地測防治水技術及設備在煤礦中的應用研究

翟所宏　谷允鵬

摘要：煤礦安全事故一直被采掘人員和社會大眾所關注，減少煤礦生產風險、提升礦井安全性已成為煤礦生產領域與社會的共識。隨著科技的進步，煤礦水文地質探測具備了先進技術的支撐，地測防治水技術及設備的應用促使相關人員可以更好地把控煤礦井下的生產環境條件，提升煤礦生產的安全性。為此，本文主要分析煤礦水災形成的因素以及種類劃分、煤礦水災形成的危害、煤礦防治水工作的開展存在的問題，并探討地測防治水技術及設備在煤礦中的應用意義和在煤礦中的具體應用，以供參考。

關鍵詞：地測防治水；設備；煤礦；應用

地測防治水技術是煤礦生產持續和水患防治的關鍵技術形式。當前，煤礦地測防治水技術及設備有很多，例如，電磁探測、礦井放水實驗、三維地震探測等，需要加強管理，發揮測防治水技術的作用，確保煤礦的安全、順利采掘，提升煤礦企業的效益。

一、煤礦水災形成的因素以及種類劃分

（一）煤礦水災形成的因素

礦井水災的成因是含水層中的積水通過導水通道向礦井巷道涌入，當涌入的水量超越最大礦井排水能力時，出現較嚴重的水害問題，威脅煤礦的安全生產。礦井水害形成的條件包括兩方面：第一，存在采空區積水、含水巖層等含水區域；第二，存在人為或自然因素形成的導水通道。其中，破碎的斷層會形成裂隙，破壞附近圍巖。如果含水區域與裂隙之間貫通，導致礦井涌水現象，歸根結底，這是由于煤礦開采中造成重新分布圍巖應力，形成變形。例如，煤礦采掘工作面包括彎曲下沉帶、裂隙帶、冒落帶等。

（二）煤礦水災的種類劃分

根據有關水源條件，礦井水災包括地下水形成的水災以及地表水形成的水災。地表水形成的水災是由于礦井附近存在水庫或湖泊等水域，尤其在雨季來臨時，水位顯著增加，如果水位比洪水位最大標高值還要高，容易發生淹井的現象。地表水經采掘或斷層形成的裂隙可以向礦井工作面滲透，表現在礦井正上方地表集水范圍，因此，水下開采時應制定合理的措施，防止礦井滲入地表水。地下水形成的水災是由于水文地質（暗河、含水層等）要素造成。如果勘測水文地質工作不到位，就可能在含水地層中掘進，從而形成礦井水災。例如，缺少注漿堵水處理措施、保護煤柱的尺寸不適宜、缺乏相關的保護煤柱等，造成地下水經由裂隙而涌入工作面，從而發生水災。

二、煤礦水災形成的危害

一般而言，礦井水災出現后會發生巷道積水、頂板淋水現象，導致礦井內部較潮濕，阻礙空氣流通。對于深度較大的礦井而言，礦井采掘過程中的溫度較高，如果發生上述問題，會威脅煤礦工人的人身安全，降低工作效率。此外，礦井水災的出現也會形成瓦斯集聚的現象，導致硫化氫中毒，發生安全事故。此外，如果礦井機電設備的運行條件較潮濕時，會縮短其使用壽命。

三、煤礦防治水工作的開展存在的問題

（一）防治水的排查不力

煤礦采掘中的排水系統具有關鍵作用，是確保煤礦采掘過程中迅速向井外排水的基礎保障。無論是排水系統的設計和施工，還是運維監測，都要求管理人員及時跟蹤落實。然而，煤礦采掘中檢查排水系統時常存在形式化和表面化，難以及時發現存在的安全隱患，無法迅速排出地下突水和生產廢水等，不利于提升煤礦生產的安全性。

（二）技術人員綜合素質較低

一支專業素養高、技術實力強的人才團隊是煤礦企業有效凸顯技術價值、減小礦井水災的必要因素。然而，為了降低生產成本、增加效益，一些煤礦企業未選用專業素養高的技術人才，難以掌握先進的地測防治水技術知識和技能，造成煤礦防治水工作難以實現理想的效果。

