礦區(qū)水文地質(zhì)安全保障體系探討

摘 要：近年來(lái)，全國(guó)范圍內(nèi)水害事故頻發(fā)，水害防治工作位置突顯，急需解決。為了提升礦井水害的防治能力，減少礦區(qū)水害事故發(fā)生，需要對(duì)礦區(qū)面臨的水害進(jìn)行研究分析，并構(gòu)建相應(yīng)的水文地質(zhì)安全保障系統(tǒng)。該文根據(jù)某礦區(qū)進(jìn)行了相關(guān)的探討，就礦區(qū)水文地質(zhì)安全保障體系進(jìn)行了分析，闡述了防治水的主要問(wèn)題，及水文地質(zhì)安全保障體系結(jié)構(gòu)，并提出了礦區(qū)防治水對(duì)策，最后探討了我國(guó)當(dāng)前水文地質(zhì)安全保障技術(shù)裝備支撐系統(tǒng)與安全保障體系配套措施，希望對(duì)相關(guān)的行業(yè)有所借鑒。

關(guān)鍵詞：礦區(qū) 水文地質(zhì) 安全保障體系 水害 防治水

中圖分類號(hào)：P641 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（c）-0-02

1 礦區(qū)概述

某礦區(qū)屬于某能源股份有限公司，此礦區(qū)旗下各個(gè)礦區(qū)在開(kāi)采過(guò)程中遇到的水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜，隨著開(kāi)采逐漸深入，遇到的水害問(wèn)題也越來(lái)越多，這就加重了防治水的形勢(shì)與難度。根據(jù)實(shí)際的現(xiàn)狀分析可知，升級(jí)的防治水形勢(shì)及難度主要表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面：

（1）礦區(qū)在進(jìn)行下組煤的全面開(kāi)采時(shí)，遇到了奧灰突水的侵襲，這對(duì)采礦造成了極大的威脅，而目前在下組煤帶壓開(kāi)采中使用的關(guān)鍵技術(shù)為采用高承壓薄隔水層防治水。

（2）在防治水前必須對(duì)垂向?qū)畼?gòu)造進(jìn)行探查及防治，但由于深度增加，水害問(wèn)題嚴(yán)重，便導(dǎo)致了此環(huán)節(jié)受阻，亟待解決。

（3）上組煤在進(jìn)入了深部水平進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，由于高承壓大采在深條件下難度加大，這就相應(yīng)地增加了防治水處理的難度。

（4）此外，此礦區(qū)由于小煤礦眾多，加之小煤礦開(kāi)采中管理不當(dāng)，出現(xiàn)了亂采濫挖的現(xiàn)象，甚至有越界開(kāi)采的情況，這些都加重了大礦在開(kāi)采中的突水威脅。

上述都是此礦區(qū)在開(kāi)采中遇到的防治水方面的難題，通過(guò)相關(guān)分析，進(jìn)而提出一定的對(duì)策，從而構(gòu)建一種防治水技術(shù)裝備為主體的防治水支撐系統(tǒng)，是該文必須解決的問(wèn)題。此礦區(qū)為了改善防治水現(xiàn)狀，就必須完善防治水的措施及相關(guān)的配套策略，從而形成該礦區(qū)水文地質(zhì)安全保障體系。

2 礦區(qū)防治水主要問(wèn)題探析

此礦區(qū)地處大山深處，并貫穿了此地區(qū)的南北，在該能源股份有限公司管轄之下，將此礦區(qū)分成了六個(gè)部分（為了方便闡述，這里擬定為A、B、C、D、E、F六區(qū)）。經(jīng)過(guò)勘查與分析可知，此礦區(qū)內(nèi)含水層主要有以下幾種類型：二疊系砂巖承壓含水層、侵入巖裂隙汗水體、第四系砂礫石層孔隙潛水含水層、寒武、奧陶系灰?guī)r裂隙巖溶承壓含水層等。通過(guò)大量的分析探討之后，初步認(rèn)為此礦區(qū)在防治水方面主要有以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

2.1 充水條件探析

該文從三個(gè)分部礦區(qū)對(duì)充水條件進(jìn)行分析。

（1）A區(qū)煤礦。A區(qū)煤礦屬于整個(gè)礦區(qū)的主要部分，也是主采煤層，其直接充水水源屬于A區(qū)煤頂板砂巖裂隙承壓水與下石盒子組砂巖裂隙承壓水，其間接充水水源為第四系底部卵石層孔隙水、采空區(qū)積水及奧陶系灰?guī)r水等。其中，奧陶系灰?guī)r水屬于A區(qū)開(kāi)采時(shí)遇到的最主要的水害，也是防范突水的主要對(duì)象。由于A區(qū)開(kāi)采已經(jīng)深入，因此在開(kāi)采中，遇到的奧陶系灰?guī)r水往往有著很強(qiáng)的壓力，一旦其涌入了礦區(qū)，則會(huì)造成無(wú)法彌補(bǔ)的災(zāi)難。

