礦區水文地質安全保障體系探討

摘 要：近年來，全國范圍內水害事故頻發，水害防治工作位置突顯，急需解決。為了提升礦井水害的防治能力，減少礦區水害事故發生，需要對礦區面臨的水害進行研究分析，并構建相應的水文地質安全保障系統。該文根據某礦區進行了相關的探討，就礦區水文地質安全保障體系進行了分析，闡述了防治水的主要問題，及水文地質安全保障體系結構，并提出了礦區防治水對策，最后探討了我國當前水文地質安全保障技術裝備支撐系統與安全保障體系配套措施，希望對相關的行業有所借鑒。

關鍵詞：礦區 水文地質 安全保障體系 水害 防治水

中圖分類號：P641 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-0-02

1 礦區概述

某礦區屬于某能源股份有限公司，此礦區旗下各個礦區在開采過程中遇到的水文地質條件十分復雜，隨著開采逐漸深入，遇到的水害問題也越來越多，這就加重了防治水的形勢與難度。根據實際的現狀分析可知，升級的防治水形勢及難度主要表現在下述幾個方面：

（1）礦區在進行下組煤的全面開采時，遇到了奧灰突水的侵襲，這對采礦造成了極大的威脅，而目前在下組煤帶壓開采中使用的關鍵技術為采用高承壓薄隔水層防治水。

（2）在防治水前必須對垂向導水構造進行探查及防治，但由于深度增加，水害問題嚴重，便導致了此環節受阻，亟待解決。

（3）上組煤在進入了深部水平進行開采時，由于高承壓大采在深條件下難度加大，這就相應地增加了防治水處理的難度。

（4）此外，此礦區由于小煤礦眾多，加之小煤礦開采中管理不當，出現了亂采濫挖的現象，甚至有越界開采的情況，這些都加重了大礦在開采中的突水威脅。

上述都是此礦區在開采中遇到的防治水方面的難題，通過相關分析，進而提出一定的對策，從而構建一種防治水技術裝備為主體的防治水支撐系統，是該文必須解決的問題。此礦區為了改善防治水現狀，就必須完善防治水的措施及相關的配套策略，從而形成該礦區水文地質安全保障體系。

2 礦區防治水主要問題探析

此礦區地處大山深處，并貫穿了此地區的南北，在該能源股份有限公司管轄之下，將此礦區分成了六個部分（為了方便闡述，這里擬定為A、B、C、D、E、F六區）。經過勘查與分析可知，此礦區內含水層主要有以下幾種類型：二疊系砂巖承壓含水層、侵入巖裂隙汗水體、第四系砂礫石層孔隙潛水含水層、寒武、奧陶系灰巖裂隙巖溶承壓含水層等。通過大量的分析探討之后，初步認為此礦區在防治水方面主要有以下幾個方面的問題。

2.1 充水條件探析

該文從三個分部礦區對充水條件進行分析。

（1）A區煤礦。A區煤礦屬于整個礦區的主要部分，也是主采煤層，其直接充水水源屬于A區煤頂板砂巖裂隙承壓水與下石盒子組砂巖裂隙承壓水，其間接充水水源為第四系底部卵石層孔隙水、采空區積水及奧陶系灰巖水等。其中，奧陶系灰巖水屬于A區開采時遇到的最主要的水害，也是防范突水的主要對象。由于A區開采已經深入，因此在開采中，遇到的奧陶系灰巖水往往有著很強的壓力，一旦其涌入了礦區，則會造成無法彌補的災難。

（2）C區煤礦。對于C區而言，開采時遇到的主要充水水源屬于大青灰巖水、奧陶系灰巖水、小煤窯采空區積水及本溪灰巖水等。由于大青灰巖屬于B區的直接頂板，并且在C區開采的冒落裂縫帶之內，因此屬于直接的充水水源層。對于C區的主要防治水而言，重點在于防止奧陶系灰巖水突水（大青灰巖水較易疏干，因此危害不大）。此外，還需要對小煤礦采空區積水進行防治，這類充水水源的危害也比較大。

