地質勘探工作與煤礦防治水的關系研究

武建軍

（山西焦煤西山煤電鎮城底礦， 山西 太原 030200）

由于煤礦的開采工作，使得原有的地層完整性遭到了破壞，這就誘發了諸多的地質災害，其中頻率最高的當屬水災。由此可見，水災對煤礦的安全生產威脅非常大，不僅會淹沒礦井以及工作面，甚至會威脅到井下的工作人員。同時，一旦水災發生，救援行動就變得十分緊急而且很棘手。所以，一定要避免煤礦水災的發生，將損失降到最低。要預防煤礦水災，首要的工作就是要搞清礦區附近的水源分布情況，然后采取手段進行治理。

1 煤礦水災類型分析

針對煤礦水災的防治工作，要搞清煤礦水災具體的分類。由于礦區水的來源不一樣，可以細分為以下幾種，采空區透水、斷層透水以及含水層涌水等等[1]。

1.1 采空區透水

在煤層采出后會留下面積不等的采空區，如果不處理，長久以往會留下很多的積水。因此，在這種廢棄時間較長的采空區附近布置工作面，很容易引發采空區的透水性事故。同時，采空區的水量越大，水壓就越大，越容易引發透水性事故。此外，隨著采空區的壓力增大，積水進入工作面的速度就越快。

1.2 斷層突水

當工作面附近存在斷層結構時，工作面的回采工作會擾動斷層。斷層一旦被干擾，極有可能出現隔水能力失效的現象，這也是誘發斷層突水事故的主要原因。在未受工程擾動的情況下，斷層處于相對穩定的狀態，人類的開掘活動會使這種穩定變得不再平衡，就致使大量的地下水流向工作面。這種現象出現時，會大大增加煤礦工作面排水的難度，使得整個巷道變得非常泥濘難走，但是這種突水事故并不會淹沒工作面。事故的出現反映出煤礦井下的安全措施存在漏洞。

1.3 含水層涌水

含水層突水，是指煤層由于防水層的破裂而使地下水進入工作面。一旦煤層的頂板或底板出現水壓增大的現象，就會出現這種事故。由于人類的開采活動，煤層防水層會出現局部應力集中，這些應力集中的區域會出現不規則裂隙，水會順著裂隙涌出。與此同時，隨著工作面的采高增大時，位于采空區上部的冒落帶，即導水裂隙帶（如圖1 所示）的高度也隨之增大。一旦導水裂隙帶的高度越過含水層，就會致使水從含水層流向工作面。

圖1 導水裂隙帶分布示意圖

2 煤礦防治水中地質勘探工作的重要性分析

一般情況下，開采環境的地質情況出現變化，會誘發煤礦的水災。所以，完善煤礦地質勘探工作對于煤礦的防水治水極其重要。

2.1 有助于探明礦井水的來源

了解礦井水從何而來，是煤礦防治水時首先要做的工作。水的源頭不同，對井下工作面造成的危害也不同，從而也就誕生了多種類別的礦井水災。在勘探前，一定要通過打鉆孔的方式來探明工作面附近的水源。鉆孔不僅可以搞清地下水的分布范圍，還能對水壓有一個大致的了解。水壓是評價水災嚴重與否的重要指標。同時，在勘探過程中應記錄采空區的富水情況。在我們知道水源的基礎上，再去研究治水排水方式措施，例如，可以用水泵排出采空區積水；灌漿用于封堵含水層中的水[2]。

2.2 有助于工作面的合理設計

工作面設計地是否合理，也是誘發煤礦水災的一個重要因素。工作面布置不合理，在開采過程中會對水源造成很大的干擾，致使水災頻頻發生，就比如某些工作面設置在了斷層的周圍。在地質勘探資料不明確的情況下，過大的開采強度會破壞煤層上方的防水層。如果事先獲得了準確的地質調查數據，然后根據地質情況進行工作面位置以及長度的設計，會極大地減少煤礦災害出現的頻率。與此同時，地質勘探工作還能在很大程度上降低開采活動對地質構造的影響。

