張丹楓

（長治職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長治 046600）

0 引言

整合研究近年來我國礦井地質(zhì)開采情況可知，造成水害的主要原因分為兩點(diǎn)，一方面是指斷層裂縫導(dǎo)水，另一方面是指老空水或老窖水。從上世紀(jì)末期到21世紀(jì)初期這一階段，由于煤礦產(chǎn)業(yè)的管理形式過于混亂，私自建設(shè)煤礦產(chǎn)業(yè)過多，且沒有嚴(yán)格按照規(guī)定要求進(jìn)行開采管控，致使礦產(chǎn)之間的保安煤柱受到破壞，情節(jié)嚴(yán)重的還存在彼此采通現(xiàn)象。在礦井被廢棄之后，原本的采空區(qū)出現(xiàn)大量積水，這對鄰近礦井的開采而言必然會造成更大的安全隱患。假設(shè)探放水等解決對策，沒有得到全面落實(shí)，那么很容易在后續(xù)開采管理期間出現(xiàn)煙景或脫水現(xiàn)象。因此，本文利用物探技術(shù)對礦井老空積水的防治問題進(jìn)行深入探討。

1 現(xiàn)狀

現(xiàn)如今，隨著礦井產(chǎn)業(yè)大力整頓，部分煤礦得到了有效控制，但原本開采區(qū)域在大氣降水補(bǔ)給的影響下，很容易產(chǎn)生礦井落空積水現(xiàn)象，這對相鄰礦井的開采工作而言很容易造成不良影響。同時，在歷史因素的影響下，大部分小煤礦并沒有實(shí)際測量所繪制的挖掘工程平面圖，實(shí)際開采范圍和巷道的也存在不明確性[1]。面對這一現(xiàn)象，各地政府及礦產(chǎn)工作人員要加強(qiáng)老空區(qū)的勘探力度，這也是當(dāng)前解決生態(tài)危機(jī)和加快社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐的重要任務(wù)。煤礦產(chǎn)業(yè)在不斷創(chuàng)新發(fā)展中，針對老空區(qū)積水問題也提出了有效的方法，主要分為兩種，一方面是指鉆探，另一方面是指巷探。但根據(jù)礦井開采提出的有疑必探、先探后掘的工作原理分析可知，選用這兩種方式處理水文地質(zhì)勘探工作，可以在保障礦產(chǎn)安全生產(chǎn)中發(fā)揮積極作用。需要注意的是，只選用這兩種方式很難獲取更為優(yōu)質(zhì)的結(jié)果。原因在于，不管是鉆探還是巷探需要處理的工程數(shù)量非常龐大，實(shí)踐操作進(jìn)度較為緩慢，相應(yīng)探放工程的設(shè)計具有盲目性，很容易在施工建設(shè)期間造成不必要的成本支出，且相應(yīng)的控制范圍過小，實(shí)踐探測區(qū)域存在盲點(diǎn)。根據(jù)我國提出的煤礦安全規(guī)程要求分析可知，不管是選擇哪種方法，最重要的是結(jié)合新時代技術(shù)要求整合運(yùn)用物探技術(shù)進(jìn)行綜合研究和探測。通常來講，可以在物探的基礎(chǔ)上配合利用鉆探或巷探，由此保障探放水工作獲取更佳效果[2]。針對當(dāng)前礦井老空區(qū)探測方法應(yīng)用情況分析，最常見的是地面物探，本文主要研究三維地震勘探技術(shù)所包含的方法及應(yīng)用效果。

2 技術(shù)方法

三維地震屬于新時代建設(shè)發(fā)展提出的全新技術(shù)方法，在上世紀(jì)90年代初期應(yīng)用到我國煤礦生產(chǎn)安全中。相比傳統(tǒng)意義上引用的二維地震，這類全新技術(shù)理念擁有更為龐大的信息量，在實(shí)踐應(yīng)用中可以提升實(shí)際分辨率，更能準(zhǔn)確直觀且有效地揭示部分地質(zhì)現(xiàn)象。隨著我國煤礦開采區(qū)域三維地震技術(shù)理念的快速發(fā)展，現(xiàn)如今相關(guān)技術(shù)方法已經(jīng)在煤礦開采領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用，當(dāng)前主要用于勘測礦井老空區(qū)域的積水問題，這樣不僅能減少井下的工程量，還可以提升實(shí)踐勘探效果。

