煤礦水文分析及防治水技術研究

王洪斌

（霍州煤電集團云廈建筑工程有限公司，山西 霍州 031499）

0 引言

隨著能源開采活動范圍不斷日益擴大，針對煤礦水文復雜的區域，傳統的防水技術手段已經不能適應，因此，在特殊的水文環境下應該加強防治技術手段，嚴格按照煤礦水文的實際情況不斷調整自身的防治方案，繼而全方面開展煤礦開采工作，促使減少不必要的水患事故發生。基于此，煤礦開采相關部門應該重視，精準了解煤礦水文的詳細情況，繼而提出有針對性的方法，以此提升煤礦開采工作的質量和效率。

1 工程概況

以某煤礦工程為例，該煤礦工程整體面積為24.51 km2，長度為8 km，寬度為3.5 km，該煤礦區屬于資源整合礦井類型，由于該工程礦井水源判斷困難，礦井安全管理工作不到位，經常由于壓力造成該施工設備大面積損壞等。其主要防水方法為鉆孔疏排水技術、虹吸排水技術等。

2 影響煤礦水文因素分析

2.1 礦井水來源判斷困難

煤炭防水過程中，對于礦井水的主要來源渠道判斷是否精準，對防水工作具有緊密聯系，正常情況下，礦井水的主要來源渠道是通過采空區積水、含水層中的水、大氣降水、河流湖泊等來源。由于該工程的位置屬于農村縣城地區，所以煤礦內的含水量會多一些。但由于受多種因素影響，所以煤礦的含水量也不同。例如，天氣原因，遇到特大暴雨天氣，地表上面的水就會大量涌入煤礦井下，繼而導致礦井下的水量持續上升，經常發生水量異常的情況。針對礦井內水量流動情況也影響較大，煤礦開采過程中，由于煤礦的局部地形發生變化，就會改變礦井水的流動方向，繼而原來的水文地質材料就會失效。基于此，如果煤礦相關部門不能針對礦井水的來源進行精準判斷，就會導致后續的防治工作開展十分困難。圖1 為礦井水的來源，如圖1 所示[1]。

圖1 為礦井水的來源

2.2 礦井安全資料不到位

煤礦水文資料的精準性和礦井水的防治工作具有緊密連接，伴隨著煤礦生產企業在生產和運輸方面的安全要求持續提升，傳統的煤礦水文收集資料的方式已經不適用于煤礦生產需求，雖然現階段煤礦開采單位在資料安全檢查的過程中，已經對煤礦水文資料進行重新整理與分析，但是依舊不符合國家規定的煤礦水文資料的調查標準。甚至還會出現部分煤礦水文資料沒有進行實際煤礦勘察，就對煤礦水文資料進行補充。因此，整理的資料不具備參考價值，繼而針對煤礦防水方面無法發揮作用。例如，該煤礦工程屬于礦務局資源合并的礦井，主要是利用長壁式手段進行的采煤，并且運用放頂采煤工藝，想要保證煤礦開采和防水工作順利開展，就要保證準確收集礦井資料。煤礦開采環境影響分析，如圖2 所示[2]。

圖2 煤礦開采環境影響分析

2.3 壓力損壞

該工程煤礦在開采過程中，開采的地理位置比較深，所以經常由于壓力的問題造成開采設備大面積損壞，繼而導致礦井水出現異常的情況。在煤礦施工過程中，煤礦底部水會受到極強的壓迫，導致煤礦周圍的導水帶大面積腐蝕，由于導水帶損壞的現象，水的抗壓能力急速下降，繼而煤礦發生水患事故。如果煤礦出現積水問題，隔水層不會發生相應改變，但如果防水層存在劣質問題，就會造成十分嚴重的水患事故[3]。