2.3 有助于完善防治水理論

由于缺失高效的防水治水理論，而且針對防水治水的關鍵技術也不完善。即便在一些礦井，關于煤礦的防水治水工作可以很好的進行，但是這種理論技術會因為礦井的地質差異、氣候差異而難以在國內大范圍推廣。所以，格外的需要完善先進的防水治水技術理論。筆者認為，合理利用大數據，對水災的誘發過程進行全方面分析，總結它們的共同特點，就可以對煤礦的防水治水理論進行一個完善，這也是為煤礦的治水工作提供借鑒。

3 瞬變電磁法在煤礦防治水工作中的應用

3.1 基本原理

瞬變電磁法的主要基本原理是,利用回線圈（接地或不接地）沿著地下的方向發射處產生一次脈沖磁場，并且在每次脈沖磁場發出的持續時間內利用回線圈和連接的電極，來分析二次渦流場的變化規律。通過對二次渦流場的磁場空間進行解析結果，也能夠推斷出被測區的地理結構和水文地質狀況[3]。大致原理圖如圖2 所示。

圖2 瞬變電磁法原理圖

3.2 煤礦地質概況

本次研究的是山西某煤礦公司的礦井，其中15號煤層北側井田的6 號工作面坐落于5 號井口向東1 215 m 左右。該位置地面海拔在1 325～1 375 m，井下掘進工作面標高740～780 m。15 號煤層的厚度不等，最厚處達到了25.80 m，最薄處僅有2.52 m，煤層的平均傾角為5°左右，煤層附近的巖層巖性主要有泥巖、砂質泥巖以及粉砂質泥巖等。根據巷道周圍的鉆孔資料顯示，煤層遭到了火成巖的入侵，但是這種現象隨著推進方向漸漸不明顯。15 號煤層北側井田6 號工作面上面存在著5 號煤層工作面，以及諸多廢棄的采空區，這些采空區與15 號煤層的間隔距離為40 m，根據現有的地質資料，不能確定各個采空區的連貫性。

3.3 地質勘探

依據煤礦防治水的原則，綜合分析15 號煤層的具體水文地質情況，決定應用360°全方位瞬變電磁探測儀來針對工作面的地質情況進行探測工作，這樣做的目的是為了保障井下的安全生產。全方位探測的具體工作是以被測點位為中心、以100 m 的測量長度為半徑畫出一個圓形區域，然而實際測量的距離只有80 m；勘測的循環進度是每過80 m 為一個循環來進行井下勘探，同時，一旦出現低阻異常的區域，就要對該區域進行鉆探取物驗證，為了勘測更準確，在勘測時應該多設置幾個鉆孔。應用瞬變電磁法的前提條件就是要事先布置好測點，然后開展測點探測工作。對于超前探測的測點，一般分為兩類，即水平方向的測點以及垂直方向的測點。兩種測點的具體布置施工圖如圖3、圖4 所示。

圖3 水平方向探測情況

圖4 垂直方向探測情況

3.4 勘探結果分析

含水層周圍的巖石巖性, 主要為細顆粒狀砂巖、中粒砂巖和礫巖。其中砂巖的裂隙承壓水，是該地區煤層開采的最直接充水含水層。作業面周圍并沒有明顯的導水構造，也沒有影響作業面的開挖。作業面的最大涌水量約為0.020 m3/min，而正常涌水量則為0.005 m3/min。但經過以上的實際情況,我們已經能夠知道，在整個6 號作業面的煤層開掘過程均不受正常含水層最大涌水量的影響，同時作業面在開挖過程中，最主要的水災隱患源自于上覆地層的諸多采空區積水。

4 結語

煤礦水災嚴重威脅著煤礦的安全生產，必須采取有效的防治措施，避免此類災害的發生。煤礦水災可分為采空區滲漏、斷層突水和含水層突水三種類型。礦井水治理的關鍵在于完善地質勘查工作，而地質勘查是防治水害的重要工作，主要歸結了三個方面：有助于探索礦井水的來源，設計合理的工作面，完善礦井水防治理論。同時，本文還列舉了瞬變電磁法在工程實例中的應用，其中的勘測結果可以很好的反應出巷道工作面周圍的地質情況，可以為煤礦防治水工作的展開提供依據。