煤礦井下綜合防治水體系的構建

馮 濤

（山西蘭花科技創業股份有限公司，山西 晉城048000）

0 引 言

水害是礦井五大災害之一，我國礦井的安全生產一直受到水害的威脅，礦井水源補給包含地下水和地表水，充水通道多，水源補給復雜，給煤礦的水害治理帶來了一定的困難[1-3]。以往對于水害的治理，各部門之間信息交流程度低，數據共享不及時，嚴重時延誤水害治理時機，造成涌水事故，可見，有必須要構建可實現數據及時共享的煤礦井下綜合防治水體系，避免水害的發生[4-5]。

1 綜合防治水的內涵

煤礦綜合防治水是協調各部門和工藝流程，如鉆探、掘進、物探、防治水、地測等，使各部門之間實現數據集成和信息共享，共同完成防治水的任務。綜合防治水的目的是使原本獨立工作的子系統之間建立起聯系，優化資源配置和工藝流程，促使整個礦井系統服務于防治水工作，同時又不影響各子系統的獨立運行，還可為子系統提供豐富的生產信息，使各類子系統得到優化。由綜合防治水的定義可見，綜合防治水可能涉及到煤礦系統的各方面，按照涉及對象的不同，可將煤礦綜合防治水對象分為4 類：人員、數據、業務和其他資源，如圖1 所示。

圖1 綜合防治水對象分類

綜合防治水可在各工作環節中消除因信息和數據共享程度低所導致“孤島效應”，達到協同工作，綜合防治的效果。結合煤礦的生產工藝流程，對煤礦綜合防治水的特點總結如下：

1）高度集成：煤礦綜合防治水體系，可集成煤礦生產系統中涉及到防治水的各類信息和數據，通過計算機技術實現信息共享，促進各部門不斷對自身資源進行調整和優化，使生產資源利用率最大化。

2）綜合交叉：綜合防治水體系不是單一的某個學科可以建立的，而是需要多學科進行融合交叉，煤礦綜合防治水體系涉及到的學科包含采礦、地質、地測、機電、測繪、計算機等多個領域。

3）復雜性：防治水雖是煤礦生產中的重要環節，但該項工作作為煤礦生產的一部分，仍需要配合其他生產環節，防治水工作人員應建立全局意識，做好本職工作的同時，也可協調配合其他工藝流程。

4）服務性：綜合防治水的本質是服務于煤礦的生產，保證設備和作業人員處在安全的生產環境中，綜合防治水也需為煤礦生產子系統如采掘、地質和測量等部分提供信息和數據服務。

2 綜合防治水數據集成模型研究

2.1 綜合防治水工作流程

礦井綜合防治水的工作流程包含九個環節，如圖2 所示。

圖2 煤礦綜合防治水工作流程

1）水害預測預報。井下水害的預測預報由礦總工作為總負責人，水害預測預報是在綜合分析水文地質資料和現場實測資料的基礎上對可能產生水害的地點進行預警。水害預測預報應涵蓋井下所有生產工作面，做到全方位預警，防治水部門應按月度或季度編制水害預測預報臺賬，并由總工組織有關部門上會審批，技術部門應以預測預報結果為依據，制定專項作業規程，安全部門負責對水害預測預報的編制和現場施工進行監督，保證預測預報信息的準確性和全面性。

2）井下超前物探。井下超前物探的目的是對可能產生水害的地點，采用瞬變電磁法、超聲波探測法等物探技術進行超前探測，物探部門應根據井下實際地質條件編制物探方案，并報總工程師審批執行，物探方案應能準確的反應物探區域的含水地質體。

3）物探成果報告。物探結束后，物探部門應負責編制物探成果報告，對超前物探區域的含水地質體進行詳細分析，礦總工程師應組織地質、勘探和水文等部門對物探結果上會討論，物探工作中的所有數據和記錄應裝訂成冊并在礦檔案部門備案，以便后期查閱。

