淺析煤礦開采水文地質條件及防治水技術研究

＊劉曉斌

（晉能控股煤業集團北辛窯煤業有限公司 山西 036700）

隨著近年來我國社會的進步，能源資源開采活動不斷發展，在能源開采規模不斷擴大的背景下，煤礦開采中所應對的水文地質條件更為復雜。對于特殊水文地質區域的開采工作而言，利用常規開采手段并不能保證開采工作的有效推進，所以在特殊水文地質環境下進行開采生產，更需要加強對當地水文地質情況的精準分析和判斷，嚴格按照實際情況要求進行開采方案的調整優化，從而全方位降低特殊水文地質條件對開采工作造成的干預和影響。對此，在開采工作中更需要加強對礦井水文地質情況的研究，在提出針對性防治水方案的基礎上，全面提升煤礦開采質量和效率。

1.礦區地質構造特征與礦區水文地質特征

不同的礦區地質結構之間存在著很多方面的差異，只是在這種差異的背后還隱含了很多統一性的因素。煤田內的斷層結構主要受到周邊構造條件的作用和影響，在這種結構的作用和影響下，在煤田內部也會出現新的二級結構，而這種斷層結構就形成了煤田的基本結構格架。煤田斷層結構的走向，主要是近東西向。而對于位于中部甚至北部礦井區的煤礦來說，它的斷層結構走向也大多北東向或者以北西向為主，其中北東向的情況發育得較早，因此煤層的賦存情況和煤礦的分布狀況，均會受到斷層結構的干預。

總的來說，所處在礦點的水文條件是比較復雜的。由于水文條件較差，堅硬裂隙與充水巖層的充水裂縫之間發育不平衡，因此很可能引發不同程度的突水事件。并且，由于小礦井開采的現狀日益嚴重，老空區積水的狀況也日益復雜甚至加重，水害事件頻頻出現。雖然礦點的情況主要是受大氣環境降雨和地表水的正常流量的共同影響。但經過調查勘探后證實，區域地下水的供應主要是來自大氣環境降雨和地表水，其中的大氣環境降雨和地表水大部分沿巖溶景觀裂縫和斷塊的破裂帶方向滲漏。當水流入巖溶景觀地層，河流在沿途下滲時，又補充了巖溶景觀裂縫水量，部分受到暗流運行的影響，會表現出明顯的間歇特點。因此，由于礦井一般位于山前傾斜平原地帶，受到了山中地下水的補充，徑流方法也從山區的垂向運移逐漸變成近水平運移，從而形成了地下水的強徑流區，是礦山的潛在供應源泉，同時也是產生突洪澇井的重要充水原因。

2.礦井水的主要成因

在開采工作推進中，由于開采深度和范圍不斷增加，很可能在地下形成多個采空區，受到自身重力影響，地下水將不斷流向采空區，并在采空區內出現大量積水，形成的這種現象被統稱為老空水現象。在大規模老空水形成前，如果工作人員沒有制定科學應對方案進行積水清理，很可能為后續開采工作的推進造成負面影響，甚至引發不同程度的安全隱患問題[1]。此外，開采過程中機械一旦觸碰到老空水的儲層位置，還會引發礦井積水增加，加重了安全事故發生概率。如果工作人員在礦區內的老空水問題不能作為及時處理，在時間的推移下其儲量必然會大大增加，當積累到一定程度后，礦井施工中的部分毒氣就會在老空水作用下滲透到礦井中，嚴重威脅和影響了礦井施工人員的身體健康和生命安全。

當礦井出現老空水問題后，其巖層主要以隔水層的形式出現。大部分情況下，巖層都需要承受兩個方向的作用壓力，在地下水不斷增多的背景下，巖層承擔的壓力必然明顯增多。如果壓力已經超出巖層承載范圍，巖層就會出現破裂問題。一旦巖層破裂，地下水必然會涌出礦井，引發更為嚴重的安全事故和施工風險。

