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[摘要]赵家坝煤矿115东大巷施工过程中遇砂岩裂隙水并伴有大量硫化氢气体，严重威胁施工安全。本文主要探讨了瞬变电磁法在矿井裂隙水探测中的实践应用；合理确定探放水钻孔各项参数及硫化氢的防治。形成了预测预报---瞬变物理探测---钻孔探水疏放---硫化氢防治为主要技术的综合防治裂隙水技术措施。为矿井裂隙水防治提供了宝贵经验。
[关键词]煤矿 裂隙水 综合防治技术
[中图分类号] TD822 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-12-42-2
1矿井水文地质概况
1.1地层
赵家坝煤矿在地层区划上属扬子区四川盆地分区通江小区，小区内出露的最新地层为侏罗系上沙溪庙组，最老地层为三叠系须家河组。本区含煤岩系的地层为三叠系须家河组（T3xj）。
1.2区域水文地质
区内位于大巴山脉的尾端，近于与龙门山脉的交汇处的南麓。山脉走向呈东～西向。地势北高，南低。区内最高海拔大寨1290.7m，最低海拔547.1m。其地貌上的一个突出特征是受单斜构造控制，形成单面山，属中等切割的中山及中低山地形。由于顺向山坡经剥蚀作用，地形坡度与岩层倾角（18°～26°）大致相当，构成向南南西方倾斜的叠置式单斜中、低山地形，形成数列自流斜地。此种地形利于地表水的排泄，亦利于地下水的形成。
2瞬变电磁物探技术在115东大巷掘进中水害的探测应用
煤矿瞬变电磁法是近年来发展起来的在煤矿井下巷道内探查其周围空间不同位置、不同形态含水构造的矿井物探方法之一，其凭借体积效应小、方向性强、分辨率高、对低阻区敏感等一些优点，已成为煤矿水害探测的最佳选择方法。传统的钻探方虽然准确，但效率低、成本高，具有很大的盲目性。
我矿在掘进115东大巷（水平开拓巷道）时，先采用瞬变电磁法超前探测，根据探测结果，在疑似富水区域再进行钻孔探水疏放，做到了钻孔探水有点放矢，大大提高了探放水的准确性，提高了巷道掘进效率。瞬变电磁法在115东大巷探测应用：
2.1瞬变电磁法测量装置安设
由于井下受空间限制及迎头断面各种金属设备对电磁场的干扰，故不能采用地面常用装置类型。为了保证有足够的发射功率和足够强的有用感应信息，设计了2m×2m的多匝数且发射线圈与接收线圈匝数不同的方形重又叠回线测量装置（如右图），实践表明，采用此类装置具有轻便快捷、与巷道迎头前方异常构造耦合好、信噪比高等优点。
2.2探测点布设及图形显示技术处理
在井下探测时，布置了9个测点（如右图）。当巷道迎头前方存在较大的未知构造时，会破坏岩层的整体性从而使岩层电性产生明显差异，通过分析巷道左、右侧帮与迎头前方的视电阻率等值线图，可以看出岩层电性变化明显的位置，从而推断出来未知构造的位置，对含水构造效果尤其明显。
为了更准确地分析巷道迎头前方视电阻率等值线的异常位置所在，设计将1-3和7-9号数据分别绘制到与4-6号数据平行的迎头断面上，将左、右侧帮的迎头前方的视电阻率等值线整合在一张矩形图上，这样可以非常直观地通过对比左右侧帮与迎头前方岩层的电性差异，推断出较大构造的位置。
2.3瞬变电磁法探测实例分析
2011年8月，我矿115米水平东大巷在掘进至距102采区车场石门1100米处，碛头出现裂隙水，按照“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”防治水原则。对115东大巷进了瞬变电磁法探测。绘制了115东大巷超前探测视电阻率等值线效果图（如右图）。为了有效利用5号测点的数据，将巷道的宽度按一定比例加宽到10m，这样可以准确计算出异常构造到巷道迎头的具体距离。
