復雜水文地質條件下礦井水害綜合防治技術研究

白喜梅

（山西地寶能源有限公司，山西 太原 030045）

當下人們生活水平不斷提升，對煤炭資源的需求也隨之增加，因此要加大煤炭資源的生產和開采力度。然而在煤礦開采過程中，受到礦井下復雜水文地質條件的影響，煤礦中經常發生水害事故，嚴重影響到了煤礦生產質量并威脅到工作人員的生命安全。因此，如何在這樣的復雜水文地質條件下，有效地利用水害綜合防治技術治理水害，成為當下煤礦生產企業首要考慮的問題。本文便根據這個情況，從礦井防治的角度出發，對老空水的防治及復雜礦井水害的綜合防治工作進行研究。

1 礦井水害防治重點

（1）防治水對于技術要求較高，難度較大，因此必須嚴格按照規定順序開展防治水工作。

（2）老空水的防治在當下已經成為我國礦井水害防治工作中的重點內容，對其施展物探探測技術時，由于探測結果無法作為回采作業的直接參考依據，因此要對現有物探技術進行改良優化[1]。爭取實現探測結果對富水異常區域的準確定量和高效判讀，從而為后續防治水方案的有效落實提供一定數據保障。

（3）在對老空水和承壓水開展防治工作時，若想讓下一個工作步驟穩定進行，首先要制定系統的安全評價機制，對上個步驟的工作成果進行歸納總結，從而為后續工作步驟提供保障。

（4）若想保證礦井水害防治工作的高效開展，必須配備專業的防治水害團隊，專門負責礦井水害防治工作。確保在發現問題時能夠第一時間趕到礦井現場，迅速確定水害致因，從而有針對性地采取有效防治措施。如圖1為防治現場。

圖1 水害防治現場

（5）由于當下煤炭開采區域的水文地質條件日漸復雜，有些區域在短時間內無法進行全面勘察，煤炭開采工作越來越困難。且礦井下水害頻發，尤其是突水事故，發生頻率最高，嚴重影響到了煤炭開采工作的順利開展，并威脅到了礦井內工作人員的生命安全。礦井水害防治重點內容主要有：地表水、孔隙水、裂隙水、巖溶水和地表水五種。

2 我國當下礦井水害防治研究現狀

對于礦井水害防治來說，我國對相關技術的研究雖然起步較晚，還處于初級探索階段。但經過我國幾十年來技術人才的不斷觀測研究，提出了大量的底板突水機理理論[2]。借此理論的提出，結合現場勘測和模擬試驗結果，研制出一套完整的水害防治系統，系統內主要包括疏水降壓、帶壓開采、注漿改造底板含水層、帷幕截留和留設防水煤巖柱等。然而對于復雜水文地質條件下的礦井水害綜合防治技術的研究，還有待進一步突破。

3 復雜水文地質條件下礦井水害綜合防治

當下煤礦水害已經成為最主要的影響煤礦正常生產的災害之一，且受到礦井下復雜地質條件的影響，礦井水害的綜合防治工作實施起來十分困難。因此，在進行復雜水文地質條件下礦井水害的綜合防治工作時，要對引發水害事故的因素進行全面綜合的考量，按照“查、堵、截、疏、排、探、防、躲”八個步驟，采取先進的科學技術手段開展具體的礦井水害防治工作。具體步驟如下所述。

3.1 查

這個步驟主要是通過對科學技術的合理應用，實現對煤礦井下充水情況的有效監測，這個環節十分重要，可以查出誘發礦井水害的真正原因及礦井水的來源，為后續的水害防治提供科學依據。涉及到的具體技術如下：

（1）數理統計制圖：通過對礦井所處環境氣候的觀測和地質環境的勘察，將獲取的信息數據進行系統化整理，繪制全面的地下水位分布圖、礦井涌水量關系圖等。依照這些圖像來分析自然降水和地下水和礦井充水之間的聯系，從而有針對性地制定水害防治方案，采取相應防治措施，有效改善礦井的涌水問題[3]。

（2）連通試驗對比：經過具體分析后，可以進行連通對比試驗，試驗對象選取經分析后認為導致水害可能性最高的過水通道。在進行連通對比試驗時，向水中投放具有標識性的試劑，如食用鹽，隨即在礦井下不同的出水口處取得水樣，進行鈉離子和氯離子濃度的檢驗分析，同時記錄好取樣時間。試驗結果可以判斷井下涌水是否和地表水有關，以此為依據然后再開展后續的隔絕防治工作。

（3）綜合物理探測：通過對瞬變電磁技術和直流電檢測技術的合理運用，對礦井不同地層中的含水量進行檢測，根據檢測結果來合理劃分礦井涌水等級。此外，還要明確礦井涌水面積和具體區域，便于探測后的綜合防治工作。如圖2為礦井下防治環境。

