水文地质在矿井防治水工作中的重要性

2022-11-22王铮

中国金属通报 2022年10期

王铮

我国矿井开采多会使用综采技术，究其原因和该技术可提高矿井日常生产量有关，为提高开采作业的安全实行综采工作面防治水工作非常关键。需要注意的是，综采工作面水害的发生，直接关系到综采工作面开采作业、综采设备使用时间，因而建议在综采工作面中应用、推广，以此避免发生水害问题。

1 矿井水害的基本概述

近年来，随着矿井产业的持续发展，开采区域不断拓展，暴露出的相关问题也日益增多，水害就是矿井生产中需要重点解决的隐患之一。例如在一些被关停的矿井中，虽然已经停止生产，但矿井内部仍然存在排水难的问题。在部分矿井中的巷道和采空区存在严重的积水，如果不加强处理，可能为后续的开采带来极大影响，甚至引发矿井坍塌，不利于矿井产业的长期发展和健康发展。在正常开采的矿井中，矿井采掘期间也会出现地质断层、裂缝的问题，造成矿井内部出现涌水，影响正常生产，甚至会引起严重的水害事故。随着开采范围的不断扩大，开采深度的持续增加，矿井内的巷道和采空区也会出现不同程度的积水，如果在生产期间不采取有效的措施，水位升高几率将增高，严重威胁生产的安全性。另外，暴雨天气也容易造成矿井积水，部分矿井在设计之初没有充分考虑到外部因素的问题，如矿区发生暴雨天气，周围山体则容易出现滑坡、泥石流、水位增高等，也容易引发矿井内的积水问题。

2 水文地质工作对矿井防治水的重要性

2.1 促进矿井企业发展

通过矿井地质工作可对施工场地的地质情况和水质情况进行分析，研究出合理、高效的开采计划，确保矿井开采工作长远进行。矿井地质工作与防水工作的结合，可提高防水工作质量，有利于矿井开采工作的安全顺利进行，保证矿井安全，减少矿井事故，对提高企业经济效益有直接作用，促进矿井企业全面发展。

2.2 水文地质工作是保证矿井安全的基础

在对矿井地下进行开采工作的过程中，一旦发生水害极大情况下会发生人身伤亡，在对矿井进行建井工作的过程中，要充分了解矿区周边的水源和地下水的整体情况。整个水文地质情况要在进行勘测的过程中标注在相应地图上。从这些水文地质资料中，可以帮助形成一个合理的排水措施。一个合理的排水措施对于降低矿井受到水害的几率有着非常重要的作用。所以，必须要有一个详细的水文地质资料来为整个防治水工作提供基础，整个矿井工作才能够顺利、安全的开展。

2.3 提高防水工作质量

对于矿井开采工作，提前做好充足准备很重要。施工前，一定要对施工场地的地质情况和水质情况进行分析，确保矿井开采工作的方案具备科学性、可实施性。在矿井开采前进行矿井地质工作尤为重要，在了解地质情况后，结合地质勘测数据，找到易发生水害的区域，就能以此为基础采取更加有效、安全的防水措施，提升防水工作效率，保证矿井开采人员安全。

3 矿井防治水工作中存在的问题

3.1 对防治水工作缺乏科学的认识

采矿业相对于其他工作来讲具有较大的危险性，导致该行业专业人才的匮乏。有时，会由于相关工作岗位的人员对矿井水源认识不足，造成选择防治水措施不能完全发挥出其应有的效果。当前，一些矿井在治理矿井水害的过程中选择增加井下水泵排水量的方式，虽看起来简单有效，却并不能从根本上解决相应的问题。除此之外，在进行矿井防治水工作的过程中，矿井突水是非常严重且难以解决的问题，如果工作人员没有足够的科学理论知识去解释这一问题，且制定合理的措施来预防问题的发生，将导致该问题一直无法得到妥善解决。

3.2 缺乏完善的开采区水文地质资料

在矿井正式开采之前，应当对矿井以及周边区域进行详细的水文地质勘察，掌握详细的地质和水文资料，明确矿井内是否存在积水区，并明确积水区的具体位置以及积水量，掌握详细的参数信息，为矿井采掘工作提供参考，制定有效的措施，避免遭遇水害事故。同时，要加强分析周边气候状况以及地质情况，分析在开采区由于外因导致积水问题的可能性，由此提前做好防治水措施。在实际的操作中，部分企业对于水文地质情况的勘察工作不够重视，即使安排了相关工作也没有进行详细的勘察，导致盲目开采，为后期的防治水工作开展埋下隐患。

