地測(cè)防治水技術(shù)及設(shè)備在煤礦中的應(yīng)用研究

翟所宏　谷允鵬

摘要：煤礦安全事故一直被采掘人員和社會(huì)大眾所關(guān)注，減少煤礦生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)、提升礦井安全性已成為煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域與社會(huì)的共識(shí)。隨著科技的進(jìn)步，煤礦水文地質(zhì)探測(cè)具備了先進(jìn)技術(shù)的支撐，地測(cè)防治水技術(shù)及設(shè)備的應(yīng)用促使相關(guān)人員可以更好地把控煤礦井下的生產(chǎn)環(huán)境條件，提升煤礦生產(chǎn)的安全性。為此，本文主要分析煤礦水災(zāi)形成的因素以及種類(lèi)劃分、煤礦水災(zāi)形成的危害、煤礦防治水工作的開(kāi)展存在的問(wèn)題，并探討地測(cè)防治水技術(shù)及設(shè)備在煤礦中的應(yīng)用意義和在煤礦中的具體應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：地測(cè)防治水；設(shè)備；煤礦；應(yīng)用

地測(cè)防治水技術(shù)是煤礦生產(chǎn)持續(xù)和水患防治的關(guān)鍵技術(shù)形式。當(dāng)前，煤礦地測(cè)防治水技術(shù)及設(shè)備有很多，例如，電磁探測(cè)、礦井放水實(shí)驗(yàn)、三維地震探測(cè)等，需要加強(qiáng)管理，發(fā)揮測(cè)防治水技術(shù)的作用，確保煤礦的安全、順利采掘，提升煤礦企業(yè)的效益。

一、煤礦水災(zāi)形成的因素以及種類(lèi)劃分

（一）煤礦水災(zāi)形成的因素

礦井水災(zāi)的成因是含水層中的積水通過(guò)導(dǎo)水通道向礦井巷道涌入，當(dāng)涌入的水量超越最大礦井排水能力時(shí)，出現(xiàn)較嚴(yán)重的水害問(wèn)題，威脅煤礦的安全生產(chǎn)。礦井水害形成的條件包括兩方面：第一，存在采空區(qū)積水、含水巖層等含水區(qū)域；第二，存在人為或自然因素形成的導(dǎo)水通道。其中，破碎的斷層會(huì)形成裂隙，破壞附近圍巖。如果含水區(qū)域與裂隙之間貫通，導(dǎo)致礦井涌水現(xiàn)象，歸根結(jié)底，這是由于煤礦開(kāi)采中造成重新分布圍巖應(yīng)力，形成變形。例如，煤礦采掘工作面包括彎曲下沉帶、裂隙帶、冒落帶等。

（二）煤礦水災(zāi)的種類(lèi)劃分

根據(jù)有關(guān)水源條件，礦井水災(zāi)包括地下水形成的水災(zāi)以及地表水形成的水災(zāi)。地表水形成的水災(zāi)是由于礦井附近存在水庫(kù)或湖泊等水域，尤其在雨季來(lái)臨時(shí)，水位顯著增加，如果水位比洪水位最大標(biāo)高值還要高，容易發(fā)生淹井的現(xiàn)象。地表水經(jīng)采掘或斷層形成的裂隙可以向礦井工作面滲透，表現(xiàn)在礦井正上方地表集水范圍，因此，水下開(kāi)采時(shí)應(yīng)制定合理的措施，防止礦井滲入地表水。地下水形成的水災(zāi)是由于水文地質(zhì)（暗河、含水層等）要素造成。如果勘測(cè)水文地質(zhì)工作不到位，就可能在含水地層中掘進(jìn)，從而形成礦井水災(zāi)。例如，缺少注漿堵水處理措施、保護(hù)煤柱的尺寸不適宜、缺乏相關(guān)的保護(hù)煤柱等，造成地下水經(jīng)由裂隙而涌入工作面，從而發(fā)生水災(zāi)。

