西山煤田西缘构造带整合煤矿的水害综合探测

武有才

（同煤集团 同地益晟煤业有限公司，山西 大同 037000）

老矿井深部开采面临石灰岩溶水的威胁，资源整合矿井由于缺乏实际开采资料，采（古）空区积水也是一大隐患，防治水工作任重道远，探讨有效可行的防治水方法很有必要。

1 工程背景的概况

山西华润煤业有限公司大雁煤矿，属资源整合矿井，2+4号、8号煤层目前已采空，存在一定的老空积水，现正开拓9号煤层。经查勘探区西北部的边界处。地层由老至新为奥陶系中统峰峰组（O2f），石炭系中统本溪组（C2b），石炭系上统太原组（C3t），二叠系下统山西组（P1s），二叠系下统下石盒子组（P1x），上第三系上新统（N2），第四系中、上更新统（Q2+3），第四系全新统（Q4）。含煤地层主要为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组。地表大部被第三、四系松散层覆盖，仅在中部义里沟及其东南侧分叉冲沟有太原组、山西组、下石盒子组部分地层出露。

井田构造总体呈走向北东-南西，倾向南东的单斜构造，地层倾角2°～13°，由东南向西北倾角由陡逐渐变缓。井田内发育3条正断层（F1、F2、F3），但规模均不大，落差分别为1.5m、2.0m、10m；井田内未发现陷落柱及岩浆岩侵入体。井田推测奥灰水水位标高891.7～896.4 m，远低于井田内9号煤层最低底板标高961.37 m（井田东部818号钻孔），不存在奥灰水突水危险性。

9号煤层回风大巷的东侧为皮带大巷，西侧为9号层实体煤、南侧为9号层实体煤。施工队组沿9号煤顶板掘进。巷道断面矩形,宽3.4 m、高2.6 m，支护形式锚网喷。巷道顶板为碳质泥岩，底板为砂质泥岩，上方为8号煤层采空区（8号、9号煤层层间距平均8 m左右）。9号煤层回风大巷底板标高为1055～1080 m，高于奥灰静止水位标高，工作面不受下伏奥灰水的威胁。

2012年5月15日，矿探水队在太原组9号煤层回风大巷（回风大巷方位196°）进行超前钻探，钻探位置距回风巷口418 m（工作面遇断层，断层的走向110°、倾向200°、倾角65°），中孔倾角为+2°（与巷道坡度夹角），钻进40 m，分别见岩石及煤,钻杆撤出后钻孔内有少量流水、但无压力，经实测涌水量0.11m3/h。打顶板锚索孔深度至6 m时，从锚索孔往下流水，水质清澈、无异味，水的流量1.2 m3/h。经分析初步判断为断层裂隙水，非8号煤层采空积水。为进一步确定锚索孔出水水源，研究采用物探、钻探、水质化验综合方法进行探测。

2 物探工作状况

在9号煤层回风大巷掘进工作面位置，采用矿井瞬变电磁探查技术进行超前探查。

2.1 矿井瞬变电磁法测点布置及探测方向设计

本次瞬变电磁法勘探测线，布置在总回风大巷418 m迎头及两侧帮，其中侧帮测点间距为5 m，共布置9×3=27个物理点。采用2m×2m多匝线框，小回线测量，设计探测方向为顺巷道掘进方向，与巷道掘进方向所在岩层呈45°左右夹角向顶板探测，与巷道掘进方向所在岩层呈45°左右夹角向底板探测（见图1）。发射线框和接收线框分别为匝数不等、且完全分离的两个独立线框，以便与地下（前方）异常体产生最佳偶合响应。

2.2 总回风大巷420m迎头矿井TEM资料处理与解释

图1 瞬变电磁法探测方向及测点布置示意图

分析图2-a：视电阻率等值线变化特征看出：视电阻率等值线横向起伏较大，纵向变化小，横坐标在10～40m之间，对应巷道迎头前方和右侧帮顶板，纵坐标小于120 m范围，视电阻率等值线数值大于30Ωm，为明显高阻反映，说明巷道前方顶板上60 m范围赋水性弱。横坐标在0～10 m之间，对应左侧帮顶板，等值线数值小于15Ωm，为相对低阻异常反应，说明左侧帮顶板局部富水裂隙发育。

