復雜水文地質條件下煤礦防治水策略分析

胡發(fā)侖 秦萌 郭令松

摘要：水文地質條件給煤礦防治水工作帶來了挑戰(zhàn)，包括地下水涌入、地質構造復雜、水文地質參數(shù)難以準確評估等問題。針對這些挑戰(zhàn)，本研究結合實際案例，并提出了一系列有效的策略，旨在為煤礦防治水工作提供科學有效的指導，保障煤礦生產的安全、穩(wěn)定運行。

關鍵詞：煤礦；水文地質；防治水

DOI：10.12433/zgkjtz.20233032

一、煤礦防治水的基本原則和方法

（一）煤礦防治水的基本原則和理論

煤礦防治水作為煤礦生產中至關重要的環(huán)節(jié)，是確保煤礦安全生產和持續(xù)穩(wěn)定運行的基石。在復雜水文地質條件下，煤礦防治水的基本原則主要包括以下三個方面：

1.綜合防治原則

在防治水工作中，必須采取綜合性、系統(tǒng)性的措施，這意味著不能僅僅依靠單一的方法應對水文地質條件的復雜性，而要將多種手段有機結合，形成統(tǒng)一的防治水體系，從而提高防治水工作效率。

2.預防為主原則

預防為主是煤礦防治水的基本方針。在煤礦開采前期，應充分重視水文地質勘查和預測工作，對地下水的賦存和流動規(guī)律進行準確評估，從而制定科學合理的防治水方案。另外，還包括在開采過程中，要對潛在的水害隱患進行及時發(fā)現(xiàn)和處理，以避免發(fā)生事故。

3.安全優(yōu)先原則

煤礦防治水工作必須以安全為第一要務。在實施防治水措施時，要始終堅持安全第一的原則，確保水害防治不影響煤礦生產的安全穩(wěn)定。而對存在安全隱患的地點，還要采取切實有效的措施，確保煤礦工作人員的生命安全和財產安全。

（二）防治水工作的基本方法和措施

為了有效應對復雜水文地質條件下的水害問題，煤礦防治水工作還需要運用一系列基本方法和措施，以保障煤礦的正常生產和安全運行。

1.封堵與排水相結合

對于地下水涌入問題，封堵與排水是常用且有效的方法。在地下水涌入量較大的地區(qū)，可以采用封堵措施，通過灌漿、注漿等技術對煤層或圍巖進行封堵，進而阻止地下水涌入。而對于較小涌水量的地區(qū)，可以采取排水措施，通過設置排水管道或井筒，將地下水導出礦井外，以維持礦井的干燥狀態(tài)。

2.治理地質構造

對于復雜地質構造帶來的水害問題，需要采用合適的治理措施加以解決。這包括需要使用地震勘探、地電阻率法等先進技術進行地質勘探，以了解地下水的賦存和流動規(guī)律，進而制定有針對性的治理方案。治理地質構造還可以通過適當?shù)闹ёo措施和固化灌漿等手段，加固和穩(wěn)固礦井圍巖，從而減少地質構造對防治水工作的干擾。

3.水害預警與應急處理

建立完善的水害預警體系對于煤礦防治水工作至關重要。通過設置監(jiān)測站點，實時監(jiān)測地下水位和水質，可以及時掌握地下水涌入和變化趨勢，提前預警可能發(fā)生的水害事故。同時，制定科學完善的應急處理預案，確保一旦發(fā)生水害事故，能夠迅速采取相應措施，最大限度地減少事故損失。

（三）預防為主的防治水策略

預防為主的防治水策略強調在煤礦防治水工作中，預先要采取相應的措施預防水害的發(fā)生。這一策略主要包括以下四個方面：

1.水文地質勘查與預測

在煤礦開采前期，開展全面細致的水文地質勘查和預測工作。通過地下水位、水質等參數(shù)的測定和分析，全面了解地下水的賦存和流動規(guī)律，為制定合理的防治水方案提供科學依據(jù)。

2.制定防治水方案

根據(jù)水文地質勘查和預測結果，制定合理、科學的防治水方案。而且該方案應綜合考慮地下水涌入量、地質構造情況等因素，明確封堵、排水等具體措施，確保防治水工作的針對性和有效性。

3.定期檢查與維護

定期檢查和維護煤礦防治水設施，確保其正常運行。尤其是要對封堵、排水設施進行維修和更新，防止設施老化或損壞導致水害事故發(fā)生。

4.健全管理制度

建立健全煤礦防治水管理制度，明確責任分工和工作流程。加強對防治水工作的監(jiān)督和考核，確保防治水措施得到全面落實。

二、地下水涌入防治策略

（一）水文地質勘查和預測技術

水文地質勘查和預測技術是煤礦防治水工作的重要基礎，為制定合理的防治水方案提供了必要的數(shù)據(jù)和信息支持。在復雜的水文地質條件下，煤礦防治水必須依靠先進的勘察技術準確評估地下水的賦存和流動規(guī)律。

