采面底板物探异常区钻探钻孔设计及效果评价

王高峰

（山西汾西矿业（集团）有限责任公司高阳煤矿， 山西 孝义 032306）

物探是现阶段矿井地质构造、富水区等探测中常用技术手段，通过使用物探探测技术可显著提升煤炭开采区超前探测效率以及探测精度[1-2]。物探受到现场应用条件、综合解释方法等因素显示，探测结果存在一定偏差，需要采用钻探方式对探测成果进行验证[3]。刘宁[4]针对阳煤五矿开采工作面具体条件，提出使用物探方式对采面内地质构造异常区以及隐伏构造进行探测，并基于物探成果对钻探钻孔进行设计，物探以及钻探成果为采面后续生产提供了精准地质资料；常青[5]提出综合使用直流电、音频电穿透以及无线电透视等物探技术对52108 工作面回采煤层底板富水情况以及构造发育情况进行探测，并提出针对性的防治水措施，实现了采面安全回采。众多的研究成果为物探以及钻探施工等提供了经验借鉴[6-7]。文中以山西某矿3503 综采工作面为工程实例，提出用物探方法圈定的底板异常区，并通过钻探进行验证，研究成果为后续采面针对性采取防治措施提供了可靠地质探测资料。

1 工程概况

3503 综采工作面位于北翼三采区，开采5 号煤层，采面北侧为已回采完毕3501 采空区，南侧为实体煤，东侧为北翼三采区集中轨道、运输等巷道，西侧为采区边界。3503 综采工作面设计走向长、倾向长分别为1 350 m、147 m，采面开采埋深平均380 m，回采的5 号煤层厚度均值为5.3 m，具体顶底板岩性参数见表1 所示。采面开采范围内5 号煤层赋存较为复杂，中间发育有多条落差在5 m 以内的断层。

表1 5 号煤层顶底板岩性

根据3503 回采巷道揭露地层资料预测，采面回采范围内水文地质条件较为简单，直接涌水水源为顶板砂岩裂隙水，该含水层富水性较弱，预计对煤炭回采影响较小；间接涌出水源为底板灰岩含水层，突水系数T 为0.017 8～0.052 1 MPa/m。

2 采面底板物探及异常区钻探分析

在采面回采巷道内使用瞬变电磁仪进行综合探测，具体探测成果见图1 所示。瞬变电磁探测分别在采面回采巷道向底板按照30°俯角进行探测。从探测结果看出，在采面底板存在有2 个B 级富水异常区、3 个高阻异常区。具体物探异常区位置：B1 富水区位于5 号煤层底板下方35.0～47.6 m；B2 富水区位于5 号煤层底板下方24.1～39.4 m；G1 高阻异常区位于5号煤层底板下方30.2～52.1 m；G2 高阻异常区位于5号煤层底板下方47.5～63.2 m；G3 高阻异常区位于5号煤层底板下方58.5～69.3 m。

图1 瞬变电磁综合探测成果图

3 底板异常区钻探及分析

为了对瞬变电磁探测圈定的异常区进行探测，在利用采面内巷道布置6 个探测钻孔，具体钻孔布置见下页图2 所示，布置的6 个探测钻孔钻进深度为662 m，探测孔终孔均应探测到底板异常区内。后续根据钻探成果对物探异常区采区针对性疏排、注浆等措施。现场探测钻孔井下已有的ZDY1200S 钻机施工，具体钻孔施工参数见下页表2 所示。底板物探异常区施工的6 个钻探钻孔耗时15 d，在钻探过程中对水压、水温、水量等参数进行测定，并依据钻探结果进行了针对性注浆。

图2 钻孔布置示意图

表2 钻探验证钻孔施工参数及注浆量

从探测结果看出，施工的探测钻孔可满足底板物探异常区探测需要。底板异常区施工的6 个探测钻孔中由4 个钻孔（W1、W3、W4、W5）出水量在5m3/h 以内，2 个钻孔（W2、W6）钻孔出水量均超过5 m3/h，具体钻孔注浆量与钻孔涌出量间关系见图3 所示。

图3 钻孔单孔最大出水量与注浆量关系

从图3 看出，在注浆条件一致情况下，钻孔注浆量与出水量呈正相关，即钻孔出水量越大、钻孔注浆量越高。通过对底板物探异常区进行针对性钻探并注浆加固，将采面底板弱导水裂隙进行封堵，可避免采面煤炭回采过程中出现底板突水问题，可为采面安全回采创造良好条件。

为了确保采面后续回采安全，在采面运输巷低洼位置布置淋水水仓，水仓体积应控制在5 m3以上，在水仓内布置BQS50-30-7.5/N 水泵进行排水，并由井下排水管路将涌出排出至中央仓泵房内。

4 结论

1）采用瞬变电磁法对3503 综采工作面底板富水体以及导水构造等进行综合探测，并采用钻探方式对圈定的底板异常区进行探测，依据探测结果针对性采取疏排、注浆等措施对底板异常区进行治理。

2）通过对底板物探异常区采取针对性注浆，可增加底板隔水层有效厚度并封堵潜在的导水裂隙。对采面底板进行注浆加固后，采面回采过程中基本不会出现底板大量涌出问题。同时为确保采面回采安全，应在采面运输巷低洼位置布置水仓以及排水设备对采面涌水进行疏排。

3）物探为采面底板构造以及富水体等位置确定提供了基础资料，钻探可对物探成果进行验证并根据钻探获取到的底板岩性、涌水参数等针对性制定预防措施。在采面通过综合使用物探、钻探技术可在一定程度上提升煤炭安全生产保障能力。