水文地質(zhì)對(duì)煤礦防治水工作的重要性研究

王大美

（貴州水城礦業(yè)股份有限公司那羅寨煤礦，貴州 六盤水 553034）

調(diào)查顯示，水害已成為影響煤礦安全生產(chǎn)的一大礦難，我國(guó)屬于世界上煤礦水害發(fā)生最為嚴(yán)重的國(guó)家之一。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，由于煤礦水災(zāi)給國(guó)家和人民帶來的人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失極為慘重。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，死亡人數(shù)接近九千三百人。直接造成了三百五十多億人民幣的經(jīng)濟(jì)損失。隨著采煤工作面的擴(kuò)展與延伸，該威脅嚴(yán)重影響了我國(guó)煤礦行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)此為保障煤礦開采過程安全、高效，需明確水文地質(zhì)對(duì)煤礦防治水工作的重要性，并做好有關(guān)的防治工作。

1 水文地質(zhì)對(duì)煤礦防治水工作的重要性

1.1 礦井內(nèi)的安全系數(shù)

在實(shí)際的煤礦生產(chǎn)過程中，安全無疑是首要任務(wù)，也只有保障煤礦開采以及生產(chǎn)過程的安全，才可保障煤礦企業(yè)所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。但需要明確的是煤礦作業(yè)自身不安全因素較多，且安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較大，這種情況要求煤礦企業(yè)以及管理人員、作業(yè)人員均要加強(qiáng)對(duì)煤礦安全的重視，在開采前需明確各類不安全因素問題。其中，水文地質(zhì)則為較大的安全隱患，在煤礦開采作業(yè)之前，煤礦企業(yè)需明確水文地質(zhì)問題對(duì)煤礦開采工序所產(chǎn)生的影響問題，如煤礦水害等，并在開采前完成對(duì)煤礦的檢查工作，需重點(diǎn)檢查煤礦礦井周圍的水文地質(zhì)情況以及其條件等。在對(duì)充水條件進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，水文地質(zhì)資料能夠很直觀地顯示出周圍環(huán)境中的水文實(shí)際情況，從而使以后施工過程中，既能保證施工的安全性，又能有效地防止因水破壞而產(chǎn)生的各類隱患。

1.2 煤礦作業(yè)區(qū)地勘察效率

針對(duì)煤礦作業(yè)區(qū)域的勘察效率，有關(guān)技術(shù)人員需明確煤礦開采區(qū)域以及實(shí)際周邊環(huán)境作業(yè)區(qū)域的情況，在充分掌握周圍情況后，需一步步排查所存在的安全事故因素，進(jìn)而將各類煤礦生產(chǎn)不良因素影響降至最低，并做好提前預(yù)防水害，保障提升煤礦安全性，提高煤礦企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的效果。并且在周邊環(huán)境勘察過程中，需明確防治水害的措施，有關(guān)人員需針對(duì)煤窯和煤礦展開詳細(xì)的勘察，其中包括進(jìn)口位置以及煤礦動(dòng)態(tài)性變化、礦井積水情況等等。

1.3 煤礦儲(chǔ)量的測(cè)量

在礦井開始工作前，必須組織有關(guān)人員對(duì)礦井中的各種作業(yè)條件進(jìn)行詳細(xì)的勘察，需明確的是礦井的真實(shí)儲(chǔ)量大小，這一問題直接關(guān)系到后期施工人員的選擇和工程裝備的選擇。需考慮到若實(shí)際的儲(chǔ)量比預(yù)估值較低，則需要在實(shí)際的施工過程中做好對(duì)施工設(shè)備的管理工作，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的浪費(fèi)情況；若實(shí)際儲(chǔ)量比估計(jì)值高得多，則會(huì)出現(xiàn)資源設(shè)備準(zhǔn)備不足等問題，這種情況需做好相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)充工作。

2 煤礦水文地質(zhì)條件及對(duì)煤礦防治水的影響

如下，通過對(duì)該地區(qū)不同年代地層間的不整合作用進(jìn)行深入研究，并對(duì)該地區(qū)“越層水文”進(jìn)行研究。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合華北地區(qū)石炭－二疊紀(jì)、西北地區(qū)侏羅系地區(qū)受采動(dòng)作用的含水層沉積特點(diǎn)，提出了煤田開采過程中，受采動(dòng)作用影響的含水層沉積規(guī)律，并對(duì)奧陶系灰?guī)r、直羅組砂巖等含水層的跨層水文地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行了分析，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所暴露出的真實(shí)含水層分布特征進(jìn)行了深入探究。

