試論水工環(huán)地質(zhì)勘測工作中的技術(shù)應(yīng)用

李陽 賀丹 楊長健

摘要：伴隨著全球科技產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，先進(jìn)的科技運(yùn)用在各個(gè)行業(yè)當(dāng)中，也逐漸滲透到了我國水工環(huán)勘測的工作中，這樣的技術(shù)應(yīng)用有效地提高了水工環(huán)勘測的工作效率，有利于推進(jìn)水工環(huán)探測技術(shù)的進(jìn)步。但是全面的科學(xué)技術(shù)并沒有廣泛的進(jìn)行普及，不能夠滿足水工環(huán)勘測工作多樣化的需求。本文結(jié)合九龍煤礦礦區(qū)水害致災(zāi)探測與治理技術(shù)，對當(dāng)前背景下水工環(huán)地質(zhì)勘測工作中的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行探討與研究，旨在推進(jìn)我國水工環(huán)勘測技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)勘測;水工環(huán)地質(zhì)勘測;技術(shù)應(yīng)用

當(dāng)前，我國對地質(zhì)災(zāi)害和地質(zhì)環(huán)境保護(hù)的綜合治理力度與能力都得到了比較大的進(jìn)步，但在水工環(huán)地質(zhì)勘測工作中，技術(shù)應(yīng)用的力度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，一些珍貴的地質(zhì)勘測資料也比較稀缺。因此使得當(dāng)前在水工環(huán)地質(zhì)勘測中的操作性不夠，造成一些安全隱患，以及資源的浪費(fèi)，這與我國提倡新發(fā)展理念是不符的，理應(yīng)進(jìn)行持續(xù)的探索和研究。

1水工環(huán)地質(zhì)工作情況

水工環(huán)地質(zhì)進(jìn)行的調(diào)查與勘測是在全球范圍內(nèi)與人類生存環(huán)境緊密關(guān)聯(lián)的。在目前全球倡導(dǎo)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的背景下，世界各國都對水工環(huán)地質(zhì)勘測進(jìn)行了深入的技術(shù)研究。由從前的基本勘測地質(zhì)資源，了解基礎(chǔ)情況，轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)人與自然和諧共處，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)與自然生態(tài)同步發(fā)展的理念上來，這樣理念的轉(zhuǎn)變?yōu)樯鐣?huì)發(fā)展和人類的生存提供了思想基礎(chǔ)，也更加重視了資源、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境三方面的協(xié)調(diào)發(fā)展，加強(qiáng)了對災(zāi)害監(jiān)測方面的工作力度。全球的地質(zhì)勘測是一項(xiàng)巨大而艱辛的項(xiàng)目，目前人類對地質(zhì)勘測工作還未深入，山地工作和鉆探工作也未全面開展，因此在地質(zhì)資料的精準(zhǔn)度上還差強(qiáng)人意，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對水工環(huán)地質(zhì)勘測工作上的技術(shù)應(yīng)用，不斷提高科技水平。

2目前我國地下災(zāi)害情況

地下災(zāi)害的發(fā)生是比較常見的自然現(xiàn)象，但煤礦地區(qū)的地下災(zāi)害卻是人為誘導(dǎo)占絕大部分因素的，尤其我國的煤礦資源遍布非常豐富，煤礦開采區(qū)的面積也極大，煤礦地區(qū)的地下災(zāi)害相對來說較為頻發(fā)。本文以煤礦地區(qū)的災(zāi)害情況為典型，淺談我國當(dāng)前地下災(zāi)害的狀況和防治措施。

