鉆探技術在煤礦井下的防水應用

煤炭開采中，水害問題一直被認為是影響生產安全和提升開采效率的主要難題，透水事故的危害性不言而喻，它會直接威脅到作業人員的生命安全，而且有可能造成設備嚴重損毀，巷道積水，帶來巨大的經濟損失，還對周圍環境產生長久影響。

一、意義

（一）保障安全生產

煤礦井下地質環境表現出很強的復雜性和獨特性，褶皺與斷層交織在一起，造成巖層破碎帶普遍存在。含水層分布有著明顯的非均質特點，各個地方的富水程度差異很大，還通過隱伏斷裂，巖溶裂隙之類的介質形成復雜的水力耦合體系，這種隱蔽性強的水力聯系機制給礦井水害風險的預報工作帶來巨大困難。

鉆探技術是煤礦水文地質勘探的主要方式，它擁有較強的穿透性能和直觀效果。鉆探技術依靠金剛石鉆頭，繩索取芯裝備這些先進設備，定向鉆探系統可以在千米深的礦井里面做到厘米級別的巖芯采樣，把地層的巖性、結構、構造之類的特征全部保存下來；利用三維激光掃描技術給巖芯制作數字模型，便能夠精準地體現出煤層和含水層的空間分布規律；可以有效地找到導水斷層或者陷落柱的隱患；借助與電阻率成像、聲波測井這類地球物理探測方法配合使用的時候，就能夠準確地判定含水層的實際厚度、滲透能力和水壓散布情況[。

（二）提升開采效率

準確的鉆探技術可以全面解讀煤礦區的地質特點和水文狀況，給開采設計賦予科學的支撐依據。憑借高精度數字巖芯成像設備，得到巖芯樣本的三維可視化資料，并結合GIS創建高分辨率的地質模型，就可以直接表現地層構造、構造形貌以及含水層的空間散布規律。開采設計人員能夠用布爾運算和空間插值算法，準確地找出富水地區、斷層破碎帶之類的高危水害地段，進一步改進采掘規劃及其作業方案。就長壁工作面推進的方向而言，可以按照以前的鉆探數據預估前面巖石性質變動的趨勢，按時調節挖掘參數，免除因為突如其來的富水狀況引發生產計劃改變問題。

根據鉆孔顯示的各層信息，精確判定出煤層是否穩定以及和含水層之間的分界面，在借助微焦點CT對巖芯展開微觀結構解析后，可以得到微細裂隙在空間中所占的比例。通過巖石力學試驗得到的抗壓強度、彈性模量等參數，綜合評定煤層穩定性，采用核磁共振測井技術，能夠準確檢測到含水層孔隙度、滲透率等來確定含水層邊界。利用這種方法得出的結果，就可以對采掘計劃進行調整。比如，可以分段開采或者設防水煤柱，避開水害，保證礦井安全。

（三）降低環境影響

為降低礦井水對環境的影響，需對礦井水進行全面處理：一方面，通過過濾、沉淀等工藝去除水中大量懸浮顆粒物，并運用化學沉淀、離子交換、膜分離等技術去除金屬離子，利用中和法處理酸性物質，防止未經處理的礦井水滲透到周圍土壤，避免土壤pH值劇烈變動、重金屬元素累積，維護土壤生物群落生態平衡，保障土壤正常提供養分以支持植被生長。另一方面，對礦井水進行深度凈化處理，達標后再排放，防止其直接排入水體導致化學成分重大變動、引發水體富營養化，降低對水生生態體系的威脅，保障水生植物和動物的正常生長，遏制生態環境遭受破壞。

二、策略

（一）地質勘探鉆探技術

地質勘探鉆探技術依靠專業的鉆探機器進行鉆孔作業，在選定的煤礦范圍內進行細致鉆探，以獲取深層巖石樣本，之后對樣本進行全面探究。最新的井下探測手段可以清楚了解巖土的詳細情況，如孔隙率、滲透率等要素。而且還要用這些數據制作成十分詳細的三維水文地質模型，里面涉及繁雜的數據收集和加工步驟，需要運用詳細的地質知識和數學建模方法。自的就是把整個地下流體的動態構造及其物理狀況表現出來，最后進行地下水管理，為找水源和評價周邊環境提供科學數據支持。綜合運用地球物理勘探手段，加上鉆探資料，通過數據分析的方法對含水層進行判定，就能準確算出其厚度，判斷其存水情況如何，從而在應對水災預先辨別和防止水災方面獲得充分的數據支持和科學支撐。

