復(fù)雜水文地質(zhì)條件下礦井水害綜合防治技術(shù)研究

白喜梅

（山西地寶能源有限公司，山西 太原 030045）

當(dāng)下人們生活水平不斷提升，對(duì)煤炭資源的需求也隨之增加，因此要加大煤炭資源的生產(chǎn)和開采力度。然而在煤礦開采過程中，受到礦井下復(fù)雜水文地質(zhì)條件的影響，煤礦中經(jīng)常發(fā)生水害事故，嚴(yán)重影響到了煤礦生產(chǎn)質(zhì)量并威脅到工作人員的生命安全。因此，如何在這樣的復(fù)雜水文地質(zhì)條件下，有效地利用水害綜合防治技術(shù)治理水害，成為當(dāng)下煤礦生產(chǎn)企業(yè)首要考慮的問題。本文便根據(jù)這個(gè)情況，從礦井防治的角度出發(fā)，對(duì)老空水的防治及復(fù)雜礦井水害的綜合防治工作進(jìn)行研究。

1 礦井水害防治重點(diǎn)

（1）防治水對(duì)于技術(shù)要求較高，難度較大，因此必須嚴(yán)格按照規(guī)定順序開展防治水工作。

（2）老空水的防治在當(dāng)下已經(jīng)成為我國(guó)礦井水害防治工作中的重點(diǎn)內(nèi)容，對(duì)其施展物探探測(cè)技術(shù)時(shí)，由于探測(cè)結(jié)果無(wú)法作為回采作業(yè)的直接參考依據(jù)，因此要對(duì)現(xiàn)有物探技術(shù)進(jìn)行改良優(yōu)化[1]。爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)探測(cè)結(jié)果對(duì)富水異常區(qū)域的準(zhǔn)確定量和高效判讀，從而為后續(xù)防治水方案的有效落實(shí)提供一定數(shù)據(jù)保障。

（3）在對(duì)老空水和承壓水開展防治工作時(shí)，若想讓下一個(gè)工作步驟穩(wěn)定進(jìn)行，首先要制定系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)機(jī)制，對(duì)上個(gè)步驟的工作成果進(jìn)行歸納總結(jié)，從而為后續(xù)工作步驟提供保障。

（4）若想保證礦井水害防治工作的高效開展，必須配備專業(yè)的防治水害團(tuán)隊(duì)，專門負(fù)責(zé)礦井水害防治工作。確保在發(fā)現(xiàn)問題時(shí)能夠第一時(shí)間趕到礦井現(xiàn)場(chǎng)，迅速確定水害致因，從而有針對(duì)性地采取有效防治措施。如圖1為防治現(xiàn)場(chǎng)。

圖1 水害防治現(xiàn)場(chǎng)

（5）由于當(dāng)下煤炭開采區(qū)域的水文地質(zhì)條件日漸復(fù)雜，有些區(qū)域在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法進(jìn)行全面勘察，煤炭開采工作越來(lái)越困難。且礦井下水害頻發(fā)，尤其是突水事故，發(fā)生頻率最高，嚴(yán)重影響到了煤炭開采工作的順利開展，并威脅到了礦井內(nèi)工作人員的生命安全。礦井水害防治重點(diǎn)內(nèi)容主要有：地表水、孔隙水、裂隙水、巖溶水和地表水五種。

2 我國(guó)當(dāng)下礦井水害防治研究現(xiàn)狀

對(duì)于礦井水害防治來(lái)說(shuō)，我國(guó)對(duì)相關(guān)技術(shù)的研究雖然起步較晚，還處于初級(jí)探索階段。但經(jīng)過我國(guó)幾十年來(lái)技術(shù)人才的不斷觀測(cè)研究，提出了大量的底板突水機(jī)理理論[2]。借此理論的提出，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)和模擬試驗(yàn)結(jié)果，研制出一套完整的水害防治系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)主要包括疏水降壓、帶壓開采、注漿改造底板含水層、帷幕截留和留設(shè)防水煤巖柱等。然而對(duì)于復(fù)雜水文地質(zhì)條件下的礦井水害綜合防治技術(shù)的研究，還有待進(jìn)一步突破。

3 復(fù)雜水文地質(zhì)條件下礦井水害綜合防治

當(dāng)下煤礦水害已經(jīng)成為最主要的影響煤礦正常生產(chǎn)的災(zāi)害之一，且受到礦井下復(fù)雜地質(zhì)條件的影響，礦井水害的綜合防治工作實(shí)施起來(lái)十分困難。因此，在進(jìn)行復(fù)雜水文地質(zhì)條件下礦井水害的綜合防治工作時(shí)，要對(duì)引發(fā)水害事故的因素進(jìn)行全面綜合的考量，按照“查、堵、截、疏、排、探、防、躲”八個(gè)步驟，采取先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段開展具體的礦井水害防治工作。具體步驟如下所述。

