煤矿采空区综合探测方法研究

煤矿采空区综合探测方法研究

摘要:地方小煤窑的越界越层开采,以及古空区、老空区的遍布,一直是影响国家大型煤矿企业井下安全开采的首要问题。成庄矿井田内及周边分布有十几个地方小煤窑,为了彻底查清小煤窑的开采和越界范围,排除其不利影响,做到超前防范,综合防治,自成庄矿投产以来,我们综合利用井下实测、地面物探(瞬变电磁法、高分辨浅层地震反射波法)、井下钻探(水平长距离钻孔和多倾角短距离钻孔)等多种地质测量探测手段,对井田范围内及其周边的采空区进行探查,摸索出了一套小煤窑采空区、古(老)空区探测的方法和经验,对今后的小煤窑综合防治工作有指导意义,也可供其它国家大型煤矿企业借鉴。

关键词:小煤窑采空区物探综合探测

1 前言

在国家大中型煤矿企业井田内及其周边,常分布有一些地方小煤窑,有的越界越层开采,有的超范围开采,也有的采空区为古空区和老空区,属于历史上采煤造成。这些采空区内,常积聚有大量积水和瓦斯等有毒有害气体,当采掘工作面接触和接近这些区域前,为消除安全隐患,必须采取超前探放的措施,探明采空区的范围、积水量和气体赋存状况。即“有颖必探,先探后掘”。

现代地球物理勘探技术发展相当迅速,通过比较勘查目标层和周围围岩的物性、电性差异,根据参数选择合适的物探方法,对地质构造及采空区进行探测,可以达到事半功倍的效果。瞬变电磁法是近年来发展起来的勘查煤田、地下水、采空区等地质构造的有效电测深方法。高分辨浅层地震反射波法是石油、煤田和其它成层矿床勘探的必要手段,也可以作为探测小煤窑破坏区的一种检验和补充技术。

2 井下实地测量

长期以来,由于地方利益趋动和地方保护主义存在,对地方小煤窑的观测资料一直处于表面。随着国家煤矿安全监察系统的健全和人员,煤矿安全生产临察部门的设立,加大了对地方小煤窑生产经营的监察力度,积极有效地保护了国家资源和国家利益。由安全临察部门牵头,经常对国家煤矿企业周边的小煤窑采掘进度和范围进行实测,给国有企业提供了第一手珍贵资料。

井下现场采用经纬仪或其它测量仪器进行实地测量,是最有效的调查办法。但实际工作过程中,常出现地方煤矿不积极配合,采取投机手段或障眼法,阻碍正常测量和调查,加上小煤窑安全设施差,安全系数小,许多巷道质量不高,易引发安

全事故,故测量数据不完善,不全面,不少是推测数据,缺少权威性。

3 地面物探

成庄矿四盘区设计首采工作面为4301工作面,当时考虑到工作面可能遭受西山联营煤矿和详和煤矿越界开采破坏,而生产衔接紧张,要求必须尽快准备出四盘区首采面,在这种情况下,采用物探方法在该区域内进行了小窑破坏区探测。此次破坏区探测以瞬变电磁法为主,对重点地段进行高分辨地震反射波法探测。4301工作面测区为矩形,范围由4个座标点进行控制,测区面积为0.21km2。

3.1 瞬变电磁法

在理论上,当地下煤层被采空后,会形成空洞或被地下水、冲积物充填,其上覆地层因承压发生形变、坍塌,地层层序及结构随之发生变化,与正常层序的地层会形成电性差异。分析对比电性参数,区分物性差异,寻找异常区,可以划分和确定出采空区范围。

3.2高分辨浅层地震反射波法

地震波在地下传播过程中遇到不同介质的分界面时,在界面上将产生波的反射和透射。高分辨地震反射波法是通过震源向地下发送地震波,径向传播的地震波在遇到波阻搞差界面后被反射,反射波传播到地表被检波器接收,由地震仪记录后,经过处理用于解释地下地质问题的方法。

3.3 结果验证

经过3个多月,4301工作面的小窑破坏区探测工作全部结束,结论认为探测区中南部已被大面积采空,虽然残留几块小面积的3#煤层未开采,但已无开采价值。测区北部及以上地区,推断为赋存完整,具有开采价值。采空区面积0.15 km2,占测区总面积的73.2%,概算破坏资源144.8万吨。在把探测结果和现场实地测量结果相对照的基础上,得出以下结论:

(1)西山联营煤矿巷道已经进入探测区北部,与探测区北部确定的破坏范围相吻合。(2)探测区南部已经为采空区,因p4.1 水平长距离钻进

根据成庄矿钻探设备条件,在探测地质构造或探放水时,理论上水平长距离钻进最远可以达到200米以上。但在施钻时往往会遭遇到孔壁坍塌、钻孔偏斜、卡钻滑钻等现象。

当4204巷掘进到设计切眼位置时,开始为4302面的切眼施工做准备工作。因前方有三条西山联营煤矿越界巷道和段都煤矿采空区,必须探明其延伸和影响范围。在钻进过程中,采用的是SGJZX—3型钻机配用50mm钻杆采用湿式不取

芯方法进行,设计孔深200m,实际孔深为180m。施工过程中,也出现了孔壁坍塌、钻孔偏斜、卡钻滑钻等现象。

4.2 多方位多倾角短距离钻探

在一般探放水过程中,一次打透采空区的情况很少,而是按照“探水—掘进—探水的循环”进行。施工时应使用钻机探水,当水压低、水量小时可采用煤电站加送水器采用湿式不取芯方法进行。

探水钻孔的终孔位置应始终保持超前工作面一段的安全距离,即超前距。经钻探后,证实无水害威胁,确认允许掘进距离。探水孔一般不小于三组,每组1—3个钻孔。一组为中心孔,另两组为帮孔或斜孔。中心孔终点与帮孔之间的帮距必须根据实际确定。超前距和帮距越大,安全系数越高,钻探工作量也越大,影响钻探速度和作业循环;超前距和帮距过小,则不能保证安全。因此,超前距和帮距的合理确定,是采用钻探方法探测采空区的关键所在。

在实际钻探过程中,常一次布置三组钻孔,一个中心孔,两个或四个对称帮孔。钻孔呈半扇形或扇形,钻孔开口高度距巷道底板1.2米。安全距与超前距成2:1比例,一般保证超前距在10米以上。帮距视探测的目标而定,一般在20—30米。

5 结语

小煤窑越界巷道和采空区的存在严重威胁着国家大型煤矿企业的安全生产,这是一个不容忽视的问题,为了超前预防其危害,提前查清其影响范围,必须采取有效的探测技术和方法。目前成庄矿四盘区4307面前方的详和煤矿,三盘区北部的煤矿,都缺少可靠的资料。尽快实现以地面物探方法为主,井下实测和井下钻探相结合的综合探测手段和方法,对于主动防治小煤窑水害,预防透水和有毒有害气体溢出,预防无计划贯通破坏矿井通风系统,诱发重特大水、瓦斯、煤尘等事故都有重要意义。

参考文献

[1]谢玉山,徐力平等.坪林隧道施工地质探查技术之应用.现代隧道技术第38卷第2期. 2001年4月.