复杂水文地质条件下矿井水害综合防治技术研究

白喜梅

（山西地宝能源有限公司，山西 太原 030045）

当下人们生活水平不断提升，对煤炭资源的需求也随之增加，因此要加大煤炭资源的生产和开采力度。然而在煤矿开采过程中，受到矿井下复杂水文地质条件的影响，煤矿中经常发生水害事故，严重影响到了煤矿生产质量并威胁到工作人员的生命安全。因此，如何在这样的复杂水文地质条件下，有效地利用水害综合防治技术治理水害，成为当下煤矿生产企业首要考虑的问题。本文便根据这个情况，从矿井防治的角度出发，对老空水的防治及复杂矿井水害的综合防治工作进行研究。

1 矿井水害防治重点

（1）防治水对于技术要求较高，难度较大，因此必须严格按照规定顺序开展防治水工作。

（2）老空水的防治在当下已经成为我国矿井水害防治工作中的重点内容，对其施展物探探测技术时，由于探测结果无法作为回采作业的直接参考依据，因此要对现有物探技术进行改良优化[1]。争取实现探测结果对富水异常区域的准确定量和高效判读，从而为后续防治水方案的有效落实提供一定数据保障。

（3）在对老空水和承压水开展防治工作时，若想让下一个工作步骤稳定进行，首先要制定系统的安全评价机制，对上个步骤的工作成果进行归纳总结，从而为后续工作步骤提供保障。

（4）若想保证矿井水害防治工作的高效开展，必须配备专业的防治水害团队，专门负责矿井水害防治工作。确保在发现问题时能够第一时间赶到矿井现场，迅速确定水害致因，从而有针对性地采取有效防治措施。如图1为防治现场。

图1 水害防治现场

（5）由于当下煤炭开采区域的水文地质条件日渐复杂，有些区域在短时间内无法进行全面勘察，煤炭开采工作越来越困难。且矿井下水害频发，尤其是突水事故，发生频率最高，严重影响到了煤炭开采工作的顺利开展，并威胁到了矿井内工作人员的生命安全。矿井水害防治重点内容主要有：地表水、孔隙水、裂隙水、岩溶水和地表水五种。

2 我国当下矿井水害防治研究现状

对于矿井水害防治来说，我国对相关技术的研究虽然起步较晚，还处于初级探索阶段。但经过我国几十年来技术人才的不断观测研究，提出了大量的底板突水机理理论[2]。借此理论的提出，结合现场勘测和模拟试验结果，研制出一套完整的水害防治系统，系统内主要包括疏水降压、带压开采、注浆改造底板含水层、帷幕截留和留设防水煤岩柱等。然而对于复杂水文地质条件下的矿井水害综合防治技术的研究，还有待进一步突破。

3 复杂水文地质条件下矿井水害综合防治

当下煤矿水害已经成为最主要的影响煤矿正常生产的灾害之一，且受到矿井下复杂地质条件的影响，矿井水害的综合防治工作实施起来十分困难。因此，在进行复杂水文地质条件下矿井水害的综合防治工作时，要对引发水害事故的因素进行全面综合的考量，按照“查、堵、截、疏、排、探、防、躲”八个步骤，采取先进的科学技术手段开展具体的矿井水害防治工作。具体步骤如下所述。

3.1 查

这个步骤主要是通过对科学技术的合理应用，实现对煤矿井下充水情况的有效监测，这个环节十分重要，可以查出诱发矿井水害的真正原因及矿井水的来源，为后续的水害防治提供科学依据。涉及到的具体技术如下：

（1）数理统计制图：通过对矿井所处环境气候的观测和地质环境的勘察，将获取的信息数据进行系统化整理，绘制全面的地下水位分布图、矿井涌水量关系图等。依照这些图像来分析自然降水和地下水和矿井充水之间的联系，从而有针对性地制定水害防治方案，采取相应防治措施，有效改善矿井的涌水问题[3]。

（2）连通试验对比：经过具体分析后，可以进行连通对比试验，试验对象选取经分析后认为导致水害可能性最高的过水通道。在进行连通对比试验时，向水中投放具有标识性的试剂，如食用盐，随即在矿井下不同的出水口处取得水样，进行钠离子和氯离子浓度的检验分析，同时记录好取样时间。试验结果可以判断井下涌水是否和地表水有关，以此为依据然后再开展后续的隔绝防治工作。

（3）综合物理探测：通过对瞬变电磁技术和直流电检测技术的合理运用，对矿井不同地层中的含水量进行检测，根据检测结果来合理划分矿井涌水等级。此外，还要明确矿井涌水面积和具体区域，便于探测后的综合防治工作。如图2为矿井下防治环境。

