試論水工環地質勘測工作中的技術應用

李陽 賀丹 楊長健

摘要：伴隨著全球科技產業的高速發展，先進的科技運用在各個行業當中，也逐漸滲透到了我國水工環勘測的工作中，這樣的技術應用有效地提高了水工環勘測的工作效率，有利于推進水工環探測技術的進步。但是全面的科學技術并沒有廣泛的進行普及，不能夠滿足水工環勘測工作多樣化的需求。本文結合九龍煤礦礦區水害致災探測與治理技術，對當前背景下水工環地質勘測工作中的技術應用進行探討與研究，旨在推進我國水工環勘測技術的不斷進步與發展。

關鍵詞：地質勘測;水工環地質勘測;技術應用

當前，我國對地質災害和地質環境保護的綜合治理力度與能力都得到了比較大的進步，但在水工環地質勘測工作中，技術應用的力度還遠遠不夠，一些珍貴的地質勘測資料也比較稀缺。因此使得當前在水工環地質勘測中的操作性不夠，造成一些安全隱患，以及資源的浪費，這與我國提倡新發展理念是不符的，理應進行持續的探索和研究。

1水工環地質工作情況

水工環地質進行的調查與勘測是在全球范圍內與人類生存環境緊密關聯的。在目前全球倡導環境保護和可持續發展的背景下，世界各國都對水工環地質勘測進行了深入的技術研究。由從前的基本勘測地質資源，了解基礎情況，轉變為促進人與自然和諧共處，促進經濟社會與自然生態同步發展的理念上來，這樣理念的轉變為社會發展和人類的生存提供了思想基礎，也更加重視了資源、經濟與環境三方面的協調發展，加強了對災害監測方面的工作力度。全球的地質勘測是一項巨大而艱辛的項目，目前人類對地質勘測工作還未深入，山地工作和鉆探工作也未全面開展，因此在地質資料的精準度上還差強人意，應當加強對水工環地質勘測工作上的技術應用，不斷提高科技水平。

2目前我國地下災害情況

地下災害的發生是比較常見的自然現象，但煤礦地區的地下災害卻是人為誘導占絕大部分因素的，尤其我國的煤礦資源遍布非常豐富，煤礦開采區的面積也極大，煤礦地區的地下災害相對來說較為頻發。本文以煤礦地區的災害情況為典型，淺談我國當前地下災害的狀況和防治措施。

2.1煤礦地區底下災害發生的原因

我國煤礦地區頻繁發生地下災害的原因主要有以下幾大點：第一，我國對封閉條件下的水文地質研究力度不夠，無法充分掌握地質情況，也無法預測地質運動。第二，對可能會引起災害的誘因認識缺乏科學的了解。第三，在地下水害事故當中所吸取的經驗不足，無法對防治措施得到有效的落實和實施。第四，在煤礦區的開采當中，對地質保護的認識不足，會破壞防水煤柱。第五，對頂板和底板的水還有溶洞中的水不夠重視，防治措施并不全面也不規范，當前的技術也不能過關。第六，開采煤礦過程中對地表積水的處理方式不夠全面[1]。

2.2煤礦地區地下災害的形式

我國煤礦地區的地下災害主要有：

（1）礦井突然出水。這種事故大多是由于開采的井港還有工作面與構造破碎帶、含水溶洞等過于接近而產生的。這樣的事故還是由于操作技術不足以及對災害的認識不夠而導致的。

（2）地面塌陷。地面塌陷是我國煤礦開采地區最易出現的地質災害事故。在礦床地區的水進行疏導排干之后就容易產生地表的塌陷，這種事故對周邊的自然環境影響極大，對開采的進行也造成困難。一旦塌陷在水區域，會增加地下水的補給，影響開采的正常進行。

（3）井下泥石流。這樣的事故造成人員傷亡是極大的，對人身安全也有極大的威脅。當礦床進行疏干之后，常常會有一些泥沙隨著水流入礦井中，從而造成泥石流的發生。一旦發生井下泥石流，就會對設備進行摧毀，如果當時還有操作人員在井下，也可能造成人身事故。

（4）崩落事故。在采場遇到含有水分比較松散的巖體或結構的時候，由于地下水壓力的驅動下，有可能造成崩落事故的發生。嚴重影響開采的正常進行。

2.3我國當前對煤礦地區災害的防治措施

基于我國煤礦地區災害的現象，國家相關部門對治理煤礦地區災害的工作也十分重視。目前我國對煤礦地區災害的防治措施，主要有以下幾項。

（1）提高對礦井內部地下水的排出疏干技術。地下水排干的不當，是造成地下災害事故產生的重要因素，因此對排干技術的提升和研究是迫在眉睫的。最安全的方法是在礦業開采進行前對煤礦地區的水源進行探測，探測之后進行水源的分流排干，不將壓力全部集中一條水道中。具體的排水技術大概有三種：礦井之下排干、地表進行排干和二者將結合的排干技術。