2.1 不整合地質(zhì)界面及越層水文地質(zhì)現(xiàn)象

不整合地質(zhì)界面指的是沉積在遭受區(qū)域抬升后所出現(xiàn)的沉積簡(jiǎn)短剝蝕問題，且在后期還會(huì)出現(xiàn)沉降沉積作用面，其代表了地層記錄間斷或缺失問題，研究表明，不整合地層中常伴有次生儲(chǔ)集體，這一點(diǎn)對(duì)地下水的分布和烴類的成藏都有一定的影響。在某些地區(qū)，因?yàn)椴徽厦娴拇嬖?，特別是順層滑動(dòng)、構(gòu)造以及風(fēng)化沖刷等問題均會(huì)導(dǎo)致地層界面形成某種厚度的風(fēng)化殼或破碎帶。它的含水（透）性隨其所處地層的不同而不同。在不整合作用下，含（隔）水界面與層間界面的非一致性被稱作“跨層水文地質(zhì)現(xiàn)象”。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)不整合面的形貌特征及含水特性，結(jié)合含（透）水巖層的空間組合形式，歸納總結(jié)3 類由不整合面引起的跨層水文地質(zhì)模式。

第一，與不整合的地層接觸面，在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的過程中，底部的地層遭受了長(zhǎng)期的風(fēng)化，從而形成了風(fēng)化縫隙問題，如果后期層位在沉積之前，對(duì)其風(fēng)化裂縫進(jìn)行了更好的充填和壓實(shí)，則可以形成更好的隔水層?？鐚哟蔚乃牡刭|(zhì)模式導(dǎo)致較低的含水層變薄，含（隔）水界面由低到高，呈“平緩-變薄”型。

第二，在不整合的接觸面上，低層位的巖層在沒有被填充的情況下，形成了一條由上覆含水層補(bǔ)給的風(fēng)化帶。這種跨層水文地質(zhì)模式使上（隔）水界面向下（隔）水界面發(fā)生“平行－加厚”的變化。

2.2 越層水文地質(zhì)現(xiàn)象對(duì)礦井防治水的影響

在鄂爾多斯盆地的侏羅系煤采掘中，由于受“越”字的影響，導(dǎo)致采掘中的“越”字的出現(xiàn)，使采掘中的“越”字變得更加復(fù)雜。嚴(yán)重時(shí)，可能會(huì)引起更大的水害，引起潰水潰沙等災(zāi)害問題，且越層滲流對(duì)侏羅系煤層的采動(dòng)有兩種影響，如下：

第一，在延安組和直羅組之間，存在著一種“平行－加厚”型的跨層水文地質(zhì)現(xiàn)象，這一現(xiàn)象使延安組的風(fēng)化裂縫帶成了一個(gè)比較好的富水含水層。結(jié)果表明，在延安組中，含水層厚度呈遞增趨勢(shì)，而在延安組中的隔水層則呈遞減趨勢(shì)。在井壁上按地層分界間隔留設(shè)不透水的煤柱，將導(dǎo)致頂板突水。

第二，“侵蝕－增厚”型越層水文地質(zhì)現(xiàn)象，導(dǎo)致古河床出現(xiàn)沖刷和沙體的積累問題，再加上河床的尺度較小，且隱蔽性較強(qiáng)，對(duì)此在古河床部位，含水層底界向下移動(dòng)，含水層厚增大；當(dāng)煤層的采動(dòng)斷裂帶影響到古河床時(shí)，會(huì)引起含水層的涌水現(xiàn)象，且當(dāng)塌落區(qū)影響到古河床部位時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的潰水潰沙現(xiàn)象。

3 加強(qiáng)煤礦防治水的主要措施

3.1 應(yīng)用煤礦水害治理多分支水平井精準(zhǔn)定導(dǎo)向技術(shù)

在煤礦防治水治理過程中，需合理發(fā)揮煤礦水害治理多分支水平井精準(zhǔn)定導(dǎo)向技術(shù)，該技術(shù)施工成本不高，對(duì)于環(huán)境污染破壞性小，且具有隔水效果好的優(yōu)勢(shì)，整體來說該技術(shù)利用效益良好，適用于煤礦水害治理工程中[1]。

1.根據(jù)煤礦地質(zhì)環(huán)境的分析表明，該礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且斷裂較多，在采用多支式水平井進(jìn)行注漿改造時(shí)，必須對(duì)井眼軌道進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，并對(duì)鉆具組合進(jìn)行優(yōu)化，由此才可保障該技術(shù)達(dá)到經(jīng)濟(jì)高效的超前處理效果[2]。