2.1煤礦地區(qū)底下災(zāi)害發(fā)生的原因

我國煤礦地區(qū)頻繁發(fā)生地下災(zāi)害的原因主要有以下幾大點(diǎn)：第一，我國對封閉條件下的水文地質(zhì)研究力度不夠，無法充分掌握地質(zhì)情況，也無法預(yù)測地質(zhì)運(yùn)動(dòng)。第二，對可能會(huì)引起災(zāi)害的誘因認(rèn)識(shí)缺乏科學(xué)的了解。第三，在地下水害事故當(dāng)中所吸取的經(jīng)驗(yàn)不足，無法對防治措施得到有效的落實(shí)和實(shí)施。第四，在煤礦區(qū)的開采當(dāng)中，對地質(zhì)保護(hù)的認(rèn)識(shí)不足，會(huì)破壞防水煤柱。第五，對頂板和底板的水還有溶洞中的水不夠重視，防治措施并不全面也不規(guī)范，當(dāng)前的技術(shù)也不能過關(guān)。第六，開采煤礦過程中對地表積水的處理方式不夠全面[1]。

2.2煤礦地區(qū)地下災(zāi)害的形式

我國煤礦地區(qū)的地下災(zāi)害主要有：

（1）礦井突然出水。這種事故大多是由于開采的井港還有工作面與構(gòu)造破碎帶、含水溶洞等過于接近而產(chǎn)生的。這樣的事故還是由于操作技術(shù)不足以及對災(zāi)害的認(rèn)識(shí)不夠而導(dǎo)致的。

（2）地面塌陷。地面塌陷是我國煤礦開采地區(qū)最易出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害事故。在礦床地區(qū)的水進(jìn)行疏導(dǎo)排干之后就容易產(chǎn)生地表的塌陷，這種事故對周邊的自然環(huán)境影響極大，對開采的進(jìn)行也造成困難。一旦塌陷在水區(qū)域，會(huì)增加地下水的補(bǔ)給，影響開采的正常進(jìn)行。

（3）井下泥石流。這樣的事故造成人員傷亡是極大的，對人身安全也有極大的威脅。當(dāng)?shù)V床進(jìn)行疏干之后，常常會(huì)有一些泥沙隨著水流入礦井中，從而造成泥石流的發(fā)生。一旦發(fā)生井下泥石流，就會(huì)對設(shè)備進(jìn)行摧毀，如果當(dāng)時(shí)還有操作人員在井下，也可能造成人身事故。

（4）崩落事故。在采場遇到含有水分比較松散的巖體或結(jié)構(gòu)的時(shí)候，由于地下水壓力的驅(qū)動(dòng)下，有可能造成崩落事故的發(fā)生。嚴(yán)重影響開采的正常進(jìn)行。

2.3我國當(dāng)前對煤礦地區(qū)災(zāi)害的防治措施

基于我國煤礦地區(qū)災(zāi)害的現(xiàn)象，國家相關(guān)部門對治理煤礦地區(qū)災(zāi)害的工作也十分重視。目前我國對煤礦地區(qū)災(zāi)害的防治措施，主要有以下幾項(xiàng)。

（1）提高對礦井內(nèi)部地下水的排出疏干技術(shù)。地下水排干的不當(dāng)，是造成地下災(zāi)害事故產(chǎn)生的重要因素，因此對排干技術(shù)的提升和研究是迫在眉睫的。最安全的方法是在礦業(yè)開采進(jìn)行前對煤礦地區(qū)的水源進(jìn)行探測，探測之后進(jìn)行水源的分流排干，不將壓力全部集中一條水道中。具體的排水技術(shù)大概有三種：礦井之下排干、地表進(jìn)行排干和二者將結(jié)合的排干技術(shù)。

（2）提高礦井內(nèi)部地下水探勘技術(shù)。不少事故的發(fā)生是因?yàn)轫?xiàng)目進(jìn)行之前未能夠開展充分的調(diào)查和探勘，應(yīng)當(dāng)提前進(jìn)行地下水源的探勘，了解地下水的具體情況并進(jìn)行安全有效的排干，再來進(jìn)行挖掘開采工作，才能夠保證開采工作的有效安全進(jìn)行。

（3）對礦井中地下水進(jìn)行隔離或堵截。在勘測到地下水源之后，如果因?yàn)榧夹g(shù)條件無法進(jìn)行排干，或因?yàn)榈刭|(zhì)條件不能夠進(jìn)行排干，那么應(yīng)當(dāng)及時(shí)采取隔離水源的措施，或者對地下水源進(jìn)行攔截。