二、煤礦水災(zāi)形成的危害

一般而言，礦井水災(zāi)出現(xiàn)后會(huì)發(fā)生巷道積水、頂板淋水現(xiàn)象，導(dǎo)致礦井內(nèi)部較潮濕，阻礙空氣流通。對(duì)于深度較大的礦井而言，礦井采掘過(guò)程中的溫度較高，如果發(fā)生上述問(wèn)題，會(huì)威脅煤礦工人的人身安全，降低工作效率。此外，礦井水災(zāi)的出現(xiàn)也會(huì)形成瓦斯集聚的現(xiàn)象，導(dǎo)致硫化氫中毒，發(fā)生安全事故。此外，如果礦井機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行條件較潮濕時(shí)，會(huì)縮短其使用壽命。

三、煤礦防治水工作的開(kāi)展存在的問(wèn)題

（一）防治水的排查不力

煤礦采掘中的排水系統(tǒng)具有關(guān)鍵作用，是確保煤礦采掘過(guò)程中迅速向井外排水的基礎(chǔ)保障。無(wú)論是排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工，還是運(yùn)維監(jiān)測(cè)，都要求管理人員及時(shí)跟蹤落實(shí)。然而，煤礦采掘中檢查排水系統(tǒng)時(shí)常存在形式化和表面化，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，無(wú)法迅速排出地下突水和生產(chǎn)廢水等，不利于提升煤礦生產(chǎn)的安全性。

（二）技術(shù)人員綜合素質(zhì)較低

一支專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)高、技術(shù)實(shí)力強(qiáng)的人才團(tuán)隊(duì)是煤礦企業(yè)有效凸顯技術(shù)價(jià)值、減小礦井水災(zāi)的必要因素。然而，為了降低生產(chǎn)成本、增加效益，一些煤礦企業(yè)未選用專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)高的技術(shù)人才，難以掌握先進(jìn)的地測(cè)防治水技術(shù)知識(shí)和技能，造成煤礦防治水工作難以實(shí)現(xiàn)理想的效果。

四、地測(cè)防治水技術(shù)及設(shè)備在煤礦中的應(yīng)用意義

煤炭是我國(guó)的主要能源之一，煤礦采掘的安全性受到社會(huì)高度重視。其中，水災(zāi)是煤礦生產(chǎn)中的多發(fā)安全事故種類(lèi)，水災(zāi)防治是提升煤礦采掘安全性的關(guān)鍵策略，而地測(cè)防治水技術(shù)是水災(zāi)防治的重要技術(shù)手段。結(jié)合當(dāng)?shù)販y(cè)防治水技術(shù)及設(shè)備的應(yīng)用，技術(shù)人員提前把握礦井的具體水文地質(zhì)構(gòu)造，熟悉地下水的流量、流向、位置，把握地下水附近巖層的穩(wěn)定情況，做好防治水的準(zhǔn)備工作，確保采礦人員的人身安全以及礦井的穩(wěn)定生產(chǎn)。

地測(cè)防治水的流程是：掌握礦井采掘造成的地質(zhì)構(gòu)造改變，預(yù)測(cè)形成的水害問(wèn)題，提前制定防治水的計(jì)劃、防治水的預(yù)處理方法等，以此降低礦井突水和透水的概率，同時(shí)，探究礦井水文地質(zhì)信息，科學(xué)調(diào)整礦井采掘方案，制定礦井采掘中的煤柱預(yù)留方案以及防護(hù)性對(duì)策，以此確保煤礦生產(chǎn)的可持續(xù)性，保障煤礦工人的安全，提升企業(yè)的效益。

五、地測(cè)防治水技術(shù)及設(shè)備在煤礦中的具體應(yīng)用

（一）優(yōu)化地測(cè)防治水技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容

第一，在煤礦作業(yè)初期，要綜合認(rèn)知區(qū)域中的降水、氣候改變、防汛等問(wèn)題，根據(jù)獲得的區(qū)域信息，建設(shè)并貫徹實(shí)施防治水預(yù)警處理體系。針對(duì)強(qiáng)降水天氣或橙色預(yù)警天氣，確保地測(cè)防治水工作的開(kāi)展靈活性。如果具體的煤礦地下水文較復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)實(shí)際地形特色設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)和防水系統(tǒng)。當(dāng)確保上述條件下，可以在突水危險(xiǎn)范圍內(nèi)進(jìn)行礦井作業(yè)。

