梁辰琛
（长治三元中能煤业有限公司，山西 长治 046000）
近些年来，矿井水害事故时有发生。随着科学技术的不断发展，地质探测设备设施不断完善，为矿井安全生产提供了保障[1-3]。我国相关领域专家在矿井水害治理方面做出大量研究，司金文[4]针对巷道掘进过程中水害问题进行了超前钻探研究，对钻探中的参数进行了优化；
黄天缘[5]采用安全评价的方法对特厚煤层开采中防治水工作进行了总结归纳；
原亮亮[6]进行了掘进巷道探放水施工的设计及安全技术措施研究，对之前探放水工艺及技术措施进行了优化研究；
其他专家学者针对矿井水害防治分别进行了理论分析和现场工程研究[7-12]。下霍矿2308运输顺槽掘进过程中存在水量涌出异常，通过分析区域内存在老空区，为防止巷道掘进过程中发生水害，采用物探、钻探的方法进行综合治理。
山西三元煤业有限公司下霍煤矿核定产能2.40 Mt/a。目前备采工作面为2308工作面，工作面走向长度2 039 m，切眼长度198 m，主采煤层3#煤层，平均厚度4.65 m。3#煤层直接顶板为泥岩和砂质泥岩，平均厚度2.7 m；
老顶为中粒砂岩，平均厚度8 m；
直接底板为砂质泥岩，平均厚度1 m；
老底为粉砂岩，平均厚度1.5 m。
工作面所在区域内无采空区，主要含水层为山西组和太原组含水层，含水层补给条件比较差。3#煤层与上覆风化带含水层、第四系含水层以及下伏奥陶系中统之间均存在隔水层，无构造情况下，含水层均不会对2308工作面开采产生影响。
2308运输顺槽顶板水源为顶板砂岩含水层水源，巷道掘进过程中，96 m位置点北侧40 m存在DX34陷落柱，陷落柱短轴38 m，长轴41.7 m；
690 m位置点存在DX26陷落柱，陷落柱短轴160 m，长轴190 m。陷落柱构造将含水层和运输顺槽掘进区域贯通，将水引入掘进区域。因此陷落柱为诱导区域水害因素。
2309运输顺槽现在掘进至170 m位置点，预计前面20 m位置点存在陷落柱水害，为确定水害具体情况，采用物探的方法对掘进迎头前方进行探测。
物探方法为脉冲瞬变电磁法（TEM），所使用的设备为EMRS-2B型电磁矿产勘探仪。基于不同介质电阻率的不同，电磁波通过不同介质的信号传播速度不同，对发射的电磁信号进行回收，反演结算，从而推测巷道周围岩体情况。电磁矿产勘探仪发射脉冲信号频率为4 ms，电流为1 100 A，信号叠加次数为20次，采样率为76μs。
通过不同角度发射信号，然后通过接受信号的方式对2308运输顺槽前方100 m范围地质情况进行分析，信号发射如图1所示。
图1 信号发射位置
通过对采集的数据进行反演计算，得到距离掘进迎头10 m、20 m、30 m位置点剖面图，如图2所示。
图2 掘进迎头前方断面电阻率剖面
根据图2可知，距离掘进迎头10 m位置剖面中，电阻率异常区主要分布于巷道设计断面右帮60 m位置点，异常区域宽度5 m；
距离掘进迎头20 m位置剖面中，电阻率异常区主要分布于巷道设计断面右帮60～150 m位置，电阻率异常区域宽度增加；
距离掘进迎头30 m位置剖面中，电阻率异常区主要分布于巷道设计断面右帮40～150 m位置，电阻率异常区域宽度、高度均大量增加。根据断面电阻率分布图结合地质勘察数据分析，巷道前方20～30 m位置区存在陷落柱。根据电阻率数值分析，异常区域电阻率基本和水电阻率相似，因此推测该区域存在水害。
根据物探结果，预计巷道断面前方20～30 m存在陷落柱，陷落柱大小不定，根据电阻率分析存在水害。为确定前方水害危险性大小，在掘进头位置实施钻孔进行钻探验证工作。钻孔设计如图3所示，钻孔参数如表1所示。施工使用钻机为CMS1-2200煤矿用深孔履带式液压钻机，钻杆直径50 mm，钻头直径65 mm。
图3 钻探钻孔设计
表1 钻孔参数
钻孔施工过程中，1#钻孔、2#钻孔、4#钻孔均未出现大量涌水现象，3#钻孔施工至30 m开始出现少量涌水，钻孔施工完毕后对各个钻孔涌水量进行为期14天的考察，考察结果如图4所示。
图4 钻孔涌水量统计
根据图4可知，3#钻孔最大涌水量为67 m3/h，1#钻孔最大涌水量为5 m3/h，2#钻孔和4#钻孔最大涌水量为3 m3/h。3#钻孔涌水量呈现递增趋势，因此推测巷道断面右帮位置陷落柱内水量比较大，需要提前实施探放水孔，进行排水。同时巷道内配备足够功率的水泵进行排水。
根据地质情况分析，该区域存在含水层，距离3#煤层较近的是第四系含水层，该含水层距离3#煤层垂直高度为30 m。根据钻探分析，该区域3#煤层上部45 m区域开始未出现返渣异常的现象，因此推断DX34陷落柱产生的垂向破坏范围为43 m。DX34陷落柱影响范围超过了含水层竖向高度，因此将含水层和开采煤层导通，产生水害。
为解决山西三元煤矿2308工作面掘进顺槽掘进过程中水害问题，对工作面区域进行水文地质分析，采用物探进行探测，施工探放水孔进行验证，得出以下结论：
1）根据水文地质分析，2308运输顺槽右帮位置存在DX34陷落柱，预计陷落柱长轴41.7 m，面积较大。
2）根据物探结果，掘进顺槽前方20 m开始有电阻率异常区，水害区域预计在20～50 m区域。
3）通过实施4个探放水钻孔，14天内前方最大涌水量为67 m3/h，且涌水量不断增大。
综上所述，2308运输顺槽前方存在水害，需做好探放水工作，同时配备相应泵站，进行排水。
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