分析右图看出，图中ρs等值线整体变化较大，横坐标在10-20m、纵坐标在60-120m范围内ρs等值线数值明显较周围值小，推测巷道迎头前方60m偏左侧帮处含水裂隙发育，且水量较大，需设计钻孔进行探放水，经实际钻孔发现，探测结果与实际含水裂隙区位置吻合。
3 115东大巷探水钻孔探放水
根据115东大巷瞬变电磁探测视电阻等值线分析结果，按照 “预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”防治水原则。对115东大巷进行了钻孔探放水。做到了钻孔探放水有的放矢。
3.1钻孔布置方式
因为巷道布置在砂岩含水层中，巷道处在三面受水威胁的情况下，需要进行搜索性探放水，所以本探水钻孔布置方式为：扇形布置。
3.2探水钻孔施工方案
根据该巷道水压及水量情况，本设计探水钻空施工方案为边掘进边施工的方法，即探水——掘进——再探水——再掘进。
3.3钻孔的主要参数
3.3.1超前距：指探水钻孔终孔位置与掘进巷道超前距离。根据《煤矿防治水规定》规定，当水压小于1.0MPa时，超前距要大于10m，根据以往104碛头涌水情况分析，水压都小于1.0MPa，因此本设计取超前距为15m。
3.3.2允许掘进距离：指经过探水后，证明前方无透水危险的巷道掘进的安全长度，本设计取35m。
3.3.3帮距：指探放水钻孔中最外侧到斜孔到巷道帮的距离，根据《煤矿防治水规定》规定，帮距与超前距相同，因此本设计帮距为15m
3.3.4钻孔密度：指在允许掘进距离的终点位置，探放水钻孔之间的距离，根据《煤矿防治水规定》规定，钻孔密度一般为老巷道宽度，因本碛头前方无采空区及老巷，故本设计取钻孔密度为6m。
3.3.5探水钻孔数量及长度
（1）钻孔数量确定：
①单孔出水量：
q=c×S×√（2gh）=0.6×0.004536×√（2×9.81×0.6）=0.009338（米3/秒） q---单孔出水量（米3/秒）；c----流量系数，取0.6；S---钻孔断面积（米2）；g---重力加速度（9.81米/秒2）；
h---- 钻孔出水高度0.6米；
②最大放水量：
Qmax=W/t+Q动=2000÷72000=0.027778（米3/秒）
Qmax---最大放水量（米3/秒）；W---静水量，根据以往涌水情况，静水储量确定为2000米3；t---允许放水期限，确定为20小时；Q动----动水量，因是地下裂隙水，取为0（米3/秒）；
③钻孔孔数：
N孔数=Qmax /q=0.027778÷0.009338=3（个）
N孔数----钻孔数量（个）；Qmax——最大放水量（米3/秒）；q-----单孔出水量（米3/秒）；
根据巷道涌水情况，本探水设计最终钻孔数量确定为5个，能够满足探放水设计要求。
（2）钻孔深度确定：
根据钻机型号及施工期要求，确定钻孔设计深度为中孔50m
3.4探水钻孔布置：见附图及参数表（如下图）
在掘进探放水过程中，应严格按照所设计的钻孔深度掘进，并做好钻杆所掘长度记录
115东大巷钻孔探放水工作，取得很好的安全效果。通过探放水，岩层中裂隙水被有效导出，导出裂隙水2万多立方米，解出了水患危胁，为掘进施工创造了条件。巷道施工揭露正实，此段裂隙水富集，是因为地质内力作用，岩层在剪应力作用下，造成岩层节理裂隙极其发育，裂隙水富集。钻孔探放水也证实了瞬变电磁法探测裂隙水的可靠性。
4硫化氢防治
硫化氢（H2S）是一种剧毒的可燃气体，无色，带有臭鸡蛋气味。其化学活动性极大。H2S极易溶于水形成氢硫酸，H2S在水中的溶解度是CO2的2.7倍。H2S比空气重（相对密度为1.17）。人体能够闻到硫化氢气味的浓度下限为（0.2-0.3）×10-6。当硫化氢浓度为（20-30）×10-6时就出现强烈气味，当浓度为（100-150）×10-6时，将使人嗅觉麻痹，当浓度在1000×10-6时，在数秒钟内会致人死亡。115东大巷在钻孔探放水过程中，裂隙水中有大量硫化氢气体伴随涌出，给探放水工作及掘进施工人员带来不利，为保证工程进度，我们采用了综合防治硫化氢技术措施。