（3）E區煤礦。在進行E區煤礦開采的時候，主要遇到的充水水源為野青灰巖水，其間接充水水源主要有奧陶系灰巖水與大青灰巖水。大青灰巖水對開采沒有太大的影響，但是，若其與奧陶系灰巖水進行緊密結合時，那么就會使得整個開采過程變得復雜，因此必須注意這方面的防治。

2.2 導水通道探析

通過上述的分析可知，在各區煤層的開采中，遇到的主要充水水源為奧陶系灰巖水，因此必須加強這種水源的防治。對于防治奧陶系灰巖水而言，其主要的導水通道有：導水斷層、導水陷落柱、裂隙密集帶與封閉不良的鉆孔等。下文將對這幾個方面進行闡述。

（1）導水斷層。整個礦區里面，擁有大量的斷層，某些大的斷層甚至控制了各個礦區的生產邊界，加之一些斷層在不斷發育，逐漸造成了一些奧陶系灰巖與煤系地層產生對接，從而加大了防治水難度。

（2）導水陷落柱。在整個礦區的開采經歷中，已經遇到了大約80個陷落柱案例，其中只有少許幾例為導水陷落柱。一旦陷落柱開始導水并且將奧陶系灰巖和生產煤層之間導通，那么就會使得開采層形成一種奧陶系灰巖突水通道。

（3）裂隙密集帶。由于斷裂構造復合或者尖滅作用的影響，出現了一種比較隱秘的導水通道，這種導水通道即所謂的裂隙密集帶，它具有隱密性極強及規模小等特性。

（4）密閉不良的鉆孔。密閉不良指的是沒有封堵或者封堵不良，這里尤其突出的是其與奧陶系灰巖水相互連通的鉆孔，表現出的密閉不良十分明顯。

2.3 主要的防治水問題

隨著各個礦區開采逐漸深入，遇到的水害問題也越來越多，主要問題如表1所示。

3 礦區水文地質安全保障體系結構解析

通過對整個礦區開采及待開采區域存在的水害問題進行分析，得知該礦區在水文地質勘探工作方面實踐力度及重視程度不高，因此必須改善這方面的問題，加強水文地質的勘查，主要包括了水文地質鉆探、水文地質物探及水文地質試驗等。為了使得整個水文地質安全保障體系更加形象具體，可以用圖1表示。

4 礦區防治水對策探析

4.1 水文地質的補充勘探

該礦區待開采部分存在著水文地質勘探不足的現象，為了改善這種現狀，就應加強水文地質勘探工作，及時補充勘探的不足，主要包括了對水文地質的鉆探、水文地質的物探及水文地質的試驗等。水文地質勘探的主要目的在于對奧陶系灰巖水層、大青灰巖水層及本溪灰巖水層進行探測，探查其相應的水害性質。在通過了補充勘探之后，形成一種立體的觀測網絡，用以檢測各個礦區的相關水害情況，并及時尋找應對措施。

4.2 導水陷落柱的探查及防治

通過這些年礦區的開采來看，各個礦區都或多或少發現了陷落柱，總的來說，礦區的陷落柱擁有以下幾個方面的特點：1）在各個礦區發現的陷落柱，都有長大的條件；2）在C區的陷落柱比較密集，其他礦區的陷落柱較為稀疏，由此可見其分布具有串珠狀的特性；3）對于礦區的陷落柱而言，通常情況下，如果不含水便會不會導水；4）大部分陷落柱分布的方向往往與礦區的構造及相關的地下水的流向有關。

由于此礦區陷落柱情況較多，因此必須對其進行相關的探查及防治，比如利用水文地質分析、綜合物探技術、水文地質試驗及鉆探技術多層次綜合探查等，這類方式也可以探查導水陷落柱，雖然導水陷落柱并不多見，但其危害十分大，因此必須高度重視。

從過去的經驗來看，可以采用在陷落柱的柱體中構建“堵水塞”的方式來封堵陷落柱的導水通道，從而抑制導水陷落柱的

形成。

4.3 小煤礦區的水害防治

由于該礦區小煤礦眾多，因此大部分水害還是因小煤礦而起，加強這些小煤礦的水害處理也是有效解決礦區水害的方法之一。總的來說，對小煤礦的水害防治而言，可以采取一定的技術手段進行管理，也可以借助政府部門及法律手段等確保整個煤礦生產區的安全。此外，還應加強小煤礦采空區積水及大礦采空區積水的勘查和疏放。