3 煤炭防治水技術策略

3.1 對礦井出現水患的成因予以全方位掌握

煤礦進行防水工作開展前，煤礦相關防水部門需要明確水患問題的成因，繼而針對水患問題采取相應的防護措施，制定健全合理的防水措施。在這個過程中，煤礦企業要全方面開展水文分析工作，并且對煤礦水文條件進行全方面分析，保證水文勘探的全面性和有效性，繼而確保防水工作人員嚴格對煤礦水文的實際情況進行開采工作。除此之外，煤礦企業還要重視防水工作，建立完善防水監督制度，在保證防水結構健全的同時，將煤礦各項防水工作流程都做到精細化，這樣一來，就可以將防水操作技術不斷完善。例如，針對此工程長時間沒有煤礦開采的情況下，就會形成如圖2 所示的以下問題，工作人員就要針對不同的因素進行分析，多角度了解水患事故發生的真正原因，繼而掌握正確的時間進行相應治理，最終全面實現煤礦防水工作效率和質量。煤礦長期開發引發的巖層高度破壞，如圖3 所示。

圖3 為煤礦長期開采引發的巖層高度破壞

3.2 加強施工管理工作

煤礦施工過程中，經常出現深井的問題，由于深井的水文條件相對特殊，因此，開展深井工作防水工作前，施工團隊一定要做好全方面準備。例如，施工設備和材料的管理一定要做到位。一方面要對深井設計圖紙詳細了解，設計人員還要做施工實際場地進行勘察，方便做好健全的安全保護措施，特別是施工材料的設備的采購方面，一定要購買嚴格質量保證的施工材料和設備，最大程度降低后續施工中面臨的風險問題。特別是深井的深度，一定要做好安全保護措施，避免施工人員在施工過程中出現安全事故。在工作人員下井之前一定要仔細檢查各項問題，保證深井工作順利開展，每一處施工位置都要符合施工標準。針對施工管理工作，煤礦企業需要設置相應的管理制度，施工安全設備提前購買，為涉及的施工人員進行崗前安全培訓確保在后續的施工中規范操作，保證自身安全同時，再進行施工[4]。

3.3 提高排水效率

煤礦企業在開展施工前期，由于受多種因素的影響，例如，天氣因素、礦井本身因素、施工人員身體因素等，都會存在一定的差異性。因此，需要按照統一規定的施工要求進行，只有按照標準化的施工流程，才能保證施工過程順利有序進行。該工程的地下水層受外界因素影響，特別是經常長時間存在的煤礦區，水層的變化會隨著地質條件變化而變化，因此，施工人員無法對水層運動進行準確預測。基于此，想要煤礦井滲水的問題得到有效解決，就要對相關的排水工作做到位，對現有的排水工作不斷完善和優化，對相關的排水數據進行全面了解與分析后，對當前排水工作再進行調整。施工團隊一定要明確施工進度和目標，為煤礦深井的排水系統提供重要保障。

3.4 鉆孔疏排水技術

鉆孔疏排水是煤礦防水工作中經常使用的方法，該技術主要通過鉆孔對煤礦中的水進行抽取，將煤礦中的地下水抽取，繼而滿足煤礦水位回歸正常標準。現階段，我國煤礦鉆孔疏排水方法有很多形式。例如，有垂直疏水孔、有地面常規口徑疏水孔、水平疏水孔以及坑下大口徑疏水孔等，其中有通過單孔進行輸水的，也有通過井群進行疏水。又或者單一對煤礦水層進行抽水，或者對煤礦地下水層混合形式抽水。在本次工程中也使用了鉆孔疏水技術，并且鉆孔疏水技術具有十分靈活的特點，在施工過程中可以根據煤礦的變化，準確靈活做出相應調整，根據水文條件的變化而選擇鉆孔的實際位置，靈活性非常強，但是由于鉆孔基本都是一次性的原因，如果在鉆孔過程中，一旦煤礦地下水的位置超過鉆孔的底部位置，鉆孔疏水技術就不可以再次抽水。與此同時，報廢的鉆孔位置就會成為后續的導水通道，繼而對后續煤礦積水造成影響。另外，單一的鉆孔疏水技術和實際煤礦防水工作有一定偏差，不能完全滿足煤礦防水工作的需求，因此，在防水施工過程中需要和其他排水技術相結合，才能夠更好地開展煤礦防水工作。

