綜合物探方法在煤礦井下水害防治的應(yīng)用

劉 凱

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300）

引言

煤礦井下水害是現(xiàn)代煤礦開(kāi)采作業(yè)中常見(jiàn)的一種災(zāi)害，其對(duì)煤礦開(kāi)采的危害僅次于瓦斯。在煤礦開(kāi)采期間，一旦發(fā)生大量水涌出現(xiàn)象，不僅會(huì)導(dǎo)致煤礦開(kāi)采發(fā)生中斷，而且會(huì)降低開(kāi)采煤炭質(zhì)量?？梢?jiàn)，加強(qiáng)對(duì)煤礦井下水害問(wèn)題的分析，制定相應(yīng)措施防治是必要的。

1 煤礦井下水害類(lèi)型及形成的原因

1.1 煤礦井下水害的類(lèi)型

1.1.1 地表水水害

該水害的水主要來(lái)自地表水體和大氣降水，由于封存不嚴(yán)等問(wèn)題，水源會(huì)從煤礦與地表相通井口、煤礦礦井作業(yè)面斷層部位涌入到煤礦井下作業(yè)面，進(jìn)而出現(xiàn)地表水水害。

1.1.2 裂隙水水害

該水害的水源主要來(lái)自巖層砂巖及礫巖含水層內(nèi)潛在水分，受地表水侵蝕和補(bǔ)償作用影響，會(huì)發(fā)生匯集，最終會(huì)通過(guò)煤礦開(kāi)采作業(yè)的斷裂帶與冒落帶滲入到煤礦境內(nèi)，引起煤礦井下水害[1-2]。

1.1.3 孔隙水水害

該類(lèi)型水害是因?yàn)榈V井內(nèi)開(kāi)采區(qū)的內(nèi)地層巖含水層特點(diǎn)與大氣環(huán)境季節(jié)性改變而發(fā)生降雨，從而致使煤礦井下工作面巖層含水層發(fā)生滲透，引起水害，可見(jiàn)，孔隙水水害具有較為顯著季節(jié)性特點(diǎn)。

1.2 引起煤礦井下水害原因

1）開(kāi)展煤礦井下挖掘作業(yè)時(shí)，工作人員沒(méi)有監(jiān)測(cè)煤礦井下區(qū)域水文地質(zhì)情況，在進(jìn)行開(kāi)采作業(yè)時(shí)，由于開(kāi)采作業(yè)面與含水層巖層、充水?dāng)鄬雍屠峡姿e區(qū)域較近，在煤礦開(kāi)采作業(yè)時(shí)盲目進(jìn)行，從而引發(fā)煤礦井下水害問(wèn)題。

2）煤礦井巷道設(shè)計(jì)存在缺陷，在進(jìn)行巷道選址時(shí)，由于設(shè)計(jì)不合理，選擇了靠近水源匯集地或含水層表面，這會(huì)導(dǎo)致煤礦開(kāi)采期間，頂板遭受到水壓和地面壓力，進(jìn)而出現(xiàn)漏水或滲水等安全事故。

3）在煤礦井區(qū)域內(nèi)，針對(duì)地面沒(méi)有制定合理防洪措施，在煤礦開(kāi)采期間，若發(fā)生持續(xù)降雨或者強(qiáng)降雨天氣，將會(huì)導(dǎo)致大量地表水灌入和匯集。

2 煤礦井下水害事故的危害

煤礦井下水害是一種常見(jiàn)災(zāi)害，某煤礦井下水害情況如下頁(yè)圖1 所示，可見(jiàn)煤礦井下水害巨大。通過(guò)對(duì)大量煤礦情況進(jìn)行分析，煤礦井下水害危害如下：

1）工作面頂板會(huì)出現(xiàn)淋水問(wèn)題，老空區(qū)和巷道內(nèi)會(huì)存在大量積水，這將會(huì)導(dǎo)致巷道和工作面濕度加大，導(dǎo)致煤礦井下作業(yè)環(huán)境發(fā)生嚴(yán)重惡化問(wèn)題，危害工作人員身體健康。

2）增加排水費(fèi)用，降低煤礦開(kāi)采效率，提高成本，降低效益，會(huì)對(duì)煤礦開(kāi)采作業(yè)造成不良影響。

3）煤礦井下存在大量各種不同類(lèi)型的生產(chǎn)設(shè)備，煤礦井下水害將會(huì)導(dǎo)致采用的設(shè)備出現(xiàn)較為嚴(yán)重的銹蝕和腐蝕問(wèn)題，這會(huì)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行造成不良影響，縮短設(shè)備壽命。

