同忻煤矿2号煤层5303回风巷超前探放水设计应用

林炳坤

(晋能控股煤业集团 大斗沟煤业有限公司钻探队，山西 大同 037026)

随着煤层开采深度的不断增加，矿井水文地质条件愈加复杂，在巷道掘进过程中很容易引发渗水、甚至突水等安全事故，因此巷道超前探放水工作是保证矿井安全生产的重要前提[1-5]。本文以同忻煤矿为工程背景，对巷道掘进超前探放水设计进行分析研究。

1 工程概况

晋能控股煤业集团同忻煤矿位于山西省大同市云冈区窑子坡村南，主采的2号煤层埋深462 m，煤层厚度1.92～3.98 m，平均厚度2.66 m，煤层倾角1～5°，平均3°，煤层顶底板情况如表1所示。2号煤层上方依次为0.33～0.76 m的泥岩、3.54～13.53 m的粉细砂岩和6.53～19.6 m的中粗砂岩，底板为0.61～1.16 m的泥岩。

表1 2号煤层顶底板岩性

2号层5303回风巷同层周围不存在采空区，对应地表径流不发育，属季节性河流，仅在大雨或暴雨后有洪水泻流，对区内地下水补给有限。根据勘察报告，2号煤层开采过程中导水裂隙带会导通上部含水层，山西组和太原组含水层为2号煤层直接充水水源。

2 TEM(瞬变电磁法)探测

本着“有掘必探，先探后掘”的探放水原则，采用TEM法进行探测，在5303回风巷掘进头分3个方向，即平行于掘进方向(0°)、与掘进方向呈30°夹角(分别向顶底板方向偏转)，如图1所示，每个方向均布置9个探测点，共计27个探测点。

图1 超前探测点布置

通过超前探测，可得到5303回风巷迎头及顶底板3个方向的扇形视等值线电阻率图如图2所示。

如图2所示，5303回风巷扇形视等值线电阻率剖面图中共显示出7个低阻异常区，通过分析推断，异常区1、4、6应该是同一范围的低阻异常区，而异常区3、5、7应该是同一范围的低阻异常区。

图2 5303回风巷扇形视等值线电阻率剖面图

结合晋北煤业2号煤层地质报告，异常区1、4、6位于5303回风巷掘进方向正前方偏左，主要是围岩破碎、节理裂隙发育程度高引起的积水，异常区3、5、7属于采空区垮落区，积水概率较高，异常区2可能是围岩破碎或含水地质体引起。

3 超前探水钻孔设计及效果分析

以同忻煤矿2号煤层5303回风巷为工程背景进行探放水方案设计。5303回风巷位于同忻煤矿2号煤层3盘区，巷道设计走向长度为1 940.8 m，倾向长度为180 m，巷道断面尺寸为高×宽=3.6 m×5.5 m，采用锚杆钢带+锚索+喷浆联合支护。探放水方案设计遵循“物探先行、钻探验证、化探跟进”的原则。为保证探测效果，采用YZT6钻孔超前探水仪在巷道迎头进行全方位探测，YZT6钻孔超前探水仪技术参数如下：有效探测距离为100 m，点距为1 m，钻孔孔径60 mm.

3.1 钻孔参数设计

通过对5303回风巷地质资料及钻孔数据的分析，发现5303回风巷上方可能存在积水，但是积水量及积水区域并不明确，因此方案对5303回风巷上方进行加强探测。

根据现场施工条件及地质资料，在5303回风巷迎头布置钻孔，如图3所示，沿着2号煤层走向方向共布置4个探水钻孔，其中1号～3号探水钻孔作为试验孔，4号探水钻孔作为验证孔。

图3 探水钻孔布置示意

探水钻孔参数如表2所示，1号探水钻孔与5303回风巷掘进方向平行施工，深度不小于50 m；2号探水钻孔与1号探水钻孔呈15°夹角施工，孔深不小于70 m；3号探水钻孔与1号探水钻孔呈30°夹角施工，孔深不小于70 m；4号探水钻孔与1号探水钻孔呈45°夹角施工，孔深不小于71 m.

表2 探水钻孔参数

3.2 探水效果分析

现场3个探水钻孔的实验效果如图4所示。

图4 现场探水钻孔实验效果图

1) 1号探水钻孔实验效果图中视电导率和视极化率曲线变化不大，表明巷道掘进前方以1号探水钻孔为圆心，30～50 m为半径范围内不存在异常地段。

2) 2号探水钻孔实验效果图中在0～57 m范围内视电导率和视极化率曲线变化不大，表明巷道掘进前方以2号探水钻孔为圆心，30～50 m为半径范围内不存在异常地段。但是60～63 m范围内视极化率曲线波动剧烈，说明这一范围内存在异常地段，而且视电导率也呈现增大趋势，但是增大量较小，说明异常地段可能是由于节理裂隙而导致的低阻异常的隐患。

3) 3号探水钻孔实验效果图中在距离探水钻孔孔口45 m位置，视电导率和视极化率曲线同步变化，但是视电导率变化幅度小于视极化率，表明在此区域范围内围岩存在裂隙水，在距离探水钻孔口59 m位置视电导率发生剧烈波动，表明该区域可能存在含水，其他范围内曲线较为平稳，大概率不存在含水区域。

通过分析现场探水数据可知，本次探测共测出3个异常区域，即2号探水钻孔60～63 m区域记为A；3号探水钻孔45 m位置记为B；3号探水钻孔59 m位置记为C.考虑探水钻孔的钻孔角度，可知A点位于5303回风巷掘进前方45×cos15°=45.6 m，顶板及巷道下帮60×sin15°=15.6 m.B点位于5303回风巷掘进前方45×cos30°=39 m，顶板及巷道下帮45×sin30°=22.5 m.C点位于5303回风巷掘进前方59×cos30°=52 m，顶板59×sin30°=30 m.结合晋北煤业2号地质赋存条件，以A点和B点为圆心，半径为30 m范围内围岩破碎，节理裂隙发育程度高，被积水充填产生低阻异常体。以C点为圆心，半径为30 m内属于采空区冒落区，低阻异常，有较大可能含有积水。结果表明，视等值线电阻率探测结果与YZT6探水钻孔探测结果基本吻合，表明探测结果较为准确。

4 结 语

本文以晋北煤业2号煤层为工程背景，在5303回风巷采用TEM探测法对巷道前方含水异常区进行分析，发现巷道掘进前方存在3个异常区，分别记为A点、B点、C点，其中以A点和B点为圆心，30 m为半径范围内围岩破碎，节理裂隙发育程度高，可能存在裂隙积水，以C点为圆心，30 m为半径范围内为采空区垮落区域，也可能含有积水。同时采用超前探水钻孔借助YZT6探水仪进行现场验证，结果表明，视等值线电阻率探测结果与YZT6探水钻孔探测结果基本吻合，说明探测结果准确。