復(fù)雜水文地質(zhì)條件下礦井防治水技術(shù)

郝衛(wèi)光

（安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)，安徽 宿州 234000）

近年來(lái)，伴隨經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的不斷提升，礦井生產(chǎn)規(guī)模越來(lái)越大，深度也日漸加深，然而礦井生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，面臨的水文地質(zhì)環(huán)境越發(fā)復(fù)雜化。同時(shí)在礦井生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，由于礦井地測(cè)防治水人員不足，使得礦井防治水管理難度進(jìn)一步加大，日益復(fù)雜的礦井水文地質(zhì)問(wèn)題嚴(yán)重阻礙到礦井穩(wěn)定生產(chǎn)，對(duì)礦井持續(xù)健康發(fā)展也形成很大阻礙。為此探討分析復(fù)雜水文地質(zhì)條件下礦井水害防治技術(shù)越發(fā)凸顯出其重要性，下文闡述了灰?guī)r水與老空水的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)其來(lái)源、賦存方式以及突水過(guò)程進(jìn)行分析探討，并從“查、堵、截、疏、排、探、防、躲 ”八個(gè)方面闡述防治礦井水害的一些方法，對(duì)預(yù)防與控制礦井水害事故發(fā)生，保證礦井持續(xù)高效生產(chǎn)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 礦井水成因及突水方式

1.1 礦井水成因

老空水：水源補(bǔ)給到采空區(qū)形成的老空水，倘若排泄受阻，就會(huì)導(dǎo)致這些老空水累積起來(lái)，礦井開采過(guò)程當(dāng)中，在地下留有大量的采空區(qū)，大小規(guī)模不等，非常復(fù)雜，泥巖和灰?guī)r存儲(chǔ)的水以及地表降水，便會(huì)進(jìn)入質(zhì)采空區(qū)，發(fā)展成 “老空水”，依照老空水的不同層位關(guān)系，又有同層老空水與異層老空水之分，老空水如同地下隱藏的水庫(kù)，一旦遭受到誤觸，極易引發(fā)水害事故，導(dǎo)致大量的水進(jìn)入到礦井中，對(duì)礦井設(shè)備以及人員造成嚴(yán)重威脅，釀成重特大礦井事故，威脅礦井安全生產(chǎn)與健康發(fā)展。老空水通常具有較長(zhǎng)的積存時(shí)間，特別是在長(zhǎng)時(shí)間的靜貯過(guò)程當(dāng)中，水量越來(lái)越大，而且其中還會(huì)積聚大量的有害氣體，增加危險(xiǎn)程度，如若礦井采掘過(guò)程當(dāng)中，對(duì)這些老空水誤觸，便會(huì)導(dǎo)致如同水庫(kù)潰壩一樣的水害發(fā)生，嚴(yán)重破壞礦井當(dāng)中的各種設(shè)施設(shè)備，而且有毒有害氣體還會(huì)導(dǎo)致人的窒息，造成的危害性十分嚴(yán)重。所以在礦井水害防治過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)充分重視老空水的防治工作，采取切實(shí)可行的防治技術(shù)措施，控制和減少老空水對(duì)礦井生產(chǎn)帶來(lái)的危害性。

承壓水：承壓水主要是指存在于兩個(gè)隔水層之間的含水層充滿地下水，在礦井生產(chǎn)實(shí)際時(shí)常遭受承壓水的威脅，承壓水在埋藏條件方面和地下水十分相似，含水層夾在兩個(gè)隔水層之間，同時(shí)含水層當(dāng)中充滿水，存在一定的壓力，尤其是一些單斜構(gòu)造與向斜構(gòu)造，是形成層壓水的重要地質(zhì)構(gòu)造特征，如果在礦井生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，誤觸到這些礦井承壓水，由于壓力因素影響，承壓水會(huì)在瞬間涌出，破壞和淹沒(méi)礦井，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，所以在礦井水害防治過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)充分重視承壓水的防治工作，避免承壓水對(duì)礦井生產(chǎn)帶來(lái)不良影響[1]。

