浅析煤矿开采水文地质条件及防治水技术研究

＊刘晓斌

（晋能控股煤业集团北辛窑煤业有限公司 山西 036700）

随着近年来我国社会的进步，能源资源开采活动不断发展，在能源开采规模不断扩大的背景下，煤矿开采中所应对的水文地质条件更为复杂。对于特殊水文地质区域的开采工作而言，利用常规开采手段并不能保证开采工作的有效推进，所以在特殊水文地质环境下进行开采生产，更需要加强对当地水文地质情况的精准分析和判断，严格按照实际情况要求进行开采方案的调整优化，从而全方位降低特殊水文地质条件对开采工作造成的干预和影响。对此，在开采工作中更需要加强对矿井水文地质情况的研究，在提出针对性防治水方案的基础上，全面提升煤矿开采质量和效率。

1.矿区地质构造特征与矿区水文地质特征

不同的矿区地质结构之间存在着很多方面的差异，只是在这种差异的背后还隐含了很多统一性的因素。煤田内的断层结构主要受到周边构造条件的作用和影响，在这种结构的作用和影响下，在煤田内部也会出现新的二级结构，而这种断层结构就形成了煤田的基本结构格架。煤田断层结构的走向，主要是近东西向。而对于位于中部甚至北部矿井区的煤矿来说，它的断层结构走向也大多北东向或者以北西向为主，其中北东向的情况发育得较早，因此煤层的赋存情况和煤矿的分布状况，均会受到断层结构的干预。

总的来说，所处在矿点的水文条件是比较复杂的。由于水文条件较差，坚硬裂隙与充水岩层的充水裂缝之间发育不平衡，因此很可能引发不同程度的突水事件。并且，由于小矿井开采的现状日益严重，老空区积水的状况也日益复杂甚至加重，水害事件频频出现。虽然矿点的情况主要是受大气环境降雨和地表水的正常流量的共同影响。但经过调查勘探后证实，区域地下水的供应主要是来自大气环境降雨和地表水，其中的大气环境降雨和地表水大部分沿岩溶景观裂缝和断块的破裂带方向渗漏。当水流入岩溶景观地层，河流在沿途下渗时，又补充了岩溶景观裂缝水量，部分受到暗流运行的影响，会表现出明显的间歇特点。因此，由于矿井一般位于山前倾斜平原地带，受到了山中地下水的补充，径流方法也从山区的垂向运移逐渐变成近水平运移，从而形成了地下水的强径流区，是矿山的潜在供应源泉，同时也是产生突洪涝井的重要充水原因。

2.矿井水的主要成因

在开采工作推进中，由于开采深度和范围不断增加，很可能在地下形成多个采空区，受到自身重力影响，地下水将不断流向采空区，并在采空区内出现大量积水，形成的这种现象被统称为老空水现象。在大规模老空水形成前，如果工作人员没有制定科学应对方案进行积水清理，很可能为后续开采工作的推进造成负面影响，甚至引发不同程度的安全隐患问题[1]。此外，开采过程中机械一旦触碰到老空水的储层位置，还会引发矿井积水增加，加重了安全事故发生概率。如果工作人员在矿区内的老空水问题不能作为及时处理，在时间的推移下其储量必然会大大增加，当积累到一定程度后，矿井施工中的部分毒气就会在老空水作用下渗透到矿井中，严重威胁和影响了矿井施工人员的身体健康和生命安全。

当矿井出现老空水问题后，其岩层主要以隔水层的形式出现。大部分情况下，岩层都需要承受两个方向的作用压力，在地下水不断增多的背景下，岩层承担的压力必然明显增多。如果压力已经超出岩层承载范围，岩层就会出现破裂问题。一旦岩层破裂，地下水必然会涌出矿井，引发更为严重的安全事故和施工风险。

