新田煤矿在喀斯特地貌区域建井综合防治水技术研究

邢松战

（河南煤业化工集团永贵能源开发有限责任公司新田煤矿，贵州 毕节 551500）

1 水纹地质概况

新田矿井采用斜井单水平开拓方式，初期设主、副、回风斜井3个井筒，其中主斜井井口标高+1234m，井筒倾角14°45′，斜长1467m；副斜井井口标高+1234m，井筒倾角17°30′，斜长1235m；回风斜井井口标高+1271m，井筒倾角20°，斜长1181m。井筒在施工过程中穿过的地层有九级滩段（上亚、中亚、下亚段）、玉龙山段（上亚、下亚段）、沙堡湾段、长兴组、龙潭组上段。根据井田地质报告和施工的井筒检查孔所提供的地质资料，三条井筒穿过的主要含水层有九级滩中亚段T1y2、玉龙山段T1y2-2、长兴组P2c及F5断层。

2 探水方案

2.1 瞬变电磁法探测

2.1.1 瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Methods)，又称时间域电磁法(Time Domain Electromagnetic Methods)，简称TEM或TDEM，它是利用不接地回线或接地线源（电极）向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇期间，利用线圈或接地线源（电极）观测二次涡流场的方法。该方法是近年来国内外发展得较快、地质效果较好的一种电法勘探分支方法。它与其它测深方法相比，具有探测深度大、信息丰富、工作效率高等优点。特别是对探测高阻覆盖层下的良导电地质体取得了显著的地质效果。

2.1.2 瞬变电磁法探测原理

矿井瞬变电磁采用同地面瞬变电磁法相同的工作原理，但是又区别与地面瞬变电磁法勘探，由于赋煤岩系成层分布，各岩层电阻率不同，当前采用的装置形式在井下巷道空间中进行超前探测时，线圈与岩层的耦合方式发生改变，由原来的平行层理变成垂直层理（图1），进而一次场的激发方式由原来的垂直层理变成平行层理，一次场激发方式的改变带来瞬变场分布与扩散方式的改变。因此，建立于垂直层理激发方式的瞬变电磁场传播的基本理论不再适用于瞬变电磁超前探测技术，在数据的采集与处理时应采取平行层理条件下的相关理论，将发射线框置于掌子面，其发射源激励下的涡流场在不同岩层中传播，形成的二次场又会被置于掌子面的接收装置以感应电位的形式所接收，通过观测感应电位的变化，从而推测掌子面前方电性的变化。现场勘探见图2。

图1 超前探测耦合示意图

2.1.3 瞬变电磁法探测在新田煤矿的应用

2009年6月25日，在新田矿井回风斜井498m迎头进行了超前探测。本次探测采用的是边长2m的多匝方形重叠回线装置，测量控制在10m左右。根据物探与实际情况分析，巷道前方0-15m为破碎带证实与实际揭露情况相符，该段为相对含水层，为巷道注浆堵水及下一步掘进提供了可靠依据。

2.2 便携式矿井地质探测仪探测

2.2.1 重点解决问题

1）顶底板煤厚及前方构造实时剖面；2）工作面内断层及隐伏构造探测；3）陷落柱探测；4）巷道独头超前探测；5）老空探测；6）基岩界面及起伏形态探测；7）岩层探煤层；8）岩浆侵入体

2.2.2 探测原理

单点探测原理。单点探测技术是源于反射地震波勘探中的自激自收方式，即反射波中偏移距为零的垂直反射形式。它是通过接收岩、煤层界面的地震波垂直反射信号，来解析计算目的层距离或厚度的。由反射波时距曲线方程：4h2+x2=v2t2，令 x=0，则 h=vt/2。式中时间t可由波形记录上判读，波速 须是一已知数，其取值准确与否，直接影响到目的层距离或厚度探测的精度。一般来说，在一定的探测区域内，岩、煤层的垂向波速都较稳定，探测时可作波速调查，弄清各层波速分布状况，为探测解析提供依据。

2.2.3 探测方法

反射共偏移法。反射共偏移探测技术是依据反射波勘探原理，在单边排列分析基础上选定最佳偏移距，采用多次覆盖观测系统进行数据采集。探测时，首先针对测试区域地震地质条件进行现场噪声调查，对排列记录分析对比，确定最佳共偏移接收窗口以及窗口内的检波器间距，并按一定的步距同步前移完成探测任务。只要地质体中存在波阻抗差异，如地质界面，就会产生反射回波，且反射能量受界面特性控制，这是进行地质体分辨的前提。通常在现场实际工作中，常用密集型单道共偏移数据解决实际问题，能满足现场的需要。它在对地质体连续追踪与调查中发挥着重要的作用。

2.2.4 便携式矿井地质探测仪在新田矿的应用

图2 掌子面的现场勘探原理图

2009年6月21日，在新田矿井副斜井701米处迎头进行了超前探测，本次采用反射共偏移探测方法，。根据波形分析，副斜井701m工作面迎头前方7-35m之间波形异常推断为裂隙构造发育的破碎带，另在右帮35-50m之间波形也发生变形，推断为破碎带，总体趋势为从左帮向右帮发育的构造带根据物探与实际情况分析，巷道实际揭露情况与物探结果相符，证明在我矿进行构造探测时利用仪器的单点和反射共偏移法是较为合理的。

2.2.5 挂耳式钻场施工探测钻孔

回风斜井在后巷474m处巷道右帮打一个钻场，同时在467.1m处巷道左帮打一个钻场，使用大功率深孔钻机探水，基本不影响掘进施工。

3 堵水方案

巨厚石灰岩岩（隙）溶承压含水层段，它具有厚度大，溶洞发育不规则，体积大小不均，岩溶裂隙宽窄不一等因素的特殊含水构造，并具备富水性好，水力通道畅通，补给充分，水头压力高，以及地面特殊的喀斯特地貌，大气降水直接补给地下水的水文地质构造特点，加之石灰岩致密、硬度大、强度高等特征，使石灰岩含水层形成具备为特殊的含水岩体，特殊的含水构造，特殊的水文地质条件，使井筒施工中极易发生工作面突涌水，使施工速度、质量无法保证。为此，在防治水方面，注浆堵水少孔布置易漏掉部分含水构造而达不到封水目的，多孔布置造成防治水工期长等因素。

4 结束语

本方案直接实施在井筒周围，对井筒四周进行帷幕加固，起到加固巷道周边围岩的作用，节约了大量注浆费用及缩短了施工工期，不仅为新田煤矿井筒安全掘进与水害防治提供技术保障，同时，也可应用于类似水文地质条件下其它矿区或矿井的水害防治。对贵州省乃至我国南方喀斯特区类似条件下的煤矿水害防治都具有十分重要的参考意义。

[1]俞志新,丛振,朱学军.矿井防治水安全技术探讨.辽宁工程技术大学学报 (自然科学版2002-06-25