义马煤业集团孟津煤矿有限公司 河南洛阳 471142
摘要：本文以某工程为例，通过勘探确定地质构造异常区域，并提出改进措施。希望给业内人士带来帮助。
关键词：煤矿；带压开采；防治水
1 工程概况
某矿现开采2#煤层，井田范围内地层由老至新分别为震旦系、寒武系、奥陶系、石灰系、二叠系、三叠系。二叠系山西组2#煤层松软，断层及夹矸数量多，地质构造复杂，部分区域存在复合型煤层。煤系基底为奥陶纪灰岩，富水差异性大，单位时间涌水量0．0025L～17．2L，属于弱富水～极强富水含水层，煤层底板带压1MPa～5．2MPa，在地质构造发育地段存在突水可能。2#煤层开采的水文地质问题包括两部分:一是2#煤层上方顶板砂岩含水层的涌水。该部分为
工作面顶板正常涌水，砂岩含水层裂隙发育程度低，连通性差，但由于开采造成工作面上方顶板断裂，沟通导水裂隙带时，会给开采带来一定威胁;二是2#煤层底板奥陶灰岩溶裂隙水的威胁。奥陶纪灰岩水位标高比2#煤层底板标高高，2#煤层属于带压开采，当开采进行到断层、褶曲时，可能会造成奥陶灰承压水导入。
2 工作面导水构造电性特征分析
工作面导水结构的电性特征是判断地质构造含水情况的重要依据，导水电性特征包括瞬变电磁电性特征和无线电波透视电性特征。
2.1 瞬变电磁电性特征
瞬变电磁法是使用接地电源线或不接地回线向地下发生脉冲磁场，在脉冲磁场间歇期内，利用接地电极或线圈产生的二次涡流场探测介质内导电性能的方法。当采空区及断层、裂隙、破碎带等地质结构异常时，异常地质体附近的导电性将发生明显变化，如果构造内不含水时，则导电性差，电阻率高;如果构造内含水，则地质体导电性好，电阻率低。
2.2 无线电波透视电性特征
使用无线电波技术探测，无论构造是否导水都会产生电波透视异常区。煤层中的断裂构造、煤层破坏、富水低电阻率带都可以造成无线电波的反射、折射、吸收，消耗电波能力，但电波在传播过程中，如果遇到褶曲、断层、陷落柱、煤层产状变化、煤厚变化、富水区等异常地质构造，所接收的电磁波能量会急剧下降，形成透视异常区，也称透视阴影。
3 综合探查及结果分析
3.1 瞬变电磁探测
进行瞬变电磁法探测时使用的设备型号为WCS40(A)防爆瞬变电磁仪，设备采用重叠回线装置，发射线圈匝数10，接收线圈匝数20，共叠加64次，关断时间50μs。探测点位于工作面内部顺层方向，相邻测点距离20m，共布置测点227个。具体分布如图1所示。
图1瞬变电磁法探测线路
3.2 无线电波透视法探测
进行无线电波坑透时使用的设备型号为WKT－E，探测频率0．5MHz，探测方法为高分辨率的定点扫描法，即固定发射相机位置，接收机在另一条巷道的对应点接收无线电波信号。测点距离10m，发射点间距50m，即1个信号发射点对应11个信号接收点。
3.3 探测结果分析
根据探测结果、原有地质资料及地面调查，圈定了物探异常区。异常区共7个，编号为E1～E7，E2、E4、E5为构造水异常区，导水性强，其余为地质构造异常区，导水可能性低。具体如图2所示。
(1)异常区E1面积20000m2，由于区域内未发现明显的断层等构造，判断该区域导水可能性较小。
(2)异常区E2面积32000m2，区域附近存在断层，瞬变电磁信号异常并且信号强度较高，判断该区域导水可能性较大。
(3)异常区E3面积10000m2，区域内未发现明显的断层等构造，判断该区域导水可能性较小。
(4)异常区E4面积32500m2，区域附近存在陷落柱、断层等构造，瞬变电磁信号异常并且信号强度较高，判断该区域导水可能性较大。
(5)异常区E5面积10500m2，区域附近存在多条断层，瞬变电磁信号异常并且信号强度较高，判断该区域导水可能性较大。
(6)异常区E6面积2800m2，区域虽然存在断层，但瞬变电磁信号未出现异常，判断该区域导水可能性较小。
(7)异常区E7面积5200m2，区域主要地质构造为断层，但瞬变电磁信号未出现异常，判断该区域导水可能性较小。
图2物探结果
4 防治水措施
4.1 注浆加固
注浆加固是预防底板承压水突水的有效手段，根据注浆目的不同，可将注浆分为加固注浆和堵水注浆两类。加固注浆主要是为了提高浆液凝固体的强度和稳定性，堵水注浆则是为了提高注浆介质的抗渗透性。通过注浆方式堵住断层、陷落柱、裂隙等导水通道，增加底板隔水层的抗压强度。
(1)巷道过断层时注浆方法。根据水文地质资料、物探和超前探放水的结果，确定掘进面前方发生突水概率较大，对巷道施工产生威胁的区域，采用水泥－水玻璃注浆方案，在断层前后40m范围内进行注浆加固。掘进面迎头进行预注浆，共布置8个钻孔，钻孔夹角45°，呈放射状包围巷道，注浆深度12m，如果注浆过程中发生跑浆，使用双液浆进行封堵。首先在断层前后25m范围内进行注浆。掘进头后方巷道未达到封堵效果仍有出水点的，可采用滞后局部注浆巷道顶、帮、底板进行加固，达到堵水目的。
(2)工作面过断层注浆方案。当回采工作面经过突水危险地段时，采用如下方案注浆:在断层附近设立钻场，使用水泥水玻璃进行加固封堵，注浆过程发生跑浆后，使用双液浆进行封堵。然后在断层前后30m范围内喷浆，在巷道、工作面或向陷落柱打孔封堵时，封堵范围应在2#煤层底板25m以下，消除采动造成的破坏。封堵完成后，对孔进行检查，确定封堵成功后，再进行采掘。
4.2 留设断层隔水煤柱
断层是导水的重要通道，通过超前探查发现导水性、含水性较好且无法通过注浆处理的断层时，需要留设断层隔水煤柱，煤柱宽度按照下式计算:
式中:L－隔水煤柱宽度，m;
K－安全系数，2～5;
M－工作面采高，m;
P－水头压力，MPa;
HL－导水裂隙带高度，m;
θ－断层倾角，°;
δ－岩层塌陷角。
根据该矿井实际条件，确定防水煤柱尺寸为30m。
结束语
防治水是煤矿的重要工作，以某矿实际生产过程中防治水手段为例，通过综合物探技术判断地质构造异常区，并通过留设断层隔水煤柱或注浆加固的方式，避免矿井水灾的发生，为类似矿井的防水工作提供参考。
参考文献：
［1］赵璐璐．赵庄煤矿煤层带压开采防治水技术研究［J］．煤矿现代化，2019，(1):1－4．
［2］宣孝忠．综合物探技术在煤矿防治水中的应用［J］．内蒙古煤炭经济，2018，(16):135，154．
论文作者:任延鹏
论文发表刊物:《防护工程》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/30
标签：断层论文; 煤层论文; 异常论文; 注浆论文; 工作面论文; 区域论文; 无线电波论文; 《防护工程》2019年第2期论文;