（2）C區(qū)煤礦。對(duì)于C區(qū)而言，開(kāi)采時(shí)遇到的主要充水水源屬于大青灰?guī)r水、奧陶系灰?guī)r水、小煤窯采空區(qū)積水及本溪灰?guī)r水等。由于大青灰?guī)r屬于B區(qū)的直接頂板，并且在C區(qū)開(kāi)采的冒落裂縫帶之內(nèi)，因此屬于直接的充水水源層。對(duì)于C區(qū)的主要防治水而言，重點(diǎn)在于防止奧陶系灰?guī)r水突水（大青灰?guī)r水較易疏干，因此危害不大）。此外，還需要對(duì)小煤礦采空區(qū)積水進(jìn)行防治，這類充水水源的危害也比較大。

（3）E區(qū)煤礦。在進(jìn)行E區(qū)煤礦開(kāi)采的時(shí)候，主要遇到的充水水源為野青灰?guī)r水，其間接充水水源主要有奧陶系灰?guī)r水與大青灰?guī)r水。大青灰?guī)r水對(duì)開(kāi)采沒(méi)有太大的影響，但是，若其與奧陶系灰?guī)r水進(jìn)行緊密結(jié)合時(shí)，那么就會(huì)使得整個(gè)開(kāi)采過(guò)程變得復(fù)雜，因此必須注意這方面的防治。

2.2 導(dǎo)水通道探析

通過(guò)上述的分析可知，在各區(qū)煤層的開(kāi)采中，遇到的主要充水水源為奧陶系灰?guī)r水，因此必須加強(qiáng)這種水源的防治。對(duì)于防治奧陶系灰?guī)r水而言，其主要的導(dǎo)水通道有：導(dǎo)水?dāng)鄬印?dǎo)水陷落柱、裂隙密集帶與封閉不良的鉆孔等。下文將對(duì)這幾個(gè)方面進(jìn)行闡述。

（1）導(dǎo)水?dāng)鄬?。整個(gè)礦區(qū)里面，擁有大量的斷層，某些大的斷層甚至控制了各個(gè)礦區(qū)的生產(chǎn)邊界，加之一些斷層在不斷發(fā)育，逐漸造成了一些奧陶系灰?guī)r與煤系地層產(chǎn)生對(duì)接，從而加大了防治水難度。

（2）導(dǎo)水陷落柱。在整個(gè)礦區(qū)的開(kāi)采經(jīng)歷中，已經(jīng)遇到了大約80個(gè)陷落柱案例，其中只有少許幾例為導(dǎo)水陷落柱。一旦陷落柱開(kāi)始導(dǎo)水并且將奧陶系灰?guī)r和生產(chǎn)煤層之間導(dǎo)通，那么就會(huì)使得開(kāi)采層形成一種奧陶系灰?guī)r突水通道。

（3）裂隙密集帶。由于斷裂構(gòu)造復(fù)合或者尖滅作用的影響，出現(xiàn)了一種比較隱秘的導(dǎo)水通道，這種導(dǎo)水通道即所謂的裂隙密集帶，它具有隱密性極強(qiáng)及規(guī)模小等特性。

（4）密閉不良的鉆孔。密閉不良指的是沒(méi)有封堵或者封堵不良，這里尤其突出的是其與奧陶系灰?guī)r水相互連通的鉆孔，表現(xiàn)出的密閉不良十分明顯。

2.3 主要的防治水問(wèn)題

隨著各個(gè)礦區(qū)開(kāi)采逐漸深入，遇到的水害問(wèn)題也越來(lái)越多，主要問(wèn)題如表1所示。

3 礦區(qū)水文地質(zhì)安全保障體系結(jié)構(gòu)解析

通過(guò)對(duì)整個(gè)礦區(qū)開(kāi)采及待開(kāi)采區(qū)域存在的水害問(wèn)題進(jìn)行分析，得知該礦區(qū)在水文地質(zhì)勘探工作方面實(shí)踐力度及重視程度不高，因此必須改善這方面的問(wèn)題，加強(qiáng)水文地質(zhì)的勘查，主要包括了水文地質(zhì)鉆探、水文地質(zhì)物探及水文地質(zhì)試驗(yàn)等。為了使得整個(gè)水文地質(zhì)安全保障體系更加形象具體，可以用圖1表示。