四、地測防治水技術及設備在煤礦中的應用意義

煤炭是我國的主要能源之一，煤礦采掘的安全性受到社會高度重視。其中，水災是煤礦生產中的多發安全事故種類，水災防治是提升煤礦采掘安全性的關鍵策略，而地測防治水技術是水災防治的重要技術手段。結合當地測防治水技術及設備的應用，技術人員提前把握礦井的具體水文地質構造，熟悉地下水的流量、流向、位置，把握地下水附近巖層的穩定情況，做好防治水的準備工作，確保采礦人員的人身安全以及礦井的穩定生產。

地測防治水的流程是：掌握礦井采掘造成的地質構造改變，預測形成的水害問題，提前制定防治水的計劃、防治水的預處理方法等，以此降低礦井突水和透水的概率，同時，探究礦井水文地質信息，科學調整礦井采掘方案，制定礦井采掘中的煤柱預留方案以及防護性對策，以此確保煤礦生產的可持續性，保障煤礦工人的安全，提升企業的效益。

五、地測防治水技術及設備在煤礦中的具體應用

（一）優化地測防治水技術應用內容

第一，在煤礦作業初期，要綜合認知區域中的降水、氣候改變、防汛等問題，根據獲得的區域信息，建設并貫徹實施防治水預警處理體系。針對強降水天氣或橙色預警天氣，確保地測防治水工作的開展靈活性。如果具體的煤礦地下水文較復雜，應根據實際地形特色設計排水系統和防水系統。當確保上述條件下，可以在突水危險范圍內進行礦井作業。

第二，針對水害影響較嚴重的礦井，例如，面臨嚴重積水現象的地區，技術人員應發揮防水煤柱的優勢作用。應用礦井地測防治水技術時，堅持先治理后開采、先探測后掘進的原則，堅持疏、排、堵、防等治理礦井水災的原則。對于煤礦場地跟礦井連接的觀測孔、電纜孔、排水孔等，如果具體內部水位比標準范圍高，要對孔洞實施封蓋、增高等處理。同時，要關注水文觀測孔的運行性能，對于已報廢的孔洞，應進行密封處置，防止礦井中涌入地表水；對于受惡劣天氣干擾的礦井場地，應監測和記錄區域中的積水坑、河流與水庫等。

第三，技術人員在探放工作中應標記積水區的位置，掌握其中的積水量，且設計警戒線。通過考察和分析，及時總結概括存在的問題或注意事項，確保孔口控水設施發揮功能以及有效布設鉆孔，使鉆孔間距控制在3m以內。同時，嚴格把控開孔孔徑和部位，以此為前提條件進行二次拓展，確保人員嚴格落實檢測事宜。

（二）注重應用電磁類勘探技術

由于地表狀況上的電磁類勘探技術指標不高、成本投入少，很多中小型煤礦企業較重視該技術的應用。山區或沙漠中會采用電磁類勘探技術，不僅可以防范水害現象，還能推動煤礦采掘的正常進行。在應用電磁類勘探技術的過程中，應注重監督各個流程，合理設計測量環節，精準記錄涉及的數據信息。尤其是主導區域，相關人員應加強標記事宜，確保處于明顯的位置，對于部分無意義的標識要及時處置。此外，工作人員在掌握導線點數據信息后，要迅速傳達給測量人員，以此避免電位布局不良的現象發生。

（三）科學應用三維地震探測技術

隨著科技的不斷進步，煤礦企業的運營和發展需要強化防治水管理事宜，采用更先進的地測防治水技術和設備。我國幅員遼闊，不同區域間的地質狀況差異較大，地質構造特殊性顯著。煤礦企業應用三維地震探測技術進行開采勘探，以此有效勘察作業場地的水文地質狀況。通過調研發現，我國存在較多低地勢的區域，為了提升煤礦采掘效率，可以采用三維地震探測技術獲得更多的數據信息。同時，一些新型的采掘區域在沒有正式采掘前，應用三維地震探測技術能順利完成勘察任務和實現采掘目標。事實上，三維地震探測技術在調查煤層彈性數據上具有理想的效果，例如，在石油和天然氣等的探測中，該技術都能發揮優勢，不過，應用三維地震探測技術時，應輔助應用數字地震勘探儀設備。

