吳文慧

（汾西礦業(yè)集團(tuán)瑞泰公司正中煤業(yè)，山西 靈石 031300）

我國煤炭產(chǎn)量中95%以上采用井工開采，受到煤層賦存條件復(fù)雜、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜等因素影響，煤炭開采受到諸多制約[1-3]。井工礦井生產(chǎn)時(shí)，對開采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)探測并針對性采取措施降低地質(zhì)構(gòu)造影響對提升礦井煤炭生產(chǎn)效益具有重要意義[4]。現(xiàn)階段礦井常用的探測技術(shù)包括鉆探、物探以及巷探，其中，物探技術(shù)具有探測效率高、范圍廣以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，在煤炭開采過程中應(yīng)用較為廣泛，物探確定的異常區(qū)需要采用鉆探方式進(jìn)行驗(yàn)證[5-7]。本文以山西某礦3505 綜采工作面開采為工程背景，采用確定底板異常區(qū)并針對性設(shè)計(jì)鉆探進(jìn)行探測，探測成果為礦井煤炭開采提供了可靠支撐。

1 工程概況

山西某礦3505 綜采工作面設(shè)計(jì)走向推進(jìn)1 520 m、傾向295 m，主要開采5#煤層。5#煤層厚度均值3.8 m、埋深605 m、傾角3°～5°，煤層頂板巖性以砂巖、砂質(zhì)泥巖以及粉砂巖為主，底板以砂質(zhì)泥巖為主。根據(jù)已經(jīng)地質(zhì)勘探資料顯示，3505 綜采工作面開采范圍內(nèi)存在有多個(gè)陷落柱，同時(shí)回采巷道掘進(jìn)揭露有2 條落差均在3 m 以上的斷層，具體采面內(nèi)已掌握的地質(zhì)構(gòu)造分布情況見圖1 所示。

圖1 采面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造分布示意圖

3505 綜采工作面回采過程中主要出水水源為頂板裂隙水以及底板奧灰水，其中底板奧灰水與開采的5# 煤層間距平均為61 m，含水層突水系數(shù)為0.035 MPa/m～0.043 MPa/m。采面屬于帶壓開采，為確保煤炭回采安全，提出采用物探方式對底板潛在的導(dǎo)水構(gòu)造進(jìn)行探測并使用鉆探進(jìn)行綜合分析。

2 物探探測

采用瞬變電磁法對3505 綜采工作面底板地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測。瞬變電磁場對地質(zhì)構(gòu)造含水體（低阻水體）具有較高的敏感性，同時(shí)該技術(shù)具有探測深度大、分辨率高等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)含水水體以及導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造精準(zhǔn)探測。根據(jù)3505 綜采工作面實(shí)際地質(zhì)條件，布置測點(diǎn)對底板進(jìn)行探測，具體獲取到的探測成果見圖2所示。

圖2 瞬變電磁探測成果圖

從3505 綜采工作面底板瞬變電磁探測成果得出，采面底板內(nèi)圈定有低阻異常區(qū)，該區(qū)域主要集中在采面運(yùn)輸巷560 m～610 m 位置，距離5#煤層底板約45 m，屬于輕中度異常區(qū)，預(yù)計(jì)異常區(qū)內(nèi)富水性中等偏弱。綜合已有地質(zhì)資料推斷，瞬變電磁探測確定的地質(zhì)異常區(qū)為斷層尖滅區(qū)，區(qū)域內(nèi)含水且裂隙較為發(fā)育，從而導(dǎo)致瞬變電磁探測出現(xiàn)低阻情況。

3 鉆探設(shè)計(jì)及評價(jià)分析

3.1 探測鉆孔設(shè)計(jì)