3.1 查

這個(gè)步驟主要是通過對(duì)科學(xué)技術(shù)的合理應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下充水情況的有效監(jiān)測(cè)，這個(gè)環(huán)節(jié)十分重要，可以查出誘發(fā)礦井水害的真正原因及礦井水的來(lái)源，為后續(xù)的水害防治提供科學(xué)依據(jù)。涉及到的具體技術(shù)如下：

（1）數(shù)理統(tǒng)計(jì)制圖：通過對(duì)礦井所處環(huán)境氣候的觀測(cè)和地質(zhì)環(huán)境的勘察，將獲取的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化整理，繪制全面的地下水位分布圖、礦井涌水量關(guān)系圖等。依照這些圖像來(lái)分析自然降水和地下水和礦井充水之間的聯(lián)系，從而有針對(duì)性地制定水害防治方案，采取相應(yīng)防治措施，有效改善礦井的涌水問題[3]。

（2）連通試驗(yàn)對(duì)比：經(jīng)過具體分析后，可以進(jìn)行連通對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)對(duì)象選取經(jīng)分析后認(rèn)為導(dǎo)致水害可能性最高的過水通道。在進(jìn)行連通對(duì)比試驗(yàn)時(shí)，向水中投放具有標(biāo)識(shí)性的試劑，如食用鹽，隨即在礦井下不同的出水口處取得水樣，進(jìn)行鈉離子和氯離子濃度的檢驗(yàn)分析，同時(shí)記錄好取樣時(shí)間。試驗(yàn)結(jié)果可以判斷井下涌水是否和地表水有關(guān)，以此為依據(jù)然后再開展后續(xù)的隔絕防治工作。

（3）綜合物理探測(cè)：通過對(duì)瞬變電磁技術(shù)和直流電檢測(cè)技術(shù)的合理運(yùn)用，對(duì)礦井不同地層中的含水量進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果來(lái)合理劃分礦井涌水等級(jí)。此外，還要明確礦井涌水面積和具體區(qū)域，便于探測(cè)后的綜合防治工作。如圖2為礦井下防治環(huán)境。

圖2 礦下環(huán)境

3.2 堵

這個(gè)步驟指的是構(gòu)建科學(xué)的堵水系統(tǒng)，堵水系統(tǒng)中包含了無(wú)纜通訊定位技術(shù)、快速救援堵孔技術(shù)和高效注漿堵水技術(shù)。

（1）預(yù)測(cè)突水危險(xiǎn)性：根據(jù)前期探查結(jié)果獲知的富水區(qū)域和導(dǎo)水通道的位置，并結(jié)合力學(xué)原理和巖層厚度的基本規(guī)律進(jìn)行性能測(cè)試。

（2）堵水：通過上述測(cè)試分析，將短時(shí)間內(nèi)水壓無(wú)法下降的區(qū)域定為堵水段，在確定堵水段后，可以在水害事故發(fā)生前就可以開展堵水工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面源頭和礦井下未開采區(qū)域的兩頭堵水，從源頭上消除水害隱患。

3.3 截

對(duì)于較淺的煤層，在進(jìn)行開采時(shí)需要事先布設(shè)全面的排水設(shè)施，在回采作業(yè)面旁挖出截水巷，將上部水?dāng)r腰截?cái)啵行Ц纳频V井的涌水現(xiàn)象。這樣不僅可以減小回采面的承載壓力，還能在排水上節(jié)約成本，減輕排水壓力。將地面導(dǎo)水通道進(jìn)行封堵后，即使有少量水滲流到礦井深處，也不會(huì)對(duì)礦井開采工作和工作人員的生命安全造成威脅[4]。

3.4 疏

這個(gè)步驟指的是煤礦防治工作中的疏水技術(shù)，具體包括兩個(gè)方面：

（1）為了減少地表水的水量和面積，要對(duì)地表水區(qū)域加大疏水力度，避免地表水向礦井地下作業(yè)面區(qū)域繼續(xù)下滲。

（2）正式開展煤礦開采作業(yè)前，就要先在礦井下富水區(qū)鉆設(shè)多個(gè)疏水孔，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的疏排完成疏水工作，從而對(duì)承壓水頭實(shí)施降壓操作，這樣以來(lái)才可以確保后續(xù)煤礦開采作業(yè)的安全性。但是通常情況下不是所有條件類型的礦井都能夠使用這樣的疏水方式，鉆設(shè)鉆孔只適用于水源補(bǔ)充條件不好的礦井，但是此方式的疏水效果穩(wěn)定性非常高。

