林南仓矿防治水综合立体勘探技术应用

刘永刚，冼伟东

(1．开滦集团林南仓矿业分公司，河北 唐山 064106;2．开滦集团煤业公司，河北 唐山 063018)

前言

林南仓矿为一冲积层覆盖下的石炭二叠纪含煤构造盆地，矿井的直接充水含水层为煤5顶板、煤5－煤12、煤12－煤14、煤14－K3四个砂岩裂隙含水层(组)，补给水源主要为冲积层底部砾石强含水层和煤系底部的奥陶石灰岩水，由于冲积层底部砾石层水的动。静储量十分丰富与煤系各含水层均角度不整合，因而它不仅可以对上述直接充水含水层从基岩面向下顺层进行正常补给，而且还与奥灰水之间有极为广阔的互补关系，使奥灰水也有可能通过冲积层底部砾石层向各煤系含水层进行间接补给。由于采后破坏，出现了以开采区为中心的降落漏斗，造成含水层之间存在着水力联系，并随着开采深度的增加，这种水力联系也在增强。

林南仓矿属水文地质条件比较复杂，矿井水害事故频繁发生，从建矿至今发生涌水大于1m3/min突水事故20多起，最大突水量9．28m3/min，严重威胁了矿井的正常开采。从实际开采情况看这些突水事故的发生，水源主要来自于煤12－煤14含水层，煤14－k3含水层和部分来自于奥灰含水层，突水通道主要以断层和裂隙为主，在林南仓矿的掘进和开拓巷道施工的过程中，采用物探、化探和钻探相结合的方法，通过对各种探测成果资料的综合分析，解决了巷道施工中遇到的复杂的水文地质条件探测问题，从而形成了综合立体探测技术，保证林南仓矿采掘工程的防治水安全。

林南仓矿2123工作面采用物探、化探和钻探相结合的综合立体勘探方法对2123上风道巷道突水进行了勘探，探明了2123工作面的水文地质情况，并取得了技术成果。

1．2123工作面水文地质条件

2123工作位于二水平西一采区，施工层位为煤12，主要充水因素为煤12顶、底板含水层，从本区域的工作面施工情况看:含水层赋水性较强。特别是煤12－煤14含水层对掘进巷道的施工影响较大，该含水层以粉砂岩、细砂岩为主，为泥矽质胶结，岩石坚硬，裂隙发育。该段内细砂岩主要分布于煤12底板和12半底板。本含水层富水区段主要集中于煤12底板细砂岩、煤12半底板细砂岩及煤14顶板钙质粉砂岩中。从采区附近的水文观测孔资料分析:仓生5钻孔单位涌水量为0．14L/s·m，渗透系数为2m/d。

2123上风道施工到点23+4前12．6m位置时，巷道后侧出现涌水，涌水为止位置在23+3点处以里6m段，距开口27m，距迎头30m，出水形式为顶板淋水。此处掘进时巷顶有0．03m3/min的涌水，2013年4月17日21点左右水量开始增大，并伴有顶板来压的咔咔声，22点左右水量增大到0．6m3/min，并伴有臭味，涌水量最大为2．0m3/min，目前涌水点位置位于2123上风工作面迎头，涌水量稳定在1．0m3/min左右，稳定周期已达15个月。

2．水文地质条件综合勘探

在2123上风道出现涌水后，为了查明巷道涌水水源，林南仓矿立即开展了大规模的物探、钻探、水质跟踪监测相结合的综合水文地质条件探查。

2．1 物探工作

2．1．1 直流电法探测

采用矿井直流电法探测仪在2123工作面上风做超前探测，主要利用岩层电性差异根据探测掘进工作面前方120m范围内的岩石电阻率相对变化，解释探测区域内的含水异常地质体。超前探测成果如图1。

图1 2123上风道直流电法成果图

从图1中可以看出，2123巷道前方有一处低阻，即异常2#异常区，此异常区位于上风道探测前方25m～45m左侧区域，在该区域上瞬变电磁在各层位的探测成果图中，低阻反映较为明显，视电阻率值变化较大，在顶板探测成果图中较为明显。推断在该区域砂岩裂隙较为发育，疑为引起突水的导水通道。