（4）對礦山進(jìn)行排水。進(jìn)行礦山排水需要較為先進(jìn)的工作泵，排水設(shè)備可以在一定時(shí)間排出24小時(shí)的涌水量，對排水設(shè)備的更新和檢修也是必要的[2]。

我國目前已經(jīng)出臺(tái)了相關(guān)的規(guī)定和政策，煤礦地區(qū)的防治工作要堅(jiān)持先探測后開采的原則，在預(yù)防、堵截、排水、疏水、攔截方面綜合進(jìn)行，確保煤礦地區(qū)的生產(chǎn)安全和環(huán)境保護(hù)。

3煤礦地區(qū)水工環(huán)地質(zhì)勘測與治理的技術(shù)應(yīng)用

當(dāng)前我國的地質(zhì)災(zāi)害勘測與治理技術(shù)運(yùn)用的是電法和三維地震這樣的手段來勘測水害威脅區(qū)。通過地面設(shè)施來對地下的水工環(huán)地質(zhì)情況進(jìn)行探查，并且對隱形水道進(jìn)行疏通和封堵。這樣能夠減少頂板的砂巖水和奧灰水等進(jìn)入煤層，防止干擾煤炭開采質(zhì)量。

具體的工藝流程如下：首先要采用電法和三維地震聯(lián)合的技術(shù)手段，來對災(zāi)害隱患區(qū)進(jìn)行識(shí)別，通過地面進(jìn)行鉆孔，再用定向測量的儀器等等進(jìn)行控制，對井壁進(jìn)行材料加固。使用材料可用注漿工藝，通過地面對頂板砂巖層、灰?guī)r層等進(jìn)行加固，以此保證煤礦地區(qū)開采的綠色、安全和有效。

這樣的技術(shù)推廣，有效的減少了地下水資源的浪費(fèi)，也保護(hù)了煤炭區(qū)的生態(tài)環(huán)境，更加降低了工人在地下作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患。這樣的開采技術(shù)能夠降低煤炭開采成本，為我國在資源開采與生態(tài)環(huán)境之間的矛盾提供了有效的解決途徑[3]。

3.1九龍礦區(qū)對地下災(zāi)害的防治案例

3.1.1案例背景

九龍礦于1991年4月投產(chǎn)。九龍礦位于峰峰礦區(qū)東南，平面上是呈現(xiàn)為菱形狀的，總體是單斜的構(gòu)造。它的南部F26斷層對梧桐莊井田相隔，西部F8與泉頭井田相對，北部F9與羊東礦相隔。東部地區(qū)是無限的井田，平臺(tái)開采的深度為850米標(biāo)準(zhǔn)高度。九龍礦的南北走向?yàn)?千米，東西部寬2.5千米。井田有兩個(gè)劃分水平，第一個(gè)水平標(biāo)高為600米，有7個(gè)主要開采區(qū)，第二水平標(biāo)高850米。礦井的主要開采煤層是2號和4號，主要煤質(zhì)是焦煤和肥煤。礦區(qū)奧灰層含水量較為豐富。4號煤層的煤埋藏深度比較大，底板的隔水層因此承擔(dān)壓力較大。在多種因素的影響之下，可能造成突水事故，影響煤層開采和作業(yè)安全。

3.1.2煤礦地區(qū)的資源條件

九龍礦的地質(zhì)條件是，斷層的構(gòu)造比較發(fā)達(dá)，內(nèi)褶皺構(gòu)造是以次級的褶皺為主要。井田之內(nèi)的陷落柱發(fā)育，隱伏導(dǎo)水的陷落柱有1個(gè)，總體類型為中等。礦井的充水條件較為豐富，是隱伏煤田，含水層大致分為9個(gè)。礦井的充水威脅較大的是充水水源，由于煤層埋藏的深度過大，超過開采的安全厚度，因此對隔水層的壓力較大。奧灰層的含水量豐富，水頭也比較高，容易形成潛在威脅，影響開采的安全性和正常性。煤礦地區(qū)充水水源進(jìn)入礦井的主要通道可能有導(dǎo)水?dāng)鄬印⑾萋渲⒘芽p和不良鉆孔等等，潛在威脅還是比較大的。