（2）提高礦井內部地下水探勘技術。不少事故的發生是因為項目進行之前未能夠開展充分的調查和探勘，應當提前進行地下水源的探勘，了解地下水的具體情況并進行安全有效的排干，再來進行挖掘開采工作，才能夠保證開采工作的有效安全進行。

（3）對礦井中地下水進行隔離或堵截。在勘測到地下水源之后，如果因為技術條件無法進行排干，或因為地質條件不能夠進行排干，那么應當及時采取隔離水源的措施，或者對地下水源進行攔截。

（4）對礦山進行排水。進行礦山排水需要較為先進的工作泵，排水設備可以在一定時間排出24小時的涌水量，對排水設備的更新和檢修也是必要的[2]。

我國目前已經出臺了相關的規定和政策，煤礦地區的防治工作要堅持先探測后開采的原則，在預防、堵截、排水、疏水、攔截方面綜合進行，確保煤礦地區的生產安全和環境保護。

3煤礦地區水工環地質勘測與治理的技術應用

當前我國的地質災害勘測與治理技術運用的是電法和三維地震這樣的手段來勘測水害威脅區。通過地面設施來對地下的水工環地質情況進行探查，并且對隱形水道進行疏通和封堵。這樣能夠減少頂板的砂巖水和奧灰水等進入煤層，防止干擾煤炭開采質量。

具體的工藝流程如下：首先要采用電法和三維地震聯合的技術手段，來對災害隱患區進行識別，通過地面進行鉆孔，再用定向測量的儀器等等進行控制，對井壁進行材料加固。使用材料可用注漿工藝，通過地面對頂板砂巖層、灰巖層等進行加固，以此保證煤礦地區開采的綠色、安全和有效。

這樣的技術推廣，有效的減少了地下水資源的浪費，也保護了煤炭區的生態環境，更加降低了工人在地下作業時產生的風險和安全隱患。這樣的開采技術能夠降低煤炭開采成本，為我國在資源開采與生態環境之間的矛盾提供了有效的解決途徑[3]。

3.1九龍礦區對地下災害的防治案例

3.1.1案例背景

九龍礦于1991年4月投產。九龍礦位于峰峰礦區東南，平面上是呈現為菱形狀的，總體是單斜的構造。它的南部F26斷層對梧桐莊井田相隔，西部F8與泉頭井田相對，北部F9與羊東礦相隔。東部地區是無限的井田，平臺開采的深度為850米標準高度。九龍礦的南北走向為8千米，東西部寬2.5千米。井田有兩個劃分水平，第一個水平標高為600米，有7個主要開采區，第二水平標高850米。礦井的主要開采煤層是2號和4號，主要煤質是焦煤和肥煤。礦區奧灰層含水量較為豐富。4號煤層的煤埋藏深度比較大，底板的隔水層因此承擔壓力較大。在多種因素的影響之下，可能造成突水事故，影響煤層開采和作業安全。

3.1.2煤礦地區的資源條件

九龍礦的地質條件是，斷層的構造比較發達，內褶皺構造是以次級的褶皺為主要。井田之內的陷落柱發育，隱伏導水的陷落柱有1個，總體類型為中等。礦井的充水條件較為豐富，是隱伏煤田，含水層大致分為9個。礦井的充水威脅較大的是充水水源，由于煤層埋藏的深度過大，超過開采的安全厚度，因此對隔水層的壓力較大。奧灰層的含水量豐富，水頭也比較高，容易形成潛在威脅，影響開采的安全性和正常性。煤礦地區充水水源進入礦井的主要通道可能有導水斷層、陷落柱、裂縫和不良鉆孔等等，潛在威脅還是比較大的。

3.1.3九龍礦進行的治理措施

地面施工的分支注漿孔進行工作面底板的注漿封堵。漿液在壓力的作用下會從奧灰水的補給通道向下進行擴散和沉淀，逐漸堵塞并縮小可導水的通道，能夠最大程度的減少奧灰水層對其余含水層的補給。在上方對裂隙進行沉淀和結石，能夠填補隔水層導水帶的裂縫，強化加固底板。減少了奧灰層突水事故發生的概率。同時也降低了對地下地區600多萬噸煤炭資源開采的風險，所帶來的經濟效益和社會效益都極大。

3.1.4九龍礦治理所帶來的效益

從經濟效益上來看，自從項目在實施以后，一年內所完成的產值就已經超過億元，之后在40多個煤礦地區實施推廣，預測所帶來的經濟效益有40億元左右，可上繳給國家的稅收收益達到4億元，為國家創造巨大的經濟利潤。如果該項目能夠在中部煤礦開采地區進行有效的推廣和實施，將會帶來更多的經濟效益。這樣的技術降低煤礦開采的水害風險，提高了煤礦開采作業的安全性，有利于我國煤礦業的發展。