4）煤礦井下涌入大量水后，將會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)環(huán)境惡化，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部停產(chǎn)問(wèn)題，危害煤礦開(kāi)采人員生命，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

5）影響煤炭資源回收以及煤炭產(chǎn)品質(zhì)量。

近幾年，煤礦開(kāi)采深度不斷加深，范圍不斷擴(kuò)大，人們提高了對(duì)煤礦井下水害的重視，加強(qiáng)了對(duì)相關(guān)防治工作的探討，需要采取合理措施進(jìn)行防治，這是煤礦企業(yè)在發(fā)展期間需要重點(diǎn)探討的一項(xiàng)內(nèi)容。

3 綜合物探法在煤礦井下水害防治中的應(yīng)用

3.1 綜合物探法

在進(jìn)行煤礦井下水害防治時(shí)要堅(jiān)持預(yù)防為主理念，要通過(guò)綜合物探法對(duì)煤礦井下突水水源進(jìn)行合理識(shí)別。目前，綜合物探法經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的研究與應(yīng)用，已經(jīng)處于較高水平[3]。采用綜合瞬變電磁法、水質(zhì)化驗(yàn)、鉆探等各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用，通過(guò)物探手段進(jìn)行應(yīng)用，要針對(duì)煤礦井下開(kāi)采作業(yè)中前方出現(xiàn)的異常區(qū)域情況進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別，全面結(jié)合煤礦井水文地質(zhì)資料，對(duì)煤礦井下地質(zhì)情況進(jìn)行全面識(shí)別，通過(guò)結(jié)合定量與定性相結(jié)合方式，精準(zhǔn)、快速識(shí)別煤礦井下水害來(lái)源以及分布情況和強(qiáng)弱狀況，從而為后續(xù)煤礦井下安全生產(chǎn)作業(yè)開(kāi)展提供強(qiáng)有力的支持，保障煤礦井下安全、高效生產(chǎn)。

3.2 科學(xué)布置采區(qū)巷道與采掘作業(yè)面

依據(jù)綜合物探法探測(cè)作業(yè)獲取到的煤礦井下水文地質(zhì)資料、圍巖物理學(xué)性質(zhì)、煤層賦存情況、采煤設(shè)備與方法等，嚴(yán)格依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》中相關(guān)規(guī)定，科學(xué)布置煤礦采區(qū)巷道和采掘作業(yè)面，根據(jù)煤礦開(kāi)采情況，在水害周?chē)A(yù)留出足夠的水煤（巖）柱，保證采取巷道、采掘作業(yè)面與水體之間的相對(duì)位置都符合安全距離要求，最大程度避免水害的發(fā)生[4-5]。

3.3 構(gòu)建自動(dòng)排水系統(tǒng)

根據(jù)綜合物探法獲取到的信息，構(gòu)建包括煤礦井下泵房監(jiān)控單元和地面監(jiān)控中心的自動(dòng)化排水系統(tǒng)，提升排水系統(tǒng)工作性能，確保該系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足應(yīng)用需求。自動(dòng)化技術(shù)的完善和優(yōu)化，能夠提高煤礦井下排水系統(tǒng)的優(yōu)化，提高系統(tǒng)運(yùn)行可行性，為了能夠適應(yīng)煤礦井下生產(chǎn)需求，建設(shè)自動(dòng)化排水系統(tǒng)是必要的。建設(shè)在地面上的自動(dòng)化控制中好比“大腦”，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，能夠完成對(duì)水泵的控制，監(jiān)控井下泵房單元采集的各項(xiàng)信息內(nèi)容，一旦出現(xiàn)水害，能夠立即發(fā)出相應(yīng)警報(bào)信息，啟動(dòng)排水系統(tǒng)[6]。

3.4 優(yōu)化開(kāi)采技術(shù)

煤礦井下水害經(jīng)常出現(xiàn)在綜采工作面，為了避免水害的發(fā)生，要對(duì)開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，因此，必須要合理應(yīng)用綜合物探法，完成相應(yīng)探測(cè)工作，開(kāi)采技術(shù)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。通常來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)綜合物探法或獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用，在綜采工作面的下出口和上出口出處的合理位置進(jìn)行支護(hù)，減少水害的發(fā)生，同時(shí)，也能夠?yàn)槊旱V井下水害發(fā)生后，爭(zhēng)取更多空間和時(shí)間應(yīng)急逃生。進(jìn)行煤礦開(kāi)采期間，要確保作業(yè)面不會(huì)存在浮煤，避免由于作業(yè)面發(fā)生涌水問(wèn)題，而導(dǎo)致工作面口發(fā)生堵塞現(xiàn)象。

