小煤窑采空积水区探查分析

任亚楠

（霍州煤电集团腾晖煤业，山西 霍州 031400）

腾晖煤业井田内存在8 处小煤窑，矿井2-100工作面紧邻以往小煤窑采空破坏区布置。为准确探测小煤窑采空破坏情况，矿井技术人员走访调查以往小煤窑采掘范围、开采工艺，超前掘进工作面开展物探、钻探、窥视测斜工作，准确查明了小煤窑采空破坏范围并疏放采空积水36158m3，保证了工作面安全回采。

1 工作面概况

腾晖煤业2-100 工作面位于材料大巷南翼，北部为矿井系统大巷，东部为CK2-13 采空积水区，西部为2-101 工作面，南部为井田边界。工作面与寺塔煤矿、船窝煤矿相邻。2-100 工作面相对位置示意图见图1。

图1 2-100 工作面相对位置示意图

2#煤层顶板含水层主要为K8、K10 两层砂岩含水层，该含水层富水性弱，对掘进无影响。2-100 工作面煤层底板标高+317～ +310m，奥灰含水层水位标高+454.5m，为带压开采。2#煤层至奥灰含水层平均隔水层厚度75m，突水系数0.028 ～0.029MPa/m。根据水文钻孔资料，该区域奥灰含水层富水性弱，底板隔水层相对较厚，且工作面未发现大于煤厚断裂构造，奥灰含水层对工作面影响较小。工作面主要水害威胁为小煤窑采空积水。

2 超前物探探测

鉴于主要水害隐患为小煤窑采空积水，工作面正前采用瞬变电磁对顺层及顶板方向开展探测，探测距离100m，允许掘进70m，留设30m 循环覆盖区。工作面掘进过80m 后增加直流电法，重点探查迎头前方小煤窑空巷及采空积水区，探测距离100m。另外为进一步控制2-1001 巷东部采空积水情况，在巷道内每隔30m 对工作面外围开展一次瞬变电磁探测。

采用两种物探方法综合探测后，直流电法第2循环见异常区2 处，探测成果见图2。1 号异常区位于迎头前方3～18m 范围内，2 号异常区位于迎头前方37～46m 范围内，分析该范围内可能存在小煤窑空巷或含有少量裂隙水。

图2 直流电法探测成果图

2-1001 巷东部瞬变电磁探测在第4、5 循环存在低阻异常区，瞬变电磁探测成果见图3。

图3 2-1001 巷东部瞬变电磁探测成果图

综合瞬变电磁和直流电法探测成果圈定疑似小煤窑采空破坏范围及积水区，并针对圈定的异常区范围设计了专项验证钻孔。

3 钻探探测

2-100 工作面煤层厚度5.3～6.0m，顺槽巷道沿煤层底板掘进，巷高3.5m，留顶煤约2.5m。由于小煤窑为巷采，采高低于3.0m，且大多开采煤层上分层，以往多揭露上分层采空区，因此钻探设计分上下层布置钻孔，重点探测上分层采空区。按照上下分层探的设计原则，在工作面迎头和左帮共设计13 个长探钻孔。长探钻孔平面及剖面布置图见图4。

图4 长探钻孔平面、剖面布置示意图

长探钻孔在2-1001 巷外侧控制30m 的帮距，确保30m 范围内无小煤窑采空积水区；在工作面内部控制20m 的帮距作为补充探测，防止局部独头巷道上分层采空。剖面上在顶板往下1.5m 布置7 个钻孔，探查上分层采空区积水区；顶板往下1.8m布置5 个钻孔探查顺巷道方向采空破坏情况；顶板往下2.0m 布置1 个钻孔补充验证探测成果。

为尽量减少长探钻孔终孔位置偏差，要求探测钻孔终孔深度不超过100m，且必须见空、见水或见煤层顶板。同时为进一步弥补长探钻孔孔斜偏差，局部区域出现终孔密度控制不足的问题，在长探钻孔的基础上补充设计了短探钻孔。短探共设计9 个钻孔，探测深度15m。

另外针对物探圈定的异常范围，在长探、短探的基础上，补充设计了针对性的探测钻孔，进一步验证采空破坏情况。顺巷道直流电法探测异常区经钻探验证未发现老空积水，但异常区范围内顶板裂隙发育。巷道左帮瞬变电磁异常区钻探验证揭露采空积水区。钻探见采空及出水情况统计见表1。

表1 钻探见采空及出水情况统计表

4 窥视测斜

为进一步控制探测钻孔终孔位置，保证足够的终孔控制密度，矿井利用YCJ90/360 型窥视测斜仪对探测钻孔进行窥视测斜，见采空区的探测钻孔终孔长度一般在60m 以内，平剖面偏斜相对较小。本次重点对钻探距离大于60m 的2 号钻场3#钻孔进行了窥视测斜，3#钻孔钻探距离76m，至终孔位置时平面偏移3.5m，垂向偏移1.3m，整体平剖面偏斜较小。

另外对出水钻孔重点通过窥视影像资料查看钻孔出水点及采空破坏情况。3 号钻场补1#钻孔出水点影像截图见图5。

图5 出水点影像截图

通过窥视测斜，一方面实测钻孔轨迹，纠偏补孔，提高了钻探精准性；另一方面通过影像资料，辅助判断出水点位置及采空破坏情况，真实了解采空破坏范围及积水区。

5 采空破坏范围及积水情况

2-1001 巷2 号钻场1 个钻孔、3 号钻场3 个钻孔、4 号钻场3 个钻孔、5 号钻场3 个钻孔、6 号钻场1个钻孔，共计11 个钻孔揭露采空破坏区，圈定采空破坏面积50830m2。11 个采空钻孔中7 个有涌水，累计疏放水量36158m3，消除了水害威胁，确保了工作面安全回采。

6 结论

2-100 工作面物探采用瞬变电磁和直流电法两种方法综合探测。超前钻探采用长探加短探，并利用窥视测斜仪纠偏补孔，控制钻孔密度。通过窥视影像资料查看钻孔涌水点情况。综合物探、钻探、窥视测斜成果，准确查明了采空破坏范围并疏放积水量36158m3，消除了水害隐患，确保了工作面安全回采。该探测方法对受小煤窑采空破坏威胁的类似矿井具有较大的借鉴指导意义。