地質(zhì)勘探工作與煤礦防治水的關(guān)系研究

武建軍

（山西焦煤西山煤電鎮(zhèn)城底礦， 山西 太原 030200）

由于煤礦的開(kāi)采工作，使得原有的地層完整性遭到了破壞，這就誘發(fā)了諸多的地質(zhì)災(zāi)害，其中頻率最高的當(dāng)屬水災(zāi)。由此可見(jiàn)，水災(zāi)對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)威脅非常大，不僅會(huì)淹沒(méi)礦井以及工作面，甚至?xí){到井下的工作人員。同時(shí)，一旦水災(zāi)發(fā)生，救援行動(dòng)就變得十分緊急而且很棘手。所以，一定要避免煤礦水災(zāi)的發(fā)生，將損失降到最低。要預(yù)防煤礦水災(zāi)，首要的工作就是要搞清礦區(qū)附近的水源分布情況，然后采取手段進(jìn)行治理。

1 煤礦水災(zāi)類型分析

針對(duì)煤礦水災(zāi)的防治工作，要搞清煤礦水災(zāi)具體的分類。由于礦區(qū)水的來(lái)源不一樣，可以細(xì)分為以下幾種，采空區(qū)透水、斷層透水以及含水層涌水等等[1]。

1.1 采空區(qū)透水

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

1.2 斷層突水

當(dāng)工作面附近存在斷層結(jié)構(gòu)時(shí)，工作面的回采工作會(huì)擾動(dòng)斷層。斷層一旦被干擾，極有可能出現(xiàn)隔水能力失效的現(xiàn)象，這也是誘發(fā)斷層突水事故的主要原因。在未受工程擾動(dòng)的情況下，斷層處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，人類的開(kāi)掘活動(dòng)會(huì)使這種穩(wěn)定變得不再平衡，就致使大量的地下水流向工作面。這種現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，會(huì)大大增加煤礦工作面排水的難度，使得整個(gè)巷道變得非常泥濘難走，但是這種突水事故并不會(huì)淹沒(méi)工作面。事故的出現(xiàn)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(jìn)入工作面。一旦煤層的頂板或底板出現(xiàn)水壓增大的現(xiàn)象，就會(huì)出現(xiàn)這種事故。由于人類的開(kāi)采活動(dòng)，煤層防水層會(huì)出現(xiàn)局部應(yīng)力集中，這些應(yīng)力集中的區(qū)域會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則裂隙，水會(huì)順著裂隙涌出。與此同時(shí)，隨著工作面的采高增大時(shí)，位于采空區(qū)上部的冒落帶，即導(dǎo)水裂隙帶（如圖1 所示）的高度也隨之增大。一旦導(dǎo)水裂隙帶的高度越過(guò)含水層，就會(huì)致使水從含水層流向工作面。

圖1 導(dǎo)水裂隙帶分布示意圖

2 煤礦防治水中地質(zhì)勘探工作的重要性分析

一般情況下，開(kāi)采環(huán)境的地質(zhì)情況出現(xiàn)變化，會(huì)誘發(fā)煤礦的水災(zāi)。所以，完善煤礦地質(zhì)勘探工作對(duì)于煤礦的防水治水極其重要。

2.1 有助于探明礦井水的來(lái)源

了解礦井水從何而來(lái)，是煤礦防治水時(shí)首先要做的工作。水的源頭不同，對(duì)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(zāi)。在勘探前，一定要通過(guò)打鉆孔的方式來(lái)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(duì)水壓有一個(gè)大致的了解。水壓是評(píng)價(jià)水災(zāi)嚴(yán)重與否的重要指標(biāo)。同時(shí)，在勘探過(guò)程中應(yīng)記錄采空區(qū)的富水情況。在我們知道水源的基礎(chǔ)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(qū)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(shè)計(jì)

工作面設(shè)計(jì)地是否合理，也是誘發(fā)煤礦水災(zāi)的一個(gè)重要因素。工作面布置不合理，在開(kāi)采過(guò)程中會(huì)對(duì)水源造成很大的干擾，致使水災(zāi)頻頻發(fā)生，就比如某些工作面設(shè)置在了斷層的周圍。在地質(zhì)勘探資料不明確的情況下，過(guò)大的開(kāi)采強(qiáng)度會(huì)破壞煤層上方的防水層。如果事先獲得了準(zhǔn)確的地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)，然后根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行工作面位置以及長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)，會(huì)極大地減少煤礦災(zāi)害出現(xiàn)的頻率。與此同時(shí)，地質(zhì)勘探工作還能在很大程度上降低開(kāi)采活動(dòng)對(duì)地質(zhì)構(gòu)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(duì)防水治水的關(guān)鍵技術(shù)也不完善。即便在一些礦井，關(guān)于煤礦的防水治水工作可以很好的進(jìn)行，但是這種理論技術(shù)會(huì)因?yàn)榈V井的地質(zhì)差異、氣候差異而難以在國(guó)內(nèi)大范圍推廣。所以，格外的需要完善先進(jìn)的防水治水技術(shù)理論。筆者認(rèn)為，合理利用大數(shù)據(jù)，對(duì)水災(zāi)的誘發(fā)過(guò)程進(jìn)行全方面分析，總結(jié)它們的共同特點(diǎn)，就可以對(duì)煤礦的防水治水理論進(jìn)行一個(gè)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(yīng)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(fā)射處產(chǎn)生一次脈沖磁場(chǎng)，并且在每次脈沖磁場(chǎng)發(fā)出的持續(xù)時(shí)間內(nèi)利用回線圈和連接的電極，來(lái)分析二次渦流場(chǎng)的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)二次渦流場(chǎng)的磁場(chǎng)空間進(jìn)行解析結(jié)果，也能夠推斷出被測(cè)區(qū)的地理結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)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(zhì)概況

