小煤矿采空积水区综合探放技术应用分析.pdf
第 4 2卷第 7期能 源 与 环 保 V o l 4 2 N o 7 2 0 2 0年7月 C h i n aE n e r g ya n dE n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o nJ u l . 2 0 2 0 收稿日期 2 0 2 0- 0 5- 1 9 ; 责任编辑 陈鑫源 D O I 1 0 . 1 9 3 8 9 / j . c n k i . 1 0 0 3- 0 5 0 6 . 2 0 2 0 . 0 7 . 0 2 8 作者简介 程占国( 1 9 8 7 ) , 男, 山西浑源人, 工程师, 现从事煤矿采空积水防治技术工作。 引用格式 程占国. 小煤矿采空积水区综合探放技术应用分析[ J ] . 能源与环保, 2 0 2 0 , 4 2 ( 7 ) 1 3 0 1 3 3 , 1 3 7 . C h e n gZ h a n g u o . A p p l i c a t i o na n a l y s i s o nc o m p r e h e n s i v ee x p l o r a t i o na n dd r a i n a g e t e c h n o l o g y o f g o a f w a t e r a c c u m u l a t i o na r e a i ns m a l l c o a l m i n e [ J ] . C h i n aE n e r g ya n dE n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n , 2 0 2 0 , 4 2 ( 7 ) 1 3 0 1 3 3 , 1 3 7 . 小煤矿采空积水区综合探放技术应用分析 程占国 ( 山西汾西矿业( 集团) 有限责任公司 柳湾煤矿, 山西 吕梁 0 3 2 3 0 0 ) 摘要 分析了物探、 钻探、 化探3 种井下探测手段对掘进巷道中煤矿小窑采空积水区有效探测的可行 性及实用性。通过在柳湾煤矿西翼胶带巷巷道 P 5 1 点东5 1 处进行物探工作, 工作结束后根据物探结 果设计钻孔并进行钻探探放水, 之后采用化探技术手段分析水质类型并分析水源, 通过分析与总结物 探、 钻探、 化探工作对小煤矿采空积水区探查中发挥的作用, 证明了井下多种探查手段综合应用的合 理性和有效性。在井下防治小煤矿采空积水区时, 该矿采用物探先行、 钻探验证、 化探跟进的工作方 法, 并将物探、 钻探、 化探测工作严格执行到位, 相较之前的采用单一技术手段, 掘进巷道中小煤矿采 空积水区的防治效果得到了明显提升。 关键词 小煤矿采空积水区; 物探; 钻探; 化探 中图分类号 T D 7 4 5 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3- 0 5 0 6 ( 2 0 2 0 ) 0 7- 0 1 3 0- 0 4 A p p l i c a t i o na n a l y s i s o nc o mp r e h e n s i v ee x p l o r a t i o na n dd r a i n a g et e c h n o l o g y o f g o a f w a t e ra c c u mu l a t i o na r e ai ns ma l l c o a l mi n e C h e n gZ h a n g u o ( L i u w a nC o a l M i n e , S h a n x i F e n x i M i n i n g ( G r o u p ) C o . , L t d . , L l i a n g 0 3 2 3 0 0 , C h i n a ) A b s t r a c t I nt h i s p a p e r , t h ef e a s i b i l i t ya n dp r a c t i c a b i l i t yo f t h e t h r e e u n d e r g r o u n dd e t e c t i o nm e t h o d s o f g e o p h y s i c a l , d r i l l i n g a n dc h e m i c a l e x p l o r a t i o nw e r ea n a l y z e dt oe f f e c