白银会通煤矿水害事件的物探研究

何汉衡，逯 娟，张海波

（1.兰州资源环境职业技术大学 地质与珠宝学院，甘肃 兰州 730021；2.白银会通煤业有限责任公司，甘肃 白银 730900)

目前，煤矿行业的发展非常迅速，在一定程度上推动了国家的经济发展和综合实力。但是，煤矿安全问题一直是政府关注的问题，水害事故是煤矿领域十分常见的问题，表现出突发性的特点，造成严重的损失不仅影响到煤矿生产的顺利进行，还会造成严重的安全隐患。可见，只有把水文地质工作和防治水工作结合在一起，才能降低矿难的发生率，保证工作人员的生命安全。

1 自然地理条件

白银会通煤业公司位于靖远红会矿区共和乡境内，矿区地理坐标为北纬36°38'～36°43'，东经105°01'～105°06'。矿井西距靖远平川区25 km，北距靖远红会矿区1.0 km，东南临西格拉滩。该矿区处于低山丘陵地带，矿区周围群山环绕，矿区海拔高程在1 780 m～1 900 m 之间，为起伏不大的山间丘陵倾斜盆地。本区域为冲洪积倾斜山间盆地，地势东北高西南低。本矿田属小丘陵地带，地势相对平坦。矿区内无常年性水流，仅有打拉池和紫泥沟等季节性沙河干凅，暴雨时即泛没河床，暴雨过后即可消失。白银会通煤业有限责任公司有简易公路通往红会一矿，红会一矿经红会镇在大坝口与省道S308 线相连，S308 线在平川区西南的银三角与国道G109 线相连，由银三角南至白银市90 km，至兰州市180 km；北至银川市360 km。银兰高速公路亦经过平川区，交通便利。

2 物探普查

2.1 原屈盛煤矿

原屈盛煤矿关闭后矿井未排水，废巷及采空区多，可能有积水，若防治水管理不到位，存在采空区、废巷积水水灾的隐蔽致灾因素。2020 年12 月我矿委托甘肃煤炭地质勘察院对矿井布置的采区回风、采区进风巷掘进140 m 范围进行地面瞬变电法物探开展普查。

图1 为水害普查范围内8 线反演电阻率推断解释剖面，可以看出，从浅到深呈现出低阻- 中低阻-低阻- 中低阻的电性特征，结合矿区地质资料推断认为：浅部近水平低阻电性层推断解释为第四系黄土及砂砾岩的电性特征，对应高程大致在1 700～1 800 m，视电阻率约为25～45Ω·m；中部中低阻电性层推断解释为侏罗系中统王家山组（J2w）砂岩、粉砂岩、泥岩及油页岩的综合电性特征，对应高程大致在1 580～1 700 m，视电阻率为40～50Ω·m；中深部低阻电性层推断解释为侏罗系中统窑街组（J2y）砾岩、砂砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层采空区充水的综合电性特征，对应高程大致在1 400～1 580 m，视电阻率变化在35～50Ω·m；煤层底板等高线附近电阻率相对较低，约为45Ω·m，与煤层的高电阻率特征明显不同，初步推断该电阻率异常低值可能为煤层采空充水的电性反映。深部中低阻电性层推断解释为三叠系上统南营儿群(T3n) 砂岩、粉砂岩，及泥岩的综合电性特征，对应高程大致在1 400 m 以下，视电阻率变化在60～180Ω·m。

图1 8 线反演电阻率推断解释剖面

含水区的分布范围6～10 线测点640～880 之间及11～13 线测点640～840 之间，含水区面积约为32 422 m2；采空区异常积水量估算公式为：

Q=K×M×F／COSα

式中：Q- 采（古）空积水量（m3）;

M- 采厚（m），原屈盛煤矿采煤方法为巷柱式开采。回采率约为30%～40%，故采厚取11.2 m*40%=4.48 m。

F- 采(古)空积水区面积（m2）；

α- 煤层倾角（°），井田内取4°～10°；

K- 采（古）空区充水系数（0.25）；

Q=K ×M ×F／COSα=0.25 ×4.48 ×32 422／COS7°=36 679 m3。

2.2 红会一矿

红会一矿位于矿井西部、北部，开采所形成的1603 采空区与本矿6218-Ⅱ采空区相邻，本矿与红会一矿各留设有20 m 边界煤柱，红会一矿1603 采空区2006 年回采结束后，对1603 采空区进行了封闭灌浆，2020 年12 月我矿委托甘肃煤炭地质勘察院对矿井边界北部红会一矿140 m 范围进行地面瞬变电法物探开展普查。