3.3 防治水技术落后

矿井作业中防治水技术工作的原理并不复杂，主要就是疏、堵、注。但长期以来矿井防治水技术较为落后，难点在于具体实施过程中一些参数的选择和把控，比如防治水时需要钻孔的深度以及注浆的时间。如果参数使用不当，不仅不能有效防治水害，还有可能加重矿井水害的发生。在选取防治水参数时，采用的主要办法是借助开采矿井相邻矿井的参数或者一些以往的经验参数，而在具体实施过程中可获得参数的渠道有限，严重制约着矿井防治水技术的应用。在防治水工作中，矿井岩层的水压不是一成不变的，水压受制于水的源头和开采的强度，存在众多不确定因素，因此无法保证事先选的防治水技术和相应的防治措施可以稳定发挥作用。此外，采矿区域或者水文地质单元通常为矿井水害的综合防治地点，此类区域井下交替紧张，一些矿井企业在防治水过程中盲目追求效率和经济利益，在完成一个综采工作面的防治水工作后，就急于采矿，所采取的防治水措施仅仅是对工作面回采范围内的水害加以防治，而无法实现对整个水害区域的综合防治。

3.4 防治水理论问题

矿井开采深度不断加深，地下水水压发生直接变化，而这也是造成矿井突水事故、透水事故的基本原因，导致矿井企业经济损失严重。矿井防治水工作中有较多技术问题、理论问题，具备相关防治水理论，然而未通过特定地质条件获得、适用性欠佳，矿井突水情况的发生和矿井开采方式联系紧密，同时矿井水害的出现，与地质构造有直接关联性。需要注意的是，水害涉及复杂流固耦合，因此要求深入研究水的来源、预估水压，以此获得准确的矿井水害相关数据信息，为矿井水害防治工作奠定坚实的基础。

3.5 预测矿井涌水量，促进矿井防治水工作的开展

矿山内部水体的涌出量是辨别矿床水文地质情况的关键条件，矿井规划单位能够依据矿井内部水体涌出量的预估进行对应的防治水方案与排水机械的规划与选取。有关工人需要认真依照防治水方案开进行相关的操作，同时科学的操控排水机械，从而在一定程度上推动防治水工作的开展。此外，国内搁置与淹井的矿井相对偏多，造成此种情况发生的原由通常为矿井施工期间矿井内部涌入了大量的水体，从而造成水体涌出量比预估涌出量高，在此种情况下，若是采取防治水方案并且应用排水机械能够有效的将水体排除。因此，相关工人在开展水文地质勘测期间需要针对收集到的各项参数展开有效的研究与归纳，并依据总结结果针对各个时期的水体涌出量展开科学的预估，同时针对矿床展开有效的勘测，进而有效的提高矿井防治水工作的效果。

4 改善矿井防治水工作的措施

4.1 做好水文地质勘察工作

矿井防治水工作要想顺利有效的开展，就必须充分了解到相应的水文地质资料，这些资料需要在水文地质的勘察工作基础上才能够得到。所以相关工作人员一定要重视水文地质情况的勘察工作，并根据实际的情况生成一份详细的水文地质报告。同时，为了能够观察井下水压的动态变化状况，可以通过建立水下实时在线监测系统的方式来有效的进行监测，这样在发生问题的情况下，可以有针对性的采取相应的解决方案。除此之外，需要根据不同矿井的水文地质条件选择合适的防治水措施，也可以选择一些先进的勘探以及绘图技术，将相应的资料形成一份水文地质情况图，这样更加直观的了解相关地质情况，对于保障整个防治水工作顺利开展有着非常重要的作用。

4.2 制订科学的防治水方案

《矿井安全规程》中明确规定了采矿防治水工作的要求，在综采工作面上应用综合防治水技术必须做到有疑必究。因此，在实际工作中，应根据采矿区域的实际情况制订科学、合理的防治水施工方案，避免水害的侵袭。比如，出现以下情况时应采取相应的解决措施：①综采工作面底板下如果含有承压水，一般利用注浆方式对其进行加固；②在综采工作面断层处或者陷落柱周围进行回采时，通过探水钻孔探明水情后决定堵水还是疏水。此时需要特别注意的是，利用注浆方式加固承压板时，整个注浆作业是在有限的空间内进行，需要顾虑隔水边界，有效控制注浆量，降低经济成本。

4.3 提升水害防范意识

由于我国地域辽阔，不同地区的地质条件差异较大，在矿井开采作业中引发水害的原因各不相同。而针对比较常见且危害比较大的水害问题，在开展防治工作时则需要因地制宜，结合当地的实际水文地质情况，按照预防为主的原则，做好预测预报工作，在开展全面的勘察工作之后才能开展实际的开采作业，而且要在做好防治水工作之后才能正式开展开采作业。此外，要结合具体的水害情况，合理选择探、防、堵、疏、排、截、监等方式开展治理工作。为了确保上述工作的有效开展，需要配置充足的设备和专业技术人员等。

4.4 持续增强探放水施工设计，加大设备检修力度

在探放水施工操作之前，技术人员应当对施工区域以及周边区域的水文地质条件进行综合探测，根据实际情况确定积水的详细资料，包括井下积水的具体位置、积水量以及水压等，据此制定探水钻孔施工方案，包括钻孔的具体数量、钻孔深度以及钻孔布置方案等。在具体的施工中，应当根据矿体分布的情况和稳定性情况，确定封孔深度，采取“两堵一注”的工艺进行封孔，提高探放水施工设计的合理性。另外，应当加强对设备的检修与维护，包括防排水设备的整体运行情况、防水闸门的灵活性等。如果发现相关问题及隐患，应当及时更换维修，做好台账管理，确保防排水设备的性能优异，提高防治水成效。

