利用物探探測礦老空積水防治技術運用研究

張丹楓

（長治職業技術學院，山西 長治 046600）

0 引言

整合研究近年來我國礦井地質開采情況可知，造成水害的主要原因分為兩點，一方面是指斷層裂縫導水，另一方面是指老空水或老窖水。從上世紀末期到21世紀初期這一階段，由于煤礦產業的管理形式過于混亂，私自建設煤礦產業過多，且沒有嚴格按照規定要求進行開采管控，致使礦產之間的保安煤柱受到破壞，情節嚴重的還存在彼此采通現象。在礦井被廢棄之后，原本的采空區出現大量積水，這對鄰近礦井的開采而言必然會造成更大的安全隱患。假設探放水等解決對策，沒有得到全面落實，那么很容易在后續開采管理期間出現煙景或脫水現象。因此，本文利用物探技術對礦井老空積水的防治問題進行深入探討。

1 現狀

現如今，隨著礦井產業大力整頓，部分煤礦得到了有效控制，但原本開采區域在大氣降水補給的影響下，很容易產生礦井落空積水現象，這對相鄰礦井的開采工作而言很容易造成不良影響。同時，在歷史因素的影響下，大部分小煤礦并沒有實際測量所繪制的挖掘工程平面圖，實際開采范圍和巷道的也存在不明確性[1]。面對這一現象，各地政府及礦產工作人員要加強老空區的勘探力度，這也是當前解決生態危機和加快社會經濟發展步伐的重要任務。煤礦產業在不斷創新發展中，針對老空區積水問題也提出了有效的方法，主要分為兩種，一方面是指鉆探，另一方面是指巷探。但根據礦井開采提出的有疑必探、先探后掘的工作原理分析可知，選用這兩種方式處理水文地質勘探工作，可以在保障礦產安全生產中發揮積極作用。需要注意的是，只選用這兩種方式很難獲取更為優質的結果。原因在于，不管是鉆探還是巷探需要處理的工程數量非常龐大，實踐操作進度較為緩慢，相應探放工程的設計具有盲目性，很容易在施工建設期間造成不必要的成本支出，且相應的控制范圍過小，實踐探測區域存在盲點。根據我國提出的煤礦安全規程要求分析可知，不管是選擇哪種方法，最重要的是結合新時代技術要求整合運用物探技術進行綜合研究和探測。通常來講，可以在物探的基礎上配合利用鉆探或巷探，由此保障探放水工作獲取更佳效果[2]。針對當前礦井老空區探測方法應用情況分析，最常見的是地面物探，本文主要研究三維地震勘探技術所包含的方法及應用效果。

2 技術方法

三維地震屬于新時代建設發展提出的全新技術方法，在上世紀90年代初期應用到我國煤礦生產安全中。相比傳統意義上引用的二維地震，這類全新技術理念擁有更為龐大的信息量，在實踐應用中可以提升實際分辨率，更能準確直觀且有效地揭示部分地質現象。隨著我國煤礦開采區域三維地震技術理念的快速發展，現如今相關技術方法已經在煤礦開采領域得到了廣泛運用，當前主要用于勘測礦井老空區域的積水問題，這樣不僅能減少井下的工程量，還可以提升實踐勘探效果。

2.1 礦井高分辨的直流電法

這種方法在我國開發應用時間較長，但因為在早期研究中沒有合理解決防爆問題，所以主要運用在低瓦斯礦井中。在上世紀80年代末期，我國科研學者研究制造出了ZC-I型數字電法儀，不僅有效處理了防爆現象，還進一步加快了行業經濟發展步伐。現階段，這個儀器主要運用在煤礦井下坊勘測前方情況，以此有效掌控老空積水區域的范圍和所在位置。礦井直流電法斗勘測距離為80米[3]。

2.2 礦井音頻電穿透技術

這類技術屬于利用低頻電穿透礦井進行物探的全新技術理念，主要運用在水文地質探測工作中。目前科研學者研制出了DTS-I型防爆音頻電穿透儀器，主要融合了礦井直流電法和頻率測探儀器的應用特征，可以對采煤期間的面頂底板、巷道含水情況等實施超前探測，能對老空積水等區域實施全面勘察，最高的穿透深度為320米。

2.3 礦井瑞雷波探測技術

這類方法是運用順泰瑞雷波技術實施的單分量、雙份量、三分量探測的物探技術。根據當前科研學者研制出的MRB-III型瑞擂缽探測儀器分析可知，其可以在開采面和掘進頭前方實施全方位的勘測分析，探測距離通常要控制在50米左右。

