劉永剛，冼偉東

(1．開灤集團(tuán)林南倉礦業(yè)分公司，河北 唐山 064106;2．開灤集團(tuán)煤業(yè)公司，河北 唐山 063018)

前言

林南倉礦為一沖積層覆蓋下的石炭二疊紀(jì)含煤構(gòu)造盆地，礦井的直接充水含水層為煤5頂板、煤5－煤12、煤12－煤14、煤14－K3四個(gè)砂巖裂隙含水層(組)，補(bǔ)給水源主要為沖積層底部礫石強(qiáng)含水層和煤系底部的奧陶石灰?guī)r水，由于沖積層底部礫石層水的動(dòng)。靜儲(chǔ)量十分豐富與煤系各含水層均角度不整合，因而它不僅可以對(duì)上述直接充水含水層從基巖面向下順層進(jìn)行正常補(bǔ)給，而且還與奧灰水之間有極為廣闊的互補(bǔ)關(guān)系，使奧灰水也有可能通過沖積層底部礫石層向各煤系含水層進(jìn)行間接補(bǔ)給。由于采后破壞，出現(xiàn)了以開采區(qū)為中心的降落漏斗，造成含水層之間存在著水力聯(lián)系，并隨著開采深度的增加，這種水力聯(lián)系也在增強(qiáng)。

林南倉礦屬水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜，礦井水害事故頻繁發(fā)生，從建礦至今發(fā)生涌水大于1m3/min突水事故20多起，最大突水量9．28m3/min，嚴(yán)重威脅了礦井的正常開采。從實(shí)際開采情況看這些突水事故的發(fā)生，水源主要來自于煤12－煤14含水層，煤14－k3含水層和部分來自于奧灰含水層，突水通道主要以斷層和裂隙為主，在林南倉礦的掘進(jìn)和開拓巷道施工的過程中，采用物探、化探和鉆探相結(jié)合的方法，通過對(duì)各種探測成果資料的綜合分析，解決了巷道施工中遇到的復(fù)雜的水文地質(zhì)條件探測問題，從而形成了綜合立體探測技術(shù)，保證林南倉礦采掘工程的防治水安全。

林南倉礦2123工作面采用物探、化探和鉆探相結(jié)合的綜合立體勘探方法對(duì)2123上風(fēng)道巷道突水進(jìn)行了勘探，探明了2123工作面的水文地質(zhì)情況，并取得了技術(shù)成果。

1．2123工作面水文地質(zhì)條件

2123工作位于二水平西一采區(qū)，施工層位為煤12，主要充水因素為煤12頂、底板含水層，從本區(qū)域的工作面施工情況看:含水層賦水性較強(qiáng)。特別是煤12－煤14含水層對(duì)掘進(jìn)巷道的施工影響較大，該含水層以粉砂巖、細(xì)砂巖為主，為泥矽質(zhì)膠結(jié)，巖石堅(jiān)硬，裂隙發(fā)育。該段內(nèi)細(xì)砂巖主要分布于煤12底板和12半底板。本含水層富水區(qū)段主要集中于煤12底板細(xì)砂巖、煤12半底板細(xì)砂巖及煤14頂板鈣質(zhì)粉砂巖中。從采區(qū)附近的水文觀測孔資料分析:倉生5鉆孔單位涌水量為0．14L/s·m，滲透系數(shù)為2m/d。

2123上風(fēng)道施工到點(diǎn)23+4前12．6m位置時(shí)，巷道后側(cè)出現(xiàn)涌水，涌水為止位置在23+3點(diǎn)處以里6m段，距開口27m，距迎頭30m，出水形式為頂板淋水。此處掘進(jìn)時(shí)巷頂有0．03m3/min的涌水，2013年4月17日21點(diǎn)左右水量開始增大，并伴有頂板來壓的咔咔聲，22點(diǎn)左右水量增大到0．6m3/min，并伴有臭味，涌水量最大為2．0m3/min，目前涌水點(diǎn)位置位于2123上風(fēng)工作面迎頭，涌水量穩(wěn)定在1．0m3/min左右，穩(wěn)定周期已達(dá)15個(gè)月。

2．水文地質(zhì)條件綜合勘探

在2123上風(fēng)道出現(xiàn)涌水后，為了查明巷道涌水水源，林南倉礦立即開展了大規(guī)模的物探、鉆探、水質(zhì)跟蹤監(jiān)測相結(jié)合的綜合水文地質(zhì)條件探查。

2．1 物探工作

2．1．1 直流電法探測

采用礦井直流電法探測儀在2123工作面上風(fēng)做超前探測，主要利用巖層電性差異根據(jù)探測掘進(jìn)工作面前方120m范圍內(nèi)的巖石電阻率相對(duì)變化，解釋探測區(qū)域內(nèi)的含水異常地質(zhì)體。超前探測成果如圖1。

圖1 2123上風(fēng)道直流電法成果圖

從圖1中可以看出，2123巷道前方有一處低阻，即異常2#異常區(qū)，此異常區(qū)位于上風(fēng)道探測前方25m～45m左側(cè)區(qū)域，在該區(qū)域上瞬變電磁在各層位的探測成果圖中，低阻反映較為明顯，視電阻率值變化較大，在頂板探測成果圖中較為明顯。推斷在該區(qū)域砂巖裂隙較為發(fā)育，疑為引起突水的導(dǎo)水通道。

