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中国矿山工程 China Mine Engineering 2019 年 12 月 第 48 卷摇 第 6 期 阳煤二矿深部开采煤层防治水技术研究 Study on water control technology of deep mining coal seam in Yangmei No. 2 coal mine 田义科阳泉煤业集团有限责任公司二矿, 山西 阳泉 045000 摘摇 要以阳煤二矿 81201 工作面为研究对象,分析了巷道底板直流电法和三维并行电法探测原理,并根据工作面实际地质条 件,分别布置了探测水测点。 对探测结果进行了分析,81201 运输巷主要存在 4 个相对低阻区域,81201 回风巷主要存在 3 个 相对低阻区域;工作面内主要存在 5 个相对低阻区。 关键词直流电法; 三维空间; 防治水; 低阻区域 AbstractThe 81201 working face of Yangmei No. 2 coal mine is taken as the research object, analyzes the detection principle of direct current and three鄄dimensional parallel electric in roadway floor, according to the actual geological conditions of the working face, the detection water measuring points are arranged respectively. The detection results are analyzed, there are four relatively low resistance areas in transportation lane 81201, there are three relatively low resistance areas in 81201 return air lane, there are five relatively low resistance areas in the working face. Key wordsdirect current ; three鄄dimensional space; water control; low resistance region 文章编号 摇 1672鄄鄄609X201906鄄鄄0044鄄鄄03 中图分类号 TD745 文献标志码 A 作者简介 田义科1988 - ,男, 山西阳泉人,地质工程师,从事地 质防治水工作。 1摇 前言 矿井水灾是现阶段矿井面临的最严重的自然灾害之 一,随着我国矿井开采规模的不断扩大,煤矿也已经逐步 进入深部开采,开采过程中出现的水压问题也越发严 峻[1]。 近些年,在我国的矿井也发生了一些煤矿突水的 灾害,不仅严重的影响矿井的正常回采,对矿井的经济效 果造成巨大的影响,甚至一些较为严重的水害还会造成 人员伤亡[2 -3]。 现阶段我国已经成为受煤矿水灾害影响 最严重的国家之一,根据统计表明,煤矿突水事故中 85为巷道底板高压水通过导水裂隙进入矿井或者采空 区[4 -6]。 而我国华北地区的煤矿受底板承压水的影响较 大,主要原因是其属于奥陶系灰岩的地质条件,该条件岩 层富水性强、水压高隔水层薄,断层等构造发育明显,造 成该区域矿井发生突水事故的危险性高。 81201 工作面位于 15煤层东部,工作面开采水平为 -400m 水平,工作面走向长 1 877m,倾向长 220m。 15 煤层平均厚度为 7郾 7m,平均倾角约为 4毅。 根据巷道实 际揭露情况,进风巷距切巷 930 1 090m 范围内向斜、背 斜构造相间发育,煤层倾角增大至 46毅。 回风巷距切巷 430m 处发育一小型褶曲构造,。 工作面盖山厚度 442 665m,地表水对生产无影响, 上部存在 K2、K3 石灰岩含水层,局部裂隙发育处有淋头 水,工作面处于带压区域内,根据水文地质资料显示 81201 工作面属中等富水含水层。 奥灰水位为 400 44 摇第 6 期田义科阳煤二矿深部开采煤层防治水技术研究 摇 摇410m,底板隔水层厚度为 70m,工作面最低标高为 385m, 巷 道 底 板 所 能 承 载 的 最 大 水 头 压 力 为 0郾 25MPa。 对 81201 工作面水文地质条件进行预先 探测,探查 81201 工作面内底板下 100m 范围内的 含富水异常区的位置、范围,分析异常富水区与 81201 工作面两巷揭露构造的关系,分析探测区内 的含富水地质构造分布情况,避免工作面回采期间 发生突水事故。 2摇 矿井水灾探测技术 2郾 1摇 直流电法 直流电法勘探矿井地质水灾原理是将埋设在 井下两个电极 A、B 向地面供电,通过直流电在井 下建立稳定的电场,并通过电场的分布状态来判 别井下不同电阻率时矿井的地质状况,其装置示 意图如图 1 所示。 通过该方法既可以对工作面内 发育的断层、褶曲等构造进行探测,又可以对工作 面及两巷的含水区域进行预测,找出工作面含水 规律,避免矿井发生突水灾害,保证矿井的安全高 效生产。 图 1摇 对称四极装置图 摇 在 81201 工作面底板采用该方法对工作面含水 规律进行预先探测,通过电阻值来确定工作面含水 区域。 在工作面两巷底板分别布置电极和电法测 线,运输巷和回风巷各布置 10 站,每站布置 64 个电 极,电极间距为5郾 5m,完成测线总长度为6800m,相 邻 2 站间重叠 170m,有效测线长度 3 760m。 