3.突水方式

老空水由于形成方式特殊，存在較為明顯的特性，此背景下使得水質往往會存在酸性特點，這也意味著其中涵蓋較多的有毒物質。雖然儲水量很少，但是對于煤礦開采工作的負面影響仍然十分嚴重，也是引發安全事故的重要原因。并且老空水通常在采空區范圍內出現積水，所以在開采環節中觸碰到老空水的概率較低，通過對之前安全事故的分析可知，出現老空水安全事故主要集中在礦井挖掘階段[2]。這一階段的巖層厚度受到人為開挖的影響厚度不斷降低，由于巖層難以承受巨大水流壓力，所以礦井中會出現大量水資源，繼而引發嚴重的安全事故。

4.煤礦防治水工作中水文地質條件的主要影響

(1)對礦井安全的影響

水文地質資料信息精準度往往直接影響了礦井生產安全，比如在工作中，礦井充水性圖表就是對井下水文地質資料進行全方位記錄的圖紙信息，可以幫助工作人員準確分析礦井充水規律，是預防水患問題的重要手段。如某地區煤礦是礦務局礦區資源整合礦井，位于某縣城境內。該煤礦井田南北寬度約為3.5km，東西長度約8.0km，整體面積約24.51km2。在采煤工作開展中，主要應用方法為長壁式采煤法，并且綜合機械化作用下進行放頂煤采煤工藝開發[3]。為確保煤礦開采準確性，該煤礦開采在圖紙中的具體內容見圖1。

圖1 煤礦開采對地質環境的影響分析圖

(2)對水文地質調查工作的影響

在礦井生產工作中，需要工作人員加強對開采煤礦現有情況的搜集和核查，從而在礦井圖位置上進行開采范圍、年限和積水情況的分析等。在有效進行預防性透水準備工作基礎上，實現對礦井生產安全的提升。比如，某礦區井內煤礦受到斷層煤柱影響出現透水問題，最大突水量超過700m3/h。為避免突水事故造成更為嚴重的負面影響，該礦井負責人及時制定和采取針對性應對方案，由于預防及時，沒有形成重大安全事故和危害。

(3)對采礦區和采掘巷道的影響

水文地質資料往往會對采區設計和巷道布置方案造成影響，是關系到煤礦生產的重要環節。比如某礦井工作面的原本設計走向為900m，切眼在礦井煤柱線上。但是施工人員對于臨界小煤礦的采掘信息掌握不全面，因此在施工期間掘進方向和原有位置存在偏差，當鉆探到70m時就出現了積水噴發，雖然在后續工作中重新進行了切眼布置，但儲量受到上述施工影響而明顯減少，仍然對生產工作造成了巨大影響[4]。

5.礦井防治水工作的主要方法

(1)加強對礦井作業的安全管理和防護

在煤礦生產中為落實防治水任務中施工人員生命財產安全要求，要始終貫徹以人為本的工作原則，保證各級管理人員有效推進管理工作，確保施工作業的順利進行。首先，煤礦企業要提升管理人員的安全防護意識，在其認識到安全防護重要性基礎上，確保員工在防治水工作開展期間能夠嚴于律己，避免出現違規操作問題[5]。其次，在防治水工作中，要全面推進《煤礦防治水規定》中的具體要求，針對性分析礦井實際地質和水文條件，在確保工作人員嚴格按照規定要求進行施工作業基礎上，實現防護工作質量和效果的提升，最大程度上降低安全事故發生概率。

(2)對礦井出現水患的成因予以全方位掌握

在煤礦防治水工作推進前，煤礦企業需要精準分析煤礦水患問題的成因，在針對性分析問題發生原因的基礎上，制定健全、針對性的治理措施。在此期間，煤礦企業要全方位加強對地質勘察工作的分析，判定企業內部是否對煤礦地質和水文條件進行分析，確?？辈旖Y果整體準確性和全面性，保證工作人員嚴格按照地質水文情況進行煤礦開采[6]。此外，企業還要加強對防治水工作的關注，有效分析和監督工作管理制度的完善性，在保證組織結構健全的基礎上，實現各項工作內容和細節流程的判定，只有這樣才能保證防治水工作操作技術實現不斷發展。比如長期開采煤礦，很可能形成以下問題，如圖2所示。