矿井北部红会一矿140 m 地面瞬变物探剖面图显示，在红会一矿1603 采空区积水或受采空区影响裂隙带充水的条件下，水平层状的电性结构被破坏，电阻率等值线波动，形成电性低值异常区，这为解释本区含水体范围提供了依据。针对地面电法勘探的地质任务，资料解释中重点追踪电性急剧变化的异常区，作为确定含水体异常范围的依据。对1603 采空区水害普查范围进行典型视电阻率剖面对本区含水区域进行普查。

泥岩及油页岩的综合电性特征，对应高程大致在1 570～1 730 m，视电阻率为30～40Ω·m；深部中高阻电性层推断解释为侏罗系中统窑街组（J2y）砾岩、砂砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、煤层及煤层采空区充水的综合电性特征，对应高程大致在1 400～1 570 m，视电阻率变化在40～180Ω·m；煤层底板等高线（图2和图3）附近电阻率横向变化大，测点720 附近电阻率等值线呈陡立状分布，其中测点500～720 之间电阻率相对较低，约为40～80Ω·m，测点720～960 之间电阻率表现为高阻特征，约为80～180Ω·m，推断该高阻特征为煤层及其顶底板围岩的综合电性反映，电阻率异常低值可能为煤层采空充水的电性反映（图4）视电阻率特征分析：14～18 线测点700 附近电阻率值变化相对明显（测点700～920 间电阻率相对较高，测点500～700 电阻率相对较低）。结合矿区地质资料，初步分析低电阻率特征（电阻率变化在30～80Ω·m）主要是煤层采空区或采空区塌陷形成的裂隙带充水的电性反映。

图2 14 线反演电阻率推断解释

图3 16 线反演电阻率推断解释剖面

图4 反演电阻率推断解释剖面

物探结论：根据地面电法瞬变探法14～18 线测点500～700（720）间，含水体顶底界标高大致在1 510～1 410 m，含水区面积约为16 000 m2。初步分析红会一矿1603 采空区含水体主要是采空区及裂隙带充水所致。采空区积水量估算公式为：

Q=K×M×F／COSα

式中：Q- 采（古）空积水量（m3）；

M- 采厚（m）；

F- 采(古)空积水区面积（m2）；

α- 煤层倾角（°），井田内取4°～10°；

K- 采（古）空区充水系数（0.25）；

Q=K×M×F／COSα

=0.25×11.2×16000／COS7°=45 252 m3

3 宏达煤矿

矿井地面物探对宏达煤矿边界100 m 范围采空区进行水害普查如下：

在宏达煤矿采空区积水或受采空区影响裂隙带充水的条件，采用地面电法勘探水平层状的电性结构被破坏，电阻率等值线波动，形成电性低值异常区，解释本区含水体范围重点追踪电性急剧变化的异常区，作为确定含水体异常范围。宏达煤矿共计布置了五条线，每20 m 间排距进行布置，对本区含水区域进行普查[5]。

普查范围分析：视电阻率特征分析1～5 线测点720 附近电阻率值变化相对明显（测点720～960 间电阻率相对较高，测点500～720 电阻率相对较低）。结合矿区地质资料，初步分析低电阻率特征（电阻率变化在30～50Ω·m）主要是煤层采空区或采空区塌陷形成的裂隙带充水的电性反映。

物探结论：根据地面电法瞬变探法1～5 线测点500～700（720）间，含水体顶底界标高大致在1 490～1 410 m，含水区面积约为17 578 m2。初步分析宏达煤矿采空区含水体主要是采空区及裂隙带充水所致，异常区积水量约为：采空区积水量估算公式为：

Q=K×M×F／COSα

式中：Q- 采（古）空积水量（m3）；

M- 采厚（m），宏达煤矿采煤方法为巷柱式开采，回采率约为30 %～40 %，故采厚取11.2 m*40 %=4.48 m；

F- 采(古)空积水区面积（m2）；

α- 煤层倾角（°），井田内取4°～10°；

K- 采（古）空区充水系数（0.25）；

Q=K×M×F／COSα

=0.25×4.48×17578／COS10°=20 089 m3物探异常区预计积水量约20 089 m3。

4 结论

目前，煤矿数量不断增多，矿难的发生率也在不断提高。当然，导致矿难发生的原因比较多，煤矿企业必须分析矿难出现的原因，认识到地质工作和防治水工作的重要性。新时期，煤矿企业必须增强管理意识，把地质工作和防治水工作结合在一起，制定并完善内部管理制度，明确各个部门的职责。总之，煤矿企业必须谨慎对待，增强安全意识，从大局出发，落实生产责任，提升煤炭开采的安全性[1-4]。