2.1 礦井高分辨的直流電法

這種方法在我國開發(fā)應(yīng)用時間較長，但因?yàn)樵谠缙谘芯恐袥]有合理解決防爆問題，所以主要運(yùn)用在低瓦斯礦井中。在上世紀(jì)80年代末期，我國科研學(xué)者研究制造出了ZC-I型數(shù)字電法儀，不僅有效處理了防爆現(xiàn)象，還進(jìn)一步加快了行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐。現(xiàn)階段，這個儀器主要運(yùn)用在煤礦井下坊勘測前方情況，以此有效掌控老空積水區(qū)域的范圍和所在位置。礦井直流電法斗勘測距離為80米[3]。

2.2 礦井音頻電穿透技術(shù)

這類技術(shù)屬于利用低頻電穿透礦井進(jìn)行物探的全新技術(shù)理念，主要運(yùn)用在水文地質(zhì)探測工作中。目前科研學(xué)者研制出了DTS-I型防爆音頻電穿透儀器，主要融合了礦井直流電法和頻率測探儀器的應(yīng)用特征，可以對采煤期間的面頂?shù)装?、巷道含水情況等實(shí)施超前探測，能對老空積水等區(qū)域?qū)嵤┤婵辈?，最高的穿透深度?20米。

2.3 礦井瑞雷波探測技術(shù)

這類方法是運(yùn)用順泰瑞雷波技術(shù)實(shí)施的單分量、雙份量、三分量探測的物探技術(shù)。根據(jù)當(dāng)前科研學(xué)者研制出的MRB-III型瑞擂缽探測儀器分析可知，其可以在開采面和掘進(jìn)頭前方實(shí)施全方位的勘測分析，探測距離通常要控制在50米左右。

2.4 礦井地質(zhì)雷達(dá)

整合歐美等發(fā)達(dá)國家當(dāng)前針對煤礦老空積水問題提出的研究課題及相關(guān)成果分析可知，瑞典和美國在早期主要利用地質(zhì)雷達(dá)對礦井的水質(zhì)條件進(jìn)行測量分析。而我國針對礦井地質(zhì)雷達(dá)所研制出的產(chǎn)品設(shè)備現(xiàn)已達(dá)到了國際水平，有關(guān)數(shù)據(jù)采集、信息處理和貯藏等操作都可以交給計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行，并在實(shí)踐操作期間自動生成圖像信息。通常來講，地質(zhì)雷達(dá)可以在工作面實(shí)施超前探測，實(shí)際距離可以控制在60米到70米之間。

3 基于物探技術(shù)的煤礦老空積水防治方案分析

3.1 掌握老空積水的各項(xiàng)特征

首先，老空區(qū)的積水?dāng)?shù)量多數(shù)以靜儲存量形式存在，就如同地下水庫。在煤柱強(qiáng)度低于積水靜水壓力的情況下會出現(xiàn)脫水現(xiàn)象，而后在短時間內(nèi)有大量積水涌入到煤礦當(dāng)中，如果積水進(jìn)入開采區(qū)域，那么必然會造成無法控制的損失；其次，在老空水和其他水源失去聯(lián)系的情況下，如果突然發(fā)生突水現(xiàn)象導(dǎo)致實(shí)際涌入的水量不斷增加，那么最終涌入時間不會過長，但若是和其他水力存在聯(lián)系，那么會構(gòu)成數(shù)量龐大且時間較長的用水現(xiàn)象，這對煤礦安全生產(chǎn)而言具有極大影響；最后，老空區(qū)水質(zhì)通常呈現(xiàn)為酸性，對金屬等物質(zhì)具有強(qiáng)烈的腐蝕性。在開采井下煤層的過程中，開采上方的巖層會因?yàn)橄虏糠謪^(qū)域采空失去平衡，導(dǎo)致在生產(chǎn)期間出現(xiàn)坍塌裂縫、頂板脫落下沉等現(xiàn)象，而這些問題都會進(jìn)一步影響地表水和含水層的水，并將它們導(dǎo)入到井下[4]。