3.1.3九龍礦進(jìn)行的治理措施

地面施工的分支注漿孔進(jìn)行工作面底板的注漿封堵。漿液在壓力的作用下會(huì)從奧灰水的補(bǔ)給通道向下進(jìn)行擴(kuò)散和沉淀，逐漸堵塞并縮小可導(dǎo)水的通道，能夠最大程度的減少奧灰水層對其余含水層的補(bǔ)給。在上方對裂隙進(jìn)行沉淀和結(jié)石，能夠填補(bǔ)隔水層導(dǎo)水帶的裂縫，強(qiáng)化加固底板。減少了奧灰層突水事故發(fā)生的概率。同時(shí)也降低了對地下地區(qū)600多萬噸煤炭資源開采的風(fēng)險(xiǎn)，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都極大。

3.1.4九龍礦治理所帶來的效益

從經(jīng)濟(jì)效益上來看，自從項(xiàng)目在實(shí)施以后，一年內(nèi)所完成的產(chǎn)值就已經(jīng)超過億元，之后在40多個(gè)煤礦地區(qū)實(shí)施推廣，預(yù)測所帶來的經(jīng)濟(jì)效益有40億元左右，可上繳給國家的稅收收益達(dá)到4億元，為國家創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)利潤。如果該項(xiàng)目能夠在中部煤礦開采地區(qū)進(jìn)行有效的推廣和實(shí)施，將會(huì)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。這樣的技術(shù)降低煤礦開采的水害風(fēng)險(xiǎn)，提高了煤礦開采作業(yè)的安全性，有利于我國煤礦業(yè)的發(fā)展。

從環(huán)境效益上來看。這樣的技術(shù)解決了一直以來困擾多年的奧灰水威脅開采難題，既保護(hù)了地下水源，又成功進(jìn)行開采煤炭。突水通道在太原以帶的煤層極為發(fā)達(dá)，錯(cuò)綜復(fù)雜。該項(xiàng)目能夠防治煤層底板的斷裂，保護(hù)了地下環(huán)境，長久以來，由于煤礦排水作業(yè)易造成地下水生態(tài)系統(tǒng)的破壞、地下水水位下降、河流斷流等影響，礦井內(nèi)部的排水還有可能污染地表水。實(shí)施該技術(shù)以后，能夠提高煤炭開采的效率，節(jié)約資源以及人力物力，也能最大限度的減少對地下水系統(tǒng)的人為干擾和破壞，避免了水資源的浪費(fèi)，減少因?yàn)槊旱V作業(yè)導(dǎo)致的生態(tài)問題和環(huán)境污染。

從社會(huì)效益上來看，由于煤礦地區(qū)排水作業(yè)所造成的資源浪費(fèi)和地下生態(tài)系統(tǒng)的破壞，給國家及周邊的人民造成了巨大的損失，其中的損失是無法短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行修補(bǔ)的，生態(tài)系統(tǒng)的破壞需要自然進(jìn)行十幾年乃至百年的自行修復(fù)，對周邊居民所造成生活上的不便，也加大了居民對企業(yè)的不滿，所造成的心理傷害也是無法挽回的。該技術(shù)的實(shí)施，能夠有效的防治礦井作業(yè)對自然的影響，對周邊環(huán)境的影響，提高了企業(yè)和行業(yè)在人們心中的地位和責(zé)任。有效的減少了地下水資源的浪費(fèi)，也保護(hù)了煤炭區(qū)的生態(tài)環(huán)境，更加降低了工人在地下作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患。創(chuàng)造了巨大的社會(huì)效益。

