资源整合矿井老空水的探测方法研究

张东升

华电煤业集团有限公司公司内蒙古分公司 呼和浩特 010090

近年，随着煤炭生产机械化程度的不断提高，矿井大型化越来越成为煤矿企业发展的方向，煤矿资源整合越来越频繁，但相应的小窑老空水也逐渐成为整合煤矿生产中的重要的水害类型，老空水突水造成的生产事故较多，严重影响了煤矿的安全生产和稳定发展。因此整合煤矿在生产中对井下老空水的探测方法，也引起了生产技术人员及相关科研机构的极大重视。采取何种技术手段，如何取得更好的老空水探测效果，不断提升整合煤矿的安全生产能力，成为当前煤炭生产领域面临的主要研究课题。笔者针对当前资源整合矿井老空水灾害的探测方法，进行了简要的剖析研究。

1 煤矿老空水灾害概念分析

煤矿企业在生产过程中，随着采掘作业的不断推进，井下出现了大量的采空区和旧巷，随着时间的不断推移，由于顶板含水层渗水或地面裂隙导水等原因，这些采空区内部逐集聚了大量的积水，有些封闭巷道或采空区的积水甚至积蓄了巨大的压力，这种井下封闭空间内的积水一般称之为老空水。整合煤矿中的一些小煤窑往往因为历史原因而井下资料不全，给整合后的煤矿企业造成了巨大的安全风险，掘进过程中如果在无预警的条件下导通老空水，就会造成老空区突水灾害。老空区突水是目前整合煤矿发生水害事故的主要类型。

老空水往往具有一定的压力，发生突水时会在瞬间产生强大的冲击力；并且在封闭的空间内受采掘活动中残留的木柱、铁器及其它垃圾的长期腐蚀，老空水还具有一定的腐蚀性，往往在突水时伴随有一定量的有害气体；大部分老空水没有直接补给源，储量有限，只是在突水瞬间涌水猛烈，具有较大的危险性和破坏性，但后期水量会迅速减少，比较容易疏干。老空水对井下作业人员的生命安全，以及各类采掘设备都产生了极大的威胁，因此提前探测老空水，消除事故隐患对煤矿企业的安全生产具有重大的意义。

2 资源整合矿井老空水的探测方法

当前整合煤矿为确保采掘作业的安全，针对老空水进行探测成为防治水工作的重点。通过科学有效的方法，查明老空水情况，并在安全区域进行远距离的疏放，最终达到安全开采的目的。但在实际工作中，由于井下情况复杂多变，不同煤层采空区在空间分布上极不规律，受各类含水层的影响，往往给探测过程带来了极大的困难，误报、漏报、过度预报等情况经常发生。为了获得更准确的结果，煤矿生产技术人员及科研机构，针对矿井老空水的探测，也研究出了大量应用技术，并积累了很多的经验。其中常用的老空水探测方法有：地面瞬变电磁法、井下瞬变电磁法、水样化探法、联合探测法等。

2.1 地面瞬变电磁法

地面瞬变电磁法是地表探测老空水的一种主要方法，其原理是利用不接地回线向地下发送一次脉冲磁场，在一次场间歇期间利用另一回线接收测量由地下介质产生的感应电场即二次场随时间的变化。该二次场是由地下不同导电介质受一次场激励引起的涡流产生的非稳定磁场，它与地下地质体有关，根据它的衰减特性，在控制构造、采空区水等方面均有很好的效果。

煤层采空后，上覆地层中裂隙广为发育，地层变得松散失水，甚至坍塌，使得电磁波的能量衰减加大，干扰加强，地层的导电性明显减弱，当采空区充满水后时，导电性加强，在瞬变电磁法剖面图上分别表现为局部的低电导、高阻异常或高电导、低电阻异常。地面瞬变电磁法探测老空水，在实际应用的过程中获得了广泛的认可。

2.2 井下瞬变电磁法

井下瞬变电磁法的原理与地面瞬变电磁法相同，在井下可以对巷道前方煤层进行探测，但由于受井下防爆安全条件限制，感应电流较小，大约能探测前方200米范围内的异常水体，但探测结果相对可靠，笔者当年曾在山西温庄煤矿用KDC-S矿井瞬变电磁仪对小窑采空区积水进行过多次探测，显示的探测异常区内，后来都通过钻探得到了验证，效果相当好。

2.3 水样化探

老空区水为采空区积水，水源的补给性较差，一定程度上可划分为死水的范畴，长期受采空区内废弃物的腐蚀，相比较于其它含水层或构造水体，在气味、颜色、含矿物质种类等方面，均存在着较大的区别，尤其是通过化验其水样成分、pH值等，可很容易判断是否为老空水。因此，水样化探也成为老空水探测中常用的一种方法。

实际具体应用中，需首先对不明水体进行水样采集，采集水样一般为煤层渗水或钻孔出水，之后针对水样进行化验分析，对化验结论与常规地下水进行比对，以此来评估水样是否为老空水。

2.4 联合探测

在实际查明老空区积水的过程中，由于瞬变电磁法仅是物探手段，完全依靠其结论是不太安全的，需要用钻探方式进行验证，需要用化探法来判断出水水体是否为老空水，所以联合探测法在煤矿探测老空水的实践中，是通常应用的一种方法。尤其是钻孔探测，在井下巷道掘进过程中可以完全弥补物探手段的不足，避免因物探时的漏报、位置误报等造成的灾难性后果。

联合探测既可确保探测的有效性，又可保障探测的准确性。具体操作中，一般先在地面大范围内进行瞬变电磁勘探，查明可能的老空区积水区域，当井下开采至预警区附近时进行井下瞬变电磁勘探，将积水区范围及位置进一步锁定，然后根据进一步的结论在安全区内布置探水钻孔，根据物探的结果设计钻孔的方位角、倾角及长度等参数，采取安全措施进行钻孔探测老空水，一旦探测到老空积水，再根据探孔参数施工疏放水钻孔，最后达到对老空水完全治理的目的，为井下的采掘施工创造安全的条件。

3 结束语

我国煤炭开采的过程是从小窑开采很快就迈向了规模化、机械化开采，因此资源整合加速了煤矿发展的步伐，但也带来了老空水水害的危险，给煤矿的安全生产增加了风险。而探测老空水、治理老空水的研究也应运而生，探测的方法也在不断发展，相信随着科学技术的不断进步，探测老空水的方法除了文中所述的地面瞬变电磁法、井下瞬变电磁法、水样化探法、联合探测法以外，还会有更多、更科学、更方便的手段。

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