3.5 合理防治頂板水

防治煤礦井下頂板水是防治煤礦井下水害的一項(xiàng)重要內(nèi)容。在具體防治作業(yè)開(kāi)展時(shí)，工作人員需要提前利用綜合物探法對(duì)煤礦井下地質(zhì)情況進(jìn)行全面探測(cè)，掌握煤礦井下地質(zhì)情況，依據(jù)獲取到的信息內(nèi)容，科學(xué)規(guī)劃定頂板防治，針對(duì)地下水和地表水區(qū)域，采取帷幕遮斷方式進(jìn)行保護(hù)；而針對(duì)含隔水層區(qū)域，可以通過(guò)回填方式進(jìn)行處理，要對(duì)采煤量進(jìn)行適當(dāng)控制，保證煤層結(jié)構(gòu)能夠保持穩(wěn)定。

3.6 采取主動(dòng)方式進(jìn)行排水

煤礦井下出現(xiàn)的部分水害是無(wú)法避免的，為了確保煤礦開(kāi)采作業(yè)順利進(jìn)行，要依據(jù)綜合物探法獲取到的信息制定技術(shù)方案，針對(duì)存在危險(xiǎn)性的水部分或全部排出。針對(duì)不同類(lèi)型的地質(zhì)，采取的排放方法也會(huì)存在一定差異。對(duì)于老空區(qū)水疏放時(shí)，可以采取先堵后放、直接排放或采取構(gòu)筑物或煤柱方式進(jìn)行隔離；在進(jìn)行含水層疏放時(shí)，通過(guò)在地面上進(jìn)行打鉆方式放水，由疏水巷道疏水后，利用排水泵將積水排出。

進(jìn)行疏放水時(shí)需要注意的內(nèi)容如下：全面探測(cè)水源情況，依據(jù)水量情況，制定符合需求的排放措施[7]。放水前，工作人員要先對(duì)放水壓、放水量以及煤層透水性等各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行測(cè)試，再依據(jù)設(shè)置在地下水設(shè)置的排水能力以及倉(cāng)庫(kù)容量，制定符合需求的排放方案。若水量較小，探水鉆孔直接要控制在5.0～7.5 cm之間，孔深需要控制在7.0 cm 以?xún)?nèi)，而在水量較大時(shí)，要另外打放水鉆孔。放水施工期間，要安排專(zhuān)人時(shí)刻觀察出水成本、出水量，以及是否伴有有害氣體或特殊響聲等異?，F(xiàn)象。一旦出現(xiàn)意外，要立即將問(wèn)題上報(bào)給相應(yīng)單位，及時(shí)指派技術(shù)人員化解險(xiǎn)情，通知相關(guān)人員，快速撤離作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。

3.7 注漿堵水

依據(jù)綜合物探法探測(cè)煤礦井下巷道出現(xiàn)的裂隙，然后通過(guò)配置的漿液進(jìn)行應(yīng)用，填滿(mǎn)裂隙，提高巖層強(qiáng)度、密實(shí)性、不透水性。如果涌水量大，可以采取排水和注漿封堵方式完成防治。

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦井下水害是煤礦開(kāi)采中常見(jiàn)的一項(xiàng)事故，一旦出現(xiàn)水害，不僅會(huì)引發(fā)事故，造成停產(chǎn)，而且可能會(huì)發(fā)生人員傷亡。通過(guò)對(duì)我國(guó)煤礦行業(yè)的整體發(fā)展情況來(lái)看，防治煤礦井下水害作業(yè)是一項(xiàng)系統(tǒng)性工作，從設(shè)計(jì)巷道到煤礦開(kāi)采作業(yè)的整個(gè)過(guò)程，更多因素都與煤礦井下水害防治作業(yè)有著緊密聯(lián)系，為了做好防治作業(yè)，需要加強(qiáng)對(duì)綜合物探法的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)該方法進(jìn)行應(yīng)用，為煤礦井下水害防治作業(yè)開(kāi)展提供數(shù)據(jù)支持，降低煤礦井下水害發(fā)生機(jī)率，減小危害。