t i v e l yd e t e c t t h e m i n e dw a t e r a r e a o f t h e s m a l l k i l no f t h e c o a l m i n e i nt h e d r i v i n g t u n n e l . T h r o u g h t h eg e o p h y s i c a l e x p l o r a t i o nw o r ki nt h eE a s t 5 1o f P 5 1p o i n t i nt h e We s t Wi n g b e l t r o a d w a y o f L i u w a nC o a l M i n e , a f t e r t h e c o m p l e t i o n o f t h ew o r k , a c c o r d i n g t o t h e r e s u l t s o f t h e g e o p h y s i c a l e x p l o r a t i o n , t h e d r i l l i n g h o l e w a s d e s i g n e da n dt h e w a t e r w a s e x p l o r e d . A f t e r t h a t , t h eg e o c h e m i c a l e x p l o r a t i o nt e c h n o l o g yw a s u s e dt oa n a l y z et h ew a t e r q u a l i t yt y p ea n da n a l y z et h ew a t e r s o u r c e . T h r o u g ht h ea n a l y s i s a n ds u m m a r yo f t h e r o l e o f g e o p h y s i c a l e x p l o r a t i o n , d r i l l i n g a n dg e o c h e m i c a l e x p l o r a t i o ni nt h e e x p l o r a t i o no f g o a f p o n d i n g a r e a i ns m a l l c o a l m i n e s , t h er a t i o n a l i t ya n de f f e c t i v e n e s s o f c o m p r e h e n s i v ea p p l i c a t i o no f v a r i o u s d o w n h o l ee x p l o r a t i o nm e t h o d s w e r ep r o v e d . I nt h e u n d e r g r o u n dp r e v e n t i o na n dc o n t r o l o f g o bw a t e r a c c u m u l a t i o na r e a i ns m a l l c o a l m i n e s , g e o p h y s i c a l e x p l o r a t i o nf i r s t , d r i l l i n g v e r i f i c a t i o n a n dg e o c h e m i c a l e x p l o r a t i o nf o l l o w u pa r ea d o p t e di nt h e m i n e , a n dt h e g e o p h y s i c a l , d r i l l i n g a n dc h e m i c a l d e t e c t i o nw o r ki s s t r i c t l y i m p l e m e n t e di np l a c e . C o m p a r e dw i t ht h e p r e v i o u s s i n g l e t e c h n i c a l m e a n s , t h e p r e v e n t i o na n dc o n t r o l e f f e c t o f g o bw a t e r a c c u m u l a t i o na r e a i ns m a l l