淺析煤礦開采水文地質(zhì)條件及防治水技術(shù)研究

＊劉曉斌

（晉能控股煤業(yè)集團北辛窯煤業(yè)有限公司 山西 036700）

隨著近年來我國社會的進步，能源資源開采活動不斷發(fā)展，在能源開采規(guī)模不斷擴大的背景下，煤礦開采中所應(yīng)對的水文地質(zhì)條件更為復(fù)雜。對于特殊水文地質(zhì)區(qū)域的開采工作而言，利用常規(guī)開采手段并不能保證開采工作的有效推進，所以在特殊水文地質(zhì)環(huán)境下進行開采生產(chǎn)，更需要加強對當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)情況的精準(zhǔn)分析和判斷，嚴(yán)格按照實際情況要求進行開采方案的調(diào)整優(yōu)化，從而全方位降低特殊水文地質(zhì)條件對開采工作造成的干預(yù)和影響。對此，在開采工作中更需要加強對礦井水文地質(zhì)情況的研究，在提出針對性防治水方案的基礎(chǔ)上，全面提升煤礦開采質(zhì)量和效率。

1.礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征與礦區(qū)水文地質(zhì)特征

不同的礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)之間存在著很多方面的差異，只是在這種差異的背后還隱含了很多統(tǒng)一性的因素。煤田內(nèi)的斷層結(jié)構(gòu)主要受到周邊構(gòu)造條件的作用和影響，在這種結(jié)構(gòu)的作用和影響下，在煤田內(nèi)部也會出現(xiàn)新的二級結(jié)構(gòu)，而這種斷層結(jié)構(gòu)就形成了煤田的基本結(jié)構(gòu)格架。煤田斷層結(jié)構(gòu)的走向，主要是近東西向。而對于位于中部甚至北部礦井區(qū)的煤礦來說，它的斷層結(jié)構(gòu)走向也大多北東向或者以北西向為主，其中北東向的情況發(fā)育得較早，因此煤層的賦存情況和煤礦的分布狀況，均會受到斷層結(jié)構(gòu)的干預(yù)。

總的來說，所處在礦點的水文條件是比較復(fù)雜的。由于水文條件較差，堅硬裂隙與充水巖層的充水裂縫之間發(fā)育不平衡，因此很可能引發(fā)不同程度的突水事件。并且，由于小礦井開采的現(xiàn)狀日益嚴(yán)重，老空區(qū)積水的狀況也日益復(fù)雜甚至加重，水害事件頻頻出現(xiàn)。雖然礦點的情況主要是受大氣環(huán)境降雨和地表水的正常流量的共同影響。但經(jīng)過調(diào)查勘探后證實，區(qū)域地下水的供應(yīng)主要是來自大氣環(huán)境降雨和地表水，其中的大氣環(huán)境降雨和地表水大部分沿巖溶景觀裂縫和斷塊的破裂帶方向滲漏。當(dāng)水流入巖溶景觀地層，河流在沿途下滲時，又補充了巖溶景觀裂縫水量，部分受到暗流運行的影響，會表現(xiàn)出明顯的間歇特點。因此，由于礦井一般位于山前傾斜平原地帶，受到了山中地下水的補充，徑流方法也從山區(qū)的垂向運移逐漸變成近水平運移，從而形成了地下水的強徑流區(qū)，是礦山的潛在供應(yīng)源泉，同時也是產(chǎn)生突洪澇井的重要充水原因。

2.礦井水的主要成因

在開采工作推進中，由于開采深度和范圍不斷增加，很可能在地下形成多個采空區(qū)，受到自身重力影響，地下水將不斷流向采空區(qū)，并在采空區(qū)內(nèi)出現(xiàn)大量積水，形成的這種現(xiàn)象被統(tǒng)稱為老空水現(xiàn)象。在大規(guī)模老空水形成前，如果工作人員沒有制定科學(xué)應(yīng)對方案進行積水清理，很可能為后續(xù)開采工作的推進造成負(fù)面影響，甚至引發(fā)不同程度的安全隱患問題[1]。此外，開采過程中機械一旦觸碰到老空水的儲層位置，還會引發(fā)礦井積水增加，加重了安全事故發(fā)生概率。如果工作人員在礦區(qū)內(nèi)的老空水問題不能作為及時處理，在時間的推移下其儲量必然會大大增加，當(dāng)積累到一定程度后，礦井施工中的部分毒氣就會在老空水作用下滲透到礦井中，嚴(yán)重威脅和影響了礦井施工人員的身體健康和生命安全。

