综合物探方法在煤矿井下水害防治的应用
时间：2023-04-25 08:50:08 来源：千叶帆 本文已影响人
刘 凯
（山西汾西宜兴煤业有限责任公司，山西 孝义 032300）
煤矿井下水害是现代煤矿开采作业中常见的一种灾害，其对煤矿开采的危害仅次于瓦斯。在煤矿开采期间，一旦发生大量水涌出现象，不仅会导致煤矿开采发生中断，而且会降低开采煤炭质量。可见，加强对煤矿井下水害问题的分析，制定相应措施防治是必要的。
1.1 煤矿井下水害的类型
1.1.1 地表水水害
该水害的水主要来自地表水体和大气降水，由于封存不严等问题，水源会从煤矿与地表相通井口、煤矿矿井作业面断层部位涌入到煤矿井下作业面，进而出现地表水水害。
1.1.2 裂隙水水害
该水害的水源主要来自岩层砂岩及砾岩含水层内潜在水分，受地表水侵蚀和补偿作用影响，会发生汇集，最终会通过煤矿开采作业的断裂带与冒落带渗入到煤矿境内，引起煤矿井下水害[1-2]。
1.1.3 孔隙水水害
该类型水害是因为矿井内开采区的内地层岩含水层特点与大气环境季节性改变而发生降雨，从而致使煤矿井下工作面岩层含水层发生渗透，引起水害，可见，孔隙水水害具有较为显著季节性特点。
1.2 引起煤矿井下水害原因
1）开展煤矿井下挖掘作业时，工作人员没有监测煤矿井下区域水文地质情况，在进行开采作业时，由于开采作业面与含水层岩层、充水断层和老孔水积区域较近，在煤矿开采作业时盲目进行，从而引发煤矿井下水害问题。
2）煤矿井巷道设计存在缺陷，在进行巷道选址时，由于设计不合理，选择了靠近水源汇集地或含水层表面，这会导致煤矿开采期间，顶板遭受到水压和地面压力，进而出现漏水或渗水等安全事故。
3）在煤矿井区域内，针对地面没有制定合理防洪措施，在煤矿开采期间，若发生持续降雨或者强降雨天气，将会导致大量地表水灌入和汇集。
煤矿井下水害是一种常见灾害，某煤矿井下水害情况如下页图1 所示，可见煤矿井下水害巨大。通过对大量煤矿情况进行分析，煤矿井下水害危害如下：
1）工作面顶板会出现淋水问题，老空区和巷道内会存在大量积水，这将会导致巷道和工作面湿度加大，导致煤矿井下作业环境发生严重恶化问题，危害工作人员身体健康。
2）增加排水费用，降低煤矿开采效率，提高成本，降低效益，会对煤矿开采作业造成不良影响。
3）煤矿井下存在大量各种不同类型的生产设备，煤矿井下水害将会导致采用的设备出现较为严重的锈蚀和腐蚀问题，这会对设备的运行造成不良影响，缩短设备寿命。
4）煤矿井下涌入大量水后，将会导致生产环境恶化，情况严重时会出现局部停产问题，危害煤矿开采人员生命，造成严重经济损失。
5）影响煤炭资源回收以及煤炭产品质量。
近几年，煤矿开采深度不断加深，范围不断扩大，人们提高了对煤矿井下水害的重视，加强了对相关防治工作的探讨，需要采取合理措施进行防治，这是煤矿企业在发展期间需要重点探讨的一项内容。
3.1 综合物探法
在进行煤矿井下水害防治时要坚持预防为主理念，要通过综合物探法对煤矿井下突水水源进行合理识别。目前，综合物探法经过一段时间的研究与应用，已经处于较高水平[3]。采用综合瞬变电磁法、水质化验、钻探等各项技术进行合理应用，通过物探手段进行应用，要针对煤矿井下开采作业中前方出现的异常区域情况进行精准识别，全面结合煤矿井水文地质资料，对煤矿井下地质情况进行全面识别，通过结合定量与定性相结合方式，精准、快速识别煤矿井下水害来源以及分布情况和强弱状况，从而为后续煤矿井下安全生产作业开展提供强有力的支持，保障煤矿井下安全、高效生产。
3.2 科学布置采区巷道与采掘作业面
