友众煤业150202 工作面富水异常区分布规律研究

屈 飞

（山东新矿集团华源公司友众煤业，山西 寿阳 045109）

友众煤业150202 工作面位于井田西翼，为15下煤层首采区。在工作面巷道掘进过程中，遇到较多断层及陷落柱，加之上覆3 煤层已采空，可能形成采空区积水，对下组煤开采有充水危险。因此，有必要针对150202 工作面水害进行探查，查明水害致灾因素，并分析其影响程度。

目前，广大学者就工作面水害探查方面开展了大量的研究与工程实践，取得了丰硕的研究成果[1-3]。为了保证友众煤业工作面推进过程中的安全性，本文采用无线电波透视探测与瞬变电磁探测相结合的方法，查明了工作面顶底板异常结构区分布情况，结合钻探验证工作，判断了工作面开采过程中突水危险性。研究结果保证了工作面推进过程中的安全性，也可为类似矿山突水灾害的防治提供借鉴。

1 矿区概况

1.1 矿区交通位置

山西寿阳段王集团友众煤业有限公司煤矿位于寿阳县城北约13 km 处，位于宗艾村四周，隶属寿阳县宗艾镇管辖。该矿南距307 国道3 km，峪盂公路从井田内穿过，距太旧高速公路寿阳入口14 km，并入全国公路网，距太-石铁路线平舒发煤站11 km，并入全国铁路网，交通较为便利。

1.2 矿区生产现状

矿井目前开采3 煤层、6 煤层，现在一采区3煤布置一个综采面，巷道采用锚网支护。采用长壁综采一次采全高采煤工艺，顶板管理均为全部垮落法。现采30108 工作面，已完成150202 运输巷和回风巷的掘进工作，下一步计划开采150202工作面，也是该矿开采15 下煤层的首采工作面。

1.3 150202 工作面地质概况

150202 工作面标高+730～+860 m。走向长2114 m，倾向长180 m。工作面近西东走向，由西向东布置。根据掘进期间揭露情况显示，15下煤厚3.8～4.5 m，平均厚4.1 m，煤层一般含2 层夹矸，井田内为稳定煤层。煤层顶板大部为泥岩，局部为砂质泥岩，底板为砂质泥岩，局部为中粒砂岩。老顶为泥岩，厚度2.2 m，呈黑灰色，层理较为发育，断口平滑；直接顶为中砂岩，厚度19.4 m，呈灰色，性脆，泥质胶结构成；伪顶为泥岩，厚度3.6 m，呈黑灰色，层理较为发育，断口平滑；直接底为砂质泥岩，局部含粉砂岩，厚度为3.3 m，呈黑灰色，节理发育；老底为中砂岩，厚度2.8 m，呈灰色，性脆，泥质胶结构成。

2 150202 工作面富水异常区分布规律

2.1 无线电波透视（坑透）探测结果分析

为了查明工作面内隐伏构造发育情况，保证生产安全，友众煤业应用井下无线电波透视探测法在150202 工作面进行探测，以期获得150202 工作面隐伏构造的发育赋存情况。150202 工作面实际勘探长度2000 m、宽180 m 左右，分别沿运输巷和回风巷布设2 条测线，测点布设以切眼为0 点，10 m 点距，每条测线201 个测点，总计402 个测点。本次对150202 工作面进行无线电波透视探测，采用定点法观测，每站采集11 个数据。发射点距为50 m，接收点距为10 m，数据采集按照先回风巷发射、运输巷接收，后运输巷发射、回风巷接收。

本次无线电波透视探测实际完成78 个发射点，采集数据858 个（次），所采集的井下无线电波探测数据质量全部合格、可靠、有效。根据实测场强等值线、SIRT 法叠代CT 图及已知地质、水文地质资料分析，本次井下无线电波透视法探测共推断解释8 处异常区，具体如图1 所示。

图1 150202 工作面综合推断成果示意图

异常区衰减范围分散，且衰减程度不一，结合已揭露的地质情况和采集数据进行分析，8 处异常区电磁波衰减主要是由陷落柱或煤岩层起伏发育造成异常。

2.2 瞬变电磁探测成果分析

应用矿井瞬变电磁法[4-6]对该矿150202 工作面进行物探勘查，以期获得150202 工作面顶、底板煤岩层富水异常及顺层富水异常区形态，为水害治理提供技术参数依据。

井下瞬变电磁法探测时在两巷2000 m 范围内以10 m 点距分6 个角度探测，总计采集2412 个实地探测数据，检查点95 个，合计2507 个（条）实测数据。得到的工作面各区域拟视电阻等值线平面图如图2～图4。

图2 工作面上覆20 m 拟视电阻等值线平面图

工作面顶板富水情况以工作面上覆20 m 拟视电阻等值线平面图（图2）为主分析。从图中可以看出，视电阻率等值线分布整体较为连续、圆滑。通过数理统计分析，结合地质、水文地质资料综合推断解释了5 处相对低阻异常区，表示为异常区1～异常区5，具体描述如下：