第二，針對(duì)水害影響較嚴(yán)重的礦井，例如，面臨嚴(yán)重積水現(xiàn)象的地區(qū)，技術(shù)人員應(yīng)發(fā)揮防水煤柱的優(yōu)勢(shì)作用。應(yīng)用礦井地測(cè)防治水技術(shù)時(shí)，堅(jiān)持先治理后開(kāi)采、先探測(cè)后掘進(jìn)的原則，堅(jiān)持疏、排、堵、防等治理礦井水災(zāi)的原則。對(duì)于煤礦場(chǎng)地跟礦井連接的觀測(cè)孔、電纜孔、排水孔等，如果具體內(nèi)部水位比標(biāo)準(zhǔn)范圍高，要對(duì)孔洞實(shí)施封蓋、增高等處理。同時(shí)，要關(guān)注水文觀測(cè)孔的運(yùn)行性能，對(duì)于已報(bào)廢的孔洞，應(yīng)進(jìn)行密封處置，防止礦井中涌入地表水；對(duì)于受惡劣天氣干擾的礦井場(chǎng)地，應(yīng)監(jiān)測(cè)和記錄區(qū)域中的積水坑、河流與水庫(kù)等。

第三，技術(shù)人員在探放工作中應(yīng)標(biāo)記積水區(qū)的位置，掌握其中的積水量，且設(shè)計(jì)警戒線。通過(guò)考察和分析，及時(shí)總結(jié)概括存在的問(wèn)題或注意事項(xiàng)，確?？卓诳厮O(shè)施發(fā)揮功能以及有效布設(shè)鉆孔，使鉆孔間距控制在3m以?xún)?nèi)。同時(shí)，嚴(yán)格把控開(kāi)孔孔徑和部位，以此為前提條件進(jìn)行二次拓展，確保人員嚴(yán)格落實(shí)檢測(cè)事宜。

（二）注重應(yīng)用電磁類(lèi)勘探技術(shù)

由于地表狀況上的電磁類(lèi)勘探技術(shù)指標(biāo)不高、成本投入少，很多中小型煤礦企業(yè)較重視該技術(shù)的應(yīng)用。山區(qū)或沙漠中會(huì)采用電磁類(lèi)勘探技術(shù)，不僅可以防范水害現(xiàn)象，還能推動(dòng)煤礦采掘的正常進(jìn)行。在應(yīng)用電磁類(lèi)勘探技術(shù)的過(guò)程中，應(yīng)注重監(jiān)督各個(gè)流程，合理設(shè)計(jì)測(cè)量環(huán)節(jié)，精準(zhǔn)記錄涉及的數(shù)據(jù)信息。尤其是主導(dǎo)區(qū)域，相關(guān)人員應(yīng)加強(qiáng)標(biāo)記事宜，確保處于明顯的位置，對(duì)于部分無(wú)意義的標(biāo)識(shí)要及時(shí)處置。此外，工作人員在掌握導(dǎo)線點(diǎn)數(shù)據(jù)信息后，要迅速傳達(dá)給測(cè)量人員，以此避免電位布局不良的現(xiàn)象發(fā)生。

（三）科學(xué)應(yīng)用三維地震探測(cè)技術(shù)

隨著科技的不斷進(jìn)步，煤礦企業(yè)的運(yùn)營(yíng)和發(fā)展需要強(qiáng)化防治水管理事宜，采用更先進(jìn)的地測(cè)防治水技術(shù)和設(shè)備。我國(guó)幅員遼闊，不同區(qū)域間的地質(zhì)狀況差異較大，地質(zhì)構(gòu)造特殊性顯著。煤礦企業(yè)應(yīng)用三維地震探測(cè)技術(shù)進(jìn)行開(kāi)采勘探，以此有效勘察作業(yè)場(chǎng)地的水文地質(zhì)狀況。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，我國(guó)存在較多低地勢(shì)的區(qū)域，為了提升煤礦采掘效率，可以采用三維地震探測(cè)技術(shù)獲得更多的數(shù)據(jù)信息。同時(shí)，一些新型的采掘區(qū)域在沒(méi)有正式采掘前，應(yīng)用三維地震探測(cè)技術(shù)能順利完成勘察任務(wù)和實(shí)現(xiàn)采掘目標(biāo)。事實(shí)上，三維地震探測(cè)技術(shù)在調(diào)查煤層彈性數(shù)據(jù)上具有理想的效果，例如，在石油和天然氣等的探測(cè)中，該技術(shù)都能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，不過(guò)，應(yīng)用三維地震探測(cè)技術(shù)時(shí)，應(yīng)輔助應(yīng)用數(shù)字地震勘探儀設(shè)備。

