并行三维电法分段探测在恒源矿Ⅱ628工作面

底板水防治工程中的应用

　　摘 要： 恒源煤矿6煤层工作面受底板灰岩水影响，随工作面掘进, 对II628工作面里段和外段先后采用并行三维电法探测底板富水区分布,根据电法探测结果及时分段进行底板注浆加固工作,再分段进行工作面里段和外段的并行三维电法物探,检验注浆效果。结果表明，采用分段法进行并行三维电法探测可以达到防治水工作的技术要求,该方法能够对底板强富水区能够提前采取对应措施, 提前一月以上完成工作面底板注浆加固工作, 可以更有效地指导工作面的底板灰岩水害的防治工作。
　　关键词： 灰岩水，并行电法，富水区，注浆
　　前言
　　皖北地区恒源煤矿6煤层为该矿主采煤层，底板约50米深为太原群灰岩，岩溶发育，部分采区发育有陷落柱。矿区水文地质条件较复杂，砂岩裂隙水、岩溶水均给煤层工作面的开采带来威胁。长期以来，对矿井底板水的物探探测主要采用高密度电法及瞬变电磁法等^[1~4]。近五年来双巷并行电法作为直流电法的新发展^[5~7],已在恒源煤矿开始利用, 对工作面底板富水区探测起到了较好的效果。目前采用的方法为工作面完全贯通后，在注浆前后分别在整个工作面范围进行双巷并行电法探测，查明相对富水区并进行注浆后效果检验。由于工作面底板钻孔注浆加固工程所用时间较长，对于回采长度较大的工作面能否采用分段探测、分段进行底板钻孔注浆加固及注浆效果检验，对于加快工作面底板水防治工作进度具有重要的意义。本文介绍并行三维电法分段探测在恒源矿II628工作面防治水工作中的应用情况，获得了良好的效果。
　　1 II628工作面概况
　　Ⅱ628工作面设计为综采工作面，总体上属倾斜长壁，工作面倾斜长752m，走向宽149～169m,机巷标高-555.9～-512.0m，风巷标高-487.5～-542.7m，切眼标高-542.0～-555.9m。根据周边钻孔揭露和巷道见煤点资料，工作面煤层倾角平均5.5°，平均煤厚3.0m，地质储量56万吨，可采储量53.2万吨。根据Ⅱ628工作面附近的10补-4水文孔灰岩水位-340m，计算工作面承受最大灰岩水压为2.53MPa,对应最大突水系数为0.06 MPa/m，工作面整体承受灰岩水压较小，工作面回采安全系数较高。但Ⅱ628工作面位于土楼背斜轴部附近的西翼，为张性裂隙发育区，砂岩中的张性裂隙成为砂岩的储水空间和连接上下部砂岩含水层的纵向通道，不排除工作面是否存在底板裂隙发育区及工作面回采时，火成岩的完整性遭到破坏时，也可能发生较明显的砂岩裂隙水涌水，煤层底板灰岩赋水性需进一步探查。
　　为确保底板钻孔注浆改造效果，确定了在注浆前采用并行三维电法探查底板富水区，有针对性地进行底板钻孔注浆加固工作;底板注浆加固末期，再次采用三维电法探查，通过前后电阻率值差异来检验注浆效果，对残存的较大富水区再进行补充注浆，确保底板加固质量，保障工作面不受底板灰岩水威胁。　　

图1 工作面里段双巷并行三维电法结果电阻率立体切片图

　　2 注浆前底板富水区分段探查
　　2.1 注浆前里段底板富水区探查
　　工作面里段底板水并行三维电法探查现场工作于2010年12月6日进行，在II628工作面回风巷、开切眼和机巷施工电法测线，共施工电法测线3站，每站布置电极数为64个，电极间距5m，共有测线1069m，控制巷道长度450m，部分测线重叠。采集电流电压数据合格，满足三维电法反演要求。
　　探测结果表明，工作面里段底板共有3个低电阻率异常区(1#、2#和3#电阻率异常区)(图1)。低阻范围较大、电阻率值相对较低的为1#、2#低阻区，由砂岩泥段一直延伸到灰岩地层，为重点防治水区。3#低阻区主要为砂岩段富水区，在灰岩段表现不显著。
　　2.2 注浆前外段底板富水区探查　　

图2 工作面外段双巷并行三维电法结果电阻率立体切片图

　　工作面里段底板水并行三维电法探查现场工作于2011年1月1日进行，在II628工作面回风巷、开切眼和机巷施工电法测线，共施工电法测线2站，每站布置电极数为64个，电极间距5.5m，共有测线690m，控制巷道长度350m。采集电流电压数据合格，满足三维电法反演要求。
　　探测结果表明，工作面外段电阻率显著高于里段，反映富水性相对较弱(图2)。外段板共有4个电阻率异常区，其中3个为低阻异常区(4#、6#和7#异常区)，5#区为高阻异常区。4#低阻区电阻率值略低，为富水性相对较弱;5#异常区可能为干裂隙相对发育区，可能存在导水通道;6#低阻区主要在砂泥岩地层段，灰岩段富水区范围较小;7#低阻区范围大，延伸到灰岩地层，为主要的富水区，为重点防治水区。
　　3 底板注浆工程加固及注浆效果检验
　　3.1 里段底板注浆工程加固及注浆效果检验　　