3.2 探放水的基本原則

一方面，安全原則。利用物探技術(shù)探測礦井落空積水現(xiàn)象，要根據(jù)國家政府和地方部門提出的安全規(guī)程和相關(guān)工作條例進(jìn)行深入探討，嚴(yán)格遵守安全第一、有疑必探、先探后掘的探放水原則。另一方面，經(jīng)濟(jì)原則。老空區(qū)域的探放水要合理運(yùn)用已經(jīng)存在的巷道，避免在探測施工前增加巷道探測的工程數(shù)量，將鉆探看作實(shí)踐操作的主體，像巷探看作輔助方法。同時，在排水期間要將巷道看作主體，相應(yīng)設(shè)備和管路鋪放為輔助，以此有效控制探放水的施工數(shù)量。

3.3 探放水的操作對策

在防水措施孔中，結(jié)合如下圖1所示的工作面進(jìn)行設(shè)計，其作為某地礦井開采區(qū)的首采面，因?yàn)闃O容易出現(xiàn)積水現(xiàn)象，且臨近層沒有可以運(yùn)用的巷道，所以選擇在南大巷S8點(diǎn)的右側(cè)巖石中進(jìn)行4米×3米×3米的鉆場，并在內(nèi)部安排三組九個鉆孔，其中鉆孔布置剖面如下圖2所示：

圖1 鉆孔探放水的工作面設(shè)計圖

圖2 鉆孔布置剖面

同時，為了達(dá)到更好的設(shè)計效果，在明確所有鉆孔的預(yù)定位置后，要持續(xù)進(jìn)尺0到2米之間。鉆孔放水經(jīng)過巷水溝自主流到井底水倉中，不僅能保障現(xiàn)場施工人員的生命安全，還可以減少排水設(shè)施和操作環(huán)節(jié)的設(shè)計，具體鉆孔的參數(shù)如下表1所示：

表1 鉆孔參數(shù)

在設(shè)計效果檢驗(yàn)孔時，結(jié)合上圖1所示的工作平面設(shè)計圖分析可知，在完成南大巷放水操作之后，相應(yīng)工作面是具有安全性的，結(jié)合巷道設(shè)計情況研究有序進(jìn)行巷道施工，并在采空區(qū)積水警戒線處停止開采，相應(yīng)施工效果的檢驗(yàn)孔設(shè)計了一組三孔，在平面上呈現(xiàn)扇形布局，在剖面上呈現(xiàn)梯狀布局。整合研究積水情況，并合理運(yùn)用探水和掘進(jìn)操作，首先進(jìn)行礦井落空區(qū)域的勘探，而后在掌握實(shí)際情況后繼續(xù)挖掘，在挖掘之后要繼續(xù)勘探，由此循環(huán)既保障現(xiàn)場施工生產(chǎn)的安全性，又可以充分發(fā)揮效果檢驗(yàn)孔的積極作用。需要注意的是，探水鉆孔的終孔位置和超前巷道一直保持20米的安全距離。除此之外，由于施工期間極容易出現(xiàn)因?yàn)槠辈僮鞒霈F(xiàn)塌孔、卡鉆等問題，實(shí)際施工難度非常大，因此需要工作人員在整合以往工作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對這一問題提出有效的防控治理對策。比如說，在開孔期間要利用扶桿器保障鉆桿的標(biāo)準(zhǔn)性，而后緩慢轉(zhuǎn)速推進(jìn)，先下好孔口套管，孔口套管必須要和鉆機(jī)立軸的中心線具有一致性，在正式施工之前要在鉆桿的前端增加2米長的導(dǎo)向管，這樣在處理軟硬巖層時可以有效控制孔底的壓力，而后再進(jìn)入下層巖石時正常加壓鉆進(jìn)[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，礦井物探技術(shù)作為我國煤礦產(chǎn)業(yè)革新發(fā)展關(guān)注的焦點(diǎn)，同樣也是解決老空積水問題的有效對策。因此，相關(guān)工作人員在加強(qiáng)現(xiàn)場保護(hù)力度的同時要學(xué)習(xí)借鑒國內(nèi)外科研技術(shù)方案和研究成果，對現(xiàn)有防治技術(shù)和方案進(jìn)行不斷創(chuàng)新，優(yōu)先應(yīng)用符合自身防治需求的儀器設(shè)備，加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)管理人才的培養(yǎng)力度，以此在拓展煤礦市場環(huán)境的同時，為煤礦行業(yè)發(fā)展提供有效的技術(shù)服務(wù)。