浅谈邱集煤矿区域治理效果验证方法在1103,工作面运用

张广生 耿燕文

（山东能源临矿集团邱集煤矿，山东 德州 251105）

邱集煤矿11 煤受顶底板双重灰岩水害威胁，使用“地面顺层水平定向钻探+高压注浆技术”进行含水层超前区域治理，将顶板四五灰改造为不含水层，底板徐灰改造为隔水层。工作面回采前常用的探测方法有直流电法探测、瞬变电磁法和钻探等方式。本文以邱集煤矿1103 工作面为工程背景，使用直流电法、瞬变电磁法对底板岩层进行探测[1-6]，确保工作面安全开采，并通过钻探进行复查，验证物探效果，为1103 工作面的开采提供了保障。

1.1 一采区1103 工作面概况

1103 工作面东邻1101 工作面（已回采），西侧为1105 工作面。工作面长100 m，顺槽长度672～687 m，可采储量18.5 万t。工作面标高：-341～-408 m，地面为平坦的基本农田，无建筑物，工作面具体位置如图1。工作面直接顶板为四五灰含水层，平均厚度9.25 m，富水性中等，是开采11 煤的直接充水含水层；
底板为徐灰、奥灰含水层，岩溶裂隙发育，水量补给量充沛，难以疏干。徐灰含水层平均厚度9.81 m，富水性中等至强，上距11煤平均35.52 m。奥灰厚度大于700 m，富水性弱至强，上距11 煤平均58.86 m，是开采11 煤的间接充水含水层。

图1 邱集煤矿1103 工作面平面位置图

1103 工作面位于一采区首采块段治理区域，首采块段11 煤顶板四五灰、底板徐灰采用地面区域治理改造，工程于2016 年～2018 年施工并由中国矿业大学进行治理效果评价。经评价，顶板四五灰、底板徐灰含水层采用地面区域注浆治理改造效果良好，奥灰含水层突水系数满足《煤矿防治水细则》规定。

1103 工作面顺槽掘进期间首先采用瞬变电磁法对顶板四五灰、底板徐灰注浆治理效果进行初步验证，未发现低阻异常。按照《煤矿防治水细则》要求，针对底板水的防治，工作面回采前应同时采用物探、钻探方法进行效果验证。

1.2 一采区底板徐灰注浆治理概述

一采区底板徐灰岩层，地面区域治理沿地层倾向（沿南西-北东向）进行探查，而后注浆。徐灰含水层静水压为3.35～4.4 MPa，注浆终压不应小于8.8 MPa，浆液扩散半径约40 m。

徐灰注浆终压不得小于徐灰岩溶含水层静水压力的1.5～2 倍，终压不小于8.8 MPa，认为注浆效果合格。为统一标准，按照终压将注浆效果分为三个级别：达标区（终压≥10 MPa），合格区（8.8 MPa ≤终压＜10 MPa），相对薄弱区（终压＜8.8 MPa）。经统计，1103 工作面共计注浆44 次，累计注浆量37 105 t，终压6.5～12.0 MPa，其中合格区（终压>8.8 MPa）38 次，薄弱区6 次。

按照标准，绘制了徐灰治理注浆效果评价图，如图2。1103 工作面回采范围内98%的面积处在区域注浆改造的合格区和达标区范围内。对于薄弱区域，井巷工程前必须进行物探、钻探探查及注浆改造，开采前进行了井下局部注浆加固。

图2 徐灰注浆治理效果分区图

2019 年9 月21 日至10 月25 日采用直流电法与瞬变电磁法对1103 工作面底板方向岩层进行物探探测。

2.1 直流电法探测

根据视电阻率低阻异常分布特征及现有地质水文资料综合分析，认为1103 工作面底板含水层富水性具如下特征：

推断4 处徐灰可能的富水区：X1 ～X4（图3）。X1、X2 位于工作面南部，靠近1101 轨道顺槽一侧；
X3 位于工作面北部，靠近1101 轨道顺槽一侧；
X4位于工作面北部，靠近1103 轨道顺槽一侧。其中，X2、X4 分布范围较大。

图3 1103 工作面矿井电法探测推断成果图

根据探测成果推断5 处奥灰可能的富水区域：A1～A5（图3）。A1、A2、A3 位于工作面南部，靠近1101 工作面轨顺一侧；
A4 位于工作面北部，靠近1101 轨顺一侧；
A5 位于工作面北部，靠近1103 轨顺一侧。推断徐灰可能的富水区X1、X2、X4 范围内的徐灰存在与奥灰发生水力联系的可能性。X2、A3 所在低阻异常区分布范围大，视电阻率幅值低，徐灰、奥灰富水性较好，徐灰、奥灰水力联系密切。异常范围内含水层存在与工作面底板之间发生水力联系的可能性。