3.5 采取技術降低粉塵危害

煤礦企業想要做好防水工作，要加大對粉塵工作的控制力度，每月針對煤礦內的粉塵進行清掃、沖洗等，并針對粉塵清洗工作進行驗收，做好相應驗收記錄，針對沒有認真沖刷的情況，記錄在每月績效考核中，予以降低等級，罰款等。煤礦企業通過設置明確的制度，就可以有效解決煤礦粉塵堆積的情況，促使礦井工作環境明顯提升。想要煤礦企業既要保持礦井工作環境，還避免浪費水的情況，就要加強在煤礦中加入自動噴霧降塵裝置，膠帶輸送機自動控制噴霧噴頭，有煤灰塵的時候自動噴霧，沒有灰塵的時候就會自動停止工作，開采工作中安裝聲控式的噴霧裝置，既可以保證施工人員的健康，還可以規避煤礦中大量灰塵堆積，出現積水的情況，因為一旦積水嚴重就會造成水患問題。除此之外，針對自動噴霧裝置的維護工作，煤礦企業應該出具明確的規章制度，將維護工作嚴格落實到每個負責人身上，起到加強監督的作用。煤礦企業的工作過程中，打炮眼環節經常出現大量灰塵，可以使用自動噴霧裝置進行處理。針對煤礦鉆孔過程中出現灰塵的問題，可以設置瓦斯鉆孔防塵裝置，使打孔位置變得潮濕，有效控制灰塵產生，為煤礦防水工作提供保障。

3.6 輻射井疏干技術

輻射井疏干技術主要是通過大口徑井口為中心向周圍進行輻射，它是由水平集水管組成，煤礦地下水再通過水平集水管向外抽取，就抽取水量的效果來講，可以有效提升抽水的效率，輻射井疏干技術可以極大程度節約成本，并且該技術安全性特別高，由于輻射井的水平集水管對于煤礦含水層巖性沖散具有不具備破壞能力，所以不會造成含水層巖性沖散導致煤礦周圍土質坍塌的情況。與此同時，和其他防水技術手段比較，輻射井疏干技術效果好、安全性高、節約成本，此項技術在該工程中起到重要作用，由于該工程長度為8 km，寬度為3.5 km，還采用鋼筋混凝土澆筑，輻射水平集水管選擇的是DN125 外徑140 mm 的無縫鋼管，然后以輻射井為核心向四周進行負壓，促使煤礦內的積水快速向集水管中滲透，極大程度解決該工程的排水問題。

3.7 虹吸排水技術

虹吸排水技術主要是通過液體高度差異的作用情況，將液體形成一根U 形的水管結構，再利用水管高處放在裝滿容器的液體內，容器就會持續將虹吸排水管向另外一端的位置流出水量。虹吸排水技術是通過傳統的重力流向滿管流的狀態改變，就會出現倒吸的情況，有效提升煤礦地下水排出的效率。虹吸排水技術不用借助電源和水泵就可以工作，在煤礦地下水排水的過程中，減少外界條件的依賴性，不用借助外界因素就可以順利開展工作。該工程就是采用了虹吸排水技術，其中在煤礦的出水點+945 m 水平位置，工作人員為確保地下水不滲透在其他煤礦位置，就在出水集中的位置，采用質量較好的泥巖作為隔水層建設的主要材料，并且一層一層壓實，利用土工膜進行隔水材料的覆蓋，搭建臨時的集水池，再利用聚乙烯管作為煤礦地下水的排水管，作為集水池的內部結構。同時，工作人員為保證煤礦工作正常進行，保證車輛順利運輸，在排水處挖一條深溝，將聚乙烯管放在深溝內部，繼而順利將煤礦地下水排出。

4 結語

煤礦水文條件十分復雜，并且防水技術手段的應用也比較繁瑣，因此，煤礦相關單位在進行施工和防水技術應用的過程，應該提升人員的專業能力熟練掌握防水技術手段，并且制定科學合理的防水措施，實現全方面有效治理煤礦防水工作，繼而保證煤礦資源順利開采。