2郾 2摇 三维并行电法探测原理 三维并行电法探测技术是利用工作面运输巷和 回风巷分别布置电法对穿测线,利用并行电法技术 特点,单点供电多点同时测量的技术优势,组成工作 面面内对穿测网,如图 2 所示,利用工作面运输巷和 回风巷里面的电极,使工作面内形成全空间覆盖的 对穿观测网络,保证工作面及两巷全覆盖。 在工作 面内进行三维并行电法观测系统的基础上,结合三 维空间电法正反演技术,得到 81201 工作面面内及 底板下的电阻率分布情况,根据电阻率的分布规律 确定工作面及两巷底板富水区域的分布规律,为工 作面疏水降压工作提供参考指导。 图 2摇 工作面三维并行电法探测射线分布示意图 摇 81201 工作面在运输巷和回风巷底板依次布置 电极和电法测线,在 81201 工作面运输巷和回风巷 各布置 10 站,每站布置 64 个电极,电极间距为 5郾 5m,工作面走向长度控制约 1 880m。 3摇 探测结果分析 3郾 1摇 巷道底板直流并行电法探测结果 在 81201 工作面运输巷和回风巷底板采用直流 并行电法对富水区域进行超前探测,根据在两巷布 置的电级和点法探测,以工作面回风巷停采线位置 为平面直角坐标系圆点,圆点位置指向开切眼方向 为 X 轴正向,指向运输巷方向为 Y 轴正向。 布置测 点后进行工作面富水区域探测,对探测的数据进行 软件处理,得到 81201 运输巷主要存在 4 个相对低 阻区域,81201 回风巷主要存在 3 个相对低阻区域, 阻值基本均在 50赘m 以下,各低阻区探测结果 见表 1。 3郾 2摇 并行电法探测结果 在 81201 工作面采用工作面内三维并行电法对 富水区域进行超前探测,根据在两巷布置的电级和 电测线,以工作面回风巷停采线位置为平面直角坐 标系圆点,圆点位置指向切眼方向为 X 轴正向,指 向运输巷方向为 Y 轴正向。 布置测点后进行工作 面富水区域探测,对探测的数据进行软件处理,得到 工作面面内主要存在 5 个相对低阻区,得到工作面 内三维并行电法电测深结果见表 2。 4摇 结论 1以阳煤二矿 81201 工作面为研究对象,对 矿井水灾探测技术进行分析,分别探讨了巷道底板 直流电法和三维并行电法探测原理,并根据工作面 实际地质条件,分别布置了探测测点。 2对巷道底板直流电发和三维并行电法探测 结果进行分析,采用巷道底板直流电法得到 81201 运输巷主要存在 4 个相对低阻区域,81201 回风巷 54 中国矿山工程摇 2019 年第 48 卷 摇 摇 表 1摇 巷道底板直流并行电法探测结果 探测技术方法异常编号地质解释与富水性评价 YC-1 位于 81201 运输巷 X 125 240m,深度在底板下 20 80m,可能为岩性变化或局部富水,与下部水力联系 不强 YC-2 位于 81201 运输巷 X 650 800m,深度在 30 100m,异常区发育范围较大,有向下延伸的趋势,与下部水力 联系较强,此处为重点防范区域 YC-3 位于 81201 运输巷 X 1 720 1 780m,深度在 75 100m,影响深度较大,有向下大范围延伸的趋势,与下部水 力联系较强,此处为重点防范区域 巷道底板并 行电法测深 YC-4 位于 81201 运输巷 X 1800 1877m,深度在0 50m,异常区附近存在大量积水,可能为岩性变化或受积水影 响所致,与下部水力联系不强 YC-5 位于 81201 回风巷 X 180 210m,深度在 60 90m,异常区为闭合形态,可能为岩性变化或局部富水影响所 致,与下部水力联系不强 YC-6 位于 81201 回风巷 X 350 380m,深度在 25 70m,异常区为闭合形态,可能为岩性变化或局部富水影响所 致,与下部水力联系不强 YC-7 位于 81201 回风巷 X 975 1075m,深度在 0 100m,异常区位于褶曲构造带,向斜、背斜相间发育区域,岩层 破碎,与下部水力联系较强,为重点防范区域 表 2摇 三维并行电法探测结果 探测技术方法异常编号地质解释与富水性评价 DZ-1 位于 X 35 80m,Y 180 220m,异常区位于运输巷一侧,沿着巷道底板向下延伸至 - 20m 位置处,可能是 由于巷道底板岩性变化或少量含水导致 DZ-2 位于 X 125 250m,Y 0 220m,异常区横穿工作面,向下延伸至 -100m,与下部水力联系较强,可能是存在 隐伏构造或裂隙发育影响所致,需加强防范 三维电法探测DZ-3 位于 X 745 820m,Y 150 220m,为相对低阻异常区,异常区位于运输巷一侧,沿着巷道底板向下延伸至 -60m 位置处,可能是存在隐伏构造或裂隙发育影响所致,需加强防范 DZ-4 位于 X 1 430 1 490m,Y 160 220m,异常区位于运输巷一侧,沿着巷道底板向下延伸至 -60m 位置处,可 能是由岩性变化或少量含水导致 DZ-5 位于 X 1 850 1 877m,Y 160 220m,异常区位于运输巷一侧,沿着巷道底板向下延伸至 -60m 位置处,可 能是由岩性变化或少量含水导致 主要存在 3 个相对低阻区域;采用三维并行电法探 测法得到 81201 工作面面内主要存在 5 个相对低 阻区。 [参考文献] [1]摇 庞乃勇. 定向钻进技术在煤矿地质防治水工作中的应 用[J]. 煤矿安全,2018,49S176 -80. [2]摇 雷霆. 物探技术在煤矿防治水中的应用[J]. 资源节约 与环保,2018528. [3]摇 李长青,安许良,孙晓宇. 地面定向水平孔煤层底板超 前注浆防治水技术研究[J]. 煤炭工程,2017,499 19 -22. [4]摇 马新平. 高压富水条件下软岩巷道超前探查与防治水 技术[J]. 煤炭技术,2017,369131 -133. [5]摇 王传永,汪佩,李向阳. 新型注浆设备在地质防治水超 前探施工中的应用[J]. 现代矿业,2015,31 12 243 -244. [6]摇 赵雨晴. 五沟矿 10 煤层底板灰岩水数值模拟及其防 治研究[D]. 淮南安徽理工大学,2013. 64