井田水文地質(zhì)災(zāi)害分析與研究策略

李小安

（青海省柴達(dá)木綜合地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 格爾木 816000）

在社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展之下，煤炭資源在人們的社會生產(chǎn)、生活中有著較多的應(yīng)用， 而且獲得了非常理想的應(yīng)用效果，所以煤礦企業(yè)需要高度重視資源開采工作，以便可有效開發(fā)煤炭資源，滿足市場對于此類資源的使用需要。但是研究現(xiàn)階段諸多煤礦井田的具體作業(yè)情況，發(fā)現(xiàn)基于復(fù)雜地質(zhì)條件下的涌水及突水問題，嚴(yán)重影響煤炭資源的開采工作質(zhì)量與安全，亟待煤礦企業(yè)采取有效手段進(jìn)行處理，確保井田作業(yè)安全性可以顯著提升。

1 井田水文地質(zhì)條件概述

井田地處山西省臨縣，總面積為15.0 km2，煤層較為穩(wěn)定，井田設(shè)計(jì)構(gòu)造較為簡單，由于該地區(qū)地表處長時(shí)間受到黃河侵蝕，所以多為丘陵地貌，而且該處的植被覆蓋率非常低，此外受到東高西低地形的影響，該處井田地表高低處的差值較大，約為200 m；研究該井田范圍內(nèi)的水流情況，可知井田所轄范圍內(nèi)未見進(jìn)行長時(shí)間水流活動(dòng)的河流，但是在每年夏季發(fā)生強(qiáng)降雨天氣后，井田內(nèi)會出現(xiàn)較多的水堆積情況；該地的水文地質(zhì)分區(qū)則表現(xiàn)為大量的黃土覆蓋于地表處的情況，其中，石炭系地質(zhì)分區(qū)含水層的富水性欠佳，水量較少，而奧陶系含水層富集的水量非常多，對該處的水壓進(jìn)行測量可知壓力非常高，并且勘測該處井田的整體水文地質(zhì)構(gòu)造單元，可見有較多的裂隙[1]。

2 井田水文地質(zhì)災(zāi)害與處理方法分析

2.1 水文地質(zhì)災(zāi)害

綜合分析該處井田地質(zhì)條件與災(zāi)害發(fā)生情況，可知涌水及突水等水害的發(fā)生率高，尤其是突水災(zāi)害對井田作業(yè)造成的不利影響非常大。探究該井田突水災(zāi)害發(fā)生的具體原因，主要包括：首先，地質(zhì)因素。在地質(zhì)構(gòu)造方面，由于研究的井田地質(zhì)構(gòu)造中存在著較多的陷落柱、斷層情況，相應(yīng)地質(zhì)分區(qū)內(nèi)含水層中的水會通過這一地質(zhì)構(gòu)造，進(jìn)入到井田井下作業(yè)區(qū)域中，最終使得突水發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)較大。其次，水文因素。分析井田突水事故發(fā)生情況，可知以往該事故多發(fā)生在底板處，而造成底板突水的原因主要是含水層的水量較多、水壓高、與井下巷道垂直距離等因素，其中在最后一項(xiàng)影響因素中，由于臨縣該處井田的高含水量含水層處于煤層的中間位置，并且這一地區(qū)的巖層基本為穩(wěn)定性能不理想的砂巖，水容易從垂直方向處向作業(yè)區(qū)域內(nèi)大量涌出，同時(shí)井田奧陶系含水層的凈水壓力非常大， 如果井下作業(yè)人員直接在該地質(zhì)分區(qū)處進(jìn)行煤炭資源開采，則會增加含水層發(fā)生突水問題的風(fēng)險(xiǎn)[3]。最后，開采因素。井田水害發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)與頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育情況存在著直接關(guān)聯(lián)，如果開采人員在作業(yè)期間出現(xiàn)過度開采的情況，便會破壞頂板隔水層，而后含水層中的水會通過頂板導(dǎo)水裂隙帶向作業(yè)區(qū)域涌出，最終引發(fā)井下作業(yè)安全事故。

2.2 方法

針對井田作業(yè)期間常會出現(xiàn)的水文地質(zhì)災(zāi)害，要求煤礦企業(yè)可以利用計(jì)算涌水量與預(yù)測突水危險(xiǎn)性、使用排水設(shè)備吸排水的方法進(jìn)行有效處理。