4 礦區(qū)防治水對(duì)策探析

4.1 水文地質(zhì)的補(bǔ)充勘探

該礦區(qū)待開(kāi)采部分存在著水文地質(zhì)勘探不足的現(xiàn)象，為了改善這種現(xiàn)狀，就應(yīng)加強(qiáng)水文地質(zhì)勘探工作，及時(shí)補(bǔ)充勘探的不足，主要包括了對(duì)水文地質(zhì)的鉆探、水文地質(zhì)的物探及水文地質(zhì)的試驗(yàn)等。水文地質(zhì)勘探的主要目的在于對(duì)奧陶系灰?guī)r水層、大青灰?guī)r水層及本溪灰?guī)r水層進(jìn)行探測(cè)，探查其相應(yīng)的水害性質(zhì)。在通過(guò)了補(bǔ)充勘探之后，形成一種立體的觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，用以檢測(cè)各個(gè)礦區(qū)的相關(guān)水害情況，并及時(shí)尋找應(yīng)對(duì)措施。

4.2 導(dǎo)水陷落柱的探查及防治

通過(guò)這些年礦區(qū)的開(kāi)采來(lái)看，各個(gè)礦區(qū)都或多或少發(fā)現(xiàn)了陷落柱，總的來(lái)說(shuō)，礦區(qū)的陷落柱擁有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：1）在各個(gè)礦區(qū)發(fā)現(xiàn)的陷落柱，都有長(zhǎng)大的條件；2）在C區(qū)的陷落柱比較密集，其他礦區(qū)的陷落柱較為稀疏，由此可見(jiàn)其分布具有串珠狀的特性；3）對(duì)于礦區(qū)的陷落柱而言，通常情況下，如果不含水便會(huì)不會(huì)導(dǎo)水；4）大部分陷落柱分布的方向往往與礦區(qū)的構(gòu)造及相關(guān)的地下水的流向有關(guān)。

由于此礦區(qū)陷落柱情況較多，因此必須對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的探查及防治，比如利用水文地質(zhì)分析、綜合物探技術(shù)、水文地質(zhì)試驗(yàn)及鉆探技術(shù)多層次綜合探查等，這類方式也可以探查導(dǎo)水陷落柱，雖然導(dǎo)水陷落柱并不多見(jiàn)，但其危害十分大，因此必須高度重視。

從過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，可以采用在陷落柱的柱體中構(gòu)建“堵水塞”的方式來(lái)封堵陷落柱的導(dǎo)水通道，從而抑制導(dǎo)水陷落柱的

形成。

4.3 小煤礦區(qū)的水害防治

由于該礦區(qū)小煤礦眾多，因此大部分水害還是因小煤礦而起，加強(qiáng)這些小煤礦的水害處理也是有效解決礦區(qū)水害的方法之一。總的來(lái)說(shuō)，對(duì)小煤礦的水害防治而言，可以采取一定的技術(shù)手段進(jìn)行管理，也可以借助政府部門及法律手段等確保整個(gè)煤礦生產(chǎn)區(qū)的安全。此外，還應(yīng)加強(qiáng)小煤礦采空區(qū)積水及大礦采空區(qū)積水的勘查和疏放。

4.4 下組煤開(kāi)采時(shí)的防治水流程

在進(jìn)行下組煤的防治水工作，可以從以下四個(gè)階段（工作面掘進(jìn)與回采）來(lái)進(jìn)行。

（1）掘進(jìn)前階段。對(duì)地面進(jìn)行補(bǔ)充勘探，并且需要將井下的防排水系統(tǒng)加以完善，同時(shí)做好注漿系統(tǒng)的建設(shè)及完善各種準(zhǔn)備工作。

（2）掘進(jìn)階段。在這階段中的主要工作包括了鉆探超前探測(cè)、大青灰?guī)r水疏放、超前底板孔注漿工程及工作面改造中的注漿鉆孔施工等。

（3）回采前。這個(gè)階段的主要工作是底板的注漿加固和改造、坑透、瞬變電磁側(cè)向探測(cè)及音頻電透視等。

（4）回采中。這個(gè)階段的主要任務(wù)在于查清該工作面及水文地質(zhì)的情況，并根據(jù)這些情況對(duì)可能發(fā)生突水危險(xiǎn)的地區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