一是化学中合法：在掘进巷道中洒生石灰化学中合，CaO+H2S=CaS+H2O，降低空气中硫化氢气体浓度，直至回风流硫化氢臭鸡蛋味的气体减轻。
二是增大通风量：采用2*22KW局部通风机，￠800mm风筒，风筒必须接拢至碛头5米以内，严禁放炮摘风筒。
三是密封水沟引流：由于硫化氢易溶于水，比重大，水沟内硫化氢含量很高。将碛头裂隙水及时引入水沟，并对水沟全程密封处理，防止硫化氢污染流经巷道。
四是做好个体防护：探水期间，所有探水作业人员必须配戴硫化氢检测仪与呼吸机。穿好衣服，用好劳动保护用品。防止员工身体皮肤长期接触风流中的硫化氢气体，引起皮肤过敏。
五是加强监测监控：在碛头5米范围以内安装硫化氢传感器，与风筒出口相反的一侧，报警浓度设置为0.00066%，对115东大巷掘面硫化氢情况进行24小时监控，当浓度出现报警时碛头所有人员必须立即停止作业撤至新鲜风流中；瓦检员电对115东大巷掘面风流中的硫化氢浓度每班用检测管测定一次，并填写硫化氢检查牌板。
5结论
赵家坝煤矿115东大巷砂岩裂隙水防治工作，采取了一系列有针对性的措施，形成了以预测预报---瞬变物理探测---钻孔探水疏放---硫化氢防治为主要技术的综合防治裂隙水技术措施，实现了115东大巷安全掘进，为赵家坝煤矿防治水工作提供了宝贵经验。
一是：采用了瞬变电磁法物理探测，证明了该方法在探测砂岩富水性方面是非常有效的物探方法，为矿井裂隙水害的预测预报提供了可靠依据，使钻孔探放水做到了有的放矢，减少钻孔探放水的盲目性，使防治水工程的开展具有针对性、准确性。
二是：钻孔探放水采用扇形布置钻孔方式，钻孔各参数的计算确定满足了探放水安全要求，通过探放水，岩层中裂隙水被有效导出，达到了非常好的探放水效果。
三是：硫化氢综合防治采用撒生石灰、增大风量、水沟密封引流、加强个体防护等综合防治措施，有效解决了裂隙水中硫化氢气体对施工作业人员的危害，保证施工安全。
[关键词]煤矿 裂隙水 综合防治技术
[中图分类号] TD822 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-12-42-2
1矿井水文地质概况
1.1地层
赵家坝煤矿在地层区划上属扬子区四川盆地分区通江小区，小区内出露的最新地层为侏罗系上沙溪庙组，最老地层为三叠系须家河组。本区含煤岩系的地层为三叠系须家河组（T3xj）。
1.2区域水文地质
区内位于大巴山脉的尾端，近于与龙门山脉的交汇处的南麓。山脉走向呈东～西向。地势北高，南低。区内最高海拔大寨1290.7m，最低海拔547.1m。其地貌上的一个突出特征是受单斜构造控制，形成单面山，属中等切割的中山及中低山地形。由于顺向山坡经剥蚀作用，地形坡度与岩层倾角（18°～26°）大致相当，构成向南南西方倾斜的叠置式单斜中、低山地形，形成数列自流斜地。此种地形利于地表水的排泄，亦利于地下水的形成。
2瞬变电磁物探技术在115东大巷掘进中水害的探测应用
煤矿瞬变电磁法是近年来发展起来的在煤矿井下巷道内探查其周围空间不同位置、不同形态含水构造的矿井物探方法之一，其凭借体积效应小、方向性强、分辨率高、对低阻区敏感等一些优点，已成为煤矿水害探测的最佳选择方法。传统的钻探方虽然准确，但效率低、成本高，具有很大的盲目性。
我矿在掘进115东大巷（水平开拓巷道）时，先采用瞬变电磁法超前探测，根据探测结果，在疑似富水区域再进行钻孔探水疏放，做到了钻孔探水有点放矢，大大提高了探放水的准确性，提高了巷道掘进效率。瞬变电磁法在115东大巷探测应用：
2.1瞬变电磁法测量装置安设
