導水構造探測與防治技術

開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇導水構造探測與防治技術，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。

隨著各礦區開采范圍（廣度、深度、難度）的擴大，煤礦面臨的水害問題日益突出，礦井水害事故的發生不僅會造成職工的傷亡，還會給企業帶來重大的經濟損失，是影響煤礦安全生產的關鍵因素。由當前煤礦水害事故的類型統計數據可知，頂、底板突水事故占水害總事故的45%左右，頂、底板突水事故的危害巨大[1]。煤礦井下突水通道主要包括采動裂縫、陷落柱和斷層等地質構造，因此，對煤礦地質導水構造進行探測，掌握其特征，可為水害防治提供依據，可有效保障煤礦開采安全。以原陽煤集團新元礦3#煤層為工程背景，采用物探先行及鉆探驗證結合的探測方式對2-603主運巷前方的導水構造進行探測，并根據探測結果提出采用疏排水結合注漿方式對導水構造進行治理，效果顯著[2]。

1工程概況

原陽煤集團新元礦位于山西省晉中市壽陽縣朝陽鎮，處在沁水煤田西北部，地理坐標：東經112°58′51″—113°09′33″，北緯37°49′54″—37°55′09″，設計生產能力6.00×106t/a，主要開采3#煤層。井田內大面積被第四系的黃土覆蓋，基巖只有零星出露；露出地層有二疊系上統上石盒子組、石千峰組，三疊系下統劉家溝組，奧陶系中統下馬家溝組、上馬家溝組、峰峰組，石炭系中統本溪組、上統太原組，二疊系下統山西組，下石盒子組僅有鉆孔揭露。新元礦2-603工作面位于礦井南翼一盤區，工作面開采標高為+1302～+1358m，地面標高為+1358～+1782m，埋深為228～480m。2-603工作面開采3#煤層，煤層厚度為1.80～3.56m，平均厚度2.77m，煤層傾角3°～13°，平均傾角7°。回采巷道設計長度為2187m，斜長為243m，掘進方位角為216°40′，沿3#煤層掘進[3]。

新元礦前期地質勘探報告顯示，2-603工作面地質構造類型屬中等，地質構造中向斜、斷層、陷落柱較為普遍，主要存在X3陷落柱、DF8斷層、普23孔向斜，如圖1所示。當2-603運輸巷掘進開挖至DF8（正斷層、傾向SWW、傾角70°～84°、斷層落差H=0～12m）斷層時，超前水平鉆孔勘探施工作業時有涌水現象發現，嚴重影響到工作面的安全開采。針對這一情況，必須對2-603工作面開采區域內斷層、陷落柱等地質構造的導收稿日期：2022-04-01作者簡介：劉朝陽，1985年生，男，山西平遙人，2009年畢業于河北工程大學勘查技術與工程專業，工程師。水性和位置進行詳細勘查，根據探測結果制定有針對性的水害防范措施，保障2-603工作面開采的安全性和可靠性[4]。

2水文地質條件分析

2.1區內主要含水層

新元礦井田含水層包括地表孔隙水含水層、砂巖含水層、奧陶系灰巖（O2）含水層。孔隙水含水層巖層1.5～2.5m。鉆孔抽水試驗資料顯示，該層滲透系數為0.76～7.08m/d，單位涌水量為0.00011～0.87919L/（m·s），孔隙水富水性弱。基于含水層的厚度較小，涌水量非常小，開采后易疏干，對3#煤層開采幾乎無影響。砂巖含水層巖性以灰、深灰色中、粗砂巖為主，局部夾紫灰、紫紅色礫巖，厚度為14～32m，平均厚度為24m[5]。鉆孔抽水試驗資料顯示，該層滲透系數0.0254～1.5580m/d，單位涌水量為0.00171～1.26829L/（m·s），富水性中等，富水性也極不均衡，向斜軸部的區域內富水性較強。奧陶系石灰巖（O2）含水層厚度為245～286m，位于采煤層下部。鉆孔抽水試驗資料顯示，該層滲透系數為0.028～16.590m/d，單位涌水量為0.06～5.19L/（m·s），富水性較強[6]。