5 技術(shù)裝備的支撐系統(tǒng)與安全保障體系配套措施

5.1 技術(shù)裝備支撐系統(tǒng)

技術(shù)裝備支撐系統(tǒng)是整個(gè)礦區(qū)水文地質(zhì)保障體系順利運(yùn)行的硬件支撐，主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）排水系統(tǒng)。對(duì)于上組煤的開(kāi)采而言，應(yīng)充分考慮突水災(zāi)害對(duì)排水能力的阻礙；對(duì)于下組煤的開(kāi)采而言，則應(yīng)有強(qiáng)大的排水能力，只有這樣才能確保開(kāi)采正常運(yùn)行，因此必須充分控制好奧陶系灰?guī)r水疏降產(chǎn)生的涌入量。

（2）鉆探及注漿能力。鉆探往往是礦區(qū)防治水害最主要的手段之一，其設(shè)備的完善是保障防治水害工作順利進(jìn)行的必要前提。此外，注漿能力的強(qiáng)弱也影響著防治水害的能力。因此，必須保障鉆探設(shè)備的功率強(qiáng)、鉆探隊(duì)伍工作經(jīng)驗(yàn)豐富及技術(shù)高超，在注漿過(guò)程中應(yīng)建立全面的注漿系統(tǒng)，盡量滿足相關(guān)的規(guī)范要求。

（3）水位遙測(cè)及水情水害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。應(yīng)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行全方面的監(jiān)測(cè)，尤其應(yīng)加強(qiáng)水位遙測(cè)、水情水害監(jiān)測(cè)，確保礦井的涌水量、突水點(diǎn)水、采區(qū)涌水量等都在可控范圍之內(nèi)。

（4）水害預(yù)警系統(tǒng)。對(duì)煤礦突水災(zāi)害進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并設(shè)置相關(guān)的預(yù)警系統(tǒng)，能及時(shí)掌控煤礦煤層的水壓、應(yīng)力、溫度及應(yīng)變等物化參數(shù)，從而在開(kāi)采地下煤時(shí)為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供可靠有效的研究數(shù)據(jù)。

5.2 安全保障體系配套措施

安全保障體系配套措施，對(duì)于安全保障體系的構(gòu)建不可或缺，主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）防治水結(jié)構(gòu)設(shè)置。設(shè)置相關(guān)的防治水機(jī)構(gòu)，并建立防治水領(lǐng)導(dǎo)小組，建立一定的責(zé)任制，做到責(zé)任到人，保證整個(gè)防治水工作能到位。

（2）水害應(yīng)急救援措施。水害應(yīng)急救援措施能應(yīng)對(duì)在采煤中遇到的突水災(zāi)害問(wèn)題，主要包括辨別突水征兆、發(fā)布預(yù)警信號(hào)、對(duì)發(fā)生的災(zāi)害進(jìn)行應(yīng)急處理及自救避災(zāi)等。

（3）防治水技術(shù)攻關(guān)。目前，我國(guó)在礦區(qū)水文地質(zhì)安全保障體系中，對(duì)于防治水技術(shù)而言，依然存在很多方面的不足，因此必須加強(qiáng)這方面的投入力度。比如可以加強(qiáng)水源災(zāi)害的電磁法探測(cè)、下組煤帶壓開(kāi)采防治水及深部巖溶發(fā)育規(guī)律等技術(shù)的研究。

參考文獻(xiàn)

[1]劉再斌，王璽瑞，靳德武，等.邢臺(tái)礦區(qū)水文地質(zhì)安全保障體系探討[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2008，36（4）：93-96.

[2]張鼎，肖攀，何鳳，等.湖南道縣后江橋鐵錳鉛鋅礦區(qū)水文地質(zhì)條件分析及涌水量預(yù)測(cè)研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2012，38（4）：42-45.

[3]胡志勇.核桃灣一號(hào)煤礦水文地質(zhì)分析與礦區(qū)安全評(píng)價(jià)[J].中國(guó)科技博覽，2010（33）：418.

[4]繆協(xié)興，王長(zhǎng)申，白海波，等.神東礦區(qū)煤礦水害類型及水文地質(zhì)特征分析[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2010，27（3）：285-291，298.

[5]益萬(wàn)旅，薛竹存，方永林，等.淺析某礦區(qū)水文地質(zhì)地球物理勘查技術(shù)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012（21）.

[6]田瑞云.億噸煤炭生產(chǎn)基地的安全保障體系綜述[J].煤炭工程，2008（6）：8-10.