東星源礦山科技有限公司于2013年11月采用礦井瞬變電磁法對(duì)2123工作面上風(fēng)道附近區(qū)域頂?shù)装搴畬痈凰苑植记闆r進(jìn)行探測。林南倉礦物探成果如圖3:

圖2 2123上風(fēng)道瞬變電磁成果圖

瞬變電磁物探成果分析:結(jié)合工作面水文地質(zhì)資料及本次探測施工時(shí)現(xiàn)場情況對(duì)所得到的視電阻率等值線斷面圖進(jìn)行分析，本次劃分相對(duì)富水異常區(qū)2處(見圖3):

I號(hào)相對(duì)富水異常區(qū):位于2123上風(fēng)道28～78m范圍內(nèi)及大眼中段70～90m范圍內(nèi)，相對(duì)富水性評(píng)價(jià)為中等;

II號(hào)相對(duì)富水異常區(qū):位于大眼中段90～145m范圍內(nèi)，相對(duì)富水性評(píng)價(jià)為弱。

2．2 鉆探工作

通過物探結(jié)果結(jié)合工作面的水文地質(zhì)條件，林南倉礦地測科在2123上風(fēng)道鉆窩內(nèi)施工了探測孔，共施工了兩個(gè)鉆孔，鉆孔結(jié)果如表1。

表1 2123上風(fēng)道瞬變電磁成果圖

孔內(nèi)涌水量及水壓情況:1號(hào)孔未見涌水;2號(hào)孔在51．3m見涌水，涌水量為0．4m3/min，施工至59．2m涌水量增大到2．4m3/min，測得水壓為2．4MPa，涌水量穩(wěn)定在1．67m3/min，到目前涌水未見衰減。

鉆探成果如圖4。

鉆探結(jié)果顯示:超前孔1號(hào)孔結(jié)果顯示2123上風(fēng)鉆窩處N289°方位上93．5m巖層賦水性較較弱，超前孔2號(hào)孔結(jié)果顯示2123上風(fēng)鉆窩處N265°方位上在51．3至59．2m范圍內(nèi)巖層賦水性強(qiáng)，此位置距離2123上風(fēng)迎頭上幫25．3m，此范圍區(qū)域可能存在較大的裂隙，裂隙內(nèi)水量賦存較豐富。

2．3 水質(zhì)化驗(yàn)工作

通過林南倉礦以前水質(zhì)分析，煤12至煤14含水層、煤14至K3和奧灰含水層的各種離子含量(毫克當(dāng)量%)的平均值統(tǒng)計(jì)如表2。

圖3 2123上風(fēng)道瞬變電磁成果圖

圖4 2123上風(fēng)道鉆探成果圖

表2 林南倉礦主要含水層的各離子含量(毫克當(dāng)量%)的平均值

林南倉礦地測科對(duì)2123上風(fēng)道鉆窩鉆孔及2123迎頭水質(zhì)進(jìn)行了跟蹤化驗(yàn)，林南倉礦2123上風(fēng)道鉆窩鉆孔及2123迎頭涌水水質(zhì)水樣各離子含量(毫克當(dāng)量%)分別如表3、表4。

表3 2123上風(fēng)道鉆窩鉆孔水質(zhì)化驗(yàn)各離子含量(毫克當(dāng)量%)的平均值

表4 2123上風(fēng)道迎頭涌水水質(zhì)化驗(yàn)各離子含量(毫克當(dāng)量%)的平均值

通過2123上風(fēng)道鉆窩鉆孔及2123迎頭的水質(zhì)化驗(yàn)分析，2123上風(fēng)道鉆窩鉆孔涌水與2123迎頭涌水的水質(zhì)所含的各離子含量(毫克當(dāng)量%)基本一致，因此兩處的水源是聯(lián)通的，通過兩處的水質(zhì)化驗(yàn)的結(jié)果與我礦以往的各含水層水質(zhì)分析結(jié)果比對(duì)分析，此兩處涌水水源水質(zhì)類型為重碳酸鈣型水(HCO3－CaMgNa型)，水樣化學(xué)特征為碳酸鹽硬度超過50%，水質(zhì)類型接近奧灰含水層水質(zhì)，因此區(qū)域涌水水源有奧灰水參與。

2．4．綜合勘探成果

林南倉礦利用物探、鉆探與水質(zhì)跟蹤化驗(yàn)相結(jié)合的綜合勘探方法，查明了2123工作面區(qū)域復(fù)雜的水文地質(zhì)條件:2123上風(fēng)道前方預(yù)計(jì)存在大地質(zhì)構(gòu)造導(dǎo)通了工作面下部含水層水，巷道涌水水源初步確定為煤14—k3含水層，同時(shí)奧灰含水層的水可能通過構(gòu)造裂隙形成越流補(bǔ)給。

3．總結(jié)

通過應(yīng)用綜合立體勘探方法能夠使林南倉礦探清采掘巷道施工中所遇到的復(fù)雜水文地質(zhì)異常區(qū)，避免了林南倉礦在生產(chǎn)過程中重大水害事故的發(fā)生，保證林南倉礦采掘工程的防治水安全。

[1]鐘亞平．開灤煤礦防治水綜合技術(shù)研究．煤炭工業(yè)出版社．2001．

[2]朱炎銘、毛善君．林南倉礦業(yè)分公司礦井地質(zhì)報(bào)告[R]．中國礦業(yè)大學(xué)與北京龍軟科技發(fā)展有限公司，2008．

[3]靜恩杰，李志聃．瞬變電磁法基本原理．中國煤田地質(zhì)．1995年第2期．