為了探測瞬變電磁圈定的底板異常區(qū)導(dǎo)水性、富水性以及對采面回采影響，在采面內(nèi)布置鉆場對物探異常區(qū)進(jìn)行鉆探分析。采面內(nèi)共計(jì)布置2 個(gè)鉆場、3 個(gè)探測鉆孔，其中1#鉆場位于運(yùn)輸巷575m 位置、鉆場內(nèi)布置2 個(gè)探測鉆孔；2#鉆場位于運(yùn)輸巷605 m 位置，鉆場內(nèi)布置1 個(gè)探測鉆孔。具體采面內(nèi)探測鉆孔布置參數(shù)見表1 所示。具體探測鉆孔布置見第107 頁圖3 所示。

圖3 探測鉆孔布置示意圖

表1 探測鉆孔施工參數(shù)

在采面內(nèi)施工的底板探測鉆孔為二級套管結(jié)構(gòu)，具體施工步驟為：

1）底板探測鉆孔開孔孔徑133 mm，當(dāng)鉆孔鉆進(jìn)深度為11m 后，在鉆孔內(nèi)下放長度10 m、直徑108 mm套管，并注漿加固下放套管區(qū)域；待注漿加固24 h后，對鉆孔進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力設(shè)計(jì)為3 MPa～4 MPa，保壓30 min，當(dāng)鉆孔壁未出現(xiàn)滲漏則表示合格。

2）鉆孔以94 mm 孔徑繼續(xù)鉆進(jìn)31 m，后下放長度30 mm、直徑89 mm 套管，并進(jìn)行固管。套管施工完成后按照要求進(jìn)行試壓。

3）采用75 mm 鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深，當(dāng)鉆孔出水后應(yīng)及時(shí)對出水水壓、出水量等水文地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行記錄、測量。

3.2 探測成果分析

對3505 綜采工作面底板物探異常區(qū)施工的探測鉆孔施工數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。其中，1#鉆場1-1 鉆孔在鉆進(jìn)深度為78 m 時(shí)鉆孔開始出現(xiàn)涌水情況，其涌水量穩(wěn)定在1.5 m3/h、水頭壓力為2.1 MPa；1-2 鉆孔鉆進(jìn)至93 m 深度時(shí)鉆孔有涌水情況發(fā)生，其涌水量為0.7 m3/h、水頭壓力為2.2 MPa。2#鉆場2-1 鉆孔鉆進(jìn)至90 m 深度時(shí)開始涌水，其涌水量為2.6 m3/h、水頭壓力為2.1 MPa。

底板探測鉆孔通過物探異常區(qū)時(shí)均為出現(xiàn)涌水情況，具體底板物探異常區(qū)內(nèi)鉆孔窺視圖見圖4 所示。鉆孔鉆進(jìn)至底板奧灰水頂板后鉆孔開始出現(xiàn)出水情況，鉆孔出水量整體較小。通過鉆探分析可知，采面底板物探確定的異常區(qū)內(nèi)裂隙發(fā)育、富水性相對較差，不會給采面煤炭回采安全帶來較大威脅。

圖4 底板物探異常區(qū)內(nèi)鉆孔窺視圖

4 結(jié)語

由于3505 綜采工作面屬于帶壓開采，底板含水層沿著裂隙向回采涌出是采面回采時(shí)面臨的主要安全威脅。掌握底板地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況、針對性采取措施對構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行治理，對促進(jìn)采面安全高效回采具有重要意義。為此，本文提出采用瞬變電磁法對采面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測，并圈定地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)；采用鉆探方式對存在的物探異常區(qū)進(jìn)行分析、評價(jià)異常區(qū)導(dǎo)水性以及對采面回采影響程度。

根據(jù)3505 綜采工作面底板物探異常區(qū)圈定結(jié)果，對鉆探鉆孔進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場施工的3 個(gè)探測鉆孔均鉆探至底板物探異常區(qū)內(nèi)且鉆孔在異常區(qū)內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)均未有出水情況，表明物探異常區(qū)富水性較差；鉆孔鉆進(jìn)至底板奧灰水頂板后鉆孔有少量水涌出，涌水量較小。因此，判定底板物探異常區(qū)不會給采面回采安全帶來較大威脅。