鉆探技術(shù)在煤礦井下的防水應(yīng)用

煤炭開采中，水害問題一直被認(rèn)為是影響生產(chǎn)安全和提升開采效率的主要難題，透水事故的危害性不言而喻，它會直接威脅到作業(yè)人員的生命安全，而且有可能造成設(shè)備嚴(yán)重損毀，巷道積水，帶來巨大的經(jīng)濟損失，還對周圍環(huán)境產(chǎn)生長久影響。

一、意義

（一）保障安全生產(chǎn)

煤礦井下地質(zhì)環(huán)境表現(xiàn)出很強的復(fù)雜性和獨特性，褶皺與斷層交織在一起，造成巖層破碎帶普遍存在。含水層分布有著明顯的非均質(zhì)特點，各個地方的富水程度差異很大，還通過隱伏斷裂，巖溶裂隙之類的介質(zhì)形成復(fù)雜的水力耦合體系，這種隱蔽性強的水力聯(lián)系機制給礦井水害風(fēng)險的預(yù)報工作帶來巨大困難。

鉆探技術(shù)是煤礦水文地質(zhì)勘探的主要方式，它擁有較強的穿透性能和直觀效果。鉆探技術(shù)依靠金剛石鉆頭，繩索取芯裝備這些先進設(shè)備，定向鉆探系統(tǒng)可以在千米深的礦井里面做到厘米級別的巖芯采樣，把地層的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造之類的特征全部保存下來；利用三維激光掃描技術(shù)給巖芯制作數(shù)字模型，便能夠精準(zhǔn)地體現(xiàn)出煤層和含水層的空間分布規(guī)律；可以有效地找到導(dǎo)水?dāng)鄬踊蛘呦萋渲碾[患；借助與電阻率成像、聲波測井這類地球物理探測方法配合使用的時候，就能夠準(zhǔn)確地判定含水層的實際厚度、滲透能力和水壓散布情況[。

（二）提升開采效率

準(zhǔn)確的鉆探技術(shù)可以全面解讀煤礦區(qū)的地質(zhì)特點和水文狀況，給開采設(shè)計賦予科學(xué)的支撐依據(jù)。憑借高精度數(shù)字巖芯成像設(shè)備，得到巖芯樣本的三維可視化資料，并結(jié)合GIS創(chuàng)建高分辨率的地質(zhì)模型，就可以直接表現(xiàn)地層構(gòu)造、構(gòu)造形貌以及含水層的空間散布規(guī)律。開采設(shè)計人員能夠用布爾運算和空間插值算法，準(zhǔn)確地找出富水地區(qū)、斷層破碎帶之類的高危水害地段，進一步改進采掘規(guī)劃及其作業(yè)方案。就長壁工作面推進的方向而言，可以按照以前的鉆探數(shù)據(jù)預(yù)估前面巖石性質(zhì)變動的趨勢，按時調(diào)節(jié)挖掘參數(shù)，免除因為突如其來的富水狀況引發(fā)生產(chǎn)計劃改變問題。

根據(jù)鉆孔顯示的各層信息，精確判定出煤層是否穩(wěn)定以及和含水層之間的分界面，在借助微焦點CT對巖芯展開微觀結(jié)構(gòu)解析后，可以得到微細裂隙在空間中所占的比例。通過巖石力學(xué)試驗得到的抗壓強度、彈性模量等參數(shù)，綜合評定煤層穩(wěn)定性，采用核磁共振測井技術(shù)，能夠準(zhǔn)確檢測到含水層孔隙度、滲透率等來確定含水層邊界。利用這種方法得出的結(jié)果，就可以對采掘計劃進行調(diào)整。比如，可以分段開采或者設(shè)防水煤柱，避開水害，保證礦井安全。

（三）降低環(huán)境影響

為降低礦井水對環(huán)境的影響，需對礦井水進行全面處理：一方面，通過過濾、沉淀等工藝去除水中大量懸浮顆粒物，并運用化學(xué)沉淀、離子交換、膜分離等技術(shù)去除金屬離子，利用中和法處理酸性物質(zhì)，防止未經(jīng)處理的礦井水滲透到周圍土壤，避免土壤pH值劇烈變動、重金屬元素累積，維護土壤生物群落生態(tài)平衡，保障土壤正常提供養(yǎng)分以支持植被生長。另一方面，對礦井水進行深度凈化處理，達標(biāo)后再排放，防止其直接排入水體導(dǎo)致化學(xué)成分重大變動、引發(fā)水體富營養(yǎng)化，降低對水生生態(tài)體系的威脅，保障水生植物和動物的正常生長，遏制生態(tài)環(huán)境遭受破壞。

二、策略

（一）地質(zhì)勘探鉆探技術(shù)

地質(zhì)勘探鉆探技術(shù)依靠專業(yè)的鉆探機器進行鉆孔作業(yè)，在選定的煤礦范圍內(nèi)進行細致鉆探，以獲取深層巖石樣本，之后對樣本進行全面探究。最新的井下探測手段可以清楚了解巖土的詳細情況，如孔隙率、滲透率等要素。而且還要用這些數(shù)據(jù)制作成十分詳細的三維水文地質(zhì)模型，里面涉及繁雜的數(shù)據(jù)收集和加工步驟，需要運用詳細的地質(zhì)知識和數(shù)學(xué)建模方法。自的就是把整個地下流體的動態(tài)構(gòu)造及其物理狀況表現(xiàn)出來，最后進行地下水管理，為找水源和評價周邊環(huán)境提供科學(xué)數(shù)據(jù)支持。綜合運用地球物理勘探手段，加上鉆探資料，通過數(shù)據(jù)分析的方法對含水層進行判定，就能準(zhǔn)確算出其厚度，判斷其存水情況如何，從而在應(yīng)對水災(zāi)預(yù)先辨別和防止水災(zāi)方面獲得充分的數(shù)據(jù)支持和科學(xué)支撐。