3.2當(dāng)前水工環(huán)研究中其他的新技術(shù)應(yīng)用

3.2.1GIS系統(tǒng)應(yīng)用

GIS應(yīng)用技術(shù)是以空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的地理信息系統(tǒng)[4]，地質(zhì)信息特點(diǎn)的不同也更加能夠體現(xiàn)出GIS技術(shù)的廣泛性，因此該技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)探測工作中也進(jìn)行了嘗試使用，并在其他地質(zhì)工作上得到推廣。

3.2.2RS技術(shù)的應(yīng)用

RS技術(shù)又稱為遙感技術(shù)。在水文地質(zhì)探測和地質(zhì)評價(jià)中得到廣泛使用，從產(chǎn)生到應(yīng)用僅僅30年的時(shí)間，通過計(jì)算機(jī)對各個(gè)要素進(jìn)行模擬分析，對數(shù)據(jù)處理能夠迅速便捷的進(jìn)行處理，使用成本也較為低廉。RS技術(shù)可以實(shí)時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的檢測，在地質(zhì)探測、地質(zhì)條件評定和工程選址方面得到廣泛的運(yùn)用。能夠相對準(zhǔn)確的測評地質(zhì)條件的穩(wěn)定性，以及災(zāi)害的可預(yù)測性。

3.2.3物理探測技術(shù)

物理探測技術(shù)對地質(zhì)的物理參數(shù)能夠準(zhǔn)確、迅速的作出分析，成本比較低廉，對環(huán)境的影響也較小。在水工環(huán)探測工作中已經(jīng)得到長遠(yuǎn)的使用。近年來對物理探測技術(shù)的逐步重視，也使得我國水工環(huán)探測技術(shù)得到了飛速發(fā)展。

3.2.4水質(zhì)探測技術(shù)

水質(zhì)探測技術(shù)是國內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)手段。分為化學(xué)分析和物理分析兩種方法。雖然兩種方法的基本原理不同，但也不是互相獨(dú)立的，在運(yùn)用的過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際的情況和要求，綜合考慮分析的優(yōu)勢與劣勢，揚(yáng)長避短，選擇比較合適的分析方法。這樣的技術(shù)，需要操作人員的綜合素質(zhì)較高，能夠熟練的掌握兩種分析方法的特點(diǎn)和優(yōu)劣勢。

4結(jié)尾

隨著國內(nèi)外科技技術(shù)水平的發(fā)展和提高，我國的水工環(huán)地質(zhì)探測技術(shù)也應(yīng)該得到相應(yīng)的提高和發(fā)展。在我國水工環(huán)地質(zhì)的勘測工作中，技術(shù)應(yīng)用的力度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，一些珍貴的地質(zhì)勘測資料也比較稀缺。因此使得當(dāng)前在水工環(huán)地質(zhì)勘測中的操作性不夠，造成一些安全隱患，以及資源的浪費(fèi)。為了與經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)進(jìn)行同步的發(fā)展，我國近年來對水工環(huán)勘測技術(shù)上的投資日漸加大[5]。本文通過結(jié)合九龍礦地質(zhì)災(zāi)害治理技術(shù)的案例，淺析了當(dāng)前我國在地質(zhì)災(zāi)害治理方面取得的進(jìn)步以及帶來的效益。雖然有初步的提高和發(fā)展，但仍舊需要科研人員不斷的探索與進(jìn)步，如此一來我國地質(zhì)勘測工作才會(huì)有長遠(yuǎn)的發(fā)展。總體來說，高技術(shù)的應(yīng)用對于水工環(huán)地質(zhì)探測工作是具有長遠(yuǎn)意義的。

參考文獻(xiàn)

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[4]李怠民，吳海成.水工環(huán)物探儀器研制特點(diǎn)與實(shí)例[J].物攘與化振.1995

[5]邦書黍.工程地質(zhì)勘察與巖土工程技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].撂礦工租.1999.

作者簡介

李陽（1981-），男，江西樟樹，中國煤炭地質(zhì)局，碩士研究生，高級工程師，研究方向：工程項(xiàng)目管理等。

1.中國煤炭地質(zhì)總局 北京 100038;2.陜西省煤田地質(zhì)集團(tuán)有限公司 西安 710021