异常区1：位于150202 工作面距离切眼0～40 m 区段，宽度约70 m，推断为煤岩层起伏或构造引起裂隙发育造成的异常。

异常区2：位于150202 工作面距离切眼500～540 m 区段，宽度约35 m，推断为煤岩层起伏或构造引起裂隙发育造成的异常。

异常区3：位于150202 工作面距离切眼1350～1420 m 区段，宽度约30 m，推断为构造引起裂隙发育造成的异常。

异常区4：位于150202 工作面距离切眼1470～1570 m 区段，宽度约30 m，推断为构造引起裂隙发育造成的异常。

异常区5：位于150202 工作面距离切眼1730～1770 m 区段，宽度约40 m，推断为构造引起裂隙发育造成的异常。

工作面顺层富水情况以工作面顺层拟视电阻等值线平面图（图3）为主分析。从图中可以看出，视电阻率等值线分布整体较为连续、圆滑，通过数理统计分析，结合地质、水文地质资料综合推断解释了3 处相对低阻异常区，表示为异常区6～异常区8，具体描述如下：

图3 工作面顺层拟视电阻等值线平面图

异常区6：位于150202 工作面距离切眼0～40 m 区段，宽度约60 m，推断为煤岩层起伏或构造引起裂隙发育造成的异常。

异常区7：位于150202 工作面距离切眼340～380 m 区段，宽度约30 m，推断为煤岩层起伏或构造引起裂隙发育造成的异常。

异常区8：位于150202 工作面距离切眼1340～1420 m 区段，宽度约30 m，推断为构造引起裂隙发育造成的异常。

位于150202 工作面距离切眼0～40 m 区段，宽度约60 m 的低阻异常区，结合井下实际情况（由于井下切眼位置液压支柱）和矿方实际资料推断为探测信号干扰区，不存在富水异常。

工作面底板富水情况，以拟视电阻等值线平面图（图4）为主分析。从图中可以看出，视电阻率等值线分布整体较为连续、圆滑。通过数理统计分析，结合地质、水文地质资料综合推断：工作面底板不存在明显低阻异常区。

图4 工作面下伏20 m 拟视电阻等值线平面图

从瞬变电磁异常区的探查结果来看，150202 工作面的主要异常区分布在顶板上覆20 m 及顺层内，主要异常区推断为陷落柱附近构造引起的裂隙发育造成的异常。工作面回采过程中接近异常区时要做好顶板管理，同时做好过地质构造异常区的防治水工作，完善工作面排水系统，确保工作面高效安全回采。

2.3 异常区钻探验证与结果分析

2.3.1 无线电波透视探测异常区钻探验证

为了确定无线电波透视探测存在异常区的原因，开展物探异常区的钻探验证工作。共施工钻孔24 个，所有验证钻孔均沿煤层倾角开孔。根据现场实际如遇陷落柱打穿为止，根据现场情况随时调整钻孔数量及长度。

结果表明，YC-1 位于工作面回风巷一侧距离切眼130～160 m 区段，吸收系数较大（电磁波的损耗较大），结合地质资料推测为陷落柱造成的异常。经钻探验证，该异常范围内隐伏一个长轴约70 m、短轴约40 m 的陷落柱X62，陷落柱区域对回采影响较大，无水、无瓦斯异常。YC-2 位于工作面运输巷一侧距离切眼400～420 m 区段，吸收系数较大（电磁波的损耗较大），结合地质资料推测为陷落柱造成的异常。经钻探验证，该异常范围内隐伏一个长轴约80 m、短轴约30 m 的陷落柱X60，该陷落柱对回采影响较大，无水、瓦斯异常。其余异常区域均为煤岩层起伏发育造成的异常，对回采影响不大，无水、瓦斯异常。

根据本次钻探施工成果分析，对150202 工作面坑透异常区内地质构造及其发育情况有了准确了解，水文地质情况基本清楚。本次共计施工无线电波钻孔24 个，钻孔施工期间均无涌水及瓦斯异常。对150202 工作面X62 陷落柱、X60 陷落柱发育范围基本探明，具备开采条件，可进行回采作业。

2.3.2 瞬变电磁异常区钻探验证

针对瞬变电磁异常区验证共布设12 个钻孔，验证钻孔均位于运输巷道，验证钻孔均沿煤层倾角开孔，根据现场实际如遇陷落柱打穿为止，根据现场情况随时调整钻孔数量及长度，累计钻进长度915 m。通过对验证钻孔施工效果分析，对150202工作面顶板K2下含水层裂隙发育情况进行了探测，该含水层富水性较弱，对回采影响较小。

3 主要结论

（1）从瞬变电磁异常区的探查结果来看，150202 工作面的主要异常区分布在顶板上覆20 m及顺层内，主要异常区推断为陷落柱附近构造引起的裂隙发育造成的异常。

（2）针对物探异常区的钻探验证结果显示，150202 工作面顶板20 m 及顺层异常区内的含水层富水性较弱，对回采影响较小。

（3）钻探验证较好地了解了异常区内地质构造及其发育情况，基本探明了对150202 工作面回采影响较大的X62 陷落柱、X60 陷落柱的发育范围。