（四）合理應用礦井放水實驗技術

煤礦企業為了更加有效地應用地測防治水技術以實現理想的操控效果，需要關注排水和疏水流程。當前，煤礦企業在調研采掘場地水文地質狀況時應用礦井放水實驗技術，特別是針對地質構造非常復雜的區域，應用礦井放水實驗技術能實現良好的水災防范效果。礦井放水實驗技術的應用中會借助水質檢測儀器設備和水情監測系統，整體成本支出較小，對缺乏資金的煤礦企業有益，有利于提高煤礦場地勘探效率，降低勘查過程中存在的事故或風險概率，直觀呈現礦井的安全狀態。此外，礦井放水實驗技術不僅可以獲取具體的井下水文地質信息數據，還能探明更多的煤炭資源，更好地提升礦井生產的安全性。

（五）應用排水管理技術

工作面地質水文種類較單一，頂板砂巖裂隙含水層是主導的涌水所在。在煤礦生產中，采用排水管理技術可以很好地排除水患，確保煤礦生產流程達到《煤礦防治水規定》安全生產的標準，因此，應做到以下內容：

第一，在進行回采時，施工部門要管理排水設備，完善和優化排水系統，進而確保順利連接膠帶巷、軌道巷的3寸排水管。可以與盤區軌道巷排水管件維持長時間的連接，將配電設備（電源開關和排水泵等）配置在機尾與機頭，應明確的是，應用的排水泵性能需要滿足具體要求，確保運行性能在20m3/h以上。同時，還應將有關配電設備（電源開關和排水泵等）配置在工作面，留當備用。根據具體需求，科學選用水泵種類，備好離心水泵三臺，分別用于檢修、使用和備用，在正常涌水或最大涌水的條件下，確保檢修、使用額備用的狀態。此外，確保吸水管和排水管都是無縫鋼管類型，并嚴格控制規格，以此有效實現涌水時的礦井排水需求。

第二，將有關配電設備（電源開關與排水泵等）配置在機尾機頭和一系列低洼部位，確保排水泵性能至少為20m3/h，備件庫備好排水量相同的備用水泵。

第三，調度三室和三機電要有效檢查、巡視盤區以及工作面軌道排水系統，如果施工過程中發生水泵損壞或排水管冒水、跑水、漏水、滴水等現象，要及時維修，確保工作面順暢排水。

（六）有效管理地測防治水設備

煤礦采掘中應用地測防治水技術及設備要落實設備的管理工作，實時開展保養工作，從而提高防治水設備的應用效率。地測防治水設備歷經長時間使用易老化，需主動檢驗，如果存在應用不良的狀況，應迅速更換，及時排除隱患，確保工作人員的安全。同時，為了降低由于設備故障因素形成的消極影響，防止延誤工作進度，需要定期保養和維護設備，檢測面臨的故障問題，實時完善和處理，以此降低設備出現故障的概率。對相關設備的檢查要密切遵循相關要求，順利完成設備檢查工作，落實調試事宜，進一步驗證設備應用狀態，明確具體的運行狀態。此外，管理人員應提升責任意識，詳細記錄不同時期設備的具體運行狀態，合理、科學地組織設備的管理事宜，確保日后工作的有序開展，提升設備的應用效率。

（七）健全地測技術和數據的應用制度體系

煤礦建立健全地測技術和數據的應用制度體系，界定監測設備獲取數據以及應用地測技術的頻率，不斷探測以及收集礦區水文地質信息。第一，技術團隊應結合礦區地下、地表水的改變特點設計有關的排班制度體系，24h值守存在強降水造成礦井突水的地段，結合地測設備監控礦區水文地質的改變情況。第二，結合采集的地測信息制定相關的解釋性報告，有效預警突水等水患，確保礦井施工管理團隊跟監測技術團隊共享信息、互動交流。第三，全程監控老空區積水泄水、巷道施工等關于水文地質的操作，防范由于前期數據錯誤造成的不當操作，降低礦井水害出現的概率。

六、結語

綜上所述，當前，對煤炭資源的應用提出了更高的標準，增加了煤礦采掘的難度。為此，需要煤礦企業密切聯系現實情況，遵循高效和安全的作業原則，重視科學應用地測防治水技術和設備，優化地測防治水技術應用內容，注重應用電磁類勘探技術、三維地震探測技術、礦井放水實驗技術、排水管理技術，有效管理地測防治水設備以及健全地測技術和數據的應用制度體系，從而促使煤礦產業的可持續發展。

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作者簡介：翟所宏（1979），男，山東省淄博市人，本科，工程師，主要研究方向為地測防治水；谷允鵬（1988），男，山東省微山縣人，本科，工程師，主要研究方向為測繪工程。