井田水文地質災害分析與研究策略

李小安

（青海省柴達木綜合地質礦產勘查院，青海 格爾木 816000）

在社會經濟的高速發展之下，煤炭資源在人們的社會生產、生活中有著較多的應用， 而且獲得了非常理想的應用效果，所以煤礦企業需要高度重視資源開采工作，以便可有效開發煤炭資源，滿足市場對于此類資源的使用需要。但是研究現階段諸多煤礦井田的具體作業情況，發現基于復雜地質條件下的涌水及突水問題，嚴重影響煤炭資源的開采工作質量與安全，亟待煤礦企業采取有效手段進行處理，確保井田作業安全性可以顯著提升。

1 井田水文地質條件概述

井田地處山西省臨縣，總面積為15.0 km2，煤層較為穩定，井田設計構造較為簡單，由于該地區地表處長時間受到黃河侵蝕，所以多為丘陵地貌，而且該處的植被覆蓋率非常低，此外受到東高西低地形的影響，該處井田地表高低處的差值較大，約為200 m；研究該井田范圍內的水流情況，可知井田所轄范圍內未見進行長時間水流活動的河流，但是在每年夏季發生強降雨天氣后，井田內會出現較多的水堆積情況；該地的水文地質分區則表現為大量的黃土覆蓋于地表處的情況，其中，石炭系地質分區含水層的富水性欠佳，水量較少，而奧陶系含水層富集的水量非常多，對該處的水壓進行測量可知壓力非常高，并且勘測該處井田的整體水文地質構造單元，可見有較多的裂隙[1]。

2 井田水文地質災害與處理方法分析

2.1 水文地質災害

綜合分析該處井田地質條件與災害發生情況，可知涌水及突水等水害的發生率高，尤其是突水災害對井田作業造成的不利影響非常大。探究該井田突水災害發生的具體原因，主要包括：首先，地質因素。在地質構造方面，由于研究的井田地質構造中存在著較多的陷落柱、斷層情況，相應地質分區內含水層中的水會通過這一地質構造，進入到井田井下作業區域中，最終使得突水發生風險較大。其次，水文因素。分析井田突水事故發生情況，可知以往該事故多發生在底板處，而造成底板突水的原因主要是含水層的水量較多、水壓高、與井下巷道垂直距離等因素，其中在最后一項影響因素中，由于臨縣該處井田的高含水量含水層處于煤層的中間位置，并且這一地區的巖層基本為穩定性能不理想的砂巖，水容易從垂直方向處向作業區域內大量涌出，同時井田奧陶系含水層的凈水壓力非常大， 如果井下作業人員直接在該地質分區處進行煤炭資源開采，則會增加含水層發生突水問題的風險[3]。最后，開采因素。井田水害發生風險與頂板導水裂隙帶發育情況存在著直接關聯，如果開采人員在作業期間出現過度開采的情況，便會破壞頂板隔水層，而后含水層中的水會通過頂板導水裂隙帶向作業區域涌出，最終引發井下作業安全事故。

2.2 方法

針對井田作業期間常會出現的水文地質災害，要求煤礦企業可以利用計算涌水量與預測突水危險性、使用排水設備吸排水的方法進行有效處理。

首先，在計算預測方面，要求煤礦技術人員結合煤礦井下作業的水文地質條件、易發的水害，使用公式，來計算單位涌水量，該公式中的Q表示的是井田總涌水量，T和S分別用來表示含水層導水系數、水位降深（降落漏斗），R和r0則分別表示井田作業期間地下水影響半徑、井引用半徑最佳值。在評估井田突水危險性期間，則需要對相應的預測方法多進行學習，以此可以基于山西省臨縣該處井田的突水發生情況，選擇最佳的預測方法完成危險性預估工作，可以利用有效隔水層突水系數法，此種方法在具體預測計算時，考慮的導致突水事故發生的危險因素較多，主要包括有巖石構造及礦山壓力等，之后便可以結合以上因素，利用Ts=P/(M-Cp)公式得出突水危險系數；分析該計算公式的應用情況，可知公式中的Ts即突水系數，一般情況下該值需要處于0.06 MPa/m以上、不超過0.15 MPa/m，P、M、Cp分別用來指代煤層底板水壓與隔水層厚度、隔水層受到礦山壓力影響而出現的擾動破壞厚度值。由于井田之中容易發生水害事故的區域為奧陶系含水層，所以需要對該處的突水危險性進行分區計算，以便煤礦企業能夠準確把握該處對于作業人員采煤所致的嚴重安全威脅，待帶入各項數據進行分區域的突水危險性系數計算之后，發現系數處于0.10 MPa/m以上、0.20 MPa/m以下的區域，存在著非常大的突水威脅，并且少部分斷層區域的該系數值遠大于0.20 MPa/m，提示該區域的突水事故發生風險遠高于其他地方，因此需要引起煤礦企業的重視，進而采取相關措施予以風險控制處理。

其次，應用排水設備，在選擇排水泵時，需要結合井田涌水量預測值及突水發生風險，進行排水泵的合理選擇，以便在井田作業區域發生涌水、突水問題后，能夠利用設備第一時間將水排出去，如果排水期間的涌水量為最大值時，可聯合使用備用排水泵將涌出的水全部排出，所以排水泵的選擇標準為工作/備用排水泵聯合應用時，可以對24 h內的涌水量（最大值）在20 h之內進行完全的排出，具備此種排水能力的排水泵便可以作為井田水害處理時可用的排水設備，此外選擇的排水設備還需要具備體積小、運行性能佳、價格適中及維修難度小等特性，以便煤礦企業可以花費較低的成本，多在井田作業區域進行排水工作泵與備用泵的設置，確保水害可以得到良好的處理。在應用吸水管時，需要注意此種管道的適用條件是井下作業區域內發生涌水突水事故，且涌水量超過50 m3/h，此時可使用吸水管道進行水處理，從而能夠避免涌水量不斷增加所致的井田作業人員人身安全事故發生，要求選取的水管具備下列條件：在排水泵配合使用基礎上，工作與備用管道工作期間可以對最大值的涌水量（連續24 h）進行有效排出，工作時間控制在20 h以內；吸水管道類型多選擇鋼管（無縫），并且為避免管道應用過程中出現較大的揚程損失，要求應用的管道有著非常粗的管徑，從而可以對揚程損失進行有效控制，還可以減少管道工作時的耗電量，但是此種管道應用時所產生的巨額成本需要引起煤礦企業的重視，促使企業可以在后續利用管道吸水期間做好管道的選擇與應用工作，逐步提升管道應用的合理性、安全性及經濟性價值；此外吸水管道需要具備理想的吸水性能，確保工作時可以將作業區域內的水吸出，顯著降低汽蝕問題發生風險。

3 結語

針對煤礦井田作業期間發生的涌水、突水現象，要求煤礦企業可以結合本地區開采煤礦的地質條件，對這些現象發生的影響因素進行研究，繼而可以采用科學的預測方法，對涌水突水現象進行有效預測，之后再利用相應的礦井排水設備將井下的水進行完全排出、吸出處理，以此保證井田作業環境中的水涌出、突出問題得到妥善的解決，開采人員可以在井下安全的環境中有條不紊地完成資源開采及運輸等工作。