利用物探探测矿老空积水防治技术运用研究

张丹枫

（长治职业技术学院，山西 长治 046600）

0 引言

整合研究近年来我国矿井地质开采情况可知，造成水害的主要原因分为两点，一方面是指断层裂缝导水，另一方面是指老空水或老窖水。从上世纪末期到21世纪初期这一阶段，由于煤矿产业的管理形式过于混乱，私自建设煤矿产业过多，且没有严格按照规定要求进行开采管控，致使矿产之间的保安煤柱受到破坏，情节严重的还存在彼此采通现象。在矿井被废弃之后，原本的采空区出现大量积水，这对邻近矿井的开采而言必然会造成更大的安全隐患。假设探放水等解决对策，没有得到全面落实，那么很容易在后续开采管理期间出现烟景或脱水现象。因此，本文利用物探技术对矿井老空积水的防治问题进行深入探讨。

1 现状

现如今，随着矿井产业大力整顿，部分煤矿得到了有效控制，但原本开采区域在大气降水补给的影响下，很容易产生矿井落空积水现象，这对相邻矿井的开采工作而言很容易造成不良影响。同时，在历史因素的影响下，大部分小煤矿并没有实际测量所绘制的挖掘工程平面图，实际开采范围和巷道的也存在不明确性[1]。面对这一现象，各地政府及矿产工作人员要加强老空区的勘探力度，这也是当前解决生态危机和加快社会经济发展步伐的重要任务。煤矿产业在不断创新发展中，针对老空区积水问题也提出了有效的方法，主要分为两种，一方面是指钻探，另一方面是指巷探。但根据矿井开采提出的有疑必探、先探后掘的工作原理分析可知，选用这两种方式处理水文地质勘探工作，可以在保障矿产安全生产中发挥积极作用。需要注意的是，只选用这两种方式很难获取更为优质的结果。原因在于，不管是钻探还是巷探需要处理的工程数量非常庞大，实践操作进度较为缓慢，相应探放工程的设计具有盲目性，很容易在施工建设期间造成不必要的成本支出，且相应的控制范围过小，实践探测区域存在盲点。根据我国提出的煤矿安全规程要求分析可知，不管是选择哪种方法，最重要的是结合新时代技术要求整合运用物探技术进行综合研究和探测。通常来讲，可以在物探的基础上配合利用钻探或巷探，由此保障探放水工作获取更佳效果[2]。针对当前矿井老空区探测方法应用情况分析，最常见的是地面物探，本文主要研究三维地震勘探技术所包含的方法及应用效果。

2 技术方法

三维地震属于新时代建设发展提出的全新技术方法，在上世纪90年代初期应用到我国煤矿生产安全中。相比传统意义上引用的二维地震，这类全新技术理念拥有更为庞大的信息量，在实践应用中可以提升实际分辨率，更能准确直观且有效地揭示部分地质现象。随着我国煤矿开采区域三维地震技术理念的快速发展，现如今相关技术方法已经在煤矿开采领域得到了广泛运用，当前主要用于勘测矿井老空区域的积水问题，这样不仅能减少井下的工程量，还可以提升实践勘探效果。

2.1 矿井高分辨的直流电法

这种方法在我国开发应用时间较长，但因为在早期研究中没有合理解决防爆问题，所以主要运用在低瓦斯矿井中。在上世纪80年代末期，我国科研学者研究制造出了ZC-I型数字电法仪，不仅有效处理了防爆现象，还进一步加快了行业经济发展步伐。现阶段，这个仪器主要运用在煤矿井下坊勘测前方情况，以此有效掌控老空积水区域的范围和所在位置。矿井直流电法斗勘测距离为80米[3]。

2.2 矿井音频电穿透技术

这类技术属于利用低频电穿透矿井进行物探的全新技术理念，主要运用在水文地质探测工作中。目前科研学者研制出了DTS-I型防爆音频电穿透仪器，主要融合了矿井直流电法和频率测探仪器的应用特征，可以对采煤期间的面顶底板、巷道含水情况等实施超前探测，能对老空积水等区域实施全面勘察，最高的穿透深度为320米。

2.3 矿井瑞雷波探测技术

这类方法是运用顺泰瑞雷波技术实施的单分量、双份量、三分量探测的物探技术。根据当前科研学者研制出的MRB-III型瑞擂钵探测仪器分析可知，其可以在开采面和掘进头前方实施全方位的勘测分析，探测距离通常要控制在50米左右。