3.突水方式

老空水由于形成方式特殊，存在较为明显的特性，此背景下使得水质往往会存在酸性特点，这也意味着其中涵盖较多的有毒物质。虽然储水量很少，但是对于煤矿开采工作的负面影响仍然十分严重，也是引发安全事故的重要原因。并且老空水通常在采空区范围内出现积水，所以在开采环节中触碰到老空水的概率较低，通过对之前安全事故的分析可知，出现老空水安全事故主要集中在矿井挖掘阶段[2]。这一阶段的岩层厚度受到人为开挖的影响厚度不断降低，由于岩层难以承受巨大水流压力，所以矿井中会出现大量水资源，继而引发严重的安全事故。

4.煤矿防治水工作中水文地质条件的主要影响

(1)对矿井安全的影响

水文地质资料信息精准度往往直接影响了矿井生产安全，比如在工作中，矿井充水性图表就是对井下水文地质资料进行全方位记录的图纸信息，可以帮助工作人员准确分析矿井充水规律，是预防水患问题的重要手段。如某地区煤矿是矿务局矿区资源整合矿井，位于某县城境内。该煤矿井田南北宽度约为3.5km，东西长度约8.0km，整体面积约24.51km2。在采煤工作开展中，主要应用方法为长壁式采煤法，并且综合机械化作用下进行放顶煤采煤工艺开发[3]。为确保煤矿开采准确性，该煤矿开采在图纸中的具体内容见图1。

图1 煤矿开采对地质环境的影响分析图

(2)对水文地质调查工作的影响

在矿井生产工作中，需要工作人员加强对开采煤矿现有情况的搜集和核查，从而在矿井图位置上进行开采范围、年限和积水情况的分析等。在有效进行预防性透水准备工作基础上，实现对矿井生产安全的提升。比如，某矿区井内煤矿受到断层煤柱影响出现透水问题，最大突水量超过700m³/h。为避免突水事故造成更为严重的负面影响，该矿井负责人及时制定和采取针对性应对方案，由于预防及时，没有形成重大安全事故和危害。

(3)对采矿区和采掘巷道的影响

水文地质资料往往会对采区设计和巷道布置方案造成影响，是关系到煤矿生产的重要环节。比如某矿井工作面的原本设计走向为900m，切眼在矿井煤柱线上。但是施工人员对于临界小煤矿的采掘信息掌握不全面，因此在施工期间掘进方向和原有位置存在偏差，当钻探到70m时就出现了积水喷发，虽然在后续工作中重新进行了切眼布置，但储量受到上述施工影响而明显减少，仍然对生产工作造成了巨大影响[4]。

5.矿井防治水工作的主要方法

(1)加强对矿井作业的安全管理和防护

在煤矿生产中为落实防治水任务中施工人员生命财产安全要求，要始终贯彻以人为本的工作原则，保证各级管理人员有效推进管理工作，确保施工作业的顺利进行。首先，煤矿企业要提升管理人员的安全防护意识，在其认识到安全防护重要性基础上，确保员工在防治水工作开展期间能够严于律己，避免出现违规操作问题[5]。其次，在防治水工作中，要全面推进《煤矿防治水规定》中的具体要求，针对性分析矿井实际地质和水文条件，在确保工作人员严格按照规定要求进行施工作业基础上，实现防护工作质量和效果的提升，最大程度上降低安全事故发生概率。

(2)对矿井出现水患的成因予以全方位掌握

在煤矿防治水工作推进前，煤矿企业需要精准分析煤矿水患问题的成因，在针对性分析问题发生原因的基础上，制定健全、针对性的治理措施。在此期间，煤矿企业要全方位加强对地质勘察工作的分析，判定企业内部是否对煤矿地质和水文条件进行分析，确保勘察结果整体准确性和全面性，保证工作人员严格按照地质水文情况进行煤矿开采[6]。此外，企业还要加强对防治水工作的关注，有效分析和监督工作管理制度的完善性，在保证组织结构健全的基础上，实现各项工作内容和细节流程的判定，只有这样才能保证防治水工作操作技术实现不断发展。比如长期开采煤矿，很可能形成以下问题，如图2所示。