1.地下水位監(jiān)測

地下水位的變化是地下水涌入的主要指標之一。通過設置地下水位監(jiān)測井，實時監(jiān)測地下水位的變化趨勢，可以及時發(fā)現(xiàn)水位異常變化，為防治水工作提供重要數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.地下水水質監(jiān)測

地下水質對煤礦防治水的影響至關重要。地下水水質監(jiān)測可以了解地下水的化學成分和污染程度，及時發(fā)現(xiàn)地下水污染問題，以避免水質污染對生產和環(huán)境造成不良影響。

3.地質勘探技術

在地質構造復雜的地區(qū)，常常需要借助地震勘探、電阻率法等高精度的地質勘探技術來準確了解地下構造情況，預測可能的水害隱患，為防治水方案的制定提供可靠的依據(jù)。

4.數(shù)值模擬技術

該類技術在煤礦防治水工作中的應用日益廣泛。通過建立水文地質數(shù)學模型，對地下水流動過程進行模擬和預測，可實現(xiàn)對地下水涌入的定量化預測，為防治水方案的制定和優(yōu)化提供科學依據(jù)。

（二）合理的防治水方案制定

水文地質勘查和預測結果是制定合理防治水方案的基礎。在復雜的水文地質條件下，制定防治水方案需要充分考慮地下水涌入量、水質狀況、地質構造特點等多種因素，并綜合運用封堵、排水等方法。在防治水方案制定過程中，要根據(jù)具體情況采取相應的措施。對于地下水涌入量較大的區(qū)域，可以采取封堵措施，封堵煤層或圍巖中的孔隙和裂縫，阻止地下水涌入。對于水量較小的地區(qū)，可以采取排水措施，通過設置排水井筒將地下水引導出礦井外。單一的封堵或排水方法可能無法完全解決水害問題。因此，要綜合考慮封堵與排水相結合的綜合治理方法是比較有效的策略。在制定防治水方案時，應根據(jù)地質條件和水文特點，綜合運用封堵與排水措施，形成統(tǒng)一的治理方案，以確保防治水工作全面有效。在防治水方案中應突出對潛在水害隱患的預防措施。定期檢查封堵和排水設施的完好性，做好設施的維護和更新工作，確保設施正常運行。同時，還要加強對地下水位、水質的監(jiān)測和預警工作，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并采取應急處理措施，防止水害事故發(fā)生。

（三）封堵與排水相結合的綜合治理方法

封堵與排水相結合的綜合治理方法將成為一種常用且有效的策略。

1.封堵與排水相銜接

綜合治理方法要求封堵與排水之間要相互銜接、相互配合。首先，要對地下水涌入點進行封堵處理，封堵松散的煤層或圍巖，減少地下水涌入量。然后，通過設置排水井筒，將地下水引導出礦井外，以保持礦井的干燥狀態(tài)。

2.綜合利用先進技術

綜合治理利用先進技術手段，如地質勘探技術和數(shù)值模擬技術，為防治水方案的制定和優(yōu)化提供支持。通過地質勘探技術，可以準確了解地下水的賦存和流動規(guī)律，為封堵和排水的位置選擇提供依據(jù)。而數(shù)值模擬技術則可以對地下水流動過程進行模擬和預測，為綜合治理方法的評估和改進提供科學依據(jù)。

三、復雜地質構造下的防治水策略

（一）先進的地質勘探技術在防治水中的應用

在復雜地質構造條件下，地質勘探技術發(fā)揮著至關重要的作用。準確了解地下地質構造特征，對制定科學合理的防治水策略具有重要意義。

1.地震勘探技術

地震勘探是一種常用的非破壞性地質勘探技術，通過觀測地下地震波的傳播和反射特性，可以獲取地下巖層的信息。而在復雜地質構造下，地震勘探還可以確定斷層、裂隙等地質構造的位置、走向和規(guī)模，為防治水工作提供重要依據(jù)。

2.地電阻率法

地電阻率法是一種通過測量地下巖土的電阻率變化來探測地質構造的技術。在復雜地質構造條件下，地電阻率法可以揭示不同地質層的分布和性質，幫助識別地下斷層、巖層的水害隱患，為防治水方案的制定提供參考。具體的電阻率法原理如圖1所示。

3.三維地質建模技術

三維地質建模技術可以將地下地質結構以立體模型的形式展現(xiàn)出來，有助于直觀地了解地下地質情況。通過對地質模型的分析，可以更準確地評估水害風險，確定防治水工作的重點區(qū)域，進而提高防治水工作的精準性和效率性。