（四）合理應(yīng)用礦井放水實(shí)驗(yàn)技術(shù)

煤礦企業(yè)為了更加有效地應(yīng)用地測(cè)防治水技術(shù)以實(shí)現(xiàn)理想的操控效果，需要關(guān)注排水和疏水流程。當(dāng)前，煤礦企業(yè)在調(diào)研采掘場(chǎng)地水文地質(zhì)狀況時(shí)應(yīng)用礦井放水實(shí)驗(yàn)技術(shù)，特別是針對(duì)地質(zhì)構(gòu)造非常復(fù)雜的區(qū)域，應(yīng)用礦井放水實(shí)驗(yàn)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)良好的水災(zāi)防范效果。礦井放水實(shí)驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用中會(huì)借助水質(zhì)檢測(cè)儀器設(shè)備和水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，整體成本支出較小，對(duì)缺乏資金的煤礦企業(yè)有益，有利于提高煤礦場(chǎng)地勘探效率，降低勘查過(guò)程中存在的事故或風(fēng)險(xiǎn)概率，直觀呈現(xiàn)礦井的安全狀態(tài)。此外，礦井放水實(shí)驗(yàn)技術(shù)不僅可以獲取具體的井下水文地質(zhì)信息數(shù)據(jù)，還能探明更多的煤炭資源，更好地提升礦井生產(chǎn)的安全性。

（五）應(yīng)用排水管理技術(shù)

工作面地質(zhì)水文種類(lèi)較單一，頂板砂巖裂隙含水層是主導(dǎo)的涌水所在。在煤礦生產(chǎn)中，采用排水管理技術(shù)可以很好地排除水患，確保煤礦生產(chǎn)流程達(dá)到《煤礦防治水規(guī)定》安全生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，因此，應(yīng)做到以下內(nèi)容：

第一，在進(jìn)行回采時(shí)，施工部門(mén)要管理排水設(shè)備，完善和優(yōu)化排水系統(tǒng)，進(jìn)而確保順利連接膠帶巷、軌道巷的3寸排水管?？梢耘c盤(pán)區(qū)軌道巷排水管件維持長(zhǎng)時(shí)間的連接，將配電設(shè)備（電源開(kāi)關(guān)和排水泵等）配置在機(jī)尾與機(jī)頭，應(yīng)明確的是，應(yīng)用的排水泵性能需要滿(mǎn)足具體要求，確保運(yùn)行性能在20m3/h以上。同時(shí)，還應(yīng)將有關(guān)配電設(shè)備（電源開(kāi)關(guān)和排水泵等）配置在工作面，留當(dāng)備用。根據(jù)具體需求，科學(xué)選用水泵種類(lèi)，備好離心水泵三臺(tái)，分別用于檢修、使用和備用，在正常涌水或最大涌水的條件下，確保檢修、使用額備用的狀態(tài)。此外，確保吸水管和排水管都是無(wú)縫鋼管類(lèi)型，并嚴(yán)格控制規(guī)格，以此有效實(shí)現(xiàn)涌水時(shí)的礦井排水需求。

第二，將有關(guān)配電設(shè)備（電源開(kāi)關(guān)與排水泵等）配置在機(jī)尾機(jī)頭和一系列低洼部位，確保排水泵性能至少為20m3/h，備件庫(kù)備好排水量相同的備用水泵。