1.2 突水方式

老空水突水：老空水通常都積存非常長(zhǎng)的時(shí)間，屬于死水，老空水補(bǔ)給水量能力較弱，因此老空水水味發(fā)澀，具有較大的酸度，而且其中還含有很多有毒有害氣體。老空水雖然積存的量不是十分大，然而非常集中，造成的影響也不容忽視。老空水雖然存在，但沒(méi)有貫通礦井。但是礦井生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，如果誤觸到老空積水，就極易引發(fā)水害，同時(shí)如果礦柱不符合安全厚度要求，掘進(jìn)施工過(guò)程當(dāng)中就極易引發(fā)突水問(wèn)題，造成的突水災(zāi)害十分迅猛，而且也具有非常強(qiáng)的破壞性，常常對(duì)巷道和工作面相關(guān)設(shè)施造成巨大破壞，另外也會(huì)有很多有毒有害氣體出現(xiàn)，導(dǎo)致人發(fā)生窒息。

承壓水突水：承壓水具有較強(qiáng)的富水性，能夠達(dá)到充足補(bǔ)給，如果有水旱發(fā)生時(shí)，常常出現(xiàn)很多突水點(diǎn)，也會(huì)引發(fā)非常大的突水強(qiáng)度。承壓水主要在幾個(gè)可采礦層之間夾存，和礦層有著相對(duì)較近的間距，所以在對(duì)下組礦進(jìn)行開采過(guò)程當(dāng)中，稍有不慎就會(huì)導(dǎo)致誤觸，引發(fā)礦井水害。

2 礦井的防治水工作

為了有效的防治礦井水害，必須要將預(yù)防為主。防治結(jié)合的原則充分落到實(shí)處，加強(qiáng)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，有疑必探，在認(rèn)真探查分析基礎(chǔ)上，采取有效措施進(jìn)行治理。在具體操作實(shí)際要充分的結(jié)合礦井水害情況，采取科學(xué)有效的措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)，實(shí)現(xiàn)防治結(jié)合，對(duì)礦井水害及時(shí)進(jìn)行解決，目前應(yīng)用最多的幾項(xiàng)措施分別為“查、堵、截、疏、排、探、防、躲”等。

2.1 將預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)有疑必探，先探后掘，先治后采這一原則充分落到實(shí)處

在治理礦井水害過(guò)程當(dāng)中，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作占據(jù)非常重要的地位，通過(guò)勘察勘測(cè)能夠更好的了解和掌握礦井水文地質(zhì)特征，獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)，并在分析研究礦井水文地質(zhì)類型過(guò)程中，對(duì)水害造成的影響進(jìn)行評(píng)估，并通過(guò)圖紙明確標(biāo)注安全區(qū)危險(xiǎn)區(qū)以及臨界危險(xiǎn)區(qū)，具體施工過(guò)程當(dāng)中加強(qiáng)監(jiān)督指導(dǎo)，控制和減少礦井水害事故發(fā)生機(jī)率。

對(duì)于有疑必探而言，是基于預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)前提之下，充分結(jié)合物、化探以及鉆探技術(shù)充分探明水害疑點(diǎn)，措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)，不可抱有僥幸心理。

先探后掘是基于勘探前提下，保證開采道路不會(huì)遭受水害影響，開展相應(yīng)的掘進(jìn)工作。

先治后采是在勘探前提下通過(guò)相應(yīng)的措施治理水害隱患，控制和減少水害造成了威脅，之后再組織開展正常作業(yè)工作。

2.2 嚴(yán)格執(zhí)行“查、堵、截、疏、排、探、防、躲”八項(xiàng)措施

2.2.1 查-注重探查

復(fù)雜水文地質(zhì)條件給礦井水害防治工作造成很大難度，在防治工作實(shí)際，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真堅(jiān)持有效查疑、預(yù)防為先這一重要指導(dǎo)策略，這樣才能對(duì)礦井水害情況充分查明。應(yīng)用的探查技術(shù)主要。

（1）比較聯(lián)通試驗(yàn)，綜合分析基礎(chǔ)上制作圖形，對(duì)于引發(fā)地表水與礦井涌水間水力聯(lián)系相關(guān)通道，展開聯(lián)通比較試驗(yàn)，并進(jìn)行試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)投放，在對(duì)礦井各個(gè)出水點(diǎn)水樣情況開展試驗(yàn)，檢測(cè)接收時(shí)間、氯離子以及鈉離子濃度，進(jìn)而對(duì)礦井地表水與礦井涌水連接性充分清楚，并對(duì)補(bǔ)充水源有效隔絕。