首先，在計(jì)算預(yù)測方面，要求煤礦技術(shù)人員結(jié)合煤礦井下作業(yè)的水文地質(zhì)條件、易發(fā)的水害，使用公式，來計(jì)算單位涌水量，該公式中的Q表示的是井田總涌水量，T和S分別用來表示含水層導(dǎo)水系數(shù)、水位降深（降落漏斗），R和r0則分別表示井田作業(yè)期間地下水影響半徑、井引用半徑最佳值。在評估井田突水危險(xiǎn)性期間，則需要對相應(yīng)的預(yù)測方法多進(jìn)行學(xué)習(xí)，以此可以基于山西省臨縣該處井田的突水發(fā)生情況，選擇最佳的預(yù)測方法完成危險(xiǎn)性預(yù)估工作，可以利用有效隔水層突水系數(shù)法，此種方法在具體預(yù)測計(jì)算時(shí)，考慮的導(dǎo)致突水事故發(fā)生的危險(xiǎn)因素較多，主要包括有巖石構(gòu)造及礦山壓力等，之后便可以結(jié)合以上因素，利用Ts=P/(M-Cp)公式得出突水危險(xiǎn)系數(shù)；分析該計(jì)算公式的應(yīng)用情況，可知公式中的Ts即突水系數(shù)，一般情況下該值需要處于0.06 MPa/m以上、不超過0.15 MPa/m，P、M、Cp分別用來指代煤層底板水壓與隔水層厚度、隔水層受到礦山壓力影響而出現(xiàn)的擾動(dòng)破壞厚度值。由于井田之中容易發(fā)生水害事故的區(qū)域?yàn)閵W陶系含水層，所以需要對該處的突水危險(xiǎn)性進(jìn)行分區(qū)計(jì)算，以便煤礦企業(yè)能夠準(zhǔn)確把握該處對于作業(yè)人員采煤所致的嚴(yán)重安全威脅，待帶入各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)域的突水危險(xiǎn)性系數(shù)計(jì)算之后，發(fā)現(xiàn)系數(shù)處于0.10 MPa/m以上、0.20 MPa/m以下的區(qū)域，存在著非常大的突水威脅，并且少部分?jǐn)鄬訁^(qū)域的該系數(shù)值遠(yuǎn)大于0.20 MPa/m，提示該區(qū)域的突水事故發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于其他地方，因此需要引起煤礦企業(yè)的重視，進(jìn)而采取相關(guān)措施予以風(fēng)險(xiǎn)控制處理。

其次，應(yīng)用排水設(shè)備，在選擇排水泵時(shí)，需要結(jié)合井田涌水量預(yù)測值及突水發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行排水泵的合理選擇，以便在井田作業(yè)區(qū)域發(fā)生涌水、突水問題后，能夠利用設(shè)備第一時(shí)間將水排出去，如果排水期間的涌水量為最大值時(shí)，可聯(lián)合使用備用排水泵將涌出的水全部排出，所以排水泵的選擇標(biāo)準(zhǔn)為工作/備用排水泵聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，可以對24 h內(nèi)的涌水量（最大值）在20 h之內(nèi)進(jìn)行完全的排出，具備此種排水能力的排水泵便可以作為井田水害處理時(shí)可用的排水設(shè)備，此外選擇的排水設(shè)備還需要具備體積小、運(yùn)行性能佳、價(jià)格適中及維修難度小等特性，以便煤礦企業(yè)可以花費(fèi)較低的成本，多在井田作業(yè)區(qū)域進(jìn)行排水工作泵與備用泵的設(shè)置，確保水害可以得到良好的處理。在應(yīng)用吸水管時(shí)，需要注意此種管道的適用條件是井下作業(yè)區(qū)域內(nèi)發(fā)生涌水突水事故，且涌水量超過50 m3/h，此時(shí)可使用吸水管道進(jìn)行水處理，從而能夠避免涌水量不斷增加所致的井田作業(yè)人員人身安全事故發(fā)生，要求選取的水管具備下列條件：在排水泵配合使用基礎(chǔ)上，工作與備用管道工作期間可以對最大值的涌水量（連續(xù)24 h）進(jìn)行有效排出，工作時(shí)間控制在20 h以內(nèi)；吸水管道類型多選擇鋼管（無縫），并且為避免管道應(yīng)用過程中出現(xiàn)較大的揚(yáng)程損失，要求應(yīng)用的管道有著非常粗的管徑，從而可以對揚(yáng)程損失進(jìn)行有效控制，還可以減少管道工作時(shí)的耗電量，但是此種管道應(yīng)用時(shí)所產(chǎn)生的巨額成本需要引起煤礦企業(yè)的重視，促使企業(yè)可以在后續(xù)利用管道吸水期間做好管道的選擇與應(yīng)用工作，逐步提升管道應(yīng)用的合理性、安全性及經(jīng)濟(jì)性價(jià)值；此外吸水管道需要具備理想的吸水性能，確保工作時(shí)可以將作業(yè)區(qū)域內(nèi)的水吸出，顯著降低汽蝕問題發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語

針對煤礦井田作業(yè)期間發(fā)生的涌水、突水現(xiàn)象，要求煤礦企業(yè)可以結(jié)合本地區(qū)開采煤礦的地質(zhì)條件，對這些現(xiàn)象發(fā)生的影響因素進(jìn)行研究，繼而可以采用科學(xué)的預(yù)測方法，對涌水突水現(xiàn)象進(jìn)行有效預(yù)測，之后再利用相應(yīng)的礦井排水設(shè)備將井下的水進(jìn)行完全排出、吸出處理，以此保證井田作業(yè)環(huán)境中的水涌出、突出問題得到妥善的解決，開采人員可以在井下安全的環(huán)境中有條不紊地完成資源開采及運(yùn)輸?shù)裙ぷ鳌?/p>