煤礦開采活動開始前，制定合適的科技規劃方案，針對井田區域，安排一系列勘探鉆孔，并且應用高密度電法探測技術，聯合這些鉆孔來開展探測工作。通過這樣的方式，可以發現煤層下方隱藏的那些裂縫結構和存在高水位含水層之間相互連通的可能性。這種風險判斷非常關鍵，開采活動的安全性以及有效利用這些資源條件，都以這樣的預測手段作為基礎。因此，事前制定并實施一系列相關的針對性措施策略，在采礦過程中可預先減小這類水流現象的發生概率，從而在全過程間都能安全進行。

（二）鉆孔注漿鉆探技術

鉆孔注漿鉆探技術，也就是預先通過鉆孔將水泥漿、化學漿液或者其他灌漿料注入地質體內部那些較為脆弱的部分或者有潛在導水作用的地方。按照壓力灌注的原理，往裂隙以及空隙里注入一些漿液，不僅能填滿空位、固化物質，還能形成一道不錯的止水線，從而讓整個地層的防水能力大大提升。對于各種不同條件的巖土層，仔細挑選并使用恰當的灌漿原料和技術措施，比如劈裂灌注法和滲透灌注法等就能明顯地堵住那些地下水穿流的路線，讓隔水層變得整體穩定并且結實很多[2]。

煤礦開采時出現頂板裂隙導致涌水的問題，使用鉆孔注漿辦法，把注漿孔布置成網格的形式。選用改良后的水泥與水玻璃混合的雙液漿作為材料，目的是把裂隙堵住，穩固頂板，防正出現涌水事故，保證生產安全。這種方法利用準確操控漿液灌注的量和壓力來達成對特定地質條件下針對性的加固以及防水處理，改善礦井的安全開采水平。做了注漿操作以后，頂板涌出的水量就有很明顯變少的趨勢，巖層變得更為穩定，于是工作區域就可以安全高效地開展煤炭開采活動。

（三）大口徑直排水井鉆探技術

大口徑直排水井鉆探技術具有排水能力大的特性，針對大型礦井的排水需求，利用重型鉆機完成大量鉆孔任務，目的是創建起高效又可靠的礦井集中式排水體系。出色的排水效能可以有效促使礦井內的地下水位迅速回落，通過集成自動化監測系統，能夠及時掌握水位變化情況，由此可做到精準動態調控排水措施，而排水井也可作為長期性的水文監測站。在此情況下，對于防范礦井內的水災有著持續且至關重要的數據支持作用。

煤礦遭遇雨季極端強降雨時，礦井涌水量急劇增多，針對此種情形，迅速開展大口徑直排水井的建造，并有效組合排水泵組系統。把水位降至安全線以內，阻正礦井發生水災，從而保證礦內生產的持續性與穩定狀態。

三、結束語

鉆探技術在煤礦井下的防治水工作中起到無法取代的重要作用，這種技術應用對于如何管控地下水動態、防范水患發生并且確保礦井處于安全狀態等顯得十分關鍵。在此過程中，所采取的辦法主要是綜合運用精準探測、有效補強、迅速排水等方式，構建起整個系統性解決方案。這套策略不僅為煤礦的安全生產活動以及高效開采提供了堅實的底層支撐，還兼顧了環境保護和生態維護。這樣既能實現經濟收益最大化，又能在其他方面的分攤處理上發揮積極作用。與此同時，在技術持續進步與發展的過程中，鉆探手段也朝著智能化和更精準認知的目標逐步發展，這一演變將提升未來鉆探工作的效率和精度，對于煤礦行業而言，這是推動可持續發展和高質量建設的一次有益嘗試。能

參考文獻：

[1]張明、李華。煤礦水文地質鉆探技術優化與應用[J].煤炭科學技術，2023，51 （12）： 156 -163.

[2]劉峰、陳亮。大口徑排水井在煤礦水害應急防治中的應用[J].中國煤炭，2022，48 （10）： 98 -104.作者單位：中焊地質集團有限公司