綜合物探方法在煤礦井下水害防治的應用

劉 凱

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責任公司，山西 孝義 032300）

引言

煤礦井下水害是現(xiàn)代煤礦開采作業(yè)中常見的一種災害，其對煤礦開采的危害僅次于瓦斯。在煤礦開采期間，一旦發(fā)生大量水涌出現(xiàn)象，不僅會導致煤礦開采發(fā)生中斷，而且會降低開采煤炭質(zhì)量。可見，加強對煤礦井下水害問題的分析，制定相應措施防治是必要的。

1 煤礦井下水害類型及形成的原因

1.1 煤礦井下水害的類型

1.1.1 地表水水害

該水害的水主要來自地表水體和大氣降水，由于封存不嚴等問題，水源會從煤礦與地表相通井口、煤礦礦井作業(yè)面斷層部位涌入到煤礦井下作業(yè)面，進而出現(xiàn)地表水水害。

1.1.2 裂隙水水害

該水害的水源主要來自巖層砂巖及礫巖含水層內(nèi)潛在水分，受地表水侵蝕和補償作用影響，會發(fā)生匯集，最終會通過煤礦開采作業(yè)的斷裂帶與冒落帶滲入到煤礦境內(nèi)，引起煤礦井下水害[1-2]。

1.1.3 孔隙水水害

該類型水害是因為礦井內(nèi)開采區(qū)的內(nèi)地層巖含水層特點與大氣環(huán)境季節(jié)性改變而發(fā)生降雨，從而致使煤礦井下工作面巖層含水層發(fā)生滲透，引起水害，可見，孔隙水水害具有較為顯著季節(jié)性特點。

1.2 引起煤礦井下水害原因

1）開展煤礦井下挖掘作業(yè)時，工作人員沒有監(jiān)測煤礦井下區(qū)域水文地質(zhì)情況，在進行開采作業(yè)時，由于開采作業(yè)面與含水層巖層、充水斷層和老孔水積區(qū)域較近，在煤礦開采作業(yè)時盲目進行，從而引發(fā)煤礦井下水害問題。

2）煤礦井巷道設計存在缺陷，在進行巷道選址時，由于設計不合理，選擇了靠近水源匯集地或含水層表面，這會導致煤礦開采期間，頂板遭受到水壓和地面壓力，進而出現(xiàn)漏水或滲水等安全事故。

3）在煤礦井區(qū)域內(nèi)，針對地面沒有制定合理防洪措施，在煤礦開采期間，若發(fā)生持續(xù)降雨或者強降雨天氣，將會導致大量地表水灌入和匯集。

2 煤礦井下水害事故的危害

煤礦井下水害是一種常見災害，某煤礦井下水害情況如下頁圖1 所示，可見煤礦井下水害巨大。通過對大量煤礦情況進行分析，煤礦井下水害危害如下：

1）工作面頂板會出現(xiàn)淋水問題，老空區(qū)和巷道內(nèi)會存在大量積水，這將會導致巷道和工作面濕度加大，導致煤礦井下作業(yè)環(huán)境發(fā)生嚴重惡化問題，危害工作人員身體健康。

2）增加排水費用，降低煤礦開采效率，提高成本，降低效益，會對煤礦開采作業(yè)造成不良影響。

3）煤礦井下存在大量各種不同類型的生產(chǎn)設備，煤礦井下水害將會導致采用的設備出現(xiàn)較為嚴重的銹蝕和腐蝕問題，這會對設備的運行造成不良影響，縮短設備壽命。

4）煤礦井下涌入大量水后，將會導致生產(chǎn)環(huán)境惡化，情況嚴重時會出現(xiàn)局部停產(chǎn)問題，危害煤礦開采人員生命，造成嚴重經(jīng)濟損失。

5）影響煤炭資源回收以及煤炭產(chǎn)品質(zhì)量。

近幾年，煤礦開采深度不斷加深，范圍不斷擴大，人們提高了對煤礦井下水害的重視，加強了對相關防治工作的探討，需要采取合理措施進行防治，這是煤礦企業(yè)在發(fā)展期間需要重點探討的一項內(nèi)容。

3 綜合物探法在煤礦井下水害防治中的應用

3.1 綜合物探法

在進行煤礦井下水害防治時要堅持預防為主理念，要通過綜合物探法對煤礦井下突水水源進行合理識別。目前，綜合物探法經(jīng)過一段時間的研究與應用，已經(jīng)處于較高水平[3]。采用綜合瞬變電磁法、水質(zhì)化驗、鉆探等各項技術進行合理應用，通過物探手段進行應用，要針對煤礦井下開采作業(yè)中前方出現(xiàn)的異常區(qū)域情況進行精準識別，全面結合煤礦井水文地質(zhì)資料，對煤礦井下地質(zhì)情況進行全面識別，通過結合定量與定性相結合方式，精準、快速識別煤礦井下水害來源以及分布情況和強弱狀況，從而為后續(xù)煤礦井下安全生產(chǎn)作業(yè)開展提供強有力的支持，保障煤礦井下安全、高效生產(chǎn)。