分析图2-b，视电阻率等值线变化特征看出：视电阻率等值线横向起伏较大，纵向变化小，横坐标在10～40 m之间，对应巷道迎头前方和右侧帮，纵坐标小于120 m范围，视电阻率等值线数值大于30Ωm，为明显高阻反映，说明巷道前方和右侧帮110 m范围赋水性弱。横坐标在0～10 m之间，对应左侧帮，纵坐标在20～100 m之间，等值线数值小于15Ωm，虽为相对低阻异常反应，说明左侧帮对应位置局部富水裂隙发育。

分析图2-c，视电阻率等值线变化特征看出：视电阻率等值线横向起伏较大，纵向变化小，横坐标在10～40 m之间，对应巷道迎头前方和右侧帮底板，纵坐标小于120 m范围，视电阻率等值线数值大于30Ωm，为明显高阻反映，说明巷道前方和右侧帮底板下60 m范围赋水性弱。横坐标在0～10m之间，对应左侧帮底板，等值线数值小于20Ωm，虽为相对低阻异常反应，即使左侧帮底板局部富水裂隙发育，但富水性不强，对巷道掘进影响小。

图2 总回风巷迎头瞬变电磁超前探测视电阻率等值线拟断面图

图3为总回风巷418 m位置向后12 m范围向巷道顶板探测视电阻率等值线拟断面图，横坐标为测点坐标，0对应迎头位置，纵坐标为探测距离（垂直距离巷道顶板）。分析图中视电阻率等值线变化特征看出：横坐标在2～8 m之间，即距离迎头2～8 m范围，巷道顶板上20～40 m之间，等值线数值小于15Ωm，为相对低阻异常反映，说明巷道顶板局部富水裂隙发育；距离巷道顶板40m以上富水性减弱，为顶板岩层局部裂隙富水反映。

2.3 结果和建议

根据本次矿井瞬变电磁法探查结果，得出如下结论：总回风巷418 m位置前方左侧帮和后方2～8 m范围顶板上20～40m范围富水裂隙发育，前方顶板上60 m和底板下60m范围富水性弱。经资料解释，8号煤层采空区有积水的可能性不大。

3 钻探工作状况

1）在巷道前方距中孔的两侧0.4 m各打一个钻孔，左孔倾角为-6°（与巷道坡度夹角）钻探2 m岩石后，见煤又钻探48 m未见岩石；右孔倾角为-6°（与巷道坡度夹角）钻探2 m岩石后见煤又钻探48 m未见岩石。经分析确定，工作面迎头所遇断层为正断层，迎头前方为断层下盘，9号煤被断下，落差12.7m。

2）在距流水的锚索孔（编号为1号孔）平距0.8 m处又布置一个钻孔，方向垂直顶板进行钻探，钻探深度15.4 m探至8号煤层的顶板灰岩，未发现钻孔内流水（编号为2号孔），经过初步判断8号煤层为实煤。又在巷道的正前方仰角80°打一个钻孔，垂直深度到6 m时钻孔出现流水，又钻探了8.4 m均未发现有采空存在，出现的涌水经实测涌水量为0.8 m3/h（编号为3号孔）；因巷道右帮比较潮湿的地方，垂直煤壁补打了一个钻孔，深度为23 m（编号为4号孔），钻探结果均为实煤。

3）探水队又在回风巷出现水地方往后退1.8 m距左帮0.6处向顶板垂直方向布置了一个钻孔进行钻探，钻探深度到6 m时钻孔出现流水，涌水量1.78 m3/h（编号为5号孔）。经两个小时的观测，1号孔的涌水量0.396 m3/h；2号孔的涌水量0.375 m3/h；3号孔涌水量1.78m3/h。

5月20日二班探水队在3号出水孔往后退1.5 m，距巷道左帮1.5 m处，向顶板打钻孔，钻探深度15 m未发现钻孔探空、无流水（编号为6号孔）。经过钻探验证，锚索孔出水不是8号煤层采空区积水。

4 水质化验状况

对锚索孔出水取水样，进行水质化验结果如下：大雁煤矿水质特征及水质类型为SO4.-Ca.Mg，矿化度为1552mg/L，总硬度为1058.22mg/L，为典型煤系水。

5 结束语

综合分析，出水点水来自太原组石灰岩的岩溶水，判断应为K2石灰岩的岩溶裂隙水。此次探测工作，经采用综合探测方法取得较好效果；今后，煤矿开采特别是资源整合矿井建设和生产中，可按“物探先行、钻探验证、化探跟进”的综合探测程序进行探放水工作，以防水害事故。