4）鉆探設計。在探明采掘工作面圍巖體有含水區域后，礦總工程師應作為總負責人，地質部門和防治水部門在認真研究預測預報和物探成果等資料的基礎上，依照采掘工作面的推進情況，按時編制鉆探設計，鉆探設計方案由礦總工牽頭上會審批后，下發探水作業人員和測量人員進行學習，且應在鉆放水工作現場布置探放水鉆孔設計圖版。

5）停掘和探水通知。掘進工作面推進至距離含水地質體10-30m 時，應停止掘進，準備探放水工作，地質部門與防治水部門聯合下發停掘和探放水通知單，通知單上應注明停掘的具體位置和探放水工作的相關要求，該項工作也由礦井總工程師負責。

6）鉆探施工前驗收。鉆探施工前應對鉆孔參數和鉆機的安裝進行驗收，鉆孔驗收主要檢查鉆孔的位置、角度、深度和布置方案是否與鉆探設計方案一致，有無塌孔等不合格鉆孔，對鉆機的安裝角度和位置以及相應的安全措施也應做好檢查工作，另外需注意配合探放水的其他工作是否準備充分，如通風、供電、照明、避災路線的設計等。

7）單孔驗收。單孔驗收工作由鉆探人員、瓦檢員、帶班礦長、地質人員和防治水人員等多部門聯合進行，單孔驗收需詳細檢查鉆孔的各項參數是否符合設計要求，驗收合格后，應填寫驗收表，對驗收不合格的鉆孔需注明并重新施工。

8）允許掘進通知。探放水鉆孔施工完畢后，由相關部門組成的聯合專家組對鉆孔探放水成果進行分析，結合物探資料進行綜合評定，若鉆探成果達到了預期要求，礦總工程師可下發允許掘進的通知單，并注明允許掘進的距離和注意事項。

9）開掘施工。采掘施工隊收到允許掘進通知單后可進行采掘施工，采掘施工要按照采掘通知單的要求進行，不得超掘，在采掘過程中若出現滲水現象，應立即停止掘進，按既定避災路線撤離到安全位置，并報上級部門。

2.2 綜合防治水數據分類

綜合防治水是基于計算機技術形成的數據和信息共享體系，收集數據是建立綜合防治水的體系的第一步。煤礦井下生產過程中空間復雜、機械設備種類繁多，可產生大量的生產數據，給數據的收集和管理帶來一定的困難。因此，為對數據進行統一管理，本文對防治水數據按照性質和用途不同分為6 類，如圖3所示。

圖3 綜合防治水數據分類

2.3 綜合防治水數據集成模型

以往人們對于煤礦防治水的分析主要是依據工程圖紙，由多個部門參與分享和了解各自的工程作業信息。各部門之間的信息雖然沒有進行集成，但也具有較強的關聯性，若按照2.2 節所述的分類方案對數據進行分類后，將各部門負責的數據集成到計算機數據庫，實現信息的集成和共享，由此為基礎構建綜合防治水數據集成模型，如圖4 所示。

圖4 綜合防治水數據集成模型

3 綜合防治水體系構建

煤礦綜合防治水體系框架如圖5 所示。綜合防治水體系包含三個層面：①由數據和部門構成的協同元素；②由共享機制、約束機制等構成的協同機制；③由組織機構、崗位責任制等構成的協同實現。

煤礦綜合防治水體系的三個層面，可實現數據的共享和多部門聯合的綜合防治水，在綜合防治水體系中也可實現對數據的分析和處理，若發現數據異?；蚩赡艹霈F水害，則發出預警信息。

圖5 綜合防治水體系框架

4 結 論

1）明確了煤礦井下綜合防治水的內涵，對綜合防治水的對象進行了分類，概括了綜合防治水的特點包括：高度集成、綜合交叉、復雜性和服務性。

2）概述了綜合防治水工作流程，對綜合防治水數據進行了分類，并建立了綜合防治水數據集成模型，由數據集成模型為基礎，構建了煤礦井下綜合防治水體系。