3.2 科學布置采區(qū)巷道與采掘作業(yè)面

依據(jù)綜合物探法探測作業(yè)獲取到的煤礦井下水文地質(zhì)資料、圍巖物理學性質(zhì)、煤層賦存情況、采煤設備與方法等，嚴格依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》中相關規(guī)定，科學布置煤礦采區(qū)巷道和采掘作業(yè)面，根據(jù)煤礦開采情況，在水害周圍預留出足夠的水煤（巖）柱，保證采取巷道、采掘作業(yè)面與水體之間的相對位置都符合安全距離要求，最大程度避免水害的發(fā)生[4-5]。

3.3 構建自動排水系統(tǒng)

根據(jù)綜合物探法獲取到的信息，構建包括煤礦井下泵房監(jiān)控單元和地面監(jiān)控中心的自動化排水系統(tǒng)，提升排水系統(tǒng)工作性能，確保該系統(tǒng)能夠滿足應用需求。自動化技術的完善和優(yōu)化，能夠提高煤礦井下排水系統(tǒng)的優(yōu)化，提高系統(tǒng)運行可行性，為了能夠適應煤礦井下生產(chǎn)需求，建設自動化排水系統(tǒng)是必要的。建設在地面上的自動化控制中好比“大腦”，通過對其進行應用，能夠完成對水泵的控制，監(jiān)控井下泵房單元采集的各項信息內(nèi)容，一旦出現(xiàn)水害，能夠立即發(fā)出相應警報信息，啟動排水系統(tǒng)[6]。

3.4 優(yōu)化開采技術

煤礦井下水害經(jīng)常出現(xiàn)在綜采工作面，為了避免水害的發(fā)生，要對開采技術進行優(yōu)化，因此，必須要合理應用綜合物探法，完成相應探測工作，開采技術優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。通常來說，通過對綜合物探法或獲取到的數(shù)據(jù)進行應用，在綜采工作面的下出口和上出口出處的合理位置進行支護，減少水害的發(fā)生，同時，也能夠為煤礦井下水害發(fā)生后，爭取更多空間和時間應急逃生。進行煤礦開采期間，要確保作業(yè)面不會存在浮煤，避免由于作業(yè)面發(fā)生涌水問題，而導致工作面口發(fā)生堵塞現(xiàn)象。

3.5 合理防治頂板水

防治煤礦井下頂板水是防治煤礦井下水害的一項重要內(nèi)容。在具體防治作業(yè)開展時，工作人員需要提前利用綜合物探法對煤礦井下地質(zhì)情況進行全面探測，掌握煤礦井下地質(zhì)情況，依據(jù)獲取到的信息內(nèi)容，科學規(guī)劃定頂板防治，針對地下水和地表水區(qū)域，采取帷幕遮斷方式進行保護；而針對含隔水層區(qū)域，可以通過回填方式進行處理，要對采煤量進行適當控制，保證煤層結構能夠保持穩(wěn)定。

3.6 采取主動方式進行排水

煤礦井下出現(xiàn)的部分水害是無法避免的，為了確保煤礦開采作業(yè)順利進行，要依據(jù)綜合物探法獲取到的信息制定技術方案，針對存在危險性的水部分或全部排出。針對不同類型的地質(zhì)，采取的排放方法也會存在一定差異。對于老空區(qū)水疏放時，可以采取先堵后放、直接排放或采取構筑物或煤柱方式進行隔離；在進行含水層疏放時，通過在地面上進行打鉆方式放水，由疏水巷道疏水后，利用排水泵將積水排出。

進行疏放水時需要注意的內(nèi)容如下：全面探測水源情況，依據(jù)水量情況，制定符合需求的排放措施[7]。放水前，工作人員要先對放水壓、放水量以及煤層透水性等各項內(nèi)容進行測試，再依據(jù)設置在地下水設置的排水能力以及倉庫容量，制定符合需求的排放方案。若水量較小，探水鉆孔直接要控制在5.0～7.5 cm之間，孔深需要控制在7.0 cm 以內(nèi)，而在水量較大時，要另外打放水鉆孔。放水施工期間，要安排專人時刻觀察出水成本、出水量，以及是否伴有有害氣體或特殊響聲等異常現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)意外，要立即將問題上報給相應單位，及時指派技術人員化解險情，通知相關人員，快速撤離作業(yè)現(xiàn)場。

3.7 注漿堵水

依據(jù)綜合物探法探測煤礦井下巷道出現(xiàn)的裂隙，然后通過配置的漿液進行應用，填滿裂隙，提高巖層強度、密實性、不透水性。如果涌水量大，可以采取排水和注漿封堵方式完成防治。

4 結語

煤礦井下水害是煤礦開采中常見的一項事故，一旦出現(xiàn)水害，不僅會引發(fā)事故，造成停產(chǎn)，而且可能會發(fā)生人員傷亡。通過對我國煤礦行業(yè)的整體發(fā)展情況來看，防治煤礦井下水害作業(yè)是一項系統(tǒng)性工作，從設計巷道到煤礦開采作業(yè)的整個過程，更多因素都與煤礦井下水害防治作業(yè)有著緊密聯(lián)系，為了做好防治作業(yè)，需要加強對綜合物探法的應用，通過對該方法進行應用，為煤礦井下水害防治作業(yè)開展提供數(shù)據(jù)支持，降低煤礦井下水害發(fā)生機率，減小危害。