a n dm e d i u m s i z e dc o a l m i n e s i nd r i v i n gr o a d w a yh a s b e e ns i g n i f i c a n t l yi m p r o v e d . K e y w o r d s s m a l l c o a l m i n eg o a f w a t e r a c c u m u l a t i o na r e a ; g e o p h y s i c a l e x p l o r a t i o n ; d r i l l i n ge x p l o r a t i o n ; g e o c h e m i c a l e x p l o r a t i o n 0 引言 小煤矿采空积水区是煤矿防治水工作的难点与 重点, 尤其在工作面的掘进与回采过程中对煤矿的 安全生产造成严重威胁。其具有严重威胁的主要原 因有 ①小煤矿私挖乱采严重, 而且大部分矿井未能 进行专业测量图纸的绘制, 导致采空区的位置有很 大的不确定性, 采空内的富水性和积水区范围也未 开展过有效的探测工作, 隐患很大; 因此小煤矿资源 被整合后其遗留的采空积水区会存在采空区范围及 031 2 0 2 0年第 7期程占国 小煤矿采空积水区综合探放技术应用分析 第 4 2卷 积水情况不详等主要问题, 基本需要重新对其进行 探查。②矿方对小煤矿采空积水区防治[ 1 8 ]工作重 视程度不够, 往往因为生产赶进度而忽视, 即生产单 位施工时未采取针对采空积水区的探查技术措施, 或是对探查技术措施执行不到位, 应付了事。③现 有的对老空区的探查与探测技术手段单一性强, 导 致对采空积水区定位准确性差, 并且探测结果存在 多解性, 同时探测结果具有一定盲区。针对采空积 水区问题之前主要采用方法主要为地面物探[ 9 1 0 ]与 钻探法, 地面物探与钻探因其施工距离远、 探查精度 较低, 对大面积采空区有一定效果, 而对老巷及小范 围采空区控制精度严重不够。 针对以上关于小煤矿采空积水区未能有效探查 的问题现状, 柳湾煤矿在巷道掘进工作过程中严格 按照 煤矿防治水细则 中相关防治水的安全技术 措施, 主要采用井下物探、 钻探、 化探 3项技术手段, 通过更近距离探查目标体以保证探查精度, 通过探 查技术的有效保障措施以保证探查结果的准确性。 此外结合工程实例, 物探探测靶区异常区, 钻探验证 与疏放物探富水异常区, 化探跟进定性分析水质类 型的工作思路与方法的正确性, 以完成对小煤矿采 空积水区的有效探测, 更好地为矿井生产中小煤矿 采空积水区的防治提供技术指导依据。 1 技术手段介绍 井下物探技术在煤矿地质及防治水工作中的 应用已有十几年的历史, 其主要解决的问题按地质 类型分类可分为地质构造类异常体和水害类异常 体。目前解决煤矿井下水害类问题的物探方法以电 法类为主, 技术原理主要依据煤矿井下煤岩层及水 体的电性差异, 在工作过程中人工激发产生电场或 电磁场会使探测目标介质感应产生对应的电场或电 磁场, 然后通过一定的测量仪器和工作装置观测与 测量电场或电磁场的变化规律, 从而解决相应的地 质问题[ 1 1 1 7 ]。井下电法类技术方法有井下瞬变电 磁法与井下直流电法, 这两种物探方法均可用于掘 进巷道超前物探。井下物探方法有如下技术特点 ①物探技术可实现多角度与全方位探测; ②物探技 术现场施工便捷, 工作效率高; ③物探技术具有多解 性, 需辅助以其他探测手段以提高准确度; ④物探技 术对工作现场有一定的技术要求, 工作质量易受到 现场条件干扰。 目前, 柳湾煤矿主要采用井下瞬变电磁法进行 掘进巷道采空积水区富水异常的探测。相对井下直 流电法, 瞬变电磁法具有现场施工效率高、 工作灵活 及可全方位探测技术优点, 同时又具有易受现场工 作环境中金属物干扰和现场施工条件要求相对苛刻 等技术缺点。因此, 为了保证瞬变电磁物探工作的 有效性和探测结果的准确性, 柳湾矿在实际工作中 严格要求现场施工队充分清理工作面空间, 以保障 现场满足探测条件。 井下钻探技术作为一种重要的探测技术手段在 地质构造探测、 探放水、 瓦斯探测等工作中应用广 泛, 具有结果直观、 准确度高的特点, 同时存在一孔 之见导致结果相对局限的缺点。化探技术主要是借 助原子吸收光度计、 分光光度计、 天平等设备对水样 进行化学分析, 测定其不同种类的化学指标, 通过对 化学指标的分析而判定水样的水质类型, 进而推断 判别水源[ 1 8 2 0 ]。