煤礦井下綜合防治水體系的構(gòu)建

馮 濤

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司，山西 晉城048000）

0 引 言

水害是礦井五大災(zāi)害之一，我國(guó)礦井的安全生產(chǎn)一直受到水害的威脅，礦井水源補(bǔ)給包含地下水和地表水，充水通道多，水源補(bǔ)給復(fù)雜，給煤礦的水害治理帶來(lái)了一定的困難[1-3]。以往對(duì)于水害的治理，各部門(mén)之間信息交流程度低，數(shù)據(jù)共享不及時(shí)，嚴(yán)重時(shí)延誤水害治理時(shí)機(jī)，造成涌水事故，可見(jiàn)，有必須要構(gòu)建可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及時(shí)共享的煤礦井下綜合防治水體系，避免水害的發(fā)生[4-5]。

1 綜合防治水的內(nèi)涵

煤礦綜合防治水是協(xié)調(diào)各部門(mén)和工藝流程，如鉆探、掘進(jìn)、物探、防治水、地測(cè)等，使各部門(mén)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成和信息共享，共同完成防治水的任務(wù)。綜合防治水的目的是使原本獨(dú)立工作的子系統(tǒng)之間建立起聯(lián)系，優(yōu)化資源配置和工藝流程，促使整個(gè)礦井系統(tǒng)服務(wù)于防治水工作，同時(shí)又不影響各子系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行，還可為子系統(tǒng)提供豐富的生產(chǎn)信息，使各類子系統(tǒng)得到優(yōu)化。由綜合防治水的定義可見(jiàn)，綜合防治水可能涉及到煤礦系統(tǒng)的各方面，按照涉及對(duì)象的不同，可將煤礦綜合防治水對(duì)象分為4 類：人員、數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)和其他資源，如圖1 所示。

圖1 綜合防治水對(duì)象分類

綜合防治水可在各工作環(huán)節(jié)中消除因信息和數(shù)據(jù)共享程度低所導(dǎo)致“孤島效應(yīng)”，達(dá)到協(xié)同工作，綜合防治的效果。結(jié)合煤礦的生產(chǎn)工藝流程，對(duì)煤礦綜合防治水的特點(diǎn)總結(jié)如下：

1）高度集成：煤礦綜合防治水體系，可集成煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中涉及到防治水的各類信息和數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息共享，促進(jìn)各部門(mén)不斷對(duì)自身資源進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，使生產(chǎn)資源利用率最大化。

2）綜合交叉：綜合防治水體系不是單一的某個(gè)學(xué)科可以建立的，而是需要多學(xué)科進(jìn)行融合交叉，煤礦綜合防治水體系涉及到的學(xué)科包含采礦、地質(zhì)、地測(cè)、機(jī)電、測(cè)繪、計(jì)算機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域。

3）復(fù)雜性：防治水雖是煤礦生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，但該項(xiàng)工作作為煤礦生產(chǎn)的一部分，仍需要配合其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)，防治水工作人員應(yīng)建立全局意識(shí)，做好本職工作的同時(shí)，也可協(xié)調(diào)配合其他工藝流程。

4）服務(wù)性：綜合防治水的本質(zhì)是服務(wù)于煤礦的生產(chǎn)，保證設(shè)備和作業(yè)人員處在安全的生產(chǎn)環(huán)境中，綜合防治水也需為煤礦生產(chǎn)子系統(tǒng)如采掘、地質(zhì)和測(cè)量等部分提供信息和數(shù)據(jù)服務(wù)。