本次研究的是山西某煤礦公司的礦井，其中15號(hào)煤層北側(cè)井田的6 號(hào)工作面坐落于5 號(hào)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(jìn)工作面標(biāo)高740～780 m。15 號(hào)煤層的厚度不等，最厚處達(dá)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(zhì)泥巖以及粉砂質(zhì)泥巖等。根據(jù)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(xiàn)象隨著推進(jìn)方向漸漸不明顯。15 號(hào)煤層北側(cè)井田6 號(hào)工作面上面存在著5 號(hào)煤層工作面，以及諸多廢棄的采空區(qū)，這些采空區(qū)與15 號(hào)煤層的間隔距離為40 m，根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)資料，不能確定各個(gè)采空區(qū)的連貫性。

3.3 地質(zhì)勘探

依據(jù)煤礦防治水的原則，綜合分析15 號(hào)煤層的具體水文地質(zhì)情況，決定應(yīng)用360°全方位瞬變電磁探測(cè)儀來(lái)針對(duì)工作面的地質(zhì)情況進(jìn)行探測(cè)工作，這樣做的目的是為了保障井下的安全生產(chǎn)。全方位探測(cè)的具體工作是以被測(cè)點(diǎn)位為中心、以100 m 的測(cè)量長(zhǎng)度為半徑畫出一個(gè)圓形區(qū)域，然而實(shí)際測(cè)量的距離只有80 m；勘測(cè)的循環(huán)進(jìn)度是每過(guò)80 m 為一個(gè)循環(huán)來(lái)進(jìn)行井下勘探，同時(shí)，一旦出現(xiàn)低阻異常的區(qū)域，就要對(duì)該區(qū)域進(jìn)行鉆探取物驗(yàn)證，為了勘測(cè)更準(zhǔn)確，在勘測(cè)時(shí)應(yīng)該多設(shè)置幾個(gè)鉆孔。應(yīng)用瞬變電磁法的前提條件就是要事先布置好測(cè)點(diǎn)，然后開(kāi)展測(cè)點(diǎn)探測(cè)工作。對(duì)于超前探測(cè)的測(cè)點(diǎn)，一般分為兩類，即水平方向的測(cè)點(diǎn)以及垂直方向的測(cè)點(diǎn)。兩種測(cè)點(diǎn)的具體布置施工圖如圖3、圖4 所示。

圖3 水平方向探測(cè)情況

圖4 垂直方向探測(cè)情況

3.4 勘探結(jié)果分析

含水層周圍的巖石巖性, 主要為細(xì)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(qū)煤層開(kāi)采的最直接充水含水層。作業(yè)面周圍并沒(méi)有明顯的導(dǎo)水構(gòu)造，也沒(méi)有影響作業(yè)面的開(kāi)挖。作業(yè)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(jīng)過(guò)以上的實(shí)際情況,我們已經(jīng)能夠知道，在整個(gè)6 號(hào)作業(yè)面的煤層開(kāi)掘過(guò)程均不受正常含水層最大涌水量的影響，同時(shí)作業(yè)面在開(kāi)挖過(guò)程中，最主要的水災(zāi)隱患源自于上覆地層的諸多采空區(qū)積水。

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦水災(zāi)嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)，必須采取有效的防治措施，避免此類災(zāi)害的發(fā)生。煤礦水災(zāi)可分為采空區(qū)滲漏、斷層突水和含水層突水三種類型。礦井水治理的關(guān)鍵在于完善地質(zhì)勘查工作，而地質(zhì)勘查是防治水害的重要工作，主要?dú)w結(jié)了三個(gè)方面：有助于探索礦井水的來(lái)源，設(shè)計(jì)合理的工作面，完善礦井水防治理論。同時(shí)，本文還列舉了瞬變電磁法在工程實(shí)例中的應(yīng)用，其中的勘測(cè)結(jié)果可以很好的反應(yīng)出巷道工作面周圍的地質(zhì)情況，可以為煤礦防治水工作的展開(kāi)提供依據(jù)。