井田水文地质灾害分析与研究策略

李小安

（青海省柴达木综合地质矿产勘查院，青海 格尔木 816000）

在社会经济的高速发展之下，煤炭资源在人们的社会生产、生活中有着较多的应用， 而且获得了非常理想的应用效果，所以煤矿企业需要高度重视资源开采工作，以便可有效开发煤炭资源，满足市场对于此类资源的使用需要。但是研究现阶段诸多煤矿井田的具体作业情况，发现基于复杂地质条件下的涌水及突水问题，严重影响煤炭资源的开采工作质量与安全，亟待煤矿企业采取有效手段进行处理，确保井田作业安全性可以显著提升。

1 井田水文地质条件概述

井田地处山西省临县，总面积为15.0 km2，煤层较为稳定，井田设计构造较为简单，由于该地区地表处长时间受到黄河侵蚀，所以多为丘陵地貌，而且该处的植被覆盖率非常低，此外受到东高西低地形的影响，该处井田地表高低处的差值较大，约为200 m；研究该井田范围内的水流情况，可知井田所辖范围内未见进行长时间水流活动的河流，但是在每年夏季发生强降雨天气后，井田内会出现较多的水堆积情况；该地的水文地质分区则表现为大量的黄土覆盖于地表处的情况，其中，石炭系地质分区含水层的富水性欠佳，水量较少，而奥陶系含水层富集的水量非常多，对该处的水压进行测量可知压力非常高，并且勘测该处井田的整体水文地质构造单元，可见有较多的裂隙[1]。

2 井田水文地质灾害与处理方法分析

2.1 水文地质灾害

综合分析该处井田地质条件与灾害发生情况，可知涌水及突水等水害的发生率高，尤其是突水灾害对井田作业造成的不利影响非常大。探究该井田突水灾害发生的具体原因，主要包括：首先，地质因素。在地质构造方面，由于研究的井田地质构造中存在着较多的陷落柱、断层情况，相应地质分区内含水层中的水会通过这一地质构造，进入到井田井下作业区域中，最终使得突水发生风险较大。其次，水文因素。分析井田突水事故发生情况，可知以往该事故多发生在底板处，而造成底板突水的原因主要是含水层的水量较多、水压高、与井下巷道垂直距离等因素，其中在最后一项影响因素中，由于临县该处井田的高含水量含水层处于煤层的中间位置，并且这一地区的岩层基本为稳定性能不理想的砂岩，水容易从垂直方向处向作业区域内大量涌出，同时井田奥陶系含水层的净水压力非常大， 如果井下作业人员直接在该地质分区处进行煤炭资源开采，则会增加含水层发生突水问题的风险[3]。最后，开采因素。井田水害发生风险与顶板导水裂隙带发育情况存在着直接关联，如果开采人员在作业期间出现过度开采的情况，便会破坏顶板隔水层，而后含水层中的水会通过顶板导水裂隙带向作业区域涌出，最终引发井下作业安全事故。

2.2 方法

针对井田作业期间常会出现的水文地质灾害，要求煤矿企业可以利用计算涌水量与预测突水危险性、使用排水设备吸排水的方法进行有效处理。

首先，在计算预测方面，要求煤矿技术人员结合煤矿井下作业的水文地质条件、易发的水害，使用公式，来计算单位涌水量，该公式中的Q表示的是井田总涌水量，T和S分别用来表示含水层导水系数、水位降深（降落漏斗），R和r0则分别表示井田作业期间地下水影响半径、井引用半径最佳值。在评估井田突水危险性期间，则需要对相应的预测方法多进行学习，以此可以基于山西省临县该处井田的突水发生情况，选择最佳的预测方法完成危险性预估工作，可以利用有效隔水层突水系数法，此种方法在具体预测计算时，考虑的导致突水事故发生的危险因素较多，主要包括有岩石构造及矿山压力等，之后便可以结合以上因素，利用Ts=P/(M-Cp)公式得出突水危险系数；分析该计算公式的应用情况，可知公式中的Ts即突水系数，一般情况下该值需要处于0.06 MPa/m以上、不超过0.15 MPa/m，P、M、Cp分别用来指代煤层底板水压与隔水层厚度、隔水层受到矿山压力影响而出现的扰动破坏厚度值。由于井田之中容易发生水害事故的区域为奥陶系含水层，所以需要对该处的突水危险性进行分区计算，以便煤矿企业能够准确把握该处对于作业人员采煤所致的严重安全威胁，待带入各项数据进行分区域的突水危险性系数计算之后，发现系数处于0.10 MPa/m以上、0.20 MPa/m以下的区域，存在着非常大的突水威胁，并且少部分断层区域的该系数值远大于0.20 MPa/m，提示该区域的突水事故发生风险远高于其他地方，因此需要引起煤矿企业的重视，进而采取相关措施予以风险控制处理。

其次，应用排水设备，在选择排水泵时，需要结合井田涌水量预测值及突水发生风险，进行排水泵的合理选择，以便在井田作业区域发生涌水、突水问题后，能够利用设备第一时间将水排出去，如果排水期间的涌水量为最大值时，可联合使用备用排水泵将涌出的水全部排出，所以排水泵的选择标准为工作/备用排水泵联合应用时，可以对24 h内的涌水量（最大值）在20 h之内进行完全的排出，具备此种排水能力的排水泵便可以作为井田水害处理时可用的排水设备，此外选择的排水设备还需要具备体积小、运行性能佳、价格适中及维修难度小等特性，以便煤矿企业可以花费较低的成本，多在井田作业区域进行排水工作泵与备用泵的设置，确保水害可以得到良好的处理。在应用吸水管时，需要注意此种管道的适用条件是井下作业区域内发生涌水突水事故，且涌水量超过50 m3/h，此时可使用吸水管道进行水处理，从而能够避免涌水量不断增加所致的井田作业人员人身安全事故发生，要求选取的水管具备下列条件：在排水泵配合使用基础上，工作与备用管道工作期间可以对最大值的涌水量（连续24 h）进行有效排出，工作时间控制在20 h以内；吸水管道类型多选择钢管（无缝），并且为避免管道应用过程中出现较大的扬程损失，要求应用的管道有着非常粗的管径，从而可以对扬程损失进行有效控制，还可以减少管道工作时的耗电量，但是此种管道应用时所产生的巨额成本需要引起煤矿企业的重视，促使企业可以在后续利用管道吸水期间做好管道的选择与应用工作，逐步提升管道应用的合理性、安全性及经济性价值；此外吸水管道需要具备理想的吸水性能，确保工作时可以将作业区域内的水吸出，显著降低汽蚀问题发生风险。

3 结语

针对煤矿井田作业期间发生的涌水、突水现象，要求煤矿企业可以结合本地区开采煤矿的地质条件，对这些现象发生的影响因素进行研究，继而可以采用科学的预测方法，对涌水突水现象进行有效预测，之后再利用相应的矿井排水设备将井下的水进行完全排出、吸出处理，以此保证井田作业环境中的水涌出、突出问题得到妥善的解决，开采人员可以在井下安全的环境中有条不紊地完成资源开采及运输等工作。