通过分光光度和离子电极检测系 统快速测定水样的化学成分, 并运用灰关联评价、 模 糊评判、 聚类分析和神经网络等算法, 与样品水源数 值特征数据进行对比, 为矿井突水水源识别提供判 定依据。 2 工程实例 2 1 概况 柳湾煤矿五盘区西翼胶带巷位于井田南部, 工 作面自西向东沿 1 1号煤层掘进, 工作面煤层倾角约 为上山 5 , 上部为 9号、 1 0号煤。工作面附近分布 有马圈沟煤矿破坏区, 据调查, 该区域小煤矿井筒于 2 0 0 8年关闭, 采用黄土实填, 井筒封闭良好, 批采 9 号、 1 0号、 1 1号煤层, 越层越界现象普遍, 私挖乱采 严重( 图 1 ) , 西翼胶带巷在掘进期间预计会揭露该 区域小窑积水区。 2 2 物探情况 西翼胶带巷工作面在掘进期间严格按照物探探 测靶区异常区、 钻探验证与疏放物探富水异常区、 化 探跟进定性分析水质类型的工作思路与方法, 2 0 1 9 年 7月 9日在巷道 P 5 1点东 5 1处采用瞬变电磁法 进行超前探测, 现场探测时共施工了 5个探测方向, 即巷道底板下 1 5 方向、 顺煤层方向、 巷道顶板上 1 5 方向、 巷道顶板上 3 0 方向、 巷道顶板上 4 5 方 向。每个探测方向布置平面测点 1 1个, 自左向右分 别对应 1 1 1号点。西翼胶带巷瞬变电磁超前探测 测点布置如图 2所示。 131 2 0 2 0年第 7期 能 源 与 环 保第 4 2卷 图 1 西翼胶带巷与马圈沟煤矿预测破坏区对应平面 F i g 1 C o r r e s p o n d i n gp l a no f p r e d i c t e dd a ma g ez o n eo f w e s t w i n gb e l t r o a d w a ya n dMa q u a n g o uC o a l Mi n e 物探结果如图 3所示。由图 3可知, 巷道底板 下 1 5 方向、 顺煤层方向、 巷道顶板上 1 5 方向、 巷道 顶板上 3 0 方向、 巷道顶板上 4 5 方向 5个探测方向 的剖面分别确定 3处异常区。 图 2 西翼胶带巷瞬变电磁超前探测测点布置 F i g 2 S c h e ma t i co f a r r a n g e me n t o f t r a n s i e n t e l e c t r o ma g n e t i ca d v a n c ei nw e s t w i n gb e l t r o a d w a y 比较 5个方向所探成果发现, 顺层方向、 底板方 向、 顶板方向所探物探低阻异常区趋势及等值线变 化形状基本一致, 其中顺层方向 2号、 3号异常尤为 明显, 阻值较低, 等值线呈闭合环状。结合采掘图水 文地质资料, 综合分析工作面异常区推测应由马圈 沟煤矿 9号、 1 0号、 1 1号采空积水区所致。 图 3 物探结果 F i g 3 G e o p h y s i c a l p r o s p e c t i n gr e s u l t s 2 3 钻探验证 针对所做物探低阻异常区, 2 0 1 9年 7月 2 3日 在西翼胶带巷 P 5 1点东5 6m处施工钻孔进行验证, 具体钻探结果见表 1 。2 0 1 9年 7月 3 1日在西翼胶 带巷 P 5 1点东7 8m处施工钻孔再次进行钻探验证, 具体钻探结果见表 2 。 经钻探验证, 此次钻探共施工 1 4个钻孔, 其中 钻探至 1 1号煤空巷, 出水钻孔有 1 1个, 钻探至 9号 煤采空冒落带, 渗水的钻孔有 3个。经统计, 该处共 疏放小窑采空区积水 3 1万 m 3; 待积水排除完毕安 全与前方小窑空巷贯通后, 进入空巷进行探查, 共实 测小窑空巷约 1 2 0m , 实测采空区面积约 3 6 0m 2。 表 1 2 0 1 9年 7月 2 3日钻探验证结果 T a b 1 L i s t o f d r i l l i n ge x p l o r a t i o nr e s u l t s o nJ u l y2 3 , 2 0 1 9 序号方位/ ( )倾角孔深/ m钻探结果 ①9 0上山 6 4 21 1号煤空巷, 满孔水 ②9 0上山 5 4 11 1号煤空巷, 满孔水 ③7 7上山 5 2 51 1号煤实体, 少量渗水 ④9 0上山 6 4 11 1号煤空巷, 满孔水 2 4 化探结果 针对钻探出的积水及时进行取样并化验, 该处 231 2 0 2 0年第 7期程占国 小煤矿采空积水区综合探放技术应用分析 第 4 2卷 表 2 2 0 1 9年 7月 3 1日钻探验证结果 T a b 2 L i s