煤礦防治水工作中物探與鉆探技術的應用研究

李曉宇

（晉能控股煤業集團地煤精通興旺煤業有限公司， 山西 大同 037000）

近年來我國所需的煤炭資源在不斷增多，礦井開采深度也在逐年增加，隨著開采的深入，煤礦水害給開采過程造成了極大困難，常見的水害包括礦井承壓水、巖溶裂隙水、斷層導水、老空區積水等，水害的頻發導致礦井開采效率難以提升。

造成煤礦水害的主要原因是礦井下的水體出現導通、潰水、突水等情況，不僅阻礙了煤礦開采的順利進行，也給施工人員的安全帶來了一定的威脅[1-2]。礦井水害主要來自于礦井開采過程中的水害隱患，礦井開采的初期常常會因為相關技術指標的不規范，造成老窯采空區積水、斷層連通地表水體以及巖溶水體等情況，這都為日后礦井水害的出現埋下了巨大隱患。隨著對煤礦開采領域研究的不斷深入，人們發現礦井水害是造成礦井施工人員安全事故的主要原因之一，并且通過分析礦井水害的成因發現礦井水害并非不可防控的，本文根據其特點提出了多種防治措施，總結出重在預防、要在治理的防治原則。

1 礦井概況

晉能控股煤業集團A 礦水害隱患主要來自前期開采過程中產生的老窯采空區積水、開采深度增加后出現的灰巖溶洞水以及地表水滲透等[3]。

首先對礦井內部的概況進行調查，包括老窯位置、巷道分布、積水情況以及地表裂縫分布等，并在此基礎上進行水文調查，得出該礦井的水文地質類型為中等類型。當前已經發現的老窯積水區共計3 處，由于積水區位置較深（開采水平之下），現階段開采過程中尚無明顯隱患，但是隨著礦井開采地不斷深入，可能給日后的開采過程埋下水害隱患。當前顯現出的水害問題主要是采空區地表水的滲透以及礦井承壓水和斷層導水。

2 礦井水害防治

礦井水害防治的重點在于預防，應當對礦井進行地質水文分析，并查清礦井水害的來源，從源頭進行治理，保證此類隱患的徹底根治。

2.1 地表水治理

地表水滲透主要存在于礦井的采空區，來源為附近的河流、湖泊以及水庫等，來源較為清晰，防治措施比較有針對性。當前對于地表水的治理包括疏、排、截、堵等多種方式。晉能控股煤業集團A 礦采取聯合治理的方式，通過對采空區進行回填硬化，避免了地表水在該區域的堆積滲透；通過修建排洪溝，保證了地表水的順利排出。截至2020 年，該礦井的采空區回填硬化面積已經達到9 000 m2，建成截洪壩4 座，攔矸壩2 座，有效避免了地表水帶來的水害隱患。

2.2 礦井水害治理

晉能控股煤業集團A 礦的礦井水害通常存在于巷道之中，包括淋水、斷層導水等多種形式，并且水害程度會隨著礦井開采的深入逐漸嚴重。為了更好地治理礦井水害，公司在2019 年引入了1 臺型號為YCS200（A） 的礦用瞬變電磁儀以及1 臺型號為ZDY4000 的全液壓坑道鉆，用于礦井水害的監測和探放。礦井開采前需要相關人員進行水害隱患防治方案的制定，首先使用瞬變電磁儀對礦井積水區域進行探測，確定積水區域后，使用液壓坑道鉆進行防水處理，在礦井開采前排除水害隱患。

方案執行過程中，為確保瞬變電磁儀探測的準確性和可靠性，同時使用物探設備進行水體觀測，將兩種方式的結果進行對比，以驗證物探參數的準確程度。根據下頁圖1、圖2 的光譜數據和觀測結果不難發現，光譜數據含水區值在0～20 m3之間呈現出顯著下降的趨勢。根據光譜結果可知，物探設備在礦井中的適用性較強，對于積水區域的判別較為準確，但是要進一步提升水體探測的準確程度，需要對礦井現場的實驗數據進行更為深入的分析。

圖1 +530 生活用水驗證觀測成果

圖2 +530 生活用水頂板觀測成果

3 物探和鉆探的探測實踐

2020 年9 月，該礦在開掘201 采區+389 m 時，工作面端頭迎頭處出現頂板局部垮塌現象，頂板涌水現象嚴重，水中帶有臭雞蛋味，因此判斷當前開采區域接近一處老窯積水區。通過對水文地質資料的查詢發現，在201 采區+411 m 處存在一處老窯，因此判斷該老窯存在采空區積水現象。由于不清楚老窯積水的詳細情況，需要調用物探設備進行相關參數的探測，具體結果如圖3 所示。

圖3 水害觀測分析成果

根據圖3 結果不難發現，開采區域上方存在一處水體，但是水體的具體成因難以判斷。因此使用液壓坑道鉆進行工作面鉆孔探究是否為采區積水，共計鉆取探眼150 m，鉆探剖面如圖4 所示。通過鉆采剖面可知，積水并非來自老窯采空區，而是少量的斷層導水，并不影響開采工作的進行。根據探測結果進行施工，頂板涌水逐漸減少，證明了鉆探結果的準確性。

圖4 鉆探剖面

4 結論

在礦井水害防治工作中，應當遵循重在預防，要在治理的原則，在工作面開采前預先進行探放水處理，通過物探鉆探結合的方式確保探測結果的可靠性，保證礦井能夠在開采前有效排除水害隱患。本文以晉能控股煤業集團A 礦作為研究對象，通過物探、鉆探結合的方式進行礦井水害的防治，先由物探設備進行水體探測，判斷出積水區域的位置，再由鉆探設備進行防水，確保水害隱患的順利排除。

礦井開采過程中，可能會遇到部分未預先發現的疑似水害的突發情況，對于這類情況應當采用“兩探”的方式及時進行核實，對于積水較少或者水害較輕的區域，通過探、防、排的方式進行處理；對于水害較為嚴重的區域，通過防、堵、疏、截等方式加以解決，保證礦井水害能夠得到有效的治理[4]。

為了提升礦井水害防治的質量，明確各主體間的責任劃分，避免水害事故的出現，結合現有的規章制度，包括《安全生產法》《煤礦安全規程》《煤礦防治水細則》等相關規定，采取“探、防、堵、疏、排、截、監”等聯合防治的方式，及時消除開采過程中遇到的水害威脅，避免水害事故的出現。

5 存在問題及建議

物探技術主要起到預防作用，能夠較為準確地探測出積水區域，但是對于該區域的積水量等具體參數卻難以進行詳細預測。ZDY4000 型全液壓坑道鉆主要負責積水區域的探放水工作，可對積水區域的具體情況進行分析，部分積水區域則通過全液壓坑道鉆來消除水害隱患。

YCS200（A）礦用瞬變電磁儀主要用于積水區域的判斷，對于積水產生原因以及含水層性質的判斷較為模糊，因此在實際生產過程中，其作用會受到限制。

ZDY4000 型全液壓坑道鉆自身體積較為龐大、搬運不便、自身探測角度有限，并且由于礦井內部地質環境復雜，設備難以進行有效地探測工作，自身的作用難以得到充分發揮，未來需要進行設備結構和參數的改進。

礦井現場采用“兩探”設備進行的實驗次數有限，難以驗證該方式的準確性和可靠性，未來應當增加實驗的次數，以更好地為礦井水害的防治提供指導。