2 綜合防治水?dāng)?shù)據(jù)集成模型研究

2.1 綜合防治水工作流程

礦井綜合防治水的工作流程包含九個(gè)環(huán)節(jié)，如圖2 所示。

圖2 煤礦綜合防治水工作流程

1）水害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。井下水害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)由礦總工作為總負(fù)責(zé)人，水害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)是在綜合分析水文地質(zhì)資料和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料的基礎(chǔ)上對(duì)可能產(chǎn)生水害的地點(diǎn)進(jìn)行預(yù)警。水害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)應(yīng)涵蓋井下所有生產(chǎn)工作面，做到全方位預(yù)警，防治水部門(mén)應(yīng)按月度或季度編制水害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)臺(tái)賬，并由總工組織有關(guān)部門(mén)上會(huì)審批，技術(shù)部門(mén)應(yīng)以預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)結(jié)果為依據(jù)，制定專項(xiàng)作業(yè)規(guī)程，安全部門(mén)負(fù)責(zé)對(duì)水害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的編制和現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行監(jiān)督，保證預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)信息的準(zhǔn)確性和全面性。

2）井下超前物探。井下超前物探的目的是對(duì)可能產(chǎn)生水害的地點(diǎn)，采用瞬變電磁法、超聲波探測(cè)法等物探技術(shù)進(jìn)行超前探測(cè)，物探部門(mén)應(yīng)根據(jù)井下實(shí)際地質(zhì)條件編制物探方案，并報(bào)總工程師審批執(zhí)行，物探方案應(yīng)能準(zhǔn)確的反應(yīng)物探區(qū)域的含水地質(zhì)體。

3）物探成果報(bào)告。物探結(jié)束后，物探部門(mén)應(yīng)負(fù)責(zé)編制物探成果報(bào)告，對(duì)超前物探區(qū)域的含水地質(zhì)體進(jìn)行詳細(xì)分析，礦總工程師應(yīng)組織地質(zhì)、勘探和水文等部門(mén)對(duì)物探結(jié)果上會(huì)討論，物探工作中的所有數(shù)據(jù)和記錄應(yīng)裝訂成冊(cè)并在礦檔案部門(mén)備案，以便后期查閱。

4）鉆探設(shè)計(jì)。在探明采掘工作面圍巖體有含水區(qū)域后，礦總工程師應(yīng)作為總負(fù)責(zé)人，地質(zhì)部門(mén)和防治水部門(mén)在認(rèn)真研究預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和物探成果等資料的基礎(chǔ)上，依照采掘工作面的推進(jìn)情況，按時(shí)編制鉆探設(shè)計(jì)，鉆探設(shè)計(jì)方案由礦總工牽頭上會(huì)審批后，下發(fā)探水作業(yè)人員和測(cè)量人員進(jìn)行學(xué)習(xí)，且應(yīng)在鉆放水工作現(xiàn)場(chǎng)布置探放水鉆孔設(shè)計(jì)圖版。

5）停掘和探水通知。掘進(jìn)工作面推進(jìn)至距離含水地質(zhì)體10-30m 時(shí)，應(yīng)停止掘進(jìn)，準(zhǔn)備探放水工作，地質(zhì)部門(mén)與防治水部門(mén)聯(lián)合下發(fā)停掘和探放水通知單，通知單上應(yīng)注明停掘的具體位置和探放水工作的相關(guān)要求，該項(xiàng)工作也由礦井總工程師負(fù)責(zé)。

6）鉆探施工前驗(yàn)收。鉆探施工前應(yīng)對(duì)鉆孔參數(shù)和鉆機(jī)的安裝進(jìn)行驗(yàn)收，鉆孔驗(yàn)收主要檢查鉆孔的位置、角度、深度和布置方案是否與鉆探設(shè)計(jì)方案一致，有無(wú)塌孔等不合格鉆孔，對(duì)鉆機(jī)的安裝角度和位置以及相應(yīng)的安全措施也應(yīng)做好檢查工作，另外需注意配合探放水的其他工作是否準(zhǔn)備充分，如通風(fēng)、供電、照明、避災(zāi)路線的設(shè)計(jì)等。