东星源矿山科技有限公司于2013年11月采用矿井瞬变电磁法对2123工作面上风道附近区域顶底板含水层富水性分布情况进行探测。林南仓矿物探成果如图3:

图2 2123上风道瞬变电磁成果图

瞬变电磁物探成果分析:结合工作面水文地质资料及本次探测施工时现场情况对所得到的视电阻率等值线断面图进行分析，本次划分相对富水异常区2处(见图3):

I号相对富水异常区:位于2123上风道28～78m范围内及大眼中段70～90m范围内，相对富水性评价为中等;

II号相对富水异常区:位于大眼中段90～145m范围内，相对富水性评价为弱。

2．2 钻探工作

通过物探结果结合工作面的水文地质条件，林南仓矿地测科在2123上风道钻窝内施工了探测孔，共施工了两个钻孔，钻孔结果如表1。

表1 2123上风道瞬变电磁成果图

孔内涌水量及水压情况:1号孔未见涌水;2号孔在51．3m见涌水，涌水量为0．4m3/min，施工至59．2m涌水量增大到2．4m3/min，测得水压为2．4MPa，涌水量稳定在1．67m3/min，到目前涌水未见衰减。

钻探成果如图4。

钻探结果显示:超前孔1号孔结果显示2123上风钻窝处N289°方位上93．5m岩层赋水性较较弱，超前孔2号孔结果显示2123上风钻窝处N265°方位上在51．3至59．2m范围内岩层赋水性强，此位置距离2123上风迎头上帮25．3m，此范围区域可能存在较大的裂隙，裂隙内水量赋存较丰富。

2．3 水质化验工作

通过林南仓矿以前水质分析，煤12至煤14含水层、煤14至K3和奥灰含水层的各种离子含量(毫克当量%)的平均值统计如表2。

图3 2123上风道瞬变电磁成果图

图4 2123上风道钻探成果图

表2 林南仓矿主要含水层的各离子含量(毫克当量%)的平均值

林南仓矿地测科对2123上风道钻窝钻孔及2123迎头水质进行了跟踪化验，林南仓矿2123上风道钻窝钻孔及2123迎头涌水水质水样各离子含量(毫克当量%)分别如表3、表4。

表3 2123上风道钻窝钻孔水质化验各离子含量(毫克当量%)的平均值

表4 2123上风道迎头涌水水质化验各离子含量(毫克当量%)的平均值

通过2123上风道钻窝钻孔及2123迎头的水质化验分析，2123上风道钻窝钻孔涌水与2123迎头涌水的水质所含的各离子含量(毫克当量%)基本一致，因此两处的水源是联通的，通过两处的水质化验的结果与我矿以往的各含水层水质分析结果比对分析，此两处涌水水源水质类型为重碳酸钙型水(HCO3－CaMgNa型)，水样化学特征为碳酸盐硬度超过50%，水质类型接近奥灰含水层水质，因此区域涌水水源有奥灰水参与。

2．4．综合勘探成果

林南仓矿利用物探、钻探与水质跟踪化验相结合的综合勘探方法，查明了2123工作面区域复杂的水文地质条件:2123上风道前方预计存在大地质构造导通了工作面下部含水层水，巷道涌水水源初步确定为煤14—k3含水层，同时奥灰含水层的水可能通过构造裂隙形成越流补给。

3．总结

通过应用综合立体勘探方法能够使林南仓矿探清采掘巷道施工中所遇到的复杂水文地质异常区，避免了林南仓矿在生产过程中重大水害事故的发生，保证林南仓矿采掘工程的防治水安全。

[1]钟亚平．开滦煤矿防治水综合技术研究．煤炭工业出版社．2001．

[2]朱炎铭、毛善君．林南仓矿业分公司矿井地质报告[R]．中国矿业大学与北京龙软科技发展有限公司，2008．

[3]静恩杰，李志聃．瞬变电磁法基本原理．中国煤田地质．1995年第2期．