率及巷道掘進(jìn)效率，隨著多次應(yīng)用，吸取經(jīng)驗(yàn)，在1309工作面底抽巷改進(jìn)應(yīng)用。

2.2.1 1307工作面底抽巷的探放水設(shè)計(jì)方式

1307工作面底抽巷每次探放水設(shè)計(jì)長度330m，允許掘進(jìn)300m，分別在150m和330m處探測巷道左右?guī)?0m范圍及底板10m范圍（見圖3）。為保證巷道持續(xù)掘進(jìn)，1307底抽巷每200m施工一個(gè)千米鉆場，每兩次探放水之間留有100m巷道可掘進(jìn)距離。該探放水作業(yè)方式缺點(diǎn)：①每次探放水中間存在約30m的空白區(qū)，雖不影響探測結(jié)果，但可能會(huì)給檢查人員造成誤解；②兩次探放水重復(fù)進(jìn)尺較多，共計(jì)395m重復(fù)進(jìn)尺。

圖3 1307工作面底抽巷探放水覆蓋范圍

2.2.2 1309工作面底抽巷探放水優(yōu)化設(shè)計(jì)

1309工作面底抽巷每次探放水設(shè)計(jì)長度330m，允許掘進(jìn)300m，分別在225m和330m處探測巷道左右?guī)?0m范圍及底板10m范圍（見圖4），兩次探放水覆蓋范圍如圖5，全面覆蓋探測區(qū)域，不存在探測空白區(qū)；重復(fù)進(jìn)尺減少，改進(jìn)后僅有保證巷道掘進(jìn)的100m重復(fù)進(jìn)尺，大大減少了無用進(jìn)尺的施工。

圖4 改進(jìn)后1309底抽巷探放水設(shè)計(jì)

圖5 改進(jìn)后1309底抽巷探放水設(shè)計(jì)

2.3 化探方法

工作面有出水或探測鉆孔有出水情況需進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)，判別水源。水質(zhì)化驗(yàn)采用礦井充水水源快速識(shí)別儀。若水質(zhì)判別困難，無法確定出水類型和水源，則需到集團(tuán)公司水化學(xué)實(shí)驗(yàn)室或其他專門水化驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)一步化驗(yàn)水質(zhì)，確定出水水源和類型。

3 排水路線及水情避災(zāi)

探放水施工作業(yè)地點(diǎn)根據(jù)涌水量大小，配置兩臺(tái)排水量不小于30m3/h的水泵，現(xiàn)場配備相應(yīng)的開關(guān)、蛇形管、軟膠管、彎接頭等配套設(shè)施，確保能將作業(yè)地點(diǎn)的積水排出。排水路線為1309工作面底抽巷打鉆地點(diǎn)→1105巷→盤區(qū)水倉→中央水倉→地面污水處理站。

當(dāng)探放水鉆孔探出水后，施鉆人員應(yīng)將出水孔號(hào)、鉆孔深度、出水量等第一時(shí)間向調(diào)度臺(tái)匯報(bào)。當(dāng)水量大時(shí)，排水系統(tǒng)不能滿足要求，要及時(shí)采用木楔、黃泥等進(jìn)行堵孔。當(dāng)水量不能控制時(shí)，向調(diào)度匯報(bào)后，施鉆人員按避災(zāi)路線進(jìn)行撤離。調(diào)度臺(tái)要及時(shí)通知相鄰受水害威脅區(qū)域的工作面按下列規(guī)定的避災(zāi)路線撤離。避水路線為1309工作面底抽巷打鉆地點(diǎn)→1105巷→回風(fēng)9#橫川→1103巷→上倉斜巷→主斜井→地面。

4 結(jié)束語

1）通過工作面掘進(jìn)超前物探、鉆探和化探等方法，探放水綜合技術(shù)手段的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了互補(bǔ)，降低失誤率，完成陷落柱富水性探查，為井下巷道施工和煤炭安全開采提供依據(jù)。

2）采用定向鉆機(jī)進(jìn)行長距離、大規(guī)模探放水作業(yè)，根據(jù)胡底礦業(yè)井巷實(shí)際情況，在1309工作面底抽巷掘進(jìn)過程中，改進(jìn)設(shè)計(jì)，重新調(diào)整開分支位置，解決了原探放水作業(yè)存在局部空白段及重復(fù)進(jìn)尺較多的問題。