（2）數(shù)理統(tǒng)計(jì)制圖。全面掌握礦區(qū)周圍的氣候條件，對(duì)大氣降水圖以及地下水位分布圖和礦井涌水量關(guān)系圖科學(xué)繪制，對(duì)大氣降水、地下水給礦井涌水補(bǔ)充的特點(diǎn)充分明確，展開更加針對(duì)性的防治，有效控制和減少礦井涌水。

（3）提高物理探測(cè)水平，高校應(yīng)用瞬變電磁技術(shù)以及直流電檢測(cè)技術(shù)，對(duì)礦井區(qū)域地層含水情況充分探明，有效劃分賦水等級(jí)，對(duì)各種富水范圍充分摸清，為礦井采掘工作提供有效指導(dǎo)。

2.2.2 堵-注重堵水

對(duì)礦井突水風(fēng)險(xiǎn)科學(xué)預(yù)測(cè)，與之前礦區(qū)水文地質(zhì)資料探測(cè)情況充分結(jié)合，了解和掌握礦井復(fù)水范圍于導(dǎo)水通道，并對(duì)開采作業(yè)頂?shù)装鍖?dǎo)水巖層改變特點(diǎn)綜合分析，依照巖層巖體檢測(cè)力學(xué)特點(diǎn)試驗(yàn)，并對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)值進(jìn)行模擬以及應(yīng)力場(chǎng)改變演化模型，預(yù)計(jì)和判斷礦井開采工作面突水危險(xiǎn)范圍。對(duì)于存在豐富補(bǔ)水，難以及時(shí)利用疏通排放等形式，控制水壓范圍的堵水段，通過(guò)有目的的實(shí)施堵水措施。確定存在較大危險(xiǎn)性的堵水段，結(jié)合地面源頭以及礦井采掘作業(yè)面，共同進(jìn)行封堵作業(yè)，利用封堵形式，對(duì)地表滲漏區(qū)進(jìn)行硬化，并對(duì)開采頂?shù)装暹M(jìn)行注漿與分層注漿， 起到良好的堵水效果，有效消除水害造成的不利影響。

2.2.3 截-注重截水

在對(duì)埋深較淺煤層進(jìn)行開采過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)在回采工作面相近的距離上，對(duì)節(jié)水巷道進(jìn)行挖掘，對(duì)排水裝置進(jìn)行設(shè)置，使其成為由上向下順流補(bǔ)充通道。通過(guò)這種方法：

（1）制和降低深部開采工作面承壓水頭，減少深部涌水.

（2）在淺水前排前提下，降低礦井排水成本，并減少礦井中央泵房排水量。一般而言，在對(duì)礦井地表導(dǎo)水通道進(jìn)行封堵之后，仍然還有地表水下滲對(duì)礦井安全回采造成影響情況下較為適用。如某煤礦探明1#煤層 -90m水平礦井導(dǎo)水通道，依照煤層走向，進(jìn)行2000m截水巷挖掘，將其中9處導(dǎo)水通道進(jìn)行揭露，最大的通道在1.2m，寬度最大的為2.1m，能夠開展820m3/h 截流，約為全控正常涌水量30%左右，節(jié)水能耗達(dá)到1400 元 /d，而且還能有效消除突水對(duì)深部開采工作造成的不良影響[2]。

2.2.4 疏 - 注重疏水

（1）對(duì)地面積水進(jìn)行全部的疏排，控制與減少地表積水，并降低積水量，以免工作面地下開采過(guò)程當(dāng)中，地表水的不斷滲入。

（2）通過(guò)疏水轉(zhuǎn)孔在富水的工作面進(jìn)行疏水工作，有效控制與減少承壓水頭，確保安全高效生產(chǎn)。然而，一般而言，水源充足的礦井比較適用這種方法，但需要多鉆孔長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)行疏排，如此才能達(dá)到較好的疏排作用。