當(dāng)?shù)V井出現(xiàn)老空水問題后，其巖層主要以隔水層的形式出現(xiàn)。大部分情況下，巖層都需要承受兩個方向的作用壓力，在地下水不斷增多的背景下，巖層承擔(dān)的壓力必然明顯增多。如果壓力已經(jīng)超出巖層承載范圍，巖層就會出現(xiàn)破裂問題。一旦巖層破裂，地下水必然會涌出礦井，引發(fā)更為嚴(yán)重的安全事故和施工風(fēng)險。

3.突水方式

老空水由于形成方式特殊，存在較為明顯的特性，此背景下使得水質(zhì)往往會存在酸性特點，這也意味著其中涵蓋較多的有毒物質(zhì)。雖然儲水量很少，但是對于煤礦開采工作的負(fù)面影響仍然十分嚴(yán)重，也是引發(fā)安全事故的重要原因。并且老空水通常在采空區(qū)范圍內(nèi)出現(xiàn)積水，所以在開采環(huán)節(jié)中觸碰到老空水的概率較低，通過對之前安全事故的分析可知，出現(xiàn)老空水安全事故主要集中在礦井挖掘階段[2]。這一階段的巖層厚度受到人為開挖的影響厚度不斷降低，由于巖層難以承受巨大水流壓力，所以礦井中會出現(xiàn)大量水資源，繼而引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。

4.煤礦防治水工作中水文地質(zhì)條件的主要影響

(1)對礦井安全的影響

水文地質(zhì)資料信息精準(zhǔn)度往往直接影響了礦井生產(chǎn)安全，比如在工作中，礦井充水性圖表就是對井下水文地質(zhì)資料進行全方位記錄的圖紙信息，可以幫助工作人員準(zhǔn)確分析礦井充水規(guī)律，是預(yù)防水患問題的重要手段。如某地區(qū)煤礦是礦務(wù)局礦區(qū)資源整合礦井，位于某縣城境內(nèi)。該煤礦井田南北寬度約為3.5km，東西長度約8.0km，整體面積約24.51km2。在采煤工作開展中，主要應(yīng)用方法為長壁式采煤法，并且綜合機械化作用下進行放頂煤采煤工藝開發(fā)[3]。為確保煤礦開采準(zhǔn)確性，該煤礦開采在圖紙中的具體內(nèi)容見圖1。

圖1 煤礦開采對地質(zhì)環(huán)境的影響分析圖

(2)對水文地質(zhì)調(diào)查工作的影響

在礦井生產(chǎn)工作中，需要工作人員加強對開采煤礦現(xiàn)有情況的搜集和核查，從而在礦井圖位置上進行開采范圍、年限和積水情況的分析等。在有效進行預(yù)防性透水準(zhǔn)備工作基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對礦井生產(chǎn)安全的提升。比如，某礦區(qū)井內(nèi)煤礦受到斷層煤柱影響出現(xiàn)透水問題，最大突水量超過700m3/h。為避免突水事故造成更為嚴(yán)重的負(fù)面影響，該礦井負(fù)責(zé)人及時制定和采取針對性應(yīng)對方案，由于預(yù)防及時，沒有形成重大安全事故和危害。

(3)對采礦區(qū)和采掘巷道的影響

水文地質(zhì)資料往往會對采區(qū)設(shè)計和巷道布置方案造成影響，是關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。比如某礦井工作面的原本設(shè)計走向為900m，切眼在礦井煤柱線上。但是施工人員對于臨界小煤礦的采掘信息掌握不全面，因此在施工期間掘進方向和原有位置存在偏差，當(dāng)鉆探到70m時就出現(xiàn)了積水噴發(fā)，雖然在后續(xù)工作中重新進行了切眼布置，但儲量受到上述施工影響而明顯減少，仍然對生產(chǎn)工作造成了巨大影響[4]。