2.2主要充水通道

2.2.1充水水源

分析可知，2-603工作面開采區域無地表水滲透，主要是因為：開采區域周邊沒有河流，上覆巖層隔水層厚度較大，裂隙水含水層富水性差，徑流慢，接受補給水源不足，不存在地表水向開采空間滲透的可能性，僅向斜軸部區域內富水性較強，以靜儲量為主，易于疏干。綜合物探結果顯示，在2-603運輸巷前方存在發育的X3陷落柱和DF8斷層，發育范圍內有富水區，直接充水水源為頂板砂巖裂隙水。在2-603主運巷掘進中，基于斷層、陷落柱等地質構造的存在，可能會導通奧灰水，引發水害事故。針對這一情況，在2-603主運巷布置探測鉆孔進行鉆孔抽水試驗。探測結果表明，水位高度穩定，可以推測X3陷落柱和DF8斷層沒有與底板承壓水含水層導通[7]。另外，在2-603工作面的開采區域內不存在采空區，因此也就不存在采空區積水問題，不需要針對采空區積水設置相應的預測和防治辦法。2.2.2充水通道井田開采3#煤層的充水通道主要為開采煤層的導水裂縫帶、斷層、陷落柱、封閉不良鉆孔、井筒等。2-603工作面回采期間，附近區域沒有進行大面積的開采，同時，舊地質鉆孔全部實現有效封孔。針對這一情況，2-603主運巷掘進開采區的充水通道斷層、陷落柱，因此有必要采用物理探測+鉆孔探測的方法對2-603主運巷的斷層、陷落柱等地質構造導水性、導水通道情況進行詳細探測，并制定有針對性的疏排鉆孔、注漿封堵導水裂隙等防治措施。

3充水水源以及導水通道的探測

3.1物理探測

直流電法勘探是測定巖石電阻率的傳統方法。它通過一對接地電極將電流供入大地，而通過另一對接地電極觀測用于計算巖石電阻率所必需的電位或電位差信息。對于礦井直流電法勘探而言，供電、測量電極通常布置在巷道頂底板或巷道側幫上，從不同角度去觀測巷道周圍穩恒電流場的分布、變化規律，了解巷道頂底板或所在巖層內的地質情況，對巷道前方富水異常構造進行準確定位，進而為工作面的防治水工作提供依據。在2-603工作面主運巷掘進迎頭正前方60m的范圍內，采用直流電法勘探是否存在物探低阻異常區。探測結果顯示，有2處低阻異常區，視電阻率小于35Ω·m，分別位于DF8斷層、X3陷落柱，表明這兩處的煤層或是破碎帶中存在一定量的積水。

3.2鉆孔探測

施工探放水鉆孔，如果發現鉆孔涌水、層位異常等情況，可結合物理探測成果掌握巷道的地質構造情況，為工作面的防治水工作提供依據。為進一步確定2-603主運巷前方DF8斷層、X3陷落柱地質構造的存在是否有問題，在巷道掘進迎頭布置6個探測鉆孔，呈扇形布置，布置情況如圖2所示。1號、2號、3號鉆孔探測陷落柱的分布情況和結構特征，4號、5號、6號鉆孔探測斷層的分布情況和結構特征。探測結果如表1所示。由表1中數據可知，在2-603主運巷前方明確探測到DF8斷層的存在，未探測到陷落柱的存在。分析原因：陷落柱位置正好為向斜軸部，物探解釋成陷落柱，但鉆孔探測結果表明該陷落柱不存在。

3.3水質化驗分析

對2-603主運巷鉆孔取樣水質和礦井水文地質孔取樣水質進行化驗并對比分析。化驗結果表明，2-603主運巷DF8斷層內涌水水質與底板奧灰水水質成分差異非常大，但是DF8斷層內涌水水質與上覆砂巖裂隙水水質成分接近。根據這一情況可推斷，DF8斷層與上覆砂巖裂隙水含水層貫通，主要的出水水源為砂巖裂隙水。