依据综合物探法探测作业获取到的煤矿井下水文地质资料、围岩物理学性质、煤层赋存情况、采煤设备与方法等，严格依据《煤矿安全规程》中相关规定，科学布置煤矿采区巷道和采掘作业面，根据煤矿开采情况，在水害周围预留出足够的水煤（岩）柱，保证采取巷道、采掘作业面与水体之间的相对位置都符合安全距离要求，最大程度避免水害的发生[4-5]。
3.3 构建自动排水系统
根据综合物探法获取到的信息，构建包括煤矿井下泵房监控单元和地面监控中心的自动化排水系统，提升排水系统工作性能，确保该系统能够满足应用需求。自动化技术的完善和优化，能够提高煤矿井下排水系统的优化，提高系统运行可行性，为了能够适应煤矿井下生产需求，建设自动化排水系统是必要的。建设在地面上的自动化控制中好比“大脑”，通过对其进行应用，能够完成对水泵的控制，监控井下泵房单元采集的各项信息内容，一旦出现水害，能够立即发出相应警报信息，启动排水系统[6]。
3.4 优化开采技术
煤矿井下水害经常出现在综采工作面，为了避免水害的发生，要对开采技术进行优化，因此，必须要合理应用综合物探法，完成相应探测工作，开采技术优化提供数据支持。通常来说，通过对综合物探法或获取到的数据进行应用，在综采工作面的下出口和上出口出处的合理位置进行支护，减少水害的发生，同时，也能够为煤矿井下水害发生后，争取更多空间和时间应急逃生。进行煤矿开采期间，要确保作业面不会存在浮煤，避免由于作业面发生涌水问题，而导致工作面口发生堵塞现象。
3.5 合理防治顶板水
防治煤矿井下顶板水是防治煤矿井下水害的一项重要内容。在具体防治作业开展时，工作人员需要提前利用综合物探法对煤矿井下地质情况进行全面探测，掌握煤矿井下地质情况，依据获取到的信息内容，科学规划定顶板防治，针对地下水和地表水区域，采取帷幕遮断方式进行保护；
而针对含隔水层区域，可以通过回填方式进行处理，要对采煤量进行适当控制，保证煤层结构能够保持稳定。
3.6 采取主动方式进行排水
煤矿井下出现的部分水害是无法避免的，为了确保煤矿开采作业顺利进行，要依据综合物探法获取到的信息制定技术方案，针对存在危险性的水部分或全部排出。针对不同类型的地质，采取的排放方法也会存在一定差异。对于老空区水疏放时，可以采取先堵后放、直接排放或采取构筑物或煤柱方式进行隔离；
在进行含水层疏放时，通过在地面上进行打钻方式放水，由疏水巷道疏水后，利用排水泵将积水排出。
进行疏放水时需要注意的内容如下：全面探测水源情况，依据水量情况，制定符合需求的排放措施[7]。放水前，工作人员要先对放水压、放水量以及煤层透水性等各项内容进行测试，再依据设置在地下水设置的排水能力以及仓库容量，制定符合需求的排放方案。若水量较小，探水钻孔直接要控制在5.0～7.5 cm之间，孔深需要控制在7.0 cm 以内，而在水量较大时，要另外打放水钻孔。放水施工期间，要安排专人时刻观察出水成本、出水量，以及是否伴有有害气体或特殊响声等异常现象。一旦出现意外，要立即将问题上报给相应单位，及时指派技术人员化解险情，通知相关人员，快速撤离作业现场。
3.7 注浆堵水
依据综合物探法探测煤矿井下巷道出现的裂隙，然后通过配置的浆液进行应用，填满裂隙，提高岩层强度、密实性、不透水性。如果涌水量大，可以采取排水和注浆封堵方式完成防治。
煤矿井下水害是煤矿开采中常见的一项事故，一旦出现水害，不仅会引发事故，造成停产，而且可能会发生人员伤亡。通过对我国煤矿行业的整体发展情况来看，防治煤矿井下水害作业是一项系统性工作，从设计巷道到煤矿开采作业的整个过程，更多因素都与煤矿井下水害防治作业有着紧密联系，为了做好防治作业，需要加强对综合物探法的应用，通过对该方法进行应用，为煤矿井下水害防治作业开展提供数据支持，降低煤矿井下水害发生机率，减小危害。
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