晋城矿区胡底煤矿1309工作面探放水综合技术实践_万菲飞.pdf

煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 0引言 胡底煤矿属于山西省沁水煤田晋城矿区， 矿井工 业场地位于晋城市沁水县胡底乡， 总体呈 NW- SE 向 的长方形，长约 3.05km，宽约 1.81km，井田面积 5.12km2。该矿总体为向、 背斜相间褶曲构造； 含煤地 层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，总厚 140.7m， 共含煤 9- 12 层， 煤层总厚 10.87m， 含煤系数 7.6， 3 号和 15 号煤层可采， 总厚 8.30m， 现正在开采 3 号煤层， 其属特低灰 - 中灰、 特低硫、 中高发热量 - 特高发热量无烟煤。累计查明资源 / 储量 5.98 亿 t， 生产规模 60 万 t/a， 采用斜立井混合开拓， 按水平划 分盘区式布置， 分两层开采， 条带式开采， 工作面采用 单一倾斜长壁综合机械化采煤方法、 分层综采采煤工 艺、 全部垮落法管理顶板。 1矿井水文地质条件概况 依据岩性、 水力性质及空间赋存特征， 自上而下 分为松散岩孔隙含水层、基岩风化带裂隙含水层、 二 叠系砂岩裂隙含水层、 太原组砂岩及石灰岩岩溶裂隙 含水层、 奥陶系中下部石灰岩岩溶裂隙含水层等 5 个 主要含水岩组。 3 号煤层充水水源主要为二叠系砂岩 含水层水和奥陶系灰岩岩溶含水层。 二叠系砂岩含水 层， 富水性弱， 补给条件差， 该裂隙水将通过锚杆、 锚 索孔、 煤岩裂隙而渗入巷道。奥陶系灰岩岩溶含水层 水， 富水性弱 - 中等， 岩溶水位在 570m 左右， 3 号 煤层位于奥陶系岩溶水地下水位以下， 为全矿井带压 开采。 1309 工作面底抽巷掘进区域处于奥灰水承压区 域， 奥灰水位标高 570m 左右， 巷道最低标高 145m 左右， 巷道顶板与 3 号煤层间距为 13m， 根据水文孔 柱状图资料可知， 3 煤层底板距奥灰岩顶面为 100m 左右， 其之间主要隔水层为①太原组砂质泥岩及泥岩 隔水层，是阻隔灰岩含水层间水力联系的主要隔水 层； ②本溪组泥岩、 铝土质泥岩隔水层， 以铝土质泥 岩、 砂质泥岩及泥岩组成， 其中泥质岩类结构致密， 隔 水性能好， 为井田煤系地层与奥陶系石灰岩的重要隔 水层。根据 煤矿防治水细则 中突水系数计算公式 TP/M进行计算， 1309 工作面底抽巷掘进区域突水 系数约为 0.049MPa/m，小于构造破坏块段的标准突 水系数 0.06MPa/m， 一般不会发生底板奥灰水突水威 胁。1309 工作面底抽巷掘进区域无采空区、 老空区。 晋城矿区胡底煤矿 1309 工作面探放水综合技术实践 万 菲 飞 （山西晋煤集团沁水胡底煤业有限公司 ， 山西 晋城 048021 ） 摘要 为解决晋城矿区胡底煤矿 1309 工作面巷道施工安全进行， 探查陷落柱富水性成为施工中的 首要任务。 采用井下物探、 定向钻探及化探等探放水方法的综合运用， 对探放水工程进行了设计优化， 在 1309 工作面底抽巷掘进过程中， 改进设计， 重新调整开分支位置， 解决了原探放水作业存在局部空 白段及重复进尺较多的问题， 为胡底煤矿防治水工作起到积极推进作用。 关键词 瞬变电磁法 ； 定向钻探 ； 陷落柱 ； 探放水 ； 胡底煤矿 中图分类号 TD 745文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2020 ） 06-0083-03 Comprehensive technical practice of water exploration and release in 1309 working face of Hudi coal mine, Jincheng mining area WANG Feifei （Qinshui Hudi Coal Industry Co., Ltd., Shanxi Jincheng Anthracite Mining Group , Jincheng 048021 , China ） Abstract In order to solve the safety of roadway construction in 1309 working face of hudi coal mine, jincheng mining area, exploring the water-rich property of collapse column has become the primary task in the construction.Using borehole geophysical and geochemical exploration, directional drilling , the integrated use of water to drain the engineering design optimization, at the end of 1309 face alley pumping tunneling process, improving design, to readjust to open branch location, original drain operation is to