2.4 礦井地質雷達

整合歐美等發達國家當前針對煤礦老空積水問題提出的研究課題及相關成果分析可知，瑞典和美國在早期主要利用地質雷達對礦井的水質條件進行測量分析。而我國針對礦井地質雷達所研制出的產品設備現已達到了國際水平，有關數據采集、信息處理和貯藏等操作都可以交給計算機系統進行，并在實踐操作期間自動生成圖像信息。通常來講，地質雷達可以在工作面實施超前探測，實際距離可以控制在60米到70米之間。

3 基于物探技術的煤礦老空積水防治方案分析

3.1 掌握老空積水的各項特征

首先，老空區的積水數量多數以靜儲存量形式存在，就如同地下水庫。在煤柱強度低于積水靜水壓力的情況下會出現脫水現象，而后在短時間內有大量積水涌入到煤礦當中，如果積水進入開采區域，那么必然會造成無法控制的損失；其次，在老空水和其他水源失去聯系的情況下，如果突然發生突水現象導致實際涌入的水量不斷增加，那么最終涌入時間不會過長，但若是和其他水力存在聯系，那么會構成數量龐大且時間較長的用水現象，這對煤礦安全生產而言具有極大影響；最后，老空區水質通常呈現為酸性，對金屬等物質具有強烈的腐蝕性。在開采井下煤層的過程中，開采上方的巖層會因為下部分區域采空失去平衡，導致在生產期間出現坍塌裂縫、頂板脫落下沉等現象，而這些問題都會進一步影響地表水和含水層的水，并將它們導入到井下[4]。

3.2 探放水的基本原則

一方面，安全原則。利用物探技術探測礦井落空積水現象，要根據國家政府和地方部門提出的安全規程和相關工作條例進行深入探討，嚴格遵守安全第一、有疑必探、先探后掘的探放水原則。另一方面，經濟原則。老空區域的探放水要合理運用已經存在的巷道，避免在探測施工前增加巷道探測的工程數量，將鉆探看作實踐操作的主體，像巷探看作輔助方法。同時，在排水期間要將巷道看作主體，相應設備和管路鋪放為輔助，以此有效控制探放水的施工數量。

3.3 探放水的操作對策

在防水措施孔中，結合如下圖1所示的工作面進行設計，其作為某地礦井開采區的首采面，因為極容易出現積水現象，且臨近層沒有可以運用的巷道，所以選擇在南大巷S8點的右側巖石中進行4米×3米×3米的鉆場，并在內部安排三組九個鉆孔，其中鉆孔布置剖面如下圖2所示：

圖1 鉆孔探放水的工作面設計圖

圖2 鉆孔布置剖面

同時，為了達到更好的設計效果，在明確所有鉆孔的預定位置后，要持續進尺0到2米之間。鉆孔放水經過巷水溝自主流到井底水倉中，不僅能保障現場施工人員的生命安全，還可以減少排水設施和操作環節的設計，具體鉆孔的參數如下表1所示：

表1 鉆孔參數

在設計效果檢驗孔時，結合上圖1所示的工作平面設計圖分析可知，在完成南大巷放水操作之后，相應工作面是具有安全性的，結合巷道設計情況研究有序進行巷道施工，并在采空區積水警戒線處停止開采，相應施工效果的檢驗孔設計了一組三孔，在平面上呈現扇形布局，在剖面上呈現梯狀布局。整合研究積水情況，并合理運用探水和掘進操作，首先進行礦井落空區域的勘探，而后在掌握實際情況后繼續挖掘，在挖掘之后要繼續勘探，由此循環既保障現場施工生產的安全性，又可以充分發揮效果檢驗孔的積極作用。需要注意的是，探水鉆孔的終孔位置和超前巷道一直保持20米的安全距離。除此之外，由于施工期間極容易出現因為偏斜操作出現塌孔、卡鉆等問題，實際施工難度非常大，因此需要工作人員在整合以往工作經驗的基礎上，針對這一問題提出有效的防控治理對策。比如說，在開孔期間要利用扶桿器保障鉆桿的標準性，而后緩慢轉速推進，先下好孔口套管，孔口套管必須要和鉆機立軸的中心線具有一致性，在正式施工之前要在鉆桿的前端增加2米長的導向管，這樣在處理軟硬巖層時可以有效控制孔底的壓力，而后再進入下層巖石時正常加壓鉆進[5]。

4 結語

綜上所述，礦井物探技術作為我國煤礦產業革新發展關注的焦點，同樣也是解決老空積水問題的有效對策。因此，相關工作人員在加強現場保護力度的同時要學習借鑒國內外科研技術方案和研究成果，對現有防治技術和方案進行不斷創新，優先應用符合自身防治需求的儀器設備，加強專業技術管理人才的培養力度，以此在拓展煤礦市場環境的同時，為煤礦行業發展提供有效的技術服務。