浅析新景矿带压开采工作面超前探测技术

任海波

(1.中国矿业大学 资源与地球科学学院，江苏 徐州 221000；2.山西新景矿煤业有限责任公司 地质测量部，山西 阳泉 045000)

0 引言

山西新景矿煤业有限责任公司(简称新景公司)隶属阳煤集团，主采煤层为3#、8#、15#煤层。矿井西部及西南部开采煤层部分区域处于奥灰承压含水层水位线以下，奥灰水是影响该范围安全生产的主要水患因素[1]。

根据《煤矿防治水规定》，结合《新景公司“有掘必探有采必探”实施细则》相关规定，“地质构造简单且突水系数<0.06 MPa/m的带压开采区域”属于水文地质条件复杂区，水文地质条件复杂区采掘工作面必须严格按照规定执行“有掘必探有采必探”工作，探明并排除水害隐患后，方可正常回采。

1 探放水原则与方法要求

新景公司探放水工作严格按照“预测预报、有掘必探、有采必探、先探后掘、先治后采”的要求，采取“物探先行、钻探验证、化探跟进”的综合探测手段，探明并排除采掘面周边水害隐患，确保安全生产。

1.1 “有掘必探”方法

采用矿井瞬变电磁仪对巷道前方顺层、向上45°、向下45°方向进行超前探测。针对物探正常区，采取常规探测钻孔进行钻探验证，探孔对巷道前方、两帮及底板进行控制，其中底板方向钻孔不少于两个，探测完毕后对底板孔进行注浆封堵；物探异常区需编制专项探放水钻孔方案。

1.2 “有采必探”方法

带压工作面回采前，必须采用不少于3种的物探手段进行超前探测，针对综合物探所圈定的构造区、富水异常区必须编制专项探放水设计和措施，并按照设计和措施组织施工。回采工作面在针对物探异常区域进行专项钻探验证的基础上，还需沿走向方向以50 m为间距，施工多个常规钻探验证孔，以对物探正常区进行验证。

2 15011工作面带压区超前探测

15#煤层80111工作面位于丈八一区南翼东部。工作面走向长1 102 m，倾斜长220 m，进风巷120～413 m，回风巷22～231 m均处于奥灰水带压区内，带压区内最低处煤层底板标高为380 m，低于奥灰水(标高395 m)水位标高15 m，水头压力为0.15 MPa，存在带压开采问题。开采前，需进行综合探测，并根据探测成果进行开采安全性评价。

2.1 有掘必探

15011工作面回风巷、进风巷相继进入奥灰水带压区内。期间，公司严格采取“物探+钻探”的方法进行超前探测。即：物探超前探测90 m，钻孔验证60 m，在确认掘进区域无水害影响的前提下，巷道允许继续向前掘进30 m的方式进行施工。复杂区内共进行5次瞬变电磁超前物探，10次验证孔施工。其中，15011回风巷共进行3次物探，5次钻探，钻孔总数25个，钻孔总钻距1 048.6 m；进风巷共进行2次物探，5次钻探，钻孔总数21个，钻孔总钻距756.0 m。超前探测工作排除巷道掘进期间安全隐患，保障了安全掘进。

2.2 有采必探

综合探测：针对工作面带压区开展音频电穿透法、直流高分辨法及无线电波坑透法等3种物探手段进行综合探测。对工作面南部带压区(切巷以北长500 m×宽220 m的范围)进行音频电穿透探测，查明工作面底板一定深度范围内含水构造的相对富水性的程度、空间连通形态以及分布范围；对80111工作面回风、进风两顺槽巷道带压区(距切巷500 m范围)进行井下直流电法探测，查明该范围内富水区域的分布规律及分布特征；对80111工作面(走向长1 100 m×倾向长220 m的范围)进行无线电波坑透探测，查明工作面内部煤层的隐伏地质构造、煤层的赋存状态等。综合上述3种物探成果分析，在15011工作面中部距切巷170 m处存在一个24 m×20 m预测陷落柱并且处于低阻异常区内、进风巷280 m及回风巷170 m处均出现低阻异常区一处；除此之外，还存在一个小型陷落柱、4条落差<1/2煤厚断裂构造。