4.4 下組煤開采時的防治水流程

在進行下組煤的防治水工作，可以從以下四個階段（工作面掘進與回采）來進行。

（1）掘進前階段。對地面進行補充勘探，并且需要將井下的防排水系統加以完善，同時做好注漿系統的建設及完善各種準備工作。

（2）掘進階段。在這階段中的主要工作包括了鉆探超前探測、大青灰巖水疏放、超前底板孔注漿工程及工作面改造中的注漿鉆孔施工等。

（3）回采前。這個階段的主要工作是底板的注漿加固和改造、坑透、瞬變電磁側向探測及音頻電透視等。

（4）回采中。這個階段的主要任務在于查清該工作面及水文地質的情況，并根據這些情況對可能發生突水危險的地區進行實時監測。

5 技術裝備的支撐系統與安全保障體系配套措施

5.1 技術裝備支撐系統

技術裝備支撐系統是整個礦區水文地質保障體系順利運行的硬件支撐，主要包括以下幾個方面。

（1）排水系統。對于上組煤的開采而言，應充分考慮突水災害對排水能力的阻礙；對于下組煤的開采而言，則應有強大的排水能力，只有這樣才能確保開采正常運行，因此必須充分控制好奧陶系灰巖水疏降產生的涌入量。

（2）鉆探及注漿能力。鉆探往往是礦區防治水害最主要的手段之一，其設備的完善是保障防治水害工作順利進行的必要前提。此外，注漿能力的強弱也影響著防治水害的能力。因此，必須保障鉆探設備的功率強、鉆探隊伍工作經驗豐富及技術高超，在注漿過程中應建立全面的注漿系統，盡量滿足相關的規范要求。

（3）水位遙測及水情水害監測系統。應對礦區進行全方面的監測，尤其應加強水位遙測、水情水害監測，確保礦井的涌水量、突水點水、采區涌水量等都在可控范圍之內。

（4）水害預警系統。對煤礦突水災害進行實時監測，并設置相關的預警系統，能及時掌控煤礦煤層的水壓、應力、溫度及應變等物化參數，從而在開采地下煤時為實時監測及預警系統設計提供可靠有效的研究數據。

5.2 安全保障體系配套措施

安全保障體系配套措施，對于安全保障體系的構建不可或缺，主要包括以下幾個方面。

（1）防治水結構設置。設置相關的防治水機構，并建立防治水領導小組，建立一定的責任制，做到責任到人，保證整個防治水工作能到位。

（2）水害應急救援措施。水害應急救援措施能應對在采煤中遇到的突水災害問題，主要包括辨別突水征兆、發布預警信號、對發生的災害進行應急處理及自救避災等。

（3）防治水技術攻關。目前，我國在礦區水文地質安全保障體系中，對于防治水技術而言，依然存在很多方面的不足，因此必須加強這方面的投入力度。比如可以加強水源災害的電磁法探測、下組煤帶壓開采防治水及深部巖溶發育規律等技術的研究。

參考文獻

[1]劉再斌，王璽瑞，靳德武，等.邢臺礦區水文地質安全保障體系探討[J].煤炭科學技術，2008，36（4）：93-96.

[2]張鼎，肖攀，何鳳，等.湖南道縣后江橋鐵錳鉛鋅礦區水文地質條件分析及涌水量預測研究[J].工業安全與環保，2012，38（4）：42-45.

[3]胡志勇.核桃灣一號煤礦水文地質分析與礦區安全評價[J].中國科技博覽，2010（33）：418.

[4]繆協興，王長申，白海波，等.神東礦區煤礦水害類型及水文地質特征分析[J].采礦與安全工程學報，2010，27（3）：285-291，298.

[5]益萬旅，薛竹存，方永林，等.淺析某礦區水文地質地球物理勘查技術[J].城市建設理論研究（電子版），2012（21）.

[6]田瑞云.億噸煤炭生產基地的安全保障體系綜述[J].煤炭工程，2008（6）：8-10.