5.礦井防治水工作的主要方法

(1)加強對礦井作業(yè)的安全管理和防護

在煤礦生產(chǎn)中為落實防治水任務(wù)中施工人員生命財產(chǎn)安全要求，要始終貫徹以人為本的工作原則，保證各級管理人員有效推進管理工作，確保施工作業(yè)的順利進行。首先，煤礦企業(yè)要提升管理人員的安全防護意識，在其認(rèn)識到安全防護重要性基礎(chǔ)上，確保員工在防治水工作開展期間能夠嚴(yán)于律己，避免出現(xiàn)違規(guī)操作問題[5]。其次，在防治水工作中，要全面推進《煤礦防治水規(guī)定》中的具體要求，針對性分析礦井實際地質(zhì)和水文條件，在確保工作人員嚴(yán)格按照規(guī)定要求進行施工作業(yè)基礎(chǔ)上，實現(xiàn)防護工作質(zhì)量和效果的提升，最大程度上降低安全事故發(fā)生概率。

(2)對礦井出現(xiàn)水患的成因予以全方位掌握

在煤礦防治水工作推進前，煤礦企業(yè)需要精準(zhǔn)分析煤礦水患問題的成因，在針對性分析問題發(fā)生原因的基礎(chǔ)上，制定健全、針對性的治理措施。在此期間，煤礦企業(yè)要全方位加強對地質(zhì)勘察工作的分析，判定企業(yè)內(nèi)部是否對煤礦地質(zhì)和水文條件進行分析，確?？辈旖Y(jié)果整體準(zhǔn)確性和全面性，保證工作人員嚴(yán)格按照地質(zhì)水文情況進行煤礦開采[6]。此外，企業(yè)還要加強對防治水工作的關(guān)注，有效分析和監(jiān)督工作管理制度的完善性，在保證組織結(jié)構(gòu)健全的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)各項工作內(nèi)容和細(xì)節(jié)流程的判定，只有這樣才能保證防治水工作操作技術(shù)實現(xiàn)不斷發(fā)展。比如長期開采煤礦，很可能形成以下問題，如圖2所示。

圖2 煤礦長期開采引發(fā)的巖層高度破壞

在對不同因素的分析和研究中，工作人員將更全面地了解水患事故的發(fā)生原因，在掌握工作問題的基礎(chǔ)上，制定針對性治理手段，最終實現(xiàn)煤礦防治水工作有效性的全面提高。

(3)加強對新型煤礦施工技術(shù)和設(shè)備的引進

基于當(dāng)前科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，各行業(yè)發(fā)展都得到了長足進步，特別是對于煤礦生產(chǎn)行業(yè)而言，如果技術(shù)設(shè)備水平低下，企業(yè)生產(chǎn)效率必然會受到較大影響，甚至在激烈的市場競爭中遭到淘汰。眾所周知，煤礦生產(chǎn)工作對于設(shè)備依賴性極高，設(shè)備質(zhì)量往往直接影響著煤礦作業(yè)效率，由于其工作會對煤礦作業(yè)安全性造成影響，所以煤礦企業(yè)更需要認(rèn)識到設(shè)備質(zhì)量的重要性，只有這樣在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中準(zhǔn)確掌握設(shè)備更新情況，如果探索到對于煤礦施工質(zhì)量和效率有提高幫助的設(shè)備或技術(shù)手段，企業(yè)要合理分析其價格情況，在企業(yè)承受范圍內(nèi)進行設(shè)備采購，最終實現(xiàn)煤礦施工效率和安全性的提升。此種方式不僅能對煤礦企業(yè)競爭力進行提升，還能幫助企業(yè)在激烈的市場競爭中獲取積極狀態(tài)，是煤礦企業(yè)實現(xiàn)長期穩(wěn)定發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

(4)構(gòu)建健全、有效的煤礦地質(zhì)勘察系統(tǒng)

