煤矿老空区水探测方法的选择

煤矿老空区水探测方法的选择

1老空区探测方法与手段泥石流是矿山开采过程中常见的自然灾害。因此,如何做好矿井防治水工作,保证矿井安全生产,也就成为矿井地质工作的重要内容。江西煤矿开采中,导致突水事故的原因主要有两种:一是灰岩岩溶水,如乐平煤系B煤组和部分安源煤系底部的茅口灰岩,岩溶一般比较发育,对开采影响较大;二是老空水或老窑水。近年,因老空水或老窑水造成的突水事故比较多,主要是由于一些小煤矿不按规定和采矿边界采矿,破坏了矿与矿之间的保安煤柱,甚至出现小井与大矿或小井与小井采通的情况,小井废弃后,其采空区的大量积水则对相邻矿井的开采,构成重大隐患,如果探放水措施不落实,就很容易造成突水或淹井事故。去年,我省先后就有乐平矿务局五路岭矿、上饶县应家乡煤坑湾矿、宜春市西村镇乌梅冲矿、萍乡市上栗县桐木镇久发矿等发生由老空水造成的重大或特大突水事故。今年6月11日乐平矿务局仙槎矿又发生了由小煤矿老空区水引发的重大淹井事故。近年,由于关井压产和小煤矿整顿,关闭了一大批小煤矿,这些小煤矿关闭后,其老空区水受大气降水补给,对相邻矿井的开采造成重大威胁。而且,由于历史的原因,许多小煤矿没有实测的采掘工程平面图,巷道和开采范围不清。笔者在煤矿安全监察工作中注意到,如何做好老空区的探测工作,是当前一个值得大家关注和认真研究的问题。而这一问题的解决,关键是探测手段。如果这一技术问题不解决,今后类似的突水事故仍将难以避免。当前,我省煤矿采用的探放水方法主要有两种,即钻探和巷探。应该承认,矿井开采中,按照“有疑必探,先探后掘”的原则,采用钻探和巷探方法进行水文地质探测,在保证矿井安全生产方面发挥了重要作用。但应指出,单纯采用钻探和巷探方法,有时尚难以取得满意的效果。这是因为钻探和巷探工程量大,进度较慢;探放工程布置往往具有盲目性,造成浪费;而且,无论是钻孔和巷道,其控制和覆盖范围小,探测盲区大。国家煤矿安全监察局2001年新制定的《煤矿安全规程》第二百六十七条规定:“矿井必须作好采区、工作面水文地质探查工作,选用物探、钻探、化探和水文地质实验等手段查明构造发育情况及其导水性,主要含水层厚度、岩性、水质、水压及隔水层岩性和厚度等。”原煤炭工业部1986年制定的《煤矿防治水工作条例》第14条也规定必须采用物探、钻探或巷探等方法进行水文地质探测。我认为,在探测方法与手段上,除了目前常用的钻探和巷探方法外,今后在我省应逐步推广和采用物探方法,进行综合探测。在一般情况下,可先进行物探,在此基础上,再配合以钻探或巷探,这样探放水工作就有的放矢,效果将会更好。当前,物探方法很多,结合我省煤矿的实际情况,我认为在老空区探测方面,即可采用地面物探,如三维地震,也可以采用一些矿井物探,即井下物探的方法。下面对几种可供选择的方法简要作一介绍,供煤矿在水文地质探测工作中参考。2通过观测进行地震勘探三维地震作为一项新技术,1993年在我国煤矿中开始使用。它与二维地震相比,信息量更加丰富,分辨率也大大提高了,能够直观、快速、可靠地解释一些地质现象。近10年来,煤矿采区三维地震发展很快,在我国有十多个省已得到广泛应用,现已成为煤矿采前构造和水害探测的重要手段。在水文地质探测方面,可以较准确地控制老空区的分布范围。比如,平顶山煤业集团大庄矿,由于周边小煤窑乱采滥挖,有多次与大庄矿巷道导通,直接影响大庄矿的安全生产和采面布置。为解决这一问题,2001年5月由河南煤田地质局物探测量队用三维地震勘探方法,对该区老空区进行了探测,基本上查清了老空区的分布情况,为大庄矿注浆堵水、采面布置提供了依据。又如,许昌新龙矿业有限责任公司梁北煤矿所开采的六4煤层曾被军张煤矿等几家乡镇矿开采,在首采区形成六4煤层采空区,河南煤田地质局物探测量队也是通过三维地震,圈定了六4煤层采空区的范围,后通过对军张煤矿采空区个别地段的验证,与实际的采空区基本一致。煤炭科学院西安分院也曾利用三维地震勘探在徐州矿务局夹河煤矿,对7、9号煤层小煤窑越界开采的老空区进行探测,效果也较好。在我省,浅部或周围小煤矿开采较严重的矿区或矿井,也可以通过三维地震对老空区的分布情况进行探测,这样可大大减少井下钻探和巷探工程量,提高探测的效果。3地质探测方法三维地震是一种地面物探方法。目前,矿井物探也发展很快,应用也颇为广泛。在水文地质探测方面,方法较多。结合我省实际情况,我认为在老空区探测方面,可选用矿井高分辨直流电法、矿井音频电穿透技术、矿井瑞雷波探测技术、矿井地质雷达等。3.1dz-i型数字电法仪矿井直流电法在我国开发较早,但早期因防爆问题未解决,都是在低瓦斯矿井中应用。80年代末,煤炭科学院西安分院研制出DZ-I型数字电法仪,解决了防爆问题,使用推广步伐加快。现使用的为DZ-Ⅲ型防爆数字直流电法仪,在煤矿井下可进行掘进头前方超前探测、侧邦超前探测,以控制老窑积水区的位置和范围。矿井直流电法,多年来曾在兖州、肥城、新汶、淄博、开滦、邢台、焦作、义马、邯郸、晋城等矿务局用于地质和水文地质探测,也是水文地质探测的主要方法之一,探测距离可达80m。3.2防火电穿透仪这是一种低频电穿透矿井物探新技术,主要用于水文地质探测。煤炭科学院西安分院研制的DTS-I型防爆音频电穿透仪,曾获陕西省科学技术进步一等奖,它结合了矿井直流电法和频率测探仪器的特点,可对采煤工作面顶底板和掘进头前方、巷道周围的含水性进行超前探测,可用于老窑或岩溶空间位置的探查,最大穿透深度可达320m。3.3井岩法探测该方法是利用瞬态瑞雷波技术进行的单分量、双分量或三分量勘探的一种矿井物探技术。比如,煤炭科学院西安分院研制的MRD-Ⅲ型瑞雷波探测仪,可在掘进头前方或采面进行全方位探测。瑞雷波法曾在开滦、焦作、兖州、肥城等矿务局进行地质和水文地质探测,探测距离一般为50m。3.4矿井地质雷达在欧美一些发达国家,如美国、加拿大、瑞典等,最早利用地质雷达进行矿床水文地质条件探测。在我国,矿井地质雷达主要是煤科院重庆分院研制开发,在技术上现已达到国际先进水平,数据采集、存贮和信息处理均由计算机完成,并自动成图。在工作面可进行超前探测,探测距离可达60~70m。矿井地质雷达,自90年代以来,曾在开滦、充州、阳泉、大同、平顶山、焦作、中梁山、松藻等矿务局进行地质和水文地质探测。4利用未引进设备的探测方法,适时引进检探工艺矿井物探技术在我省煤矿的推广应用问题