t o f d r i l l i n ge x p l o r a t i o nr e s u l t s o nJ u l y3 1 , 2 0 1 9 序号方位/ ( )倾角孔深/ m钻探结果 ①9 0上山 1 1 71 1号煤空巷, 少量渗水 ②8 4上山 1 1 71 1号煤空巷, 少量渗水 ③9 6上山 1 1 71 1号煤空巷, 少量渗水 ④7 8上山 3 2 11 1号煤空巷, 少量渗水 ⑤1 0 2上山 2 1 71 1号煤空巷, 少量渗水 ⑥1 1 2上山 3 1 71 1号煤空巷, 少量渗水 ⑦1 1 4上山 1 1 71 1号煤空巷, 少量渗水 ⑧7 7上山 3 0 1 89号煤空巷冒落带, 少量渗水满孔水 ⑨1 0 0上山 3 5 1 79号煤空巷冒落带, 少量渗水满孔水 ⑩1 0 5上山 3 1 1 89号煤空巷冒落带, 少量渗水满孔水 积水为弱酸性, 钙离子含量占比 4 6 4 4 %, 硫酸根离 子含量占比 8 0 7 8 %, 定性该积水水源为采空区积 水, 推测为工作面附近马圈沟小窑采空区积水。 3 结论 柳湾矿通过工程实例, 采用物探探测提供异常 靶区, 钻探验证与疏放富水异常区, 化探跟进定性分 析水质类别的工作思路是切实可行的, 并且在实际 工作中需践行每一步探测, 认真分析总结, 真正做到 多种手段验证。通过以上技术手段综合探测, 小煤 矿采空( 破坏) 区积水是可防可控的, 同时后续需针 对小煤矿破坏严重、 采空区积水较多的矿井继续加 强综合探测技术的应用研究, 以积累更多的工作经 验, 更好地服务于矿井防治水工作。 参考文献( R e f e r e n c e s ) [ 1 ] 刘树才, 刘志新, 姜志海. 瞬变电磁法在煤矿采空区水文勘探 中的应用[ J ] . 中国矿业大学学报, 2 0 0 5 , 3 4 ( 4 ) 4 1 4 4 1 7 . 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( 下转第 1 3 7页) 331 2 0 2 0年第 7期陈清华 基于全球供需格局的我国乙二醇产业发展对策分析 第 4 2卷 总体增长的情况下, 受生产原料和工艺差异等因素 影响, 国内乙二醇行业竞争力处于全球较低水平。 未来, 在全球乙二醇供大于求态势扩大、 国内外乙二 醇下游聚酯等行业需求增速放缓和较低国际油价预 期下, 我国乙二醇行业将面临更加激烈市场竞争, 受 进口低成本乙二醇冲击仍将是市场竞争常态, 2 0 1 9 年以来的亏损局面或依然会重复出现。因此, 建议 国家在宏观层面加强产业政策调控; 与此同时, 在产 项目适时推进产品转型升级, 在建项目研究实行多 元化产品路线, 规划项目应慎重开展前期工作。 参考文献( R e f e r e n c e s ) [ 1 ] 夏锐, 周佳, 夏伦超, 等. 我国煤制乙二醇行业生产现状及发展 建议[ J ] . 石化技术, 2 0 1 8 , 2 5 ( 8 ) 2 9 7 . X i a R u i , Z h o uJ i a , X i a L u n c h a o , e t a l . P r o d u c t i o ns t a t u s a n dd e v e l o p m e n t s u g g e s t i o n s o f m y c o u n t r y ′ s c o a l t o e t h y l e n e g l y c o l i n d u s t r y [ J ] . P e t r o c h e m i c a l I n d u s t r yT e c h n o l o g y , 2 0 1 8 , 2 5 ( 8 ) 2 9 7 . [ 2 ] 戴煜敏. 中国乙二醇的市场结构和市场价格分析[ D ] . 杭州 浙江工业大学, 2 0 1 5 . [ 3 ] 赵淑玲. 乙二醇 产能释放 价格低位[ N ] . 中国化工报, 2 0 2 0 1 2 1 ( 3 ) . [ 4 ] 闫俊荣. 煤制乙二醇产业系列调查及思考[ N ] . 中国化工报, 2 0 1 8 5 2 4 ( 4 ) . [ 5 ] 刘凌云. 我国煤制乙二醇产业发展研究[ J ] . 当代化工研究, 2 0 1 6 ( 1 2 ) 7 4 7 5 . L i uL i n g y u n . R e s e a r c ho nt h e d e v e l o p m e n t o f c o a l t o e t h y l e n eg