7）單孔驗(yàn)收。單孔驗(yàn)收工作由鉆探人員、瓦檢員、帶班礦長(zhǎng)、地質(zhì)人員和防治水人員等多部門(mén)聯(lián)合進(jìn)行，單孔驗(yàn)收需詳細(xì)檢查鉆孔的各項(xiàng)參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)收合格后，應(yīng)填寫(xiě)驗(yàn)收表，對(duì)驗(yàn)收不合格的鉆孔需注明并重新施工。

8）允許掘進(jìn)通知。探放水鉆孔施工完畢后，由相關(guān)部門(mén)組成的聯(lián)合專家組對(duì)鉆孔探放水成果進(jìn)行分析，結(jié)合物探資料進(jìn)行綜合評(píng)定，若鉆探成果達(dá)到了預(yù)期要求，礦總工程師可下發(fā)允許掘進(jìn)的通知單，并注明允許掘進(jìn)的距離和注意事項(xiàng)。

9）開(kāi)掘施工。采掘施工隊(duì)收到允許掘進(jìn)通知單后可進(jìn)行采掘施工，采掘施工要按照采掘通知單的要求進(jìn)行，不得超掘，在采掘過(guò)程中若出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，應(yīng)立即停止掘進(jìn)，按既定避災(zāi)路線撤離到安全位置，并報(bào)上級(jí)部門(mén)。

2.2 綜合防治水?dāng)?shù)據(jù)分類

綜合防治水是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)形成的數(shù)據(jù)和信息共享體系，收集數(shù)據(jù)是建立綜合防治水的體系的第一步。煤礦井下生產(chǎn)過(guò)程中空間復(fù)雜、機(jī)械設(shè)備種類繁多，可產(chǎn)生大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，給數(shù)據(jù)的收集和管理帶來(lái)一定的困難。因此，為對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，本文對(duì)防治水?dāng)?shù)據(jù)按照性質(zhì)和用途不同分為6 類，如圖3所示。

圖3 綜合防治水?dāng)?shù)據(jù)分類

2.3 綜合防治水?dāng)?shù)據(jù)集成模型

以往人們對(duì)于煤礦防治水的分析主要是依據(jù)工程圖紙，由多個(gè)部門(mén)參與分享和了解各自的工程作業(yè)信息。各部門(mén)之間的信息雖然沒(méi)有進(jìn)行集成，但也具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，若按照2.2 節(jié)所述的分類方案對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類后，將各部門(mén)負(fù)責(zé)的數(shù)據(jù)集成到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)信息的集成和共享，由此為基礎(chǔ)構(gòu)建綜合防治水?dāng)?shù)據(jù)集成模型，如圖4 所示。

圖4 綜合防治水?dāng)?shù)據(jù)集成模型

3 綜合防治水體系構(gòu)建

煤礦綜合防治水體系框架如圖5 所示。綜合防治水體系包含三個(gè)層面：①由數(shù)據(jù)和部門(mén)構(gòu)成的協(xié)同元素；②由共享機(jī)制、約束機(jī)制等構(gòu)成的協(xié)同機(jī)制；③由組織機(jī)構(gòu)、崗位責(zé)任制等構(gòu)成的協(xié)同實(shí)現(xiàn)。

煤礦綜合防治水體系的三個(gè)層面，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和多部門(mén)聯(lián)合的綜合防治水，在綜合防治水體系中也可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理，若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異?；蚩赡艹霈F(xiàn)水害，則發(fā)出預(yù)警信息。

圖5 綜合防治水體系框架

4 結(jié) 論

1）明確了煤礦井下綜合防治水的內(nèi)涵，對(duì)綜合防治水的對(duì)象進(jìn)行了分類，概括了綜合防治水的特點(diǎn)包括：高度集成、綜合交叉、復(fù)雜性和服務(wù)性。

2）概述了綜合防治水工作流程，對(duì)綜合防治水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了分類，并建立了綜合防治水?dāng)?shù)據(jù)集成模型，由數(shù)據(jù)集成模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建了煤礦井下綜合防治水體系。