阳煤二矿深部开采煤层防治水技术研究

田义科(阳泉煤业(集团)有限责任公司二矿， 山西 阳泉 045000)

1 前言

矿井水灾是现阶段矿井面临的最严重的自然灾害之一，随着我国矿井开采规模的不断扩大，煤矿也已经逐步进入深部开采，开采过程中出现的水压问题也越发严峻[1]。近些年，在我国的矿井也发生了一些煤矿突水的灾害，不仅严重的影响矿井的正常回采，对矿井的经济效果造成巨大的影响，甚至一些较为严重的水害还会造成人员伤亡[2-3]。现阶段我国已经成为受煤矿水灾害影响最严重的国家之一，根据统计表明，煤矿突水事故中85%为巷道底板高压水通过导水裂隙进入矿井或者采空区[4-6]。而我国华北地区的煤矿受底板承压水的影响较大，主要原因是其属于奥陶系灰岩的地质条件，该条件岩层富水性强、水压高隔水层薄，断层等构造发育明显，造成该区域矿井发生突水事故的危险性高。

81201工作面位于15#煤层东部，工作面开采水平为-400m水平，工作面走向长1 877m，倾向长220m。15#煤层平均厚度为7.7m，平均倾角约为4°。根据巷道实际揭露情况，进风巷距切巷930～1 090m范围内向斜、背斜构造相间发育，煤层倾角增大至46°。回风巷距切巷430m处发育一小型褶曲构造，。

工作面盖山厚度442～665m，地表水对生产无影响，上部存在K2、K3石灰岩含水层，局部裂隙发育处有淋头水，工作面处于带压区域内，根据水文地质资料显示81201工作面属中等富水含水层。奥灰水位为400～410m，底板隔水层厚度为70m，工作面最低标高为385m，巷道底板所能承载的最大水头压力为0.25MPa。对81201工作面水文地质条件进行预先探测，探查81201工作面内底板下100m范围内的含富水异常区的位置、范围，分析异常富水区与81201工作面两巷揭露构造的关系，分析探测区内的含富水地质构造分布情况，避免工作面回采期间发生突水事故。

2 矿井水灾探测技术

2.1 直流电法

直流电法勘探矿井地质水灾原理是将埋设在井下两个电极A、B向地面供电，通过直流电在井下建立稳定的电场，并通过电场的分布状态来判别井下不同电阻率时矿井的地质状况，其装置示意图如图1所示。通过该方法既可以对工作面内发育的断层、褶曲等构造进行探测，又可以对工作面及两巷的含水区域进行预测，找出工作面含水规律，避免矿井发生突水灾害，保证矿井的安全高效生产。

图1 对称四极装置图

在81201工作面底板采用该方法对工作面含水规律进行预先探测，通过电阻值来确定工作面含水区域。在工作面两巷底板分别布置电极和电法测线，运输巷和回风巷各布置10站，每站布置64个电极，电极间距为5.5m，完成测线总长度为6 800m，相邻2站间重叠170m，有效测线长度3 760m。

2.2 三维并行电法探测原理

三维并行电法探测技术是利用工作面运输巷和回风巷分别布置电法对穿测线，利用并行电法技术特点，单点供电多点同时测量的技术优势，组成工作面面内对穿测网，如图2所示，利用工作面运输巷和回风巷里面的电极，使工作面内形成全空间覆盖的对穿观测网络，保证工作面及两巷全覆盖。在工作面内进行三维并行电法观测系统的基础上，结合三维空间电法正反演技术，得到81201工作面面内及底板下的电阻率分布情况，根据电阻率的分布规律确定工作面及两巷底板富水区域的分布规律，为工作面疏水降压工作提供参考指导。

图2 工作面三维并行电法探测射线分布示意图

81201工作面在运输巷和回风巷底板依次布置电极和电法测线，在81201工作面运输巷和回风巷各布置10站，每站布置64个电极，电极间距为5.5m，工作面走向长度控制约1 880m。

3 探测结果分析

3.1 巷道底板直流并行电法探测结果

在81201工作面运输巷和回风巷底板采用直流并行电法对富水区域进行超前探测，根据在两巷布置的电级和点法探测，以工作面回风巷停采线位置为平面直角坐标系圆点，圆点位置指向开切眼方向为X轴正向，指向运输巷方向为Y轴正向。布置测点后进行工作面富水区域探测，对探测的数据进行软件处理，得到81201运输巷主要存在4个相对低阻区域，81201回风巷主要存在3个相对低阻区域，阻值基本均在50Ω·m以下，各低阻区探测结果见表1。

3.2 并行电法探测结果

在81201工作面采用工作面内三维并行电法对富水区域进行超前探测，根据在两巷布置的电级和电测线，以工作面回风巷停采线位置为平面直角坐标系圆点，圆点位置指向切眼方向为X轴正向，指向运输巷方向为Y轴正向。布置测点后进行工作面富水区域探测，对探测的数据进行软件处理，得到工作面面内主要存在5个相对低阻区，得到工作面内三维并行电法电测深结果见表2。

4 结论

(1)以阳煤二矿81201工作面为研究对象，对矿井水灾探测技术进行分析，分别探讨了巷道底板直流电法和三维并行电法探测原理，并根据工作面实际地质条件，分别布置了探测测点。

(2)对巷道底板直流电发和三维并行电法探测结果进行分析，采用巷道底板直流电法得到81201运输巷主要存在4个相对低阻区域，81201回风巷主要存在3个相对低阻区域；采用三维并行电法探测法得到81201工作面面内主要存在5个相对低阻区。

表1 巷道底板直流并行电法探测结果

表2 三维并行电法探测结果