2.發(fā)展一套以定向伽馬為基礎(chǔ)的定導(dǎo)向結(jié)合技術(shù)，在此針對(duì)該礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造解決分支井的軌道控制困難，確保目標(biāo)層的鉆遇率，為該礦后續(xù)的鉆井工作積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)[3]。

3.在該技術(shù)的應(yīng)用過程中，需注意該技術(shù)對(duì)于落差較大的斷層，需明確優(yōu)化技術(shù)流程，以合理提升技術(shù)運(yùn)用能力，使其達(dá)到全面防治水害的效果。

3.2 智能技術(shù)提升防治成效

如下提出了基于人工智能的煤礦防治水害技術(shù)，由此發(fā)揮科技轉(zhuǎn)化成果，并明確煤礦水害防治解決措施，由此對(duì)煤礦水害痛點(diǎn)問題進(jìn)行分析處理，最終保障煤礦工作達(dá)到安全性、穩(wěn)定性的實(shí)際要求。

1.智能綜合勘探，保障探放水工程質(zhì)量。綜合勘察方法是保證礦井探、放水工程質(zhì)量的重要保證。對(duì)礦山地質(zhì)進(jìn)行探明，可以對(duì)老空積水情況、含水層的富水情況進(jìn)行明確，在事前保障后續(xù)所進(jìn)行的開采工序達(dá)到安全、穩(wěn)定的效果。從地質(zhì)學(xué)層面上防止水破壞。該系統(tǒng)能夠?qū)Φ厍蛭锢沓晒M(jìn)行分析，并對(duì)顯示地球物理成果圖的異常區(qū)域進(jìn)行采集，由此從地質(zhì)層次上避免煤礦水害的發(fā)生。

并且該系統(tǒng)在通過物探技術(shù)成果后，還可集中展示出地球物理成果圖的異常區(qū)域中，編寫具有針對(duì)性地探放水設(shè)計(jì)，利用輔助設(shè)計(jì)工具，由此準(zhǔn)確有效地輸出一組科學(xué)、高效的鉆探參數(shù)，在此可提升設(shè)計(jì)精度，合理地安排探測(cè)工作，在鉆探的過程中，還可對(duì)鉆孔深度、鉆進(jìn)速度、鉆探時(shí)間等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別。并且在利用鉆孔測(cè)井分析儀，將其與孔內(nèi)窺鏡相結(jié)合后可真實(shí)地了解到工作面前方的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、采空區(qū)等情況，在此基礎(chǔ)上，對(duì)井筒內(nèi)的巖性柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的分析，以達(dá)到安全探測(cè)、安全開采的效果與目的[4]。

2.全流程智能管理，提高防治水工作科技水平。對(duì)“探放水”過程中的設(shè)計(jì)、規(guī)劃、實(shí)施、驗(yàn)收、分析和總結(jié)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行智能管理，在明確智能管理節(jié)點(diǎn)后，還需在“探放水”施工項(xiàng)目中，利用人工智能的機(jī)器視覺技術(shù)，對(duì)施工項(xiàng)目中的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行上傳與處理，在通過自動(dòng)化識(shí)別技術(shù)完成對(duì)鉆進(jìn)鉆桿數(shù)量的確定后，還需明確鉆孔深度，并通過測(cè)井分析儀的數(shù)據(jù)，對(duì)孔內(nèi)煤巖性、孔內(nèi)窺鏡、終孔位置等信息進(jìn)行掌握。由此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、高精度化的鉆探作業(yè)，并且在全過程分析、處理以及管控過程中，通過智能化技術(shù)軟件的運(yùn)用可避免出現(xiàn)煤礦探放水以及少探、少檢、漏檢的現(xiàn)象，在智能化技術(shù)軟件準(zhǔn)確高效地運(yùn)用下還可保障工程資料的可信度，由此為打鉆工程質(zhì)量提供基礎(chǔ)，并積極落實(shí)有關(guān)的探放水措施，進(jìn)而減少煤礦水害的發(fā)生。此外，它還提供了探放水智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的移動(dòng)應(yīng)用服務(wù)，在該服務(wù)下可確保達(dá)到探放水智能檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用移動(dòng)服務(wù)效果，并且可為管理人員提供了隨時(shí)訪問的系統(tǒng)，以便其可隨時(shí)關(guān)注到探放水作業(yè)完成情況，并分級(jí)推送好有關(guān)鉆取、開采等效益[5]。