solve the local blank section and the problem of repeated penetration more for hu bottom coal mine water prevention and control work play a promoting role. Key words transient electromagnetic ; Directional drilling;Collapse column ; Drain ; Hu bottom coal mine 83 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 根据该区域三维地震勘探结果显示， 1309 工作面底 抽巷掘进前方中部区域发育 X9 陷落柱，近椭圆形， 长轴近 SN， 长轴 30m， 短轴 24m， 面积 636m2， 为疑似 陷落柱。 在 X9 陷落柱区域， 若 30m范围无水害威胁， 则巷道可以掘进。因此， 探查陷落柱充水就成为该工 作面安全施工中的首要任务。 2综合探放水施工方案 2.1物探施工方案 为查明探测 1309 工作面掘进前方及侧方疑似陷 落柱富水情况， 并为井下工作面施工提供指导， 胡底 煤矿使用 YCS160D矿用本安型瞬变电磁仪超前探测 和矿用本安型 YTZ- 1 地震仪震波单点法探测方法。 探测间距为每 100m 探测一次， 每次探测距离 130m， 超前距离 30m。 矿井瞬变电磁法超前探测设计方向 4 个（见图 1a ） ， 分别是 3 个横向探测方向 （与巷道顶板呈 30 夹角向前方顶板探测、 顺岩层方向向前方探测、 与巷 道底板呈 30夹角向前方底板探测 ） 和 1 个纵向探测 方向。 每个横向探测方向布置横向探测角度 14 个 （见 图 1b ） ， 分别是左侧帮 （180、 165、 150o、 135、 120、 105） 、 正前方 （90、 90） 、 右侧帮 （0、 15、 30、 45、 60、 75 ） ， 3 个横向探测方向共布置 42 个探测角度； 纵向探测方向布置 14 个探测角度 （见图 1c ） ， 分别是 顶板 （90、 75、 60、 45、 30、 15 ） 、 正前方 2 个 （0， 两 次 ） 、 底板 （-15、 -30、 -45、 -60、 -75、 -90 ） 。 4 个探 测方向共计 56 个测点数据。 a探测方向b横向探测角度c纵向探测角度 图 1瞬变电磁法探测 单点探测技术是源于反射地震波勘探中的自激 自收方式，即反射波中偏移距为零的垂直反射形式。 它是通过接收岩、煤层界面的地震波垂直反射信号， 来解析计算目的层距离或厚度的。一般情况下， 在矿 井地质中， 煤层的密度多分布在 1.31.5g/cm3， 波速在 0.81.5m/ms，而岩层的密度在 2.43.0g/cm3，波速在 2.5- 3.5m/ms， 所以煤、 岩界面反射系数一般比较大， 多大于 0.6 以上， 是一个强反射界面， 有利于震波反 射法进行超前或煤厚探测。 单点反射相当于一柱状波 导体， 在体积元上进行零偏移距自激自收探测， 将会 取得较好的效果。 在采用锤击震源时由于锤击能量有 限， 为了尽可能使得地震波能量传播至巷道前方通常 将观测系统布置于巷道迎头， 在迎头断面采用单点自 激自收反射波法以小偏移距进行数据采集 （见图 2 ） 。 图 2巷道迎头共偏移及单点激发接收布置 2.2钻探施工方案 胡底煤业坚持 “预测预报， 有掘必探， 先探后掘， 先治后采” 的防治水原则， 严格落实 “物探先行， 化探 跟进， 钻探验证” 的综合探测方针。 胡底煤矿逐步开展 利用定向钻机进行长距离、大规模探放水作业方式。 该探放水作业方式在 1307 工作面底抽巷首次应用， 效果较好，大大提高了探测准确率及巷道掘进效率， 随着多次应用， 吸取经验， 在 1309 工作面底抽巷改进 应用。 2.2.11307 工作面底抽巷的探放水设计方式 1307 工作面底抽巷每次探放水设计长度 330m， 允许掘进 300m， 分别在 150m和 330m处探测巷道左 右帮 20m 范围及底板 10m 范围 （见图 3 ） 。为保证巷 道持续掘进， 1307 底抽巷每 200m 施工一个千米钻 场，每两次探放水之间留有 100m 巷道可掘进距离。 该探放水作业方式缺点①每次探放水中间存在约 30m 的空白区， 虽不影响探测结果， 但可能会给检查 人员造成误解；②两次探放水重复进尺较多，共计 395m重复进尺。 图 31307 工作面底抽巷探放水覆盖范围 2.2.21309 工作面底抽巷探放水优化设计 1309 工作面底抽巷每次探放水设计长度 330m， 允许掘进 300m， 分别在 225m和 330m处探测巷道左 右帮 20m 范围及底板 10m 范围 （见图 4 ） ， 两次探放 水覆盖范围如图 5， 全面覆盖探测区域， 不存在探测 空白区； 重复进尺减少， 改进后仅有保证巷道掘进的 100m重复进尺， 大大减少了无用进尺的施工。 84 ChaoXing （上接第 82 页） [1] 杨朋,华心祝,李迎富,陈登红,王凯,李坤.挤压流动性底鼓 机理及防治措施[J].煤矿安全,2015,46 （06） 142- 145. 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