3.5 排

這個(gè)步驟即礦井下正式的排水工作，排水前要事先勘察礦井下各個(gè)作業(yè)區(qū)域的涌水情況，然后有針對(duì)性地按照礦井排水規(guī)范嚴(yán)格布設(shè)排水設(shè)施。需要特別注意的是那些經(jīng)多年開采的老礦區(qū)，隨著時(shí)間的累積，其礦下地質(zhì)結(jié)構(gòu)和水文條件已經(jīng)發(fā)生較大變化，含水層的含水量也會(huì)改變，因此當(dāng)年留下來(lái)的數(shù)據(jù)對(duì)于當(dāng)下排水工作無(wú)法起到參考作用，需要重新進(jìn)行勘察，并利用特殊計(jì)算方法準(zhǔn)確測(cè)出老礦地下涌水量。

3.6 探

這個(gè)步驟指的是探放水手段的應(yīng)用，礦井下進(jìn)行回采作業(yè)時(shí)，經(jīng)常遇到一些并不了解具體情況的廢棄巷道，因此對(duì)于這種巷道如果想了解其具體積水情況，就要合理應(yīng)用探放水手段。首先，先搜查和其相關(guān)的舊時(shí)資料，對(duì)此區(qū)域進(jìn)行初步的了解，隨后進(jìn)行正式勘探。在區(qū)域內(nèi)布設(shè)探水孔，獲得區(qū)域內(nèi)積水量、積水范圍、水壓等相關(guān)信息，最后通過探測(cè)得到的信息有針對(duì)性地制定排水方案，便于后續(xù)的排水工作，保障煤炭開采作業(yè)區(qū)域的作業(yè)安全。

3.7 防

這個(gè)步驟即礦井下防治水工作，防治過程應(yīng)當(dāng)以“防”為主，以“治”為輔，防治結(jié)合構(gòu)建系統(tǒng)性防治水系統(tǒng)，系統(tǒng)具體操作步驟分為四點(diǎn):

（1）隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，礦井下防治水作業(yè)也需要將現(xiàn)代電子科學(xué)技術(shù)和排水系統(tǒng)中的“查”、“探”技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井下積水區(qū)域和涌水量等信息的精準(zhǔn)勘測(cè)[5]。如圖3為勘測(cè)現(xiàn)場(chǎng)。

圖3 水文地質(zhì)勘察

（2）重視安全性的保障工作，根據(jù)前期預(yù)測(cè)勘察結(jié)果，綜合礦井所處地質(zhì)環(huán)境和水文條件構(gòu)建完善的防治水體系。

（3）在制定防治水方案時(shí)，要結(jié)合相關(guān)技術(shù)的使用范圍、礦井環(huán)境安全性、經(jīng)濟(jì)有效性三個(gè)方面進(jìn)行全面綜合的考量，通過對(duì)比分析試驗(yàn)結(jié)果來(lái)科學(xué)決策防治水方案。

（4）制定最佳的防治水方案后，要將方案有效落實(shí)到實(shí)際的防治水作業(yè)中，要對(duì)實(shí)施過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并針對(duì)作業(yè)過程中遇到的問題對(duì)防治水方案進(jìn)行合理調(diào)整，保障防治水方案的落實(shí)能夠達(dá)到最佳效果。

3.8 躲

由于當(dāng)下煤炭開采區(qū)域的水文地質(zhì)條件日漸復(fù)雜，有些區(qū)域在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法進(jìn)行全面勘察，因此如果無(wú)法保證礦井作業(yè)環(huán)境安全，則可以有選擇性地避開這樣的區(qū)域，這便是“躲”。但是這個(gè)步驟并不代表這樣的復(fù)雜區(qū)域就此被放棄，日后隨著對(duì)暫避區(qū)周邊地區(qū)的不斷開采，在能夠充分了解該區(qū)域的相關(guān)水文地質(zhì)情況后引進(jìn)更先進(jìn)的技術(shù)手段后，我們可以對(duì)暫避區(qū)再次進(jìn)行開采。需要特別注意的是，回采工作一定要在保證安全的前提下進(jìn)行[6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在復(fù)雜水文地質(zhì)條件下，礦井環(huán)境極其多變且難以預(yù)測(cè)，因此在進(jìn)行水害綜合防治時(shí)切忌以偏概全，要加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)水文地質(zhì)環(huán)境的勘察工作，對(duì)引發(fā)水害事故的因素進(jìn)行全面綜合的考量。煤炭企業(yè)要根據(jù)老空水和灰?guī)r水的特點(diǎn)，對(duì)其來(lái)源、貯存方式等進(jìn)行深入分析，然后按照“查、堵、截、疏、排、探、防、躲”八個(gè)步驟，采取先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段開展具體的礦井水害防治工作。同時(shí)礦井還要加大采礦過程中的安全管理力度，保障工作人員的人身安全，避免人為因素導(dǎo)致的礦井事故發(fā)生。