4.5 加大技术研发力度

防治水技术的专业性较强，而且矿区的水文地质条件比较复杂多变，此技术还涉及到水文、工程、环境以及气象学等不同学科。因此，通常在预测预报水害水源时，不仅要采取二维、三维地震勘探和瑞利波探测等地球物理勘探手段，而且还要使用井下超前探防水钻机开展勘探作业，合理应用现代化技术手段来提升水害防治效果。此外，还要加大技术研发投入，深入研究上述先进技术并推进技术创新，不断提升防治水技术水平。

4.6 采取区域治理措施将导水通道全部切断

很多矿井有着较为明显的突水问题，为了更好实现防治水的效果，采取针对性的区域治理措施，将导水通道全部切断非常关键。在具体实施中，应当注重将防治水工作的重点放置到在工作面开掘之前开展地面打钻注浆，形成从“短兵相接”向“远距离打击”的良好转变，实现对防治水工作的综合治理，有效防治出现突水事故。若出现了开采工作中断层、陷落柱等相对较多的情况，非常容易出现突水事故，特别是高承压的奥灰水，需要采取针对性的区域治理措施。在具体实施时，应当在奥灰水顶板施加水平钻孔，将这些导水构造发现出来，并采取超前治理措施。通过将浆液注入到奥灰中，实现对导水通道的有效切断，达到消除突水的目标，或者达到在工作面开采的过程中不会出现突大水的问题，防止出现淹井事故。

4.7 建立完善的管理制度

一套完善的管理制度无论对于矿企业发展还是对于矿井工作的顺利实施都有着战略意义。管理人员首先要了解矿井地质工作与防水工作的重要性，才能合理开展部署工作，其次要聘请专业能力高的员工，再确定好每个人的工作安排，从而让勘测工作效率大大提升。严格审查开采方案是否合理、安全，再结合地质勘测结果及相关收集资料，设计一套完善的防水体系，保证开采安全顺利地实施。整个过程都要加强对员工的管理与监督，通过规章制度让员工重视矿井地质工作和防水工作，实施水害突发情况解决方案。定期对员工进行培训，提升员工的专业水平，防止在应用新技术、新设备时发生问题，同时也要提升员工的安全意识、责任意识，保证开采过程安全顺利进行。落实责任制也很重要，管理人员要将工作进行详细分工，确保每个人知道自己的工作安排，一旦发生问题，就可以避免责任纠纷，直接落实到相关人员。管理人员对整个矿井开采工作都要有所了解，做好监督工作，提出改进措施。

4.8 对矿层底板进行注浆加固和改造

矿层底板是防治水工作的重点，需要采取针对性的措施给予防治。若矿层底板裂隙较为发育，特别是其中有断层或者陷落柱等存在时，技术人员可在矿层底板采取注浆改造或者加固的方式，对矿层底板进行全面的强化，逐步实现让矿层底板含水层转变为弱含水层，甚至成为隔水层，全面提升矿层底板对水的有效隔离能力，从而防止出现奥灰水进入到采掘巷道中。从该技术当前的使用情况来看，在矿层开采的过程中，该技术整体较为成熟，特别是在浅部矿井中，整体取得了较好的效果。在高承压水、大采深的情况下，该技术不能作为主要防治技术，应当作为补充技术措施。

4.9 建立监测系统

防水工作离不开矿井地质工作，而矿井地质工作与开采地区的水文地质紧紧联系在一起。进行矿井开采工作前，需要专业人员对开采地区进行地质勘测，分析地质构造、水文地质等特点，然后结合数据进行防水工作。由于施工地区的水文地质结构不断变动，为保证施工人员安全，确保矿井开采工作顺利实施，必须建立一套科学、有效的监测系统，防止水文地质的变化影响整个工程。通过监测系统的建立，可实时掌握开采地区的水文地质变化，一旦发生变动，应立即改善施工方案，对容易出现水害的区域及时做好防治工作，避免灾害发生。

4.10 完善排水设施

疏、堵、注是矿井防治水技术工作的重要原理，其中疏对应的就是排水，排水设施是否完备决定着排水效果的好坏，也决定着防治水工作的好坏。当排水设施产生问题时，综采工作面上的积水难以被及时排出，工作面表面会变得泥泞不堪，重型机械设备的操作、移动的困难降低了开采效率。因此，在排水设施的日常维护中应做到：合理设计排水路径，定期清理排水沟中的淤泥，避免排水沟被堵塞；在采矿过程中，要保证水泵、水仓能够满足综采工作面的排水需求，并经常检查水泵出水口是否被堵塞。

4.