3.能夠應(yīng)急救援，提高事故處理能力。在發(fā)生煤礦水害時(shí)，智能技術(shù)軟件應(yīng)急救援系統(tǒng)可基于應(yīng)急管理預(yù)案做好有關(guān)的快速處置等工作任務(wù)，并進(jìn)行早期的快速處理，將井下巷道的避洪和撤離路線用3D 地圖顯示出來。在此過程中，可結(jié)合事故地點(diǎn)定位、人員定位、工作面環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，事故發(fā)生時(shí)間、事故發(fā)生時(shí)井下人員、當(dāng)前人員、出井人員、留守人員等重要參數(shù)，供決策人員參考。除此之外，本系統(tǒng)還將軟件和硬件相結(jié)合，將井上和下兩個(gè)部分連通起來，可以進(jìn)行一鍵報(bào)警，并利用傳感器來識(shí)別災(zāi)害類型，由此達(dá)到保證第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)、報(bào)告、處理的效果。

3.3 做好有關(guān)管理工作

首先，需建立健全完善的防治煤礦水害機(jī)構(gòu)，還需充分落實(shí)有關(guān)的防治技術(shù)，加強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)工作，做好防治水資料；成立“三?！?、防水專業(yè)機(jī)構(gòu)；建立并健全各種和各級(jí)管理制度以及崗位責(zé)任制，將其付諸實(shí)施；將過去的水文地質(zhì)資料歸檔，并持續(xù)對(duì)各種水文地質(zhì)資料和圖件進(jìn)行改進(jìn)，由此為后續(xù)防治更為嚴(yán)重或歷史性煤礦水害提供基礎(chǔ)的科學(xué)依據(jù)與資料。同時(shí)，在雨季來臨之際，應(yīng)加大“雨季三防”的力度，并做好相關(guān)的數(shù)據(jù)及規(guī)劃對(duì)策。

其次，需加大對(duì)作業(yè)人員的培訓(xùn)力度，在增強(qiáng)其水資源的保護(hù)意識(shí)和技術(shù)實(shí)施能力后，應(yīng)確保所有作業(yè)人員都可對(duì)煤礦水害有較強(qiáng)的防治意識(shí)。經(jīng)過培訓(xùn)，可以讓作業(yè)人員樹立起煤礦的防治水理念，同時(shí)也提升了其防治水害的根本能力，使其可預(yù)防與掌握有關(guān)的煤礦水害處理辦法與水害預(yù)兆等。

3.4 做好煤礦水文地質(zhì)勘探

地下水是一種特殊的生態(tài)系統(tǒng)，它的分布、補(bǔ)給和排泄過程與其周圍的環(huán)境密切相關(guān)。所以，在開展水文地質(zhì)勘查時(shí)，工作人員應(yīng)對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)的地下水展開仔細(xì)的觀察和記錄，并根據(jù)其實(shí)際情況，繪制出地貌和地質(zhì)剖面圖。針對(duì)地下水天然露頭（如泉眼、沼澤、濕地等）和人工露頭（如礦井、坑道等）均需進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，并以對(duì)應(yīng)標(biāo)志進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)。

1.地表水調(diào)查。在沒有水文站的小河流、湖泊等地方，要對(duì)地面上的水位、排水量、水質(zhì)、水溫和含沙量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，并通過走訪水利工作者和當(dāng)?shù)厝罕娏私獾乇硭膭?dòng)態(tài)變化。對(duì)于設(shè)有水文站的地方，需對(duì)表面水體進(jìn)行調(diào)查，并全面收集相關(guān)的數(shù)據(jù)，完成分析和整理工作。同時(shí)，對(duì)地表水資源的開發(fā)利用情況以及與地下水的關(guān)系進(jìn)行深入的調(diào)查與研究。

2.地下水露頭的調(diào)查。地下水露頭是地下水位變化最直接的體現(xiàn)，因此，對(duì)該地區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查顯得尤為重要。在實(shí)地調(diào)查中，地下水露頭是地下水位變化最直接的體現(xiàn)。所以，對(duì)這一區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)考察是非常必要的。在實(shí)地考察時(shí)，還應(yīng)選擇有代表性的位置，盡可能多地使用地下水的露頭點(diǎn)進(jìn)行水文地質(zhì)剖面的繪制工作，由此保障水文地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)果的有效性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過分析水文地質(zhì)對(duì)煤礦水患災(zāi)害的防治措施以及影響關(guān)系可以看出，在防治煤礦水害過程中需結(jié)合實(shí)際的勘察以及有關(guān)的技術(shù)處理，由此減少水害事故的發(fā)生，且保障煤礦開采工作可如期進(jìn)行，而對(duì)于煤礦開采方面還需注意有關(guān)開采技術(shù)的改進(jìn)、優(yōu)化與提升，由此保障煤礦開采效率，確保煤礦開采工作可安全、穩(wěn)定地進(jìn)行。