煤礦開采活動開始前，制定合適的科技規(guī)劃方案，針對井田區(qū)域，安排一系列勘探鉆孔，并且應(yīng)用高密度電法探測技術(shù)，聯(lián)合這些鉆孔來開展探測工作。通過這樣的方式，可以發(fā)現(xiàn)煤層下方隱藏的那些裂縫結(jié)構(gòu)和存在高水位含水層之間相互連通的可能性。這種風(fēng)險判斷非常關(guān)鍵，開采活動的安全性以及有效利用這些資源條件，都以這樣的預(yù)測手段作為基礎(chǔ)。因此，事前制定并實施一系列相關(guān)的針對性措施策略，在采礦過程中可預(yù)先減小這類水流現(xiàn)象的發(fā)生概率，從而在全過程間都能安全進行。

（二）鉆孔注漿鉆探技術(shù)

鉆孔注漿鉆探技術(shù)，也就是預(yù)先通過鉆孔將水泥漿、化學(xué)漿液或者其他灌漿料注入地質(zhì)體內(nèi)部那些較為脆弱的部分或者有潛在導(dǎo)水作用的地方。按照壓力灌注的原理，往裂隙以及空隙里注入一些漿液，不僅能填滿空位、固化物質(zhì)，還能形成一道不錯的止水線，從而讓整個地層的防水能力大大提升。對于各種不同條件的巖土層，仔細挑選并使用恰當(dāng)?shù)墓酀{原料和技術(shù)措施，比如劈裂灌注法和滲透灌注法等就能明顯地堵住那些地下水穿流的路線，讓隔水層變得整體穩(wěn)定并且結(jié)實很多[2]。

煤礦開采時出現(xiàn)頂板裂隙導(dǎo)致涌水的問題，使用鉆孔注漿辦法，把注漿孔布置成網(wǎng)格的形式。選用改良后的水泥與水玻璃混合的雙液漿作為材料，目的是把裂隙堵住，穩(wěn)固頂板，防正出現(xiàn)涌水事故，保證生產(chǎn)安全。這種方法利用準(zhǔn)確操控漿液灌注的量和壓力來達成對特定地質(zhì)條件下針對性的加固以及防水處理，改善礦井的安全開采水平。做了注漿操作以后，頂板涌出的水量就有很明顯變少的趨勢，巖層變得更為穩(wěn)定，于是工作區(qū)域就可以安全高效地開展煤炭開采活動。

（三）大口徑直排水井鉆探技術(shù)

大口徑直排水井鉆探技術(shù)具有排水能力大的特性，針對大型礦井的排水需求，利用重型鉆機完成大量鉆孔任務(wù)，目的是創(chuàng)建起高效又可靠的礦井集中式排水體系。出色的排水效能可以有效促使礦井內(nèi)的地下水位迅速回落，通過集成自動化監(jiān)測系統(tǒng)，能夠及時掌握水位變化情況，由此可做到精準(zhǔn)動態(tài)調(diào)控排水措施，而排水井也可作為長期性的水文監(jiān)測站。在此情況下，對于防范礦井內(nèi)的水災(zāi)有著持續(xù)且至關(guān)重要的數(shù)據(jù)支持作用。

煤礦遭遇雨季極端強降雨時，礦井涌水量急劇增多，針對此種情形，迅速開展大口徑直排水井的建造，并有效組合排水泵組系統(tǒng)。把水位降至安全線以內(nèi)，阻正礦井發(fā)生水災(zāi)，從而保證礦內(nèi)生產(chǎn)的持續(xù)性與穩(wěn)定狀態(tài)。

三、結(jié)束語

鉆探技術(shù)在煤礦井下的防治水工作中起到無法取代的重要作用，這種技術(shù)應(yīng)用對于如何管控地下水動態(tài)、防范水患發(fā)生并且確保礦井處于安全狀態(tài)等顯得十分關(guān)鍵。在此過程中，所采取的辦法主要是綜合運用精準(zhǔn)探測、有效補強、迅速排水等方式，構(gòu)建起整個系統(tǒng)性解決方案。這套策略不僅為煤礦的安全生產(chǎn)活動以及高效開采提供了堅實的底層支撐，還兼顧了環(huán)境保護和生態(tài)維護。這樣既能實現(xiàn)經(jīng)濟收益最大化，又能在其他方面的分?jǐn)偺幚砩习l(fā)揮積極作用。與此同時，在技術(shù)持續(xù)進步與發(fā)展的過程中，鉆探手段也朝著智能化和更精準(zhǔn)認(rèn)知的目標(biāo)逐步發(fā)展，這一演變將提升未來鉆探工作的效率和精度，對于煤礦行業(yè)而言，這是推動可持續(xù)發(fā)展和高質(zhì)量建設(shè)的一次有益嘗試。能

參考文獻：

[1]張明、李華。煤礦水文地質(zhì)鉆探技術(shù)優(yōu)化與應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2023，51 （12）： 156 -163.

[2]劉峰、陳亮。大口徑排水井在煤礦水害應(yīng)急防治中的應(yīng)用[J].中國煤炭，2022，48 （10）： 98 -104.作者單位：中焊地質(zhì)集團有限公司