祁建偉

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉圣礦業(yè)投資有限公司，山西 晉城 048000）

引言

目前我國(guó)所面臨的煤炭開(kāi)采內(nèi)最關(guān)鍵的問(wèn)題就是水防治與斷層的開(kāi)采。本文主要是關(guān)于某個(gè)斷層的水文地質(zhì)的有關(guān)特征，并把對(duì)應(yīng)特征的承壓水的開(kāi)采計(jì)劃提出來(lái)。

1 頂板砂巖水控制技術(shù)的概述

在對(duì)晉能控股煤業(yè)集團(tuán)某礦3#煤進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，會(huì)被斷層所影響，而且自然冒落中就包含著每層的頂板，會(huì)自然疏放頂板水。因?yàn)轫敯逅谄涫潜容^差的富水性，所以通常不會(huì)影響回采?？梢?yàn)樵谠摰V井不斷加深的煤層，所以，在礦井作業(yè)時(shí)就會(huì)使存儲(chǔ)頂板靜水的量也不斷增多，在進(jìn)行挖掘時(shí)，若有富水塊段被暴露出來(lái)，就會(huì)導(dǎo)致水害的發(fā)生，對(duì)礦井的安全產(chǎn)生威脅。所以，一定要對(duì)頂板水的管理和控制進(jìn)行強(qiáng)化。

1.1 探測(cè)頂板水富水性

因?yàn)閹r石不同所以地質(zhì)體的構(gòu)成也不同，其內(nèi)的含水性會(huì)影響相應(yīng)的電阻率，較低的電阻率是含水地層所擁有的物理特征，而且由于含水水平的不同對(duì)應(yīng)著地層電阻率所改變的程度也不相同，因此，對(duì)電性在地面以下的地質(zhì)內(nèi)的分散法則進(jìn)行測(cè)量的技術(shù)是電磁探測(cè)技術(shù)，繼而使礦區(qū)的含水要求和其地質(zhì)體的分散情況得到滿足。其技術(shù)可以取得地層詳細(xì)的電性參數(shù)，并且比其他的彈性探測(cè)技術(shù)要強(qiáng)很多[1]。

當(dāng)產(chǎn)生采煤工作面以后，會(huì)到下巷內(nèi)實(shí)施直流電法，可是音頻電穿透不但要在下巷與上巷內(nèi)同時(shí)實(shí)施。音頻電穿透法與直流電法在地質(zhì)異常體的區(qū)別是前者是能夠準(zhǔn)確分析與辨別其位置，后者是能夠準(zhǔn)確分析與辨別其垂向上，所以，如果想要獲得不錯(cuò)的效果就要把二者相結(jié)合。

1.2 采動(dòng)“三帶”探測(cè)

在進(jìn)行鉆探時(shí)，可以使用消耗成本的總量來(lái)全面分析與判斷導(dǎo)水裂縫帶與垮落帶巖層屬性的手段，此鉆探成本主要由下面幾項(xiàng)構(gòu)成，包含鉆頭更換成本、鉆孔水位、消耗沖洗液的量。并和地質(zhì)條件、風(fēng)量與水位向結(jié)合，就能夠有利于對(duì)巖層被破損的性質(zhì)進(jìn)行分析。通常在關(guān)閉第4 系下的套管之后就可以對(duì)鉆孔進(jìn)行觀測(cè)了，并且以下幾項(xiàng)就是鉆孔所具有的特征：沖洗液在鉆孔中的其中的一個(gè)鉆孔的最深處以下變大了其消耗量，鉆孔中的水位以肉眼所見(jiàn)的速度下降，而且此種改變走向即使是把鉆孔加深可其消耗量沒(méi)有發(fā)生變化，一直到把沖洗液都沖洗干凈；沖洗液在鉆孔中的其中一個(gè)鉆孔的深度忽然不見(jiàn)了；沖洗鉆孔的液體在頂界巖層的導(dǎo)水裂縫帶中忽然不見(jiàn)。因?yàn)閿鄬拥臏\層區(qū)靠近地表，所以一般使用觀察方便的鉆孔類型是第1 種和第2 種。因?yàn)殂@孔沖洗的措施可以極易對(duì)導(dǎo)水量發(fā)生改變的狀況進(jìn)行觀察，而且采取的注水法成本非常低，此方法的準(zhǔn)確性比較高，因此，此方法是對(duì)導(dǎo)水裂隙帶與冒落帶進(jìn)行探測(cè)的最根本的方法。