2.2.5 排-注重排水

礦井排水工作中，應(yīng)當(dāng)依照安全生產(chǎn)要求水裝置，科學(xué)合理地開展設(shè)計(jì)工作，與之前的探測(cè)充分結(jié)合，進(jìn)而準(zhǔn)確獲取正常涌水量于最大涌水量，特別是對(duì)于一些老礦區(qū)，含水地層以及地質(zhì)狀況出現(xiàn)的改變非常大，所以在礦井涌水量檢測(cè)過(guò)程中，難以起到相應(yīng)的借鑒與參考作用。針對(duì)這種情況，應(yīng)當(dāng)利用特殊的計(jì)算方式，準(zhǔn)確地測(cè)定礦井涌水。結(jié)合原煤產(chǎn)量，開采進(jìn)尺以及大氣降水，采掘面積等相關(guān)要素，全面綜合性的進(jìn)行分析，了解和掌握礦井涌水量，并對(duì)礦井涌水量預(yù)測(cè)回歸方程進(jìn)行構(gòu)建，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)算法以及模糊分析法，提高檢驗(yàn)水平，對(duì)涌水量精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，并對(duì)排水系統(tǒng)科學(xué)調(diào)整，確保與相關(guān)要求符合

2.2.6 探-注重探放水

礦井進(jìn)行回采時(shí)，如果遇到一些小煤窯，廢棄巷道和老采礦區(qū)等不良地質(zhì)情況，倘若無(wú)法對(duì)這些地質(zhì)條件下的積水現(xiàn)狀充分把握，就應(yīng)當(dāng)發(fā)揮現(xiàn)代化探放水技術(shù)，全面收集勘查區(qū)域地質(zhì)信息資料，對(duì)老礦區(qū)的水情情況充分了解，并將先探測(cè)后開采原則充分落到實(shí)處，達(dá)到超前探水孔作業(yè)，對(duì)老空區(qū)的積水位置、水量、水壓等情況全面把握，采取有效措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)，保證更加有效的排水，為安全作業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2.7 防-注重預(yù)防

發(fā)揮現(xiàn)代勘察與探測(cè)技術(shù)手段，對(duì)礦井積水區(qū)域水災(zāi)進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)與預(yù)報(bào)，了解與掌握礦井涌水通道，在基于預(yù)報(bào)以及預(yù)測(cè)前提下，嚴(yán)格遵循安全生產(chǎn)這一目標(biāo)，對(duì)礦井內(nèi)外部條件充分分析，構(gòu)建更加完善的防治水系統(tǒng)，確保安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)合理，提高治水效果，依照科學(xué)的決策步驟，優(yōu)選出更加高效的防治水手段，并對(duì)防治水效果動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的進(jìn)行監(jiān)控。

2.2.8 躲-注重暫時(shí)躲避

礦井生產(chǎn)實(shí)際時(shí)常遇到一些水文地質(zhì)條件非常復(fù)雜的情況，應(yīng)當(dāng)對(duì)水文地質(zhì)范圍充分了解和掌握，對(duì)礦井現(xiàn)狀給予系統(tǒng)全面分析，如果無(wú)法確保回采安全性，應(yīng)當(dāng)通過(guò)暫時(shí)躲避方式進(jìn)行應(yīng)對(duì)，并在工作中不斷積累工作經(jīng)驗(yàn)，采取科學(xué)有效的防治水技術(shù)手段，保證安全前提下逐步地進(jìn)行回采，提高資源回采率，避免造成更大的浪費(fèi)[3-5]。

3 結(jié)語(yǔ)

礦井生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程當(dāng)中面臨的水文地質(zhì)條件非常復(fù)雜，而且很多時(shí)候難以精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)水文地質(zhì)情況，復(fù)雜水文地質(zhì)條件下的礦井開采，不僅多變，探測(cè)難度大，還具有不可預(yù)測(cè)性的特征，所以需要運(yùn)用到很多先進(jìn)的防治技術(shù)與對(duì)策來(lái)全面的進(jìn)行應(yīng)對(duì)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際展開系統(tǒng)的分析，提高勘查水平，充分結(jié)合實(shí)際情況下，通過(guò)科學(xué)有效的防治對(duì)策，控制和減少水害對(duì)礦井生產(chǎn)造成的不利影響，更加高效的防治礦井水害，為礦井安全生產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。