由于井下受空间限制及迎头断面各种金属设备对电磁场的干扰，故不能采用地面常用装置类型。为了保证有足够的发射功率和足够强的有用感应信息，设计了2m×2m的多匝数且发射线圈与接收线圈匝数不同的方形重又叠回线测量装置（如右图），实践表明，采用此类装置具有轻便快捷、与巷道迎头前方异常构造耦合好、信噪比高等优点。
2.2探测点布设及图形显示技术处理
在井下探测时，布置了9个测点（如右图）。当巷道迎头前方存在较大的未知构造时，会破坏岩层的整体性从而使岩层电性产生明显差异，通过分析巷道左、右侧帮与迎头前方的视电阻率等值线图，可以看出岩层电性变化明显的位置，从而推断出来未知构造的位置，对含水构造效果尤其明显。
为了更准确地分析巷道迎头前方视电阻率等值线的异常位置所在，设计将1-3和7-9号数据分别绘制到与4-6号数据平行的迎头断面上，将左、右侧帮的迎头前方的视电阻率等值线整合在一张矩形图上，这样可以非常直观地通过对比左右侧帮与迎头前方岩层的电性差异，推断出较大构造的位置。
2.3瞬变电磁法探测实例分析
2011年8月，我矿115米水平东大巷在掘进至距102采区车场石门1100米处，碛头出现裂隙水，按照“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”防治水原则。对115东大巷进了瞬变电磁法探测。绘制了115东大巷超前探测视电阻率等值线效果图（如右图）。为了有效利用5号测点的数据，将巷道的宽度按一定比例加宽到10m，这样可以准确计算出异常构造到巷道迎头的具体距离。
分析右图看出，图中ρs等值线整体变化较大，横坐标在10-20m、纵坐标在60-120m范围内ρs等值线数值明显较周围值小，推测巷道迎头前方60m偏左侧帮处含水裂隙发育，且水量较大，需设计钻孔进行探放水，经实际钻孔发现，探测结果与实际含水裂隙区位置吻合。
3 115东大巷探水钻孔探放水
根据115东大巷瞬变电磁探测视电阻等值线分析结果，按照 “预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”防治水原则。对115东大巷进行了钻孔探放水。做到了钻孔探放水有的放矢。
3.1钻孔布置方式
因为巷道布置在砂岩含水层中，巷道处在三面受水威胁的情况下，需要进行搜索性探放水，所以本探水钻孔布置方式为：扇形布置。
3.2探水钻孔施工方案
根据该巷道水压及水量情况，本设计探水钻空施工方案为边掘进边施工的方法，即探水——掘进——再探水——再掘进。
3.3钻孔的主要参数
3.3.1超前距：指探水钻孔终孔位置与掘进巷道超前距离。根据《煤矿防治水规定》规定，当水压小于1.0MPa时，超前距要大于10m，根据以往104碛头涌水情况分析，水压都小于1.0MPa，因此本设计取超前距为15m。
3.3.2允许掘进距离：指经过探水后，证明前方无透水危险的巷道掘进的安全长度，本设计取35m。
3.3.3帮距：指探放水钻孔中最外侧到斜孔到巷道帮的距离，根据《煤矿防治水规定》规定，帮距与超前距相同，因此本设计帮距为15m
3.3.4钻孔密度：指在允许掘进距离的终点位置，探放水钻孔之间的距离，根据《煤矿防治水规定》规定，钻孔密度一般为老巷道宽度，因本碛头前方无采空区及老巷，故本设计取钻孔密度为6m。
3.3.5探水钻孔数量及长度
（1）钻孔数量确定：
①单孔出水量：
q=c×S×√（2gh）=0.6×0.004536×√（2×9.81×0.6）=0.009338（米3/秒） q---单孔出水量（米3/秒）；c----流量系数，取0.6；S---钻孔断面积（米2）；g---重力加速度（9.81米/秒2）；
h---- 钻孔出水高度0.6米；
②最大放水量：
Qmax=W/t+Q动=2000÷72000=0.027778（米3/秒）