1.3 對(duì)頂板水進(jìn)行預(yù)疏放

因?yàn)榫奂捻敯迳皫r水會(huì)給開(kāi)采帶來(lái)危險(xiǎn)，所在未開(kāi)采時(shí)，就要預(yù)疏放其頂板砂巖水，以此來(lái)把工作面回采所受的影響降低。

1）把預(yù)疏放孔鉆孔至頂板中。在頂板進(jìn)行鉆孔，用來(lái)把預(yù)疏放頂板水，酮室的挖掘，其位置是3#煤下巷（運(yùn)巷）與頂板相同的方向施工的，相鄰?fù)业拈g距是200 m，主要用作放水，并且1 個(gè)酮室會(huì)有2 個(gè)用于放水的鉆孔，放水鉆孔具體深度的確定依據(jù)的是頂板中富水砂巖所處的位置。疏放鉆孔的布置圖，如圖1 所示。

圖1 工作面頂板水疏放鉆孔布置

2）疏水巷的實(shí)施，用于預(yù)疏放。在疏放頂板含水層時(shí)，若鉆孔的成效不佳，那么就需要把疏水巷道進(jìn)行修建，而且要修建在合適的位置，經(jīng)過(guò)疏水巷可以把頂板的砂巖疏放，就促進(jìn)了降落漏斗的產(chǎn)生，其漏斗是把疏水巷道作為了中點(diǎn)，使工作面出現(xiàn)的涌水量下降。本巷道垂直于與頂板含水層形成的徑流相同的方向，最大程度的把頂板巖層裂隙切穿，使放水的成效最好。

按照該礦井頂板砂巖水存在富水的實(shí)際狀況，若想預(yù)疏放頂板砂巖水就需要選取的方法是頂板疏放鉆孔。

2 分析煤層底板高壓灰?guī)r水的帶壓開(kāi)采技術(shù)

2.1 分析帶水壓開(kāi)采技術(shù)

帶水壓開(kāi)采技術(shù)流程，如圖2 所示。

圖2 帶壓開(kāi)采技術(shù)流程

由于要保證帶水壓開(kāi)采技術(shù)能夠?qū)嵤韵聨醉?xiàng)工作是一定要做好的：要確定水害的最主要地區(qū)，若想要把所有巖層所具有的富水性查清楚，就需要使用以下手段，如鉆探、化探、物探等。把工作面中的排水系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，檢修其設(shè)備的工作做好，把預(yù)測(cè)底板的灰?guī)r水可能發(fā)生的突水事故的工作做好，完成適時(shí)與可視地預(yù)報(bào)和預(yù)測(cè)突水事故。對(duì)應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行制定，維持通訊聯(lián)系與避災(zāi)線路的通暢，保證井下的所有工作人員都能接收被傳遞過(guò)來(lái)的關(guān)于工作面發(fā)生的事故的狀況，如突水事故，而且把井下的所有工作人員從突水區(qū)域撤離出來(lái)。對(duì)管理礦井防治水日常工作臺(tái)賬的力度加大，關(guān)于防治水，要設(shè)立專門的部門、并把專業(yè)的探水人員及鉆機(jī)配置齊全。疏干降壓的概述。其實(shí)施主要是在充水含水層（不厚的灰?guī)r含水層）。其內(nèi)容主要有封口安裝方法、計(jì)算疏干降壓、疏干降壓工程安設(shè)等。

2.2 介紹掘進(jìn)巷道水文地質(zhì)工作

2.2.1 介紹超前物探

當(dāng)進(jìn)行高水壓采掘時(shí)，就要超前探查水文地質(zhì)情況，其位置的后面就是工作面，這一工作情況就是超前物探，一般使用的物探措施有兩種，分別是瞬變電磁技術(shù)與直流電法。當(dāng)對(duì)斷層進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，斷層被揭露的地方也許會(huì)不符合有關(guān)的數(shù)據(jù)資料，在此時(shí)要實(shí)行的工作就是超前探查，而且使用的一定是掘進(jìn)頭。超前物探在使用掘進(jìn)頭時(shí)為了對(duì)其前面的水文地質(zhì)的狀況不正常地方進(jìn)行探查，阻止了以下因素而導(dǎo)致發(fā)生的突水事故，如含水結(jié)構(gòu)的隱伏被揭露或被遇到。