图2 煤矿长期开采引发的岩层高度破坏

在对不同因素的分析和研究中，工作人员将更全面地了解水患事故的发生原因，在掌握工作问题的基础上，制定针对性治理手段，最终实现煤矿防治水工作有效性的全面提高。

(3)加强对新型煤矿施工技术和设备的引进

基于当前科学技术水平不断提升，各行业发展都得到了长足进步，特别是对于煤矿生产行业而言，如果技术设备水平低下，企业生产效率必然会受到较大影响，甚至在激烈的市场竞争中遭到淘汰。众所周知，煤矿生产工作对于设备依赖性极高，设备质量往往直接影响着煤矿作业效率，由于其工作会对煤矿作业安全性造成影响，所以煤矿企业更需要认识到设备质量的重要性，只有这样在生产环节中准确掌握设备更新情况，如果探索到对于煤矿施工质量和效率有提高帮助的设备或技术手段，企业要合理分析其价格情况，在企业承受范围内进行设备采购，最终实现煤矿施工效率和安全性的提升。此种方式不仅能对煤矿企业竞争力进行提升，还能帮助企业在激烈的市场竞争中获取积极状态，是煤矿企业实现长期稳定发展的重要基础。

(4)构建健全、有效的煤矿地质勘察系统

在煤矿施工领域中，地质调查工作系统主要分为静态和动态两个不同方式。在静态调查工作中，工作人员需要在煤矿作业前及时对施工周围环境进行分析，准确掌握地质情况和水文地质信息，通过对调查情况和工作内容的整合，将调查结果进行准确分析，并上报给相关部门，确保工作人员在施工作业期间能及时掌握煤矿生产实际情况，在制定科学、有效的工作方案过程中，为煤矿施工质量的提升提供必要帮助。为了防止作业面在实际工作中发生突水停产问题，作业面应该始终保证以正常坡度掘进，在流水顺畅基础上有对专门流水巷道进行加宽处置，从而确保同一侧流水顺畅不受影响。众所周知，在矿下作业的工作复杂性与危险性较高。所以，使用必要的技术手段也尤为关键，如声音电透、三维地震等。如果采用三维地震、声音电透等地球物理探矿方法时，要通过给合井底的钻探设备进一步检查井田范围内落差超过5m的断层和导水性涂料，尤其对井田范围内的断层，还要按规定留设一定的保护巷道。另外，由于排水工作对井下的正常运行是必不可少的，所以，需要健全管理矿山防、排水系统，确保井下中央水仓具有充足的蓄水功能，要形成一整套规范的管理体系，各排水体制设施都要经常开展检查考核工作，保证排水可以及时达到正常使用。由于环境是在不断变化的，为了要获得第一手数据，工作人员就需要在井下、地面各含水层的水文地质观察钻孔上建立地下水动态监测系统，以随时了解并掌握矿井地下水变动情况，为矿山的保护管理工作提供水文基本数据。

此外，还应该开展必要的动态调查，虽然在煤矿施工前，工作人员已经对施工区域的环境情况进行了针对性分析，但是地质水文条件往往处于不断变化的阶段，所以施工人员就需要加强对动态情况的分析，在此方式作用下不仅能降低施工成本，还能更有效地提升煤矿施工效率，是降低水患问题发生概率的重要手段。换言之，构建煤矿地质勘察系统不仅能降低水患问题发生概率，提升煤矿生产工作的安全性，还能避免煤矿施工中外界因素带来的威胁性影响，因此在后续工作中，相关部门更需要加强对这项工作的关注，从而实现煤矿生产质量和效率的全方位提升。

6.结束语

综上所述，在煤矿领域生产发展中，煤矿安全问题是需要始终关注的重点问题，其安全性将对煤矿企业发展产生直接影响，是关系着工作人员生命财产安全的重要内容。而水患问题则是影响煤矿安全的重要原因，此背景下，加强煤矿防治水工作的处理对于煤矿生产而言有着十分重要的影响。特别是对于煤矿企业和管理者而言，在今后工作中更需要站在多角度方向上进行思考，在准确掌握煤矿水患问题成因的基础上，制定一套更为健全和有效的工作方案，认识到现有工作内容的不足，在积极处理水患问题的同时，帮助煤矿企业实现工作质量和效率的全面提升，为煤矿领域的全面发展奠定良好基础。