“钻探+巷探”验证：为进一步掌握15011工作面煤层下部岩层导水裂隙发育特征，对进风巷280 m、回风巷170 m底板下方低阻异常区进行专项钻探。针对进风巷280 m处异常区施工1#、2#专项探孔，回风巷170 m异常区施工3#专项探孔，探孔均出现不同程度涌水现象，期间进行水样化验分析，确定进风巷2#钻孔、回风巷3#钻孔涌水为奥灰水。①进风巷1#钻孔。进风巷距切巷220 m位置开孔，倾角-21°，钻进77 m，终孔位置控制在进风巷距切巷280 m位置煤层底板下方28 m处，实测水头压力为0.02 MPa，涌水量为0.05 m3/h。取水样化验分析为总硬度33.0 mg/L，矿化度1 220 mg/L，pH值8.65，属于SO4-·HCO3-Ca·Mg型水。通过水质化验成分对比，基本确定为本溪组岩层水，不属于奥灰水；②进风巷2#钻孔。进风巷距切巷280 m位置开孔，倾角-90°，孔深为55 m，实测压力为0.33 MPa，涌水量为1.9 m3/h。取水样化验分析为总硬度29.3，矿化度1 070，pH值8.44，为HCO3-Ca·Mg型水。通过水质化验成分对比，确定为奥灰水；③回风巷3#钻孔。回风巷距切巷170 m位置开孔，倾角-90°，钻至55 m，稳定30 min后涌水量为2 m3/h，由于封孔管漏水，无法观测水压。取水样化验分析为总硬度40.3，矿化度1 260，pH值8.38，为HCO3-Ca·Mg型水。通过水质化验成分对比，确定为奥灰水。各钻孔水质化验结果见表1。

疑似导水构造专项探测：为进一步确定工作面坑透预测导水陷落柱、预测断裂构造的赋存特征及其导水性，经研究决定在工作面距切巷200 m位置施工一条探巷，并对探巷南部区域(带压开采区)预测含水地质构造进行针对性探测，必要时采取治理手段。①探巷。探巷从回风巷距切巷200 m处开始施工，期间严格按照“物探80 m，钻探70 m，允许掘进40 m，预留30 m超前距”进行循环施工，掘进期间未见预测地质构造；②专项钻探。对探巷南部区域(带压开采区)可能存在的构造及含水异常进行针对性探测：共施工15个验证钻孔，累计钻探进尺706 m，探孔基本排除带压区(尤其是综合物探异常区)内存在陷落柱或存在>1/2断层的可能；③常规钻探验证孔。在上述专项钻探验证的基础上，延顺槽方向每50 m施工一个钻探验证孔，共计44个验证孔，累计孔深4 800余m，验证孔未探及明显构造及含水异常[2]。

表1 水质化验成果分析表

3 带压区段开采安全性评价

3.1 导水通道分析

陷落柱：新景公司15#煤层岩溶陷落柱较发育。由于在15#煤层下伏中奥陶统石灰岩等可溶性岩体在地下水的物理、化学作用下形成了大量的岩溶空洞，而空洞上覆煤(岩)层在自重压力作用下塌陷形成的。90%以上的陷落柱是不导水不含水的，但陷落柱一旦导水，往往是灾害性的，可造成淹井事故。

断层：勘探资料和生产实践证明，本区大断层不太发育，大中型断层极少。绝大多数均属落差<5.0 m以下的层间小断层，这些小断层一般成群出现，均系在褶皱过程中产生层间滑动中生成的，其主要受矿井主要褶皱构造控制。断层极易破坏煤层与含水层之间的原生间隔关系，形成了连接煤层与奥灰的断层带，可以将奥灰水带向巷道及工作面中，是煤层开采的常见充水通道。

导水通道评价：15011工作面带压区防治水工作就是导水构造的防治工作。而前期施工的常规、专项验证钻孔已排除带压区(综合物探异常区)内存在陷落柱或存在>1/2断层的可能，工作面地质构造条件简单，故基本不存在构造突水的可能性。

3.2 突水系数评价

现选取工作面带压区内煤层底板最低点对带压区最大突水系数进行计算

其中：H煤—煤层底板标高377 m；H峰—峰峰组顶界面标高331 m；H水—根据进风巷2#探测钻孔实测水头值(0.33 MPa)修正，该处底板标高384 m，修正水位标高为417 m。

=0.018 MPa/m<0.06 MPa/m

即：80111工作面带压区最大突水系数<临界突水系数值0.06 MPa/m，处于相对安全区内。

3.3 采勘对比成果

综合物探(无线电坑透、直流电法、音频电穿透等)、专项巷探与钻探验证工程，基本探明 80111工作面带压区(尤其是综合物探异常区)内存在陷落柱或>1/2断层的可能性较小，排除15011工作面回采期间的水害安全隐患[3]。工作面计算突水系数最大值为0.018 MPa/m(<0.06 MPa/m)，属于带压相对安全区内。15011工作面2016年2月份开始回采，3月份进入带压区，8月份推出奥灰水带压区，期间加强水情观测，未发现明显水害异常或含水构造，工作面安全通过带压区。

4 结语

煤矿带压区采掘过程中，矿井必需严格按照《煤矿防治水规定》要求，密切结合矿井生产实践，制定并严格落实带压区防治水工作方案与安全技术措施，以确保采掘期间的施工安全。阳煤新景公司严格按照“预测预报、有掘必探、有采必探、先探后掘、先治后采”的要求，采取“物探先行、钻探验证、化探跟进”的综合探测手段，扎实开展矿井带压区(水文地质条件复杂区)采掘工作面“有掘必探有采必探”工作，期间结合工作面实际水文地质条件，强化水患治理，指导带压工作面的衔接部署与安全生产，为今后的带压区防治水工作积累宝贵经验，在带压矿井的防治水工作中具有较大的推广价值[4]。