2.2.2 介紹超前鉆探

當(dāng)進(jìn)行帶水壓掘進(jìn)時(shí)，就應(yīng)超前鉆探水文地質(zhì)不正常區(qū)域，比方說(shuō)老空水、向斜軸部富水區(qū)、斷裂富水帶，有利于防治水方法的實(shí)施。在進(jìn)行探放時(shí)，要分析從地下涌出來(lái)的水的水質(zhì)、測(cè)試環(huán)境的同位素，來(lái)明確來(lái)水的實(shí)際水源。若涌水量不小于200 m3，并和其水文地質(zhì)進(jìn)行的觀測(cè)相結(jié)合，更深層次的掌握水文地質(zhì)的全部參數(shù)，使共同實(shí)行觀測(cè)水文地質(zhì)、分析同位素和水質(zhì)、物探得以實(shí)現(xiàn)[2]。

2.3 探明陷落柱性質(zhì)和注漿封堵導(dǎo)水陷落柱

按照奧灰被該礦井鉆探的所有資料揭示出的狀況發(fā)現(xiàn)，段巖溶裂隙發(fā)育在峰峰組，其從上段到下段是從弱慢慢變強(qiáng)的。陷落柱的數(shù)量已經(jīng)被該礦井中所有的工程所探明與揭示出共有112 個(gè)，盡管陷落柱突水事故在該煤田之前的開(kāi)采里發(fā)生的次數(shù)不多，可是并不是不會(huì)有此事故發(fā)生。

針對(duì)地表下所存在的巖溶陷落柱，若探勘煤炭資源的水文地質(zhì)所選取的措施是之前的鉆探措施，就會(huì)有不小的難度，所以在未開(kāi)采時(shí)，要想取得巖溶陷落柱的結(jié)構(gòu)就可以選取勘探措施而且必須是新的。探查導(dǎo)水陷落柱的最重要的措施就是綜合物探，其綜合物探鉆探措施是經(jīng)過(guò)多層次之后形成的，而且要和水文地質(zhì)所做的實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，最后取得許多數(shù)據(jù)，并作為對(duì)水文地質(zhì)進(jìn)行全面分析的依據(jù)，進(jìn)而使導(dǎo)都有什么構(gòu)成了水陷落柱的問(wèn)題得到明確。導(dǎo)水陷落柱綜合探查技術(shù)圖，如圖3 所示。

圖3 導(dǎo)水陷落柱綜合探查技術(shù)

3 管理與確保水文地質(zhì)

3.1 對(duì)水害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的研究

以之前的籌備工作為基礎(chǔ)，并和該礦井的性質(zhì)相結(jié)合，為了監(jiān)測(cè)煤礦的突水事故而使監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)得以創(chuàng)建。以CAN 總線被煤礦所控制為基礎(chǔ)，使其通信網(wǎng)絡(luò)的框架構(gòu)建起來(lái)，分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由地面監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的。對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的是井下的傳感器，在采集完成之后水文數(shù)據(jù)會(huì)被數(shù)據(jù)采集站解析，然后地面監(jiān)測(cè)中心接收被解析之后的信息，實(shí)現(xiàn)信息在地面監(jiān)測(cè)中心與數(shù)據(jù)采集站之間的互換。而且地面的數(shù)據(jù)中心的主要作用是分析被采集的數(shù)據(jù)，還有歷史數(shù)據(jù)的形成，并且其歷史數(shù)據(jù)是可以查詢和存儲(chǔ)的，而且還有網(wǎng)絡(luò)發(fā)布與大屏幕顯示的功能也供給給中心站。對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，可以用于構(gòu)成水文水情與突水災(zāi)害的最根本信息，對(duì)信息的維護(hù)與管理的是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，而且經(jīng)過(guò)多參數(shù)的計(jì)算、模擬、與分析，就促進(jìn)了數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器主要內(nèi)容的產(chǎn)生，局域網(wǎng)會(huì)對(duì)其進(jìn)行發(fā)布。