图3 工作面里段双巷并行三维电法注浆效果检验电阻率立体切片图

　　(1) 底板注浆工程加固
　　Ⅱ628工作面里段(400m)底板注浆改造工程，到2011年4月初施工基本完成。底板注浆加固钻孔21个，位于并行三维电法低阻区内的钻孔，均终孔于三灰底，以便增加对相对富水区底板的加固效果。在钻孔数的布置上，为了最大程度地对低阻区进行加固，增加了在低阻区内的钻孔数。
　　对钻孔出水量统计结果为：有8个钻孔出水量≥10 m³/h，其中5个位于1#低阻区内，2个在低阻区边缘，1个在低阻区外，可以看出对富水区的探测准确性达到80%以上。13个孔水量<10 m³/h，8孔在低阻区内，5孔均在异常区范围之外。
　　从钻孔出水量及注浆情况分析，本工作面里段底板富水性相对较差，大部分钻孔出水量小于10 m³/h。通过以上资料分析认为工作面里段网络并行电法资料与钻探资料基本吻合。钻孔的注浆量与钻孔出水量总体上呈正比关系，出水量越大，相应的注浆量也越大，与钻孔出水段附近裂隙的发育情况相吻合。
　　(2) 注浆效果检验
　　电法检验注浆效果现场探测工作于2011年4月6日进行，共施工电法测线3站，控制工作面里段走向长度400m。探测结果如图3所示，3个富水低阻区面积均大大减小。砂泥岩段仍残留局部富水异常区，灰岩段低阻区基本消失，反映灰岩段裂隙富水区注浆加固效果良好。注浆后，底板富水区对工作面里段正常回采影响较小，注浆效果明显，确保了工作面里段可以安全回采。
　　3.2 外段底板注浆工程加固及注浆效果检验
　　(1)底板注浆工程加固
　　Ⅱ628工作面外段(330m)底板注浆改造工程，到2011年6月初施工基本完成。探测范围内底板注浆加固钻孔21个。根据钻探施工情况，多数孔涌水量较小或无水，反映该范围富水性弱于工作面里段，水量均小于50m³/h。
　　对钻孔出水量统计结果为：出水量<10 m³/h钻孔共有16个，其中7个位于圈定异常区内，9个在异常区外;50>Q≧10 m³/h 钻孔5个，其中3个位于圈定低阻区内，2个在低阻区外。绝大多数相对无水钻孔位于相对正常电阻率值区，多数明显出水钻孔位于圈定的低阻区范围，总体准确率达70%以上。电法探测的结果有力的指导了钻孔注浆工作的顺利施工。
　　(2) 注浆效果检验
　　电法检验注浆效果现场探测工作于2011年6月7日进行，共施工电法测线3站，控制工作面外段走向长度380m。注浆加固后，总体上电阻率值表现为相对较高的电阻率值，低阻异常区大大减少(图4)，灰岩地层段几乎不存在明显的相对低阻区。在各钻场施工的检查孔，也验证了注浆效果良好，证实经注浆改造后，工作面里段底板有效隔水层厚度显著增加，为工作面的安全回采，奠定坚实的基础。
　　4 分段电法探测评价
　　采用分段并行电法探测对各段的探测起到了良好的效果，前后两次的探测结果虽然存在一些差异，但不影响相对低阻区的判断及注浆前后电性特征的对比，说明采用此方法是可行的。
　　Ⅱ628工作面从2010年12月6日工作面里段巷道形成后，工作面机巷和风巷仍未贯通前，提前分段进行里段工作面底板水探测工作，获得里段工作面底板水赋存状况，及时进行里段工作面底板钻孔注浆工程设计与施工工作。而工作面贯通时间为2010年12月31日，按以往工作方法，于2011年1月1日才能进行工作面底板水探测工作，采用分段法将底板注浆工程时间提前了近1个月时间，有效地缓解了工作面接替。本工作面因为回采长度相对较小，若工作面回采长度更长，则注浆工程时间提前的更早。不仅如此，由于采用分段探测，机动性更强，对于一些可能影响生产的重大安全隐患问题，有利于早发现早解决，促进受灰岩水威胁工作面安全高效生产。
　　5 结论
　　(1)可以采用并行三维电法分段探测回采工作面底板富水区，并对注浆效果进行检验。
　　(2)采用分段探测方法可以提前开展底板水钻孔注浆防治工程，有利于早发现问题，早解决问题，为工作面接替赢得时间，有效地促进了受灰岩水害威胁工作面安全高效生产。
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