2.4 矿井地质雷达

整合欧美等发达国家当前针对煤矿老空积水问题提出的研究课题及相关成果分析可知，瑞典和美国在早期主要利用地质雷达对矿井的水质条件进行测量分析。而我国针对矿井地质雷达所研制出的产品设备现已达到了国际水平，有关数据采集、信息处理和贮藏等操作都可以交给计算机系统进行，并在实践操作期间自动生成图像信息。通常来讲，地质雷达可以在工作面实施超前探测，实际距离可以控制在60米到70米之间。

3 基于物探技术的煤矿老空积水防治方案分析

3.1 掌握老空积水的各项特征

首先，老空区的积水数量多数以静储存量形式存在，就如同地下水库。在煤柱强度低于积水静水压力的情况下会出现脱水现象，而后在短时间内有大量积水涌入到煤矿当中，如果积水进入开采区域，那么必然会造成无法控制的损失；其次，在老空水和其他水源失去联系的情况下，如果突然发生突水现象导致实际涌入的水量不断增加，那么最终涌入时间不会过长，但若是和其他水力存在联系，那么会构成数量庞大且时间较长的用水现象，这对煤矿安全生产而言具有极大影响；最后，老空区水质通常呈现为酸性，对金属等物质具有强烈的腐蚀性。在开采井下煤层的过程中，开采上方的岩层会因为下部分区域采空失去平衡，导致在生产期间出现坍塌裂缝、顶板脱落下沉等现象，而这些问题都会进一步影响地表水和含水层的水，并将它们导入到井下[4]。

3.2 探放水的基本原则

一方面，安全原则。利用物探技术探测矿井落空积水现象，要根据国家政府和地方部门提出的安全规程和相关工作条例进行深入探讨，严格遵守安全第一、有疑必探、先探后掘的探放水原则。另一方面，经济原则。老空区域的探放水要合理运用已经存在的巷道，避免在探测施工前增加巷道探测的工程数量，将钻探看作实践操作的主体，像巷探看作辅助方法。同时，在排水期间要将巷道看作主体，相应设备和管路铺放为辅助，以此有效控制探放水的施工数量。

3.3 探放水的操作对策

在防水措施孔中，结合如下图1所示的工作面进行设计，其作为某地矿井开采区的首采面，因为极容易出现积水现象，且临近层没有可以运用的巷道，所以选择在南大巷S8点的右侧岩石中进行4米×3米×3米的钻场，并在内部安排三组九个钻孔，其中钻孔布置剖面如下图2所示：

图1 钻孔探放水的工作面设计图

图2 钻孔布置剖面

同时，为了达到更好的设计效果，在明确所有钻孔的预定位置后，要持续进尺0到2米之间。钻孔放水经过巷水沟自主流到井底水仓中，不仅能保障现场施工人员的生命安全，还可以减少排水设施和操作环节的设计，具体钻孔的参数如下表1所示：

表1 钻孔参数

在设计效果检验孔时，结合上图1所示的工作平面设计图分析可知，在完成南大巷放水操作之后，相应工作面是具有安全性的，结合巷道设计情况研究有序进行巷道施工，并在采空区积水警戒线处停止开采，相应施工效果的检验孔设计了一组三孔，在平面上呈现扇形布局，在剖面上呈现梯状布局。整合研究积水情况，并合理运用探水和掘进操作，首先进行矿井落空区域的勘探，而后在掌握实际情况后继续挖掘，在挖掘之后要继续勘探，由此循环既保障现场施工生产的安全性，又可以充分发挥效果检验孔的积极作用。需要注意的是，探水钻孔的终孔位置和超前巷道一直保持20米的安全距离。除此之外，由于施工期间极容易出现因为偏斜操作出现塌孔、卡钻等问题，实际施工难度非常大，因此需要工作人员在整合以往工作经验的基础上，针对这一问题提出有效的防控治理对策。比如说，在开孔期间要利用扶杆器保障钻杆的标准性，而后缓慢转速推进，先下好孔口套管，孔口套管必须要和钻机立轴的中心线具有一致性，在正式施工之前要在钻杆的前端增加2米长的导向管，这样在处理软硬岩层时可以有效控制孔底的压力，而后再进入下层岩石时正常加压钻进[5]。

4 结语

综上所述，矿井物探技术作为我国煤矿产业革新发展关注的焦点，同样也是解决老空积水问题的有效对策。因此，相关工作人员在加强现场保护力度的同时要学习借鉴国内外科研技术方案和研究成果，对现有防治技术和方案进行不断创新，优先应用符合自身防治需求的仪器设备，加强专业技术管理人才的培养力度，以此在拓展煤矿市场环境的同时，为煤矿行业发展提供有效的技术服务。