（二）地質構造與防治水工作的結合

地質構造直接影響著水害的形成和發(fā)展。因此，將地質構造與防治水工作有機結合，是制定高效防治水策略的關鍵。

首先，需要對煤礦區(qū)域的地質構造特征進行深入分析。其中包括地下斷層、裂縫、巖性變化等地質構造要素的識別和描述。通過對地質構造的分析，可以了解水流路徑的復雜性和不確定性，為防治水工作的開展提供指導。根據(jù)地質構造特點，確定合適的防治水方案。例如，對于地下斷層區(qū)域，可以采取封堵措施，對斷層帶進行加固和封堵，阻止地下水的涌入。而對于裂縫區(qū)域，可以考慮相關的排水措施，通過設置排水井筒將地下水引導出礦井外。在實施防治水方案時，需要不斷優(yōu)化地質構造的治理措施。通過實時監(jiān)測地質構造變化和水位波動，及時調整封堵或排水位置，確保防治水工作及時、有效。

（三）選擇合適的封堵材料和技術

選擇合適的封堵材料和技術是復雜地質構造下防治水工作的關鍵。而封堵材料和技術的選擇需要充分考慮地下水流動特點、地質構造條件以及封堵效果等因素的影響。

1.封堵材料的選擇

封堵材料的選擇是至關重要的。通常采用的封堵材料包括水泥漿、聚合物封堵劑、聚氨酯泡沫等。而不同的封堵材料具有不同的特點和適用范圍，要根據(jù)實際情況選擇合適的材料。

2.封堵技術的應用

封堵技術是封堵工作中的核心環(huán)節(jié)。在復雜的地質構造條件下，常用的封堵技術包括注漿封堵、灌漿封堵等。注漿封堵是將封堵材料注入巖層裂縫或孔洞中，使其固化形成封堵屏障。而灌漿封堵是將封堵材料灌入封堵帶的空間，實現(xiàn)封堵。

3.封堵效果評估

在實施封堵工作后，還要對封堵效果進行評估。通過地下水位和水質的監(jiān)測，了解封堵效果，然后對封堵區(qū)域進行評估。根據(jù)評估結果，對封堵方案進行調整和優(yōu)化，進一步確保封堵工作的有效性。

四、綜合策略在復雜水文地質條件下的應用

（一）綜合策略在防治水工作中的優(yōu)勢

綜合策略的主要優(yōu)勢體現(xiàn)：一是充分發(fā)揮各種防治水措施的優(yōu)勢，而綜合策略的核心是將多種防治水方法有機結合，使各種措施都發(fā)揮出各自的其優(yōu)勢。例如，將封堵與排水相結合，可以針對不同地區(qū)采取不同措施，實現(xiàn)靈活有效的防治水效果。二是綜合策略根據(jù)不同的水害形成原因和程度，有針對性地選擇防治水措施。對于復雜地質構造條件下的不同區(qū)域，可以采取適合該區(qū)域特點的防治水方法，進而提高防治水效率。三是靈活應對復雜情況，復雜的水文地質條件下，水害的形成原因多樣，而且其防治難度較大。綜合策略將多種措施融合應用，并靈活應對復雜情況，提高防治水工作的適應性和靈活性，最大程度地減少水害損失。綜合策略能夠綜合利用不同的防治水措施，通過科學合理的組合，實現(xiàn)防治水效果的最大化。

（二）綜合策略的應用與效果評估

為了更好地理解綜合策略在復雜水文地質條件下的應用效果，此處以某煤礦區(qū)復雜水文地質條件下的防治水工作為例加以詳細說明。

該煤礦區(qū)位于復雜地質構造區(qū)，且地下水涌入量大、水質復雜。過去，該煤礦采取了單一的排水措施，但水害問題仍然嚴重。

為了解決水害問題，該煤礦決定采取綜合策略進行防治水工作。首先，開展全面的水文地質勘探和預測，了解地下水的賦存和流動規(guī)律。然后，結合地質構造特點，制定了綜合防治水方案，包括封堵、排水、治理地質構造等措施。在封堵方面，采用了先進的注漿封堵技術，并針對不同地區(qū)的裂縫和孔隙進行封堵。在排水方面，設置了排水井筒，將地下水引導出礦井外。在治理地質構造方面，采取適當?shù)闹ёo措施和固化灌漿技術，加固地質構造帶，減少地質構造對防治水工作的干擾。

經過綜合策略的應用，該煤礦區(qū)的水害問題得到顯著改善。而封堵和排水措施的相結合有效減少了地下水涌入量，礦井的干燥狀態(tài)得到保持。治理地質構造措施增強了地質構造的穩(wěn)固性，減少了地質構造帶來的水害隱患。整體來看，綜合策略的應用使煤礦防治水工作效果得到顯著提升，保障了煤礦安全生產。

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