煤礦防治水工作中物探與鉆探技術(shù)的應(yīng)用研究

李曉宇

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)地煤精通興旺煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037000）

近年來我國所需的煤炭資源在不斷增多，礦井開采深度也在逐年增加，隨著開采的深入，煤礦水害給開采過程造成了極大困難，常見的水害包括礦井承壓水、巖溶裂隙水、斷層導(dǎo)水、老空區(qū)積水等，水害的頻發(fā)導(dǎo)致礦井開采效率難以提升。

造成煤礦水害的主要原因是礦井下的水體出現(xiàn)導(dǎo)通、潰水、突水等情況，不僅阻礙了煤礦開采的順利進(jìn)行，也給施工人員的安全帶來了一定的威脅[1-2]。礦井水害主要來自于礦井開采過程中的水害隱患，礦井開采的初期常常會因?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)指標(biāo)的不規(guī)范，造成老窯采空區(qū)積水、斷層連通地表水體以及巖溶水體等情況，這都為日后礦井水害的出現(xiàn)埋下了巨大隱患。隨著對煤礦開采領(lǐng)域研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)礦井水害是造成礦井施工人員安全事故的主要原因之一，并且通過分析礦井水害的成因發(fā)現(xiàn)礦井水害并非不可防控的，本文根據(jù)其特點(diǎn)提出了多種防治措施，總結(jié)出重在預(yù)防、要在治理的防治原則。

1 礦井概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)A 礦水害隱患主要來自前期開采過程中產(chǎn)生的老窯采空區(qū)積水、開采深度增加后出現(xiàn)的灰?guī)r溶洞水以及地表水滲透等[3]。

首先對礦井內(nèi)部的概況進(jìn)行調(diào)查，包括老窯位置、巷道分布、積水情況以及地表裂縫分布等，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行水文調(diào)查，得出該礦井的水文地質(zhì)類型為中等類型。當(dāng)前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的老窯積水區(qū)共計(jì)3 處，由于積水區(qū)位置較深（開采水平之下），現(xiàn)階段開采過程中尚無明顯隱患，但是隨著礦井開采地不斷深入，可能給日后的開采過程埋下水害隱患。當(dāng)前顯現(xiàn)出的水害問題主要是采空區(qū)地表水的滲透以及礦井承壓水和斷層導(dǎo)水。

2 礦井水害防治

礦井水害防治的重點(diǎn)在于預(yù)防，應(yīng)當(dāng)對礦井進(jìn)行地質(zhì)水文分析，并查清礦井水害的來源，從源頭進(jìn)行治理，保證此類隱患的徹底根治。

2.1 地表水治理

地表水滲透主要存在于礦井的采空區(qū)，來源為附近的河流、湖泊以及水庫等，來源較為清晰，防治措施比較有針對性。當(dāng)前對于地表水的治理包括疏、排、截、堵等多種方式。晉能控股煤業(yè)集團(tuán)A 礦采取聯(lián)合治理的方式，通過對采空區(qū)進(jìn)行回填硬化，避免了地表水在該區(qū)域的堆積滲透；通過修建排洪溝，保證了地表水的順利排出。截至2020 年，該礦井的采空區(qū)回填硬化面積已經(jīng)達(dá)到9 000 m2，建成截洪壩4 座，攔矸壩2 座，有效避免了地表水帶來的水害隱患。

2.2 礦井水害治理

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)A 礦的礦井水害通常存在于巷道之中，包括淋水、斷層導(dǎo)水等多種形式，并且水害程度會隨著礦井開采的深入逐漸嚴(yán)重。為了更好地治理礦井水害，公司在2019 年引入了1 臺型號為YCS200（A） 的礦用瞬變電磁儀以及1 臺型號為ZDY4000 的全液壓坑道鉆，用于礦井水害的監(jiān)測和探放。礦井開采前需要相關(guān)人員進(jìn)行水害隱患防治方案的制定，首先使用瞬變電磁儀對礦井積水區(qū)域進(jìn)行探測，確定積水區(qū)域后，使用液壓坑道鉆進(jìn)行防水處理，在礦井開采前排除水害隱患。

方案執(zhí)行過程中，為確保瞬變電磁儀探測的準(zhǔn)確性和可靠性，同時使用物探設(shè)備進(jìn)行水體觀測，將兩種方式的結(jié)果進(jìn)行對比，以驗(yàn)證物探參數(shù)的準(zhǔn)確程度。根據(jù)下頁圖1、圖2 的光譜數(shù)據(jù)和觀測結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，光譜數(shù)據(jù)含水區(qū)值在0～20 m3之間呈現(xiàn)出顯著下降的趨勢。根據(jù)光譜結(jié)果可知，物探設(shè)備在礦井中的適用性較強(qiáng)，對于積水區(qū)域的判別較為準(zhǔn)確，但是要進(jìn)一步提升水體探測的準(zhǔn)確程度，需要對礦井現(xiàn)場的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行更為深入的分析。