3.2 對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)信息管理系統(tǒng)的研究

水文地質(zhì)管理系統(tǒng)的創(chuàng)建由地測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)成，而且其地測(cè)數(shù)據(jù)是非常具體的，經(jīng)過(guò)對(duì)管理進(jìn)行分類，就能夠統(tǒng)計(jì)、分析與查詢數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)是數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，并且是智能化的，要把水文地質(zhì)的突水災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)可以選取最新的更深學(xué)習(xí)算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。其子系統(tǒng)會(huì)給每一級(jí)的用戶提供一套工具，用于圖形化；維護(hù)數(shù)據(jù)是系統(tǒng)所擁有的功能，能夠約束子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)；文檔管理系統(tǒng)是被系統(tǒng)所供給的，文檔管理系統(tǒng)的擴(kuò)充與添加必須按照本單位的實(shí)際狀況來(lái)實(shí)施。

3.3 礦井創(chuàng)建水源迅速判別系統(tǒng)和水化學(xué)實(shí)驗(yàn)室

經(jīng)過(guò)研究與分析每個(gè)含水層的水樣，有利于判別模型的創(chuàng)建，其創(chuàng)建的依據(jù)是對(duì)各個(gè)含水層的水質(zhì)進(jìn)行分析的成果。比方說(shuō)在生產(chǎn)時(shí)有突水發(fā)生，就可以對(duì)其水樣進(jìn)行采取，以分析水質(zhì)的成果為基礎(chǔ)，來(lái)并明確突水的水源，給選取相應(yīng)方法供給指導(dǎo)與依據(jù)；在持續(xù)改進(jìn)與積累水質(zhì)資料后，就會(huì)慢慢完善水質(zhì)判別模式，使生產(chǎn)得到滿足。

當(dāng)建設(shè)該井田時(shí)，會(huì)有很多資料從之前與將來(lái)的生產(chǎn)里得到積累，所以，水源判別模型與水化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建，對(duì)水化學(xué)信息系統(tǒng)的完善與研發(fā)有非常重要的意義。

3.4 水情水害、水位遙測(cè)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)

在本礦井田中，觀測(cè)水文地質(zhì)的孔就有6 個(gè)，并廣泛分布著，若水文觀測(cè)法選取之前的，就會(huì)使其工作人員的工作量提高，所以就要把自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)創(chuàng)建起來(lái)。創(chuàng)建的系統(tǒng)與井下的水害預(yù)警系統(tǒng)相同，都可以歸到以太網(wǎng)中，自動(dòng)觀測(cè)控制中心。水文、計(jì)算機(jī)、通信與遙感等技術(shù)可以用于水情水害、水位遙測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳遞、采集地下水位，實(shí)時(shí)監(jiān)控地下水位。遙測(cè)中心與遙測(cè)終端站構(gòu)成了該系統(tǒng)，在觀測(cè)井點(diǎn)上設(shè)置著終端站，并且是井上下的各個(gè)觀測(cè)井點(diǎn)。創(chuàng)建的該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)了解礦區(qū)區(qū)域內(nèi)以下情況的動(dòng)態(tài)改變狀況，包括含水層不同地下水位和礦井的不同涌水量，可以對(duì)礦井不同涌水量與水位有影響的因素進(jìn)行分析，并預(yù)測(cè)兩者的改變走向，可以對(duì)兩者的信息更及時(shí)、精準(zhǔn)與直觀的提供出來(lái)，作為其做出準(zhǔn)確決定的根據(jù)。

4 系統(tǒng)使用的成效

為了做好斷層采區(qū)的水害防治工作，研究了其承壓水開(kāi)采防治所用的方法，包括有鉆孔實(shí)測(cè)、數(shù)值模擬和“下三帶”斷層開(kāi)采理論等，并在現(xiàn)場(chǎng)使用了其研究成果，提供了所有的最基本數(shù)據(jù)給開(kāi)采，有利于將來(lái)礦井的開(kāi)采。