從環境效益上來看。這樣的技術解決了一直以來困擾多年的奧灰水威脅開采難題，既保護了地下水源，又成功進行開采煤炭。突水通道在太原以帶的煤層極為發達，錯綜復雜。該項目能夠防治煤層底板的斷裂，保護了地下環境，長久以來，由于煤礦排水作業易造成地下水生態系統的破壞、地下水水位下降、河流斷流等影響，礦井內部的排水還有可能污染地表水。實施該技術以后，能夠提高煤炭開采的效率，節約資源以及人力物力，也能最大限度的減少對地下水系統的人為干擾和破壞，避免了水資源的浪費，減少因為煤礦作業導致的生態問題和環境污染。

從社會效益上來看，由于煤礦地區排水作業所造成的資源浪費和地下生態系統的破壞，給國家及周邊的人民造成了巨大的損失，其中的損失是無法短時間內進行修補的，生態系統的破壞需要自然進行十幾年乃至百年的自行修復，對周邊居民所造成生活上的不便，也加大了居民對企業的不滿，所造成的心理傷害也是無法挽回的。該技術的實施，能夠有效的防治礦井作業對自然的影響，對周邊環境的影響，提高了企業和行業在人們心中的地位和責任。有效的減少了地下水資源的浪費，也保護了煤炭區的生態環境，更加降低了工人在地下作業時產生的風險和安全隱患。創造了巨大的社會效益。

3.2當前水工環研究中其他的新技術應用

3.2.1GIS系統應用

GIS應用技術是以空間數據為基礎的地理信息系統[4]，地質信息特點的不同也更加能夠體現出GIS技術的廣泛性，因此該技術在水工環地質探測工作中也進行了嘗試使用，并在其他地質工作上得到推廣。

3.2.2RS技術的應用

RS技術又稱為遙感技術。在水文地質探測和地質評價中得到廣泛使用，從產生到應用僅僅30年的時間，通過計算機對各個要素進行模擬分析，對數據處理能夠迅速便捷的進行處理，使用成本也較為低廉。RS技術可以實時進行動態的檢測，在地質探測、地質條件評定和工程選址方面得到廣泛的運用。能夠相對準確的測評地質條件的穩定性，以及災害的可預測性。

3.2.3物理探測技術

物理探測技術對地質的物理參數能夠準確、迅速的作出分析，成本比較低廉，對環境的影響也較小。在水工環探測工作中已經得到長遠的使用。近年來對物理探測技術的逐步重視，也使得我國水工環探測技術得到了飛速發展。

3.2.4水質探測技術

水質探測技術是國內外的實驗手段。分為化學分析和物理分析兩種方法。雖然兩種方法的基本原理不同，但也不是互相獨立的，在運用的過程中，應當根據實際的情況和要求，綜合考慮分析的優勢與劣勢，揚長避短，選擇比較合適的分析方法。這樣的技術，需要操作人員的綜合素質較高，能夠熟練的掌握兩種分析方法的特點和優劣勢。

4結尾

隨著國內外科技技術水平的發展和提高，我國的水工環地質探測技術也應該得到相應的提高和發展。在我國水工環地質的勘測工作中，技術應用的力度還遠遠不夠，一些珍貴的地質勘測資料也比較稀缺。因此使得當前在水工環地質勘測中的操作性不夠，造成一些安全隱患，以及資源的浪費。為了與經濟基礎進行同步的發展，我國近年來對水工環勘測技術上的投資日漸加大[5]。本文通過結合九龍礦地質災害治理技術的案例，淺析了當前我國在地質災害治理方面取得的進步以及帶來的效益。雖然有初步的提高和發展，但仍舊需要科研人員不斷的探索與進步，如此一來我國地質勘測工作才會有長遠的發展。總體來說，高技術的應用對于水工環地質探測工作是具有長遠意義的。

參考文獻

[1]董書寧等.中國煤礦水害基本特征及其主要影響因素.煤田地質與勘探.2007（05）34-38.

[2]顧文斌，劉永生.電法在水工環地質勘察應用中的幾點認識[J].資源環境與工程.2010.

[3]付麗莉.淺析水工環地質勘察中的技術應用（J].畢章，2010.

[4]李怠民，吳海成.水工環物探儀器研制特點與實例[J].物攘與化振.1995

[5]邦書黍.工程地質勘察與巖土工程技術發展現狀與展望[J].撂礦工租.1999.

作者簡介

李陽（1981-），男，江西樟樹，中國煤炭地質局，碩士研究生，高級工程師，研究方向：工程項目管理等。

1.中國煤炭地質總局 北京 100038;2.陜西省煤田地質集團有限公司 西安 710021