圖2 煤礦長期開采引發的巖層高度破壞

在對不同因素的分析和研究中，工作人員將更全面地了解水患事故的發生原因，在掌握工作問題的基礎上，制定針對性治理手段，最終實現煤礦防治水工作有效性的全面提高。

(3)加強對新型煤礦施工技術和設備的引進

基于當前科學技術水平不斷提升，各行業發展都得到了長足進步，特別是對于煤礦生產行業而言，如果技術設備水平低下，企業生產效率必然會受到較大影響，甚至在激烈的市場競爭中遭到淘汰。眾所周知，煤礦生產工作對于設備依賴性極高，設備質量往往直接影響著煤礦作業效率，由于其工作會對煤礦作業安全性造成影響，所以煤礦企業更需要認識到設備質量的重要性，只有這樣在生產環節中準確掌握設備更新情況，如果探索到對于煤礦施工質量和效率有提高幫助的設備或技術手段，企業要合理分析其價格情況，在企業承受范圍內進行設備采購，最終實現煤礦施工效率和安全性的提升。此種方式不僅能對煤礦企業競爭力進行提升，還能幫助企業在激烈的市場競爭中獲取積極狀態，是煤礦企業實現長期穩定發展的重要基礎。

(4)構建健全、有效的煤礦地質勘察系統

在煤礦施工領域中，地質調查工作系統主要分為靜態和動態兩個不同方式。在靜態調查工作中，工作人員需要在煤礦作業前及時對施工周圍環境進行分析，準確掌握地質情況和水文地質信息，通過對調查情況和工作內容的整合，將調查結果進行準確分析，并上報給相關部門，確保工作人員在施工作業期間能及時掌握煤礦生產實際情況，在制定科學、有效的工作方案過程中，為煤礦施工質量的提升提供必要幫助。為了防止作業面在實際工作中發生突水停產問題，作業面應該始終保證以正常坡度掘進，在流水順暢基礎上有對專門流水巷道進行加寬處置，從而確保同一側流水順暢不受影響。眾所周知，在礦下作業的工作復雜性與危險性較高。所以，使用必要的技術手段也尤為關鍵，如聲音電透、三維地震等。如果采用三維地震、聲音電透等地球物理探礦方法時，要通過給合井底的鉆探設備進一步檢查井田范圍內落差超過5m的斷層和導水性涂料，尤其對井田范圍內的斷層，還要按規定留設一定的保護巷道。另外，由于排水工作對井下的正常運行是必不可少的，所以，需要健全管理礦山防、排水系統，確保井下中央水倉具有充足的蓄水功能，要形成一整套規范的管理體系，各排水體制設施都要經常開展檢查考核工作，保證排水可以及時達到正常使用。由于環境是在不斷變化的，為了要獲得第一手數據，工作人員就需要在井下、地面各含水層的水文地質觀察鉆孔上建立地下水動態監測系統，以隨時了解并掌握礦井地下水變動情況，為礦山的保護管理工作提供水文基本數據。

此外，還應該開展必要的動態調查，雖然在煤礦施工前，工作人員已經對施工區域的環境情況進行了針對性分析，但是地質水文條件往往處于不斷變化的階段，所以施工人員就需要加強對動態情況的分析，在此方式作用下不僅能降低施工成本，還能更有效地提升煤礦施工效率，是降低水患問題發生概率的重要手段。換言之，構建煤礦地質勘察系統不僅能降低水患問題發生概率，提升煤礦生產工作的安全性，還能避免煤礦施工中外界因素帶來的威脅性影響，因此在后續工作中，相關部門更需要加強對這項工作的關注，從而實現煤礦生產質量和效率的全方位提升。

6.結束語

綜上所述，在煤礦領域生產發展中，煤礦安全問題是需要始終關注的重點問題，其安全性將對煤礦企業發展產生直接影響，是關系著工作人員生命財產安全的重要內容。而水患問題則是影響煤礦安全的重要原因，此背景下，加強煤礦防治水工作的處理對于煤礦生產而言有著十分重要的影響。特別是對于煤礦企業和管理者而言，在今后工作中更需要站在多角度方向上進行思考，在準確掌握煤礦水患問題成因的基礎上，制定一套更為健全和有效的工作方案，認識到現有工作內容的不足，在積極處理水患問題的同時，幫助煤礦企業實現工作質量和效率的全面提升，為煤礦領域的全面發展奠定良好基礎。