图2 矿下环境

3.2 堵

这个步骤指的是构建科学的堵水系统，堵水系统中包含了无缆通讯定位技术、快速救援堵孔技术和高效注浆堵水技术。

（1）预测突水危险性：根据前期探查结果获知的富水区域和导水通道的位置，并结合力学原理和岩层厚度的基本规律进行性能测试。

（2）堵水：通过上述测试分析，将短时间内水压无法下降的区域定为堵水段，在确定堵水段后，可以在水害事故发生前就可以开展堵水工作，实现对地面源头和矿井下未开采区域的两头堵水，从源头上消除水害隐患。

3.3 截

对于较浅的煤层，在进行开采时需要事先布设全面的排水设施，在回采作业面旁挖出截水巷，将上部水拦腰截断，有效改善矿井的涌水现象。这样不仅可以减小回采面的承载压力，还能在排水上节约成本，减轻排水压力。将地面导水通道进行封堵后，即使有少量水渗流到矿井深处，也不会对矿井开采工作和工作人员的生命安全造成威胁[4]。

3.4 疏

这个步骤指的是煤矿防治工作中的疏水技术，具体包括两个方面：

（1）为了减少地表水的水量和面积，要对地表水区域加大疏水力度，避免地表水向矿井地下作业面区域继续下渗。

（2）正式开展煤矿开采作业前，就要先在矿井下富水区钻设多个疏水孔，经过长时间的疏排完成疏水工作，从而对承压水头实施降压操作，这样以来才可以确保后续煤矿开采作业的安全性。但是通常情况下不是所有条件类型的矿井都能够使用这样的疏水方式，钻设钻孔只适用于水源补充条件不好的矿井，但是此方式的疏水效果稳定性非常高。

3.5 排

这个步骤即矿井下正式的排水工作，排水前要事先勘察矿井下各个作业区域的涌水情况，然后有针对性地按照矿井排水规范严格布设排水设施。需要特别注意的是那些经多年开采的老矿区，随着时间的累积，其矿下地质结构和水文条件已经发生较大变化，含水层的含水量也会改变，因此当年留下来的数据对于当下排水工作无法起到参考作用，需要重新进行勘察，并利用特殊计算方法准确测出老矿地下涌水量。

3.6 探

这个步骤指的是探放水手段的应用，矿井下进行回采作业时，经常遇到一些并不了解具体情况的废弃巷道，因此对于这种巷道如果想了解其具体积水情况，就要合理应用探放水手段。首先，先搜查和其相关的旧时资料，对此区域进行初步的了解，随后进行正式勘探。在区域内布设探水孔，获得区域内积水量、积水范围、水压等相关信息，最后通过探测得到的信息有针对性地制定排水方案，便于后续的排水工作，保障煤炭开采作业区域的作业安全。

3.7 防

这个步骤即矿井下防治水工作，防治过程应当以“防”为主，以“治”为辅，防治结合构建系统性防治水系统，系统具体操作步骤分为四点:

（1）随着现代化科学技术的发展，矿井下防治水作业也需要将现代电子科学技术和排水系统中的“查”、“探”技术进行有效结合，从而实现对矿井下积水区域和涌水量等信息的精准勘测[5]。如图3为勘测现场。

图3 水文地质勘察

（2）重视安全性的保障工作，根据前期预测勘察结果，综合矿井所处地质环境和水文条件构建完善的防治水体系。

（3）在制定防治水方案时，要结合相关技术的使用范围、矿井环境安全性、经济有效性三个方面进行全面综合的考量，通过对比分析试验结果来科学决策防治水方案。

（4）制定最佳的防治水方案后，要将方案有效落实到实际的防治水作业中，要对实施过程进行实时监控，并针对作业过程中遇到的问题对防治水方案进行合理调整，保障防治水方案的落实能够达到最佳效果。

3.8 躲

由于当下煤炭开采区域的水文地质条件日渐复杂，有些区域在短时间内无法进行全面勘察，因此如果无法保证矿井作业环境安全，则可以有选择性地避开这样的区域，这便是“躲”。但是这个步骤并不代表这样的复杂区域就此被放弃，日后随着对暂避区周边地区的不断开采，在能够充分了解该区域的相关水文地质情况后引进更先进的技术手段后，我们可以对暂避区再次进行开采。需要特别注意的是，回采工作一定要在保证安全的前提下进行[6]。

4 结束语

综上所述，在复杂水文地质条件下，矿井环境极其多变且难以预测，因此在进行水害综合防治时切忌以偏概全，要加强对基础水文地质环境的勘察工作，对引发水害事故的因素进行全面综合的考量。煤炭企业要根据老空水和灰岩水的特点，对其来源、贮存方式等进行深入分析，然后按照“查、堵、截、疏、排、探、防、躲”八个步骤，采取先进的科学技术手段开展具体的矿井水害防治工作。同时矿井还要加大采矿过程中的安全管理力度，保障工作人员的人身安全，避免人为因素导致的矿井事故发生。