Qmax---最大放水量（米3/秒）；W---静水量，根据以往涌水情况，静水储量确定为2000米3；t---允许放水期限，确定为20小时；Q动----动水量，因是地下裂隙水，取为0（米3/秒）；
③钻孔孔数：
N孔数=Qmax /q=0.027778÷0.009338=3（个）
N孔数----钻孔数量（个）；Qmax——最大放水量（米3/秒）；q-----单孔出水量（米3/秒）；
根据巷道涌水情况，本探水设计最终钻孔数量确定为5个，能够满足探放水设计要求。
（2）钻孔深度确定：
根据钻机型号及施工期要求，确定钻孔设计深度为中孔50m
3.4探水钻孔布置：见附图及参数表（如下图）
在掘进探放水过程中，应严格按照所设计的钻孔深度掘进，并做好钻杆所掘长度记录
115东大巷钻孔探放水工作，取得很好的安全效果。通过探放水，岩层中裂隙水被有效导出，导出裂隙水2万多立方米，解出了水患危胁，为掘进施工创造了条件。巷道施工揭露正实，此段裂隙水富集，是因为地质内力作用，岩层在剪应力作用下，造成岩层节理裂隙极其发育，裂隙水富集。钻孔探放水也证实了瞬变电磁法探测裂隙水的可靠性。
4硫化氢防治
硫化氢（H2S）是一种剧毒的可燃气体，无色，带有臭鸡蛋气味。其化学活动性极大。H2S极易溶于水形成氢硫酸，H2S在水中的溶解度是CO2的2.7倍。H2S比空气重（相对密度为1.17）。人体能够闻到硫化氢气味的浓度下限为（0.2-0.3）×10-6。当硫化氢浓度为（20-30）×10-6时就出现强烈气味，当浓度为（100-150）×10-6时，将使人嗅觉麻痹，当浓度在1000×10-6时，在数秒钟内会致人死亡。115东大巷在钻孔探放水过程中，裂隙水中有大量硫化氢气体伴随涌出，给探放水工作及掘进施工人员带来不利，为保证工程进度，我们采用了综合防治硫化氢技术措施。
一是化学中合法：在掘进巷道中洒生石灰化学中合，CaO+H2S=CaS+H2O，降低空气中硫化氢气体浓度，直至回风流硫化氢臭鸡蛋味的气体减轻。
二是增大通风量：采用2*22KW局部通风机，￠800mm风筒，风筒必须接拢至碛头5米以内，严禁放炮摘风筒。
三是密封水沟引流：由于硫化氢易溶于水，比重大，水沟内硫化氢含量很高。将碛头裂隙水及时引入水沟，并对水沟全程密封处理，防止硫化氢污染流经巷道。
四是做好个体防护：探水期间，所有探水作业人员必须配戴硫化氢检测仪与呼吸机。穿好衣服，用好劳动保护用品。防止员工身体皮肤长期接触风流中的硫化氢气体，引起皮肤过敏。
五是加强监测监控：在碛头5米范围以内安装硫化氢传感器，与风筒出口相反的一侧，报警浓度设置为0.00066%，对115东大巷掘面硫化氢情况进行24小时监控，当浓度出现报警时碛头所有人员必须立即停止作业撤至新鲜风流中；瓦检员电对115东大巷掘面风流中的硫化氢浓度每班用检测管测定一次，并填写硫化氢检查牌板。
5结论
赵家坝煤矿115东大巷砂岩裂隙水防治工作，采取了一系列有针对性的措施，形成了以预测预报---瞬变物理探测---钻孔探水疏放---硫化氢防治为主要技术的综合防治裂隙水技术措施，实现了115东大巷安全掘进，为赵家坝煤矿防治水工作提供了宝贵经验。
一是：采用了瞬变电磁法物理探测，证明了该方法在探测砂岩富水性方面是非常有效的物探方法，为矿井裂隙水害的预测预报提供了可靠依据，使钻孔探放水做到了有的放矢，减少钻孔探放水的盲目性，使防治水工程的开展具有针对性、准确性。
二是：钻孔探放水采用扇形布置钻孔方式，钻孔各参数的计算确定满足了探放水安全要求，通过探放水，岩层中裂隙水被有效导出，达到了非常好的探放水效果。
三是：硫化氢综合防治采用撒生石灰、增大风量、水沟密封引流、加强个体防护等综合防治措施，有效解决了裂隙水中硫化氢气体对施工作业人员的危害，保证施工安全。