圖1 +530 生活用水驗(yàn)證觀測成果

圖2 +530 生活用水頂板觀測成果

3 物探和鉆探的探測實(shí)踐

2020 年9 月，該礦在開掘201 采區(qū)+389 m 時，工作面端頭迎頭處出現(xiàn)頂板局部垮塌現(xiàn)象，頂板涌水現(xiàn)象嚴(yán)重，水中帶有臭雞蛋味，因此判斷當(dāng)前開采區(qū)域接近一處老窯積水區(qū)。通過對水文地質(zhì)資料的查詢發(fā)現(xiàn)，在201 采區(qū)+411 m 處存在一處老窯，因此判斷該老窯存在采空區(qū)積水現(xiàn)象。由于不清楚老窯積水的詳細(xì)情況，需要調(diào)用物探設(shè)備進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的探測，具體結(jié)果如圖3 所示。

圖3 水害觀測分析成果

根據(jù)圖3 結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，開采區(qū)域上方存在一處水體，但是水體的具體成因難以判斷。因此使用液壓坑道鉆進(jìn)行工作面鉆孔探究是否為采區(qū)積水，共計(jì)鉆取探眼150 m，鉆探剖面如圖4 所示。通過鉆采剖面可知，積水并非來自老窯采空區(qū)，而是少量的斷層導(dǎo)水，并不影響開采工作的進(jìn)行。根據(jù)探測結(jié)果進(jìn)行施工，頂板涌水逐漸減少，證明了鉆探結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖4 鉆探剖面

4 結(jié)論

在礦井水害防治工作中，應(yīng)當(dāng)遵循重在預(yù)防，要在治理的原則，在工作面開采前預(yù)先進(jìn)行探放水處理，通過物探鉆探結(jié)合的方式確保探測結(jié)果的可靠性，保證礦井能夠在開采前有效排除水害隱患。本文以晉能控股煤業(yè)集團(tuán)A 礦作為研究對象，通過物探、鉆探結(jié)合的方式進(jìn)行礦井水害的防治，先由物探設(shè)備進(jìn)行水體探測，判斷出積水區(qū)域的位置，再由鉆探設(shè)備進(jìn)行防水，確保水害隱患的順利排除。

礦井開采過程中，可能會遇到部分未預(yù)先發(fā)現(xiàn)的疑似水害的突發(fā)情況，對于這類情況應(yīng)當(dāng)采用“兩探”的方式及時進(jìn)行核實(shí)，對于積水較少或者水害較輕的區(qū)域，通過探、防、排的方式進(jìn)行處理；對于水害較為嚴(yán)重的區(qū)域，通過防、堵、疏、截等方式加以解決，保證礦井水害能夠得到有效的治理[4]。

為了提升礦井水害防治的質(zhì)量，明確各主體間的責(zé)任劃分，避免水害事故的出現(xiàn)，結(jié)合現(xiàn)有的規(guī)章制度，包括《安全生產(chǎn)法》《煤礦安全規(guī)程》《煤礦防治水細(xì)則》等相關(guān)規(guī)定，采取“探、防、堵、疏、排、截、監(jiān)”等聯(lián)合防治的方式，及時消除開采過程中遇到的水害威脅，避免水害事故的出現(xiàn)。

5 存在問題及建議

物探技術(shù)主要起到預(yù)防作用，能夠較為準(zhǔn)確地探測出積水區(qū)域，但是對于該區(qū)域的積水量等具體參數(shù)卻難以進(jìn)行詳細(xì)預(yù)測。ZDY4000 型全液壓坑道鉆主要負(fù)責(zé)積水區(qū)域的探放水工作，可對積水區(qū)域的具體情況進(jìn)行分析，部分積水區(qū)域則通過全液壓坑道鉆來消除水害隱患。

YCS200（A）礦用瞬變電磁儀主要用于積水區(qū)域的判斷，對于積水產(chǎn)生原因以及含水層性質(zhì)的判斷較為模糊，因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中，其作用會受到限制。

ZDY4000 型全液壓坑道鉆自身體積較為龐大、搬運(yùn)不便、自身探測角度有限，并且由于礦井內(nèi)部地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，設(shè)備難以進(jìn)行有效地探測工作，自身的作用難以得到充分發(fā)揮，未來需要進(jìn)行設(shè)備結(jié)構(gòu)和參數(shù)的改進(jìn)。

礦井現(xiàn)場采用“兩探”設(shè)備進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)次數(shù)有限，難以驗(yàn)證該方式的準(zhǔn)確性和可靠性，未來應(yīng)當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)的次數(shù)，以更好地為礦井水害的防治提供指導(dǎo)。