在煤礦施工領(lǐng)域中，地質(zhì)調(diào)查工作系統(tǒng)主要分為靜態(tài)和動態(tài)兩個不同方式。在靜態(tài)調(diào)查工作中，工作人員需要在煤礦作業(yè)前及時對施工周圍環(huán)境進行分析，準(zhǔn)確掌握地質(zhì)情況和水文地質(zhì)信息，通過對調(diào)查情況和工作內(nèi)容的整合，將調(diào)查結(jié)果進行準(zhǔn)確分析，并上報給相關(guān)部門，確保工作人員在施工作業(yè)期間能及時掌握煤礦生產(chǎn)實際情況，在制定科學(xué)、有效的工作方案過程中，為煤礦施工質(zhì)量的提升提供必要幫助。為了防止作業(yè)面在實際工作中發(fā)生突水停產(chǎn)問題，作業(yè)面應(yīng)該始終保證以正常坡度掘進，在流水順暢基礎(chǔ)上有對專門流水巷道進行加寬處置，從而確保同一側(cè)流水順暢不受影響。眾所周知，在礦下作業(yè)的工作復(fù)雜性與危險性較高。所以，使用必要的技術(shù)手段也尤為關(guān)鍵，如聲音電透、三維地震等。如果采用三維地震、聲音電透等地球物理探礦方法時，要通過給合井底的鉆探設(shè)備進一步檢查井田范圍內(nèi)落差超過5m的斷層和導(dǎo)水性涂料，尤其對井田范圍內(nèi)的斷層，還要按規(guī)定留設(shè)一定的保護巷道。另外，由于排水工作對井下的正常運行是必不可少的，所以，需要健全管理礦山防、排水系統(tǒng)，確保井下中央水倉具有充足的蓄水功能，要形成一整套規(guī)范的管理體系，各排水體制設(shè)施都要經(jīng)常開展檢查考核工作，保證排水可以及時達到正常使用。由于環(huán)境是在不斷變化的，為了要獲得第一手?jǐn)?shù)據(jù)，工作人員就需要在井下、地面各含水層的水文地質(zhì)觀察鉆孔上建立地下水動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，以隨時了解并掌握礦井地下水變動情況，為礦山的保護管理工作提供水文基本數(shù)據(jù)。

此外，還應(yīng)該開展必要的動態(tài)調(diào)查，雖然在煤礦施工前，工作人員已經(jīng)對施工區(qū)域的環(huán)境情況進行了針對性分析，但是地質(zhì)水文條件往往處于不斷變化的階段，所以施工人員就需要加強對動態(tài)情況的分析，在此方式作用下不僅能降低施工成本，還能更有效地提升煤礦施工效率，是降低水患問題發(fā)生概率的重要手段。換言之，構(gòu)建煤礦地質(zhì)勘察系統(tǒng)不僅能降低水患問題發(fā)生概率，提升煤礦生產(chǎn)工作的安全性，還能避免煤礦施工中外界因素帶來的威脅性影響，因此在后續(xù)工作中，相關(guān)部門更需要加強對這項工作的關(guān)注，從而實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)質(zhì)量和效率的全方位提升。

6.結(jié)束語

綜上所述，在煤礦領(lǐng)域生產(chǎn)發(fā)展中，煤礦安全問題是需要始終關(guān)注的重點問題，其安全性將對煤礦企業(yè)發(fā)展產(chǎn)生直接影響，是關(guān)系著工作人員生命財產(chǎn)安全的重要內(nèi)容。而水患問題則是影響煤礦安全的重要原因，此背景下，加強煤礦防治水工作的處理對于煤礦生產(chǎn)而言有著十分重要的影響。特別是對于煤礦企業(yè)和管理者而言，在今后工作中更需要站在多角度方向上進行思考，在準(zhǔn)確掌握煤礦水患問題成因的基礎(chǔ)上，制定一套更為健全和有效的工作方案，認(rèn)識到現(xiàn)有工作內(nèi)容的不足，在積極處理水患問題的同時，幫助煤礦企業(yè)實現(xiàn)工作質(zhì)量和效率的全面提升，為煤礦領(lǐng)域的全面發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。