推断徐灰、奥灰富水区位于工作面北部和南部，大部分靠近1101 轨道顺槽一侧。工作面中部徐灰、奥灰含水层富水性较弱。

2.2 瞬变电磁探测

瞬变电磁探测于2019 年10 月15 日完成现场数据采集工作，10 月25 日完成了资料处理及报告编写工作。分析结果如下：

（1）30°（顶）方向异常区4 处

① A1 相对低阻异常区。此处低阻异常范围中等，施工时巷道2#～3#点存在钻机、钻杆，推断此处局部煤岩层存在富水性差的可能性较大（如图4所示）。② A2 相对低阻异常区。此处低阻异常范围弱，推断此处为局部煤岩层存在富水性差异的可能性较大。③ A3 相对低阻异常区为单点异常予以排除。④ A4 相对低阻异常区。此处低阻异常范围中等，施工时巷道存在托辊堆、铁链堆、80 开关、钻杆、底板轨道等影响，推断此处为环境干扰引起的可能性较大，为单点异常予以排除。

（2）0°方向异常区2 处

① B1 相对低阻异常区。此处低阻异常范围中等，推断此处为局部煤岩层存在富水性差异的可能性较大（如图4）。② B2 相对低阻异常区。此处低阻异常范围较弱，施工时巷道存在托辊堆、铁链堆、80 开关、绞车等影响，推断此处为环境干扰引起可能性较大，为单点异常予以排除。

（3）-40°（底）方向异常区2 处

① C1 相对低阻异常区。此处低阻异常范围弱，推断此处为局部煤岩层存在富水性差异的可能性较大（如图4）。② C2 相对低阻异常区。此处低阻异常范围中等，施工时巷道存在托辊堆、铁链堆等影响，推断此处为环境干扰引起的可能性较大，为单点异常予以排除。

图4 相对低阻异常区分布图

3.1 直流电法成果验证

根据电法异常分布情况，在1103 胶带顺槽钻机房内共施工探查钻孔10 个，见表1。其中钻孔探A1 异常区处水量20 m3/h，其他9 个钻孔揭露异常区岩层水量均小于10 m3/h。经钻探验证物探分析异常区富水性弱。

表1 直流电法探测成果钻探验证统计表

根据钻孔揭露徐、奥灰含水层处水压数据，对物探异常区突水系数进行计算。根据公式：T=P/M。T为突水系数，MPa/m；
P为底板隔水层承受的水压，MPa；
M为隔水层厚度平均值，徐灰取35.52 m，奥灰取58.86 m。突水系数计算结果见表2。

表2 直流电法探测异常区含水层突水系数计算表

3.2 瞬变电磁探测成果验证

1103 工作面瞬变电磁探测共划分相对富水异常区3 处。其中A1 异常区靠近1101 工作面侧，并且工作面已安全推采，未发生顶板淋水，此处异常排除富水的情况。根据对A2、B1、C1 三处异常区探查情况（见表3），确定瞬变电磁探测异常区富水性差，对工作面回采无影响。

表3 瞬变电磁探测成果钻探验证统计表

（1）1103 工作面底板灰岩含水层为徐灰、奥灰。徐灰平均厚度9.81 m，岩溶裂隙发育，水量补给量充沛，难以疏干，上距11 煤平均35.52 m，属于开采11 煤的间接充水含水层。虽然经过注浆治理，但为了保证安全必须对其治理效果进行检测。

（2）电法探测推断徐灰、奥灰富水区位于工作面北部和南部，大部分靠近1101 轨道顺槽一侧。工作面中部徐灰、奥灰含水层富水性较弱。

（3）瞬变电磁探测结果可见A1 相对低阻异常区，综合分析相对富水性评价为中等；
A2、B1 相对低阻异常区，测线120～260 m 范围，该区域范围中等，命名为Ⅱ号相对富水异常区，综合分析相对富水性评价为中等；
C1 相对低阻异常区，综合分析相对富水性评价为弱等。

（4）根据物探异常区分布范围处煤岩层条件，钻探验证属地层正常块段。探查钻孔揭露徐灰涌水量均小于10 m3/h。综合确定电法探测异常区、瞬变电磁探测异常区富水性差，对工作面回采无影响。1103 工作面底板徐灰区域治理达到设计要求，具备开采的条件。