第三，調(diào)度三室和三機(jī)電要有效檢查、巡視盤(pán)區(qū)以及工作面軌道排水系統(tǒng)，如果施工過(guò)程中發(fā)生水泵損壞或排水管冒水、跑水、漏水、滴水等現(xiàn)象，要及時(shí)維修，確保工作面順暢排水。

（六）有效管理地測(cè)防治水設(shè)備

煤礦采掘中應(yīng)用地測(cè)防治水技術(shù)及設(shè)備要落實(shí)設(shè)備的管理工作，實(shí)時(shí)開(kāi)展保養(yǎng)工作，從而提高防治水設(shè)備的應(yīng)用效率。地測(cè)防治水設(shè)備歷經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用易老化，需主動(dòng)檢驗(yàn)，如果存在應(yīng)用不良的狀況，應(yīng)迅速更換，及時(shí)排除隱患，確保工作人員的安全。同時(shí)，為了降低由于設(shè)備故障因素形成的消極影響，防止延誤工作進(jìn)度，需要定期保養(yǎng)和維護(hù)設(shè)備，檢測(cè)面臨的故障問(wèn)題，實(shí)時(shí)完善和處理，以此降低設(shè)備出現(xiàn)故障的概率。對(duì)相關(guān)設(shè)備的檢查要密切遵循相關(guān)要求，順利完成設(shè)備檢查工作，落實(shí)調(diào)試事宜，進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)備應(yīng)用狀態(tài)，明確具體的運(yùn)行狀態(tài)。此外，管理人員應(yīng)提升責(zé)任意識(shí)，詳細(xì)記錄不同時(shí)期設(shè)備的具體運(yùn)行狀態(tài)，合理、科學(xué)地組織設(shè)備的管理事宜，確保日后工作的有序開(kāi)展，提升設(shè)備的應(yīng)用效率。

（七）健全地測(cè)技術(shù)和數(shù)據(jù)的應(yīng)用制度體系

煤礦建立健全地測(cè)技術(shù)和數(shù)據(jù)的應(yīng)用制度體系，界定監(jiān)測(cè)設(shè)備獲取數(shù)據(jù)以及應(yīng)用地測(cè)技術(shù)的頻率，不斷探測(cè)以及收集礦區(qū)水文地質(zhì)信息。第一，技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)結(jié)合礦區(qū)地下、地表水的改變特點(diǎn)設(shè)計(jì)有關(guān)的排班制度體系，24h值守存在強(qiáng)降水造成礦井突水的地段，結(jié)合地測(cè)設(shè)備監(jiān)控礦區(qū)水文地質(zhì)的改變情況。第二，結(jié)合采集的地測(cè)信息制定相關(guān)的解釋性報(bào)告，有效預(yù)警突水等水患，確保礦井施工管理團(tuán)隊(duì)跟監(jiān)測(cè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)共享信息、互動(dòng)交流。第三，全程監(jiān)控老空區(qū)積水泄水、巷道施工等關(guān)于水文地質(zhì)的操作，防范由于前期數(shù)據(jù)錯(cuò)誤造成的不當(dāng)操作，降低礦井水害出現(xiàn)的概率。

六、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前，對(duì)煤炭資源的應(yīng)用提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，增加了煤礦采掘的難度。為此，需要煤礦企業(yè)密切聯(lián)系現(xiàn)實(shí)情況，遵循高效和安全的作業(yè)原則，重視科學(xué)應(yīng)用地測(cè)防治水技術(shù)和設(shè)備，優(yōu)化地測(cè)防治水技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容，注重應(yīng)用電磁類(lèi)勘探技術(shù)、三維地震探測(cè)技術(shù)、礦井放水實(shí)驗(yàn)技術(shù)、排水管理技術(shù)，有效管理地測(cè)防治水設(shè)備以及健全地測(cè)技術(shù)和數(shù)據(jù)的應(yīng)用制度體系，從而促使煤礦產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：翟所宏（1979），男，山東省淄博市人，本科，工程師，主要研究方向?yàn)榈販y(cè)防治水；谷允鵬（1988），男，山東省微山縣人，本科，工程師，主要研究方向?yàn)闇y(cè)繪工程。