圖2 礦下環境

3.2 堵

這個步驟指的是構建科學的堵水系統，堵水系統中包含了無纜通訊定位技術、快速救援堵孔技術和高效注漿堵水技術。

（1）預測突水危險性：根據前期探查結果獲知的富水區域和導水通道的位置，并結合力學原理和巖層厚度的基本規律進行性能測試。

（2）堵水：通過上述測試分析，將短時間內水壓無法下降的區域定為堵水段，在確定堵水段后，可以在水害事故發生前就可以開展堵水工作，實現對地面源頭和礦井下未開采區域的兩頭堵水，從源頭上消除水害隱患。

3.3 截

對于較淺的煤層，在進行開采時需要事先布設全面的排水設施，在回采作業面旁挖出截水巷，將上部水攔腰截斷，有效改善礦井的涌水現象。這樣不僅可以減小回采面的承載壓力，還能在排水上節約成本，減輕排水壓力。將地面導水通道進行封堵后，即使有少量水滲流到礦井深處，也不會對礦井開采工作和工作人員的生命安全造成威脅[4]。

3.4 疏

這個步驟指的是煤礦防治工作中的疏水技術，具體包括兩個方面：

（1）為了減少地表水的水量和面積，要對地表水區域加大疏水力度，避免地表水向礦井地下作業面區域繼續下滲。

（2）正式開展煤礦開采作業前，就要先在礦井下富水區鉆設多個疏水孔，經過長時間的疏排完成疏水工作，從而對承壓水頭實施降壓操作，這樣以來才可以確保后續煤礦開采作業的安全性。但是通常情況下不是所有條件類型的礦井都能夠使用這樣的疏水方式，鉆設鉆孔只適用于水源補充條件不好的礦井，但是此方式的疏水效果穩定性非常高。

3.5 排

這個步驟即礦井下正式的排水工作，排水前要事先勘察礦井下各個作業區域的涌水情況，然后有針對性地按照礦井排水規范嚴格布設排水設施。需要特別注意的是那些經多年開采的老礦區，隨著時間的累積，其礦下地質結構和水文條件已經發生較大變化，含水層的含水量也會改變，因此當年留下來的數據對于當下排水工作無法起到參考作用，需要重新進行勘察，并利用特殊計算方法準確測出老礦地下涌水量。

3.6 探

這個步驟指的是探放水手段的應用，礦井下進行回采作業時，經常遇到一些并不了解具體情況的廢棄巷道，因此對于這種巷道如果想了解其具體積水情況，就要合理應用探放水手段。首先，先搜查和其相關的舊時資料，對此區域進行初步的了解，隨后進行正式勘探。在區域內布設探水孔，獲得區域內積水量、積水范圍、水壓等相關信息，最后通過探測得到的信息有針對性地制定排水方案，便于后續的排水工作，保障煤炭開采作業區域的作業安全。

3.7 防

這個步驟即礦井下防治水工作，防治過程應當以“防”為主，以“治”為輔，防治結合構建系統性防治水系統，系統具體操作步驟分為四點:

（1）隨著現代化科學技術的發展，礦井下防治水作業也需要將現代電子科學技術和排水系統中的“查”、“探”技術進行有效結合，從而實現對礦井下積水區域和涌水量等信息的精準勘測[5]。如圖3為勘測現場。

圖3 水文地質勘察

（2）重視安全性的保障工作，根據前期預測勘察結果，綜合礦井所處地質環境和水文條件構建完善的防治水體系。

（3）在制定防治水方案時，要結合相關技術的使用范圍、礦井環境安全性、經濟有效性三個方面進行全面綜合的考量，通過對比分析試驗結果來科學決策防治水方案。

（4）制定最佳的防治水方案后，要將方案有效落實到實際的防治水作業中，要對實施過程進行實時監控，并針對作業過程中遇到的問題對防治水方案進行合理調整，保障防治水方案的落實能夠達到最佳效果。

3.8 躲

由于當下煤炭開采區域的水文地質條件日漸復雜，有些區域在短時間內無法進行全面勘察，因此如果無法保證礦井作業環境安全，則可以有選擇性地避開這樣的區域，這便是“躲”。但是這個步驟并不代表這樣的復雜區域就此被放棄，日后隨著對暫避區周邊地區的不斷開采，在能夠充分了解該區域的相關水文地質情況后引進更先進的技術手段后，我們可以對暫避區再次進行開采。需要特別注意的是，回采工作一定要在保證安全的前提下進行[6]。

4 結束語

綜上所述，在復雜水文地質條件下，礦井環境極其多變且難以預測，因此在進行水害綜合防治時切忌以偏概全，要加強對基礎水文地質環境的勘察工作，對引發水害事故的因素進行全面綜合的考量。煤炭企業要根據老空水和灰巖水的特點，對其來源、貯存方式等進行深入分析，然后按照“查、堵、截、疏、排、探、防、躲”八個步驟，采取先進的科學技術手段開展具體的礦井水害防治工作。同時礦井還要加大采礦過程中的安全管理力度，保障工作人員的人身安全，避免人為因素導致的礦井事故發生。