4防治水技術方案

4.1防治水方案

3#煤層上覆砂巖含水層裂隙不發育，連通性差，富水性較弱，以靜儲量為主，易于疏干。正常掘進時涌水量一般在0～3m3/h，涌水量較小。對DF8斷層水采用疏排和注漿兩種方案進行水害防治，同時改變巷道圍巖的力學性質，起到控制巷道變形及后期維護的作用，保障巷道過DF8斷層的開采安全。具體施工方案如下。a)在工作面掘進迎頭施工6個大孔徑排放水鉆孔，直徑113mm，同時安裝好孔口安全放水閥門。施工時，采用ZY-2300型全液壓鉆機，配備Φ63mm鉆桿，配用Φ113mm鉆頭、Φ75mm鉆頭。孔口管采用Φ113mm鉆頭鉆進，下入Φ89mm套管10m；Φ89mm套管外端焊法蘭盤并安裝控水閘閥和測壓表。孔口管裸管打入孔內，用馬麗散注封或棉布打入等方法固管，并用鋼絲繩加固。加固牢靠后方可進行下一工序。b)對臨時疏排水系統進行技術改造，施工2個臨時水倉，布置2臺7.5kW潛水泵，可大幅度提高工作面的疏排水能力，將裂隙含水層的積水進行疏排。c)將井下泵房原排水供電系統改造為雙回路供電系統。雙回路供電系統穩定、可靠，是夯實煤礦井下疏排水工作的安全生產基礎，保障排水系統不會因為供電系統的故障而影響其排水能力。疏排水時，若鉆孔出水量超過排水設備的排水能力，要及時調整閘閥，根據排水能力調整放水量。放水時，探放隊要設置沉淀池并及時清理。積水放完后進行封孔。d)先進行疏排水施工，再進行注漿鉆孔施工（注漿泵為ZBY-11.5/7.0雙液注漿泵）。封堵導水裂隙的水泥漿采用P.O.42.5普通硅酸鹽水泥（漿液水灰比為0.8∶1～1∶1，注漿壓力為2.0～3.0MPa），以控制巷道變形，大幅度提高巷道斷層破碎帶巖層的穩定性。

4.2效果分析

采用6個大孔徑排放水鉆孔完成整個疏排水工作，歷時12d左右。從排放水實際工作來看，整個排放水作業比較平穩順利，累計排放水量共達3.6×104m3，至疏排水鉆孔全部無水排出后再對鉆孔實施注漿作業。注入普通硅酸鹽水泥漿共7t，注漿完成時間為8d。排水后，2-603主運巷恢復掘進，揭露DF8斷層，DF8斷層實際落差達8.1m，并伴生有多條落差在0.8～1.1m的較小斷層。2-603主運巷掘進過上述地質構造期間，無淋水、涌水現象發生，掘進期間沒有發現X3陷落柱的存在。

5結語

對2-603主運巷充水通道以及涌水水源進行了分析，采用物探以及鉆探方式對2-603巷地質構造進行探測，探測結果表明了DF8斷層存在，X3陷落柱不存在，充水水源主要為上覆裂隙水含水層。針對這一情況，采用疏排水和注漿聯合方式進行水害治理，效果顯著。治理后，2-603主運巷無淋水、涌水現象發生，同時巷道斷層破碎帶得以加固，保障了巷道圍巖的穩定性，保障了2-603主運巷的掘進安全，提高了其掘進效率。

參考文獻：

［1］楊明淵.煤礦導水構造探測與防治技術研究［J］.自動化應用，2020(9)：155-156.

［2］馬立軍，王世常.瞬變電磁法在探測永明煤礦地質構造中的應用［J］.華北科技學院學報，2019，16(2)：25-29.

［3］馬彥龍，劉斌.反射槽波法在探測煤田地質構造中的應用［J］.山西焦煤科技，2019，43(4)：45-48.

［4］劉樹新，周廣.瞬變電磁法在煤礦導水構造探測中的應用［J］.煤炭技術，2019，38(2)：58-60.

［5］單廣軍.李雅莊煤礦斷層構造的探測研究［J］.山東煤炭科技，2018，36(12)：171-173.

［6］吳曉康.礦井導水地質構造探測與治理研究［J］.能源與環保，2018，40(7)：118-122.

［7］孫林，曹路通.基于三維數值模擬及礦井瞬變電磁法的導水構造探測研究［J］.能源與環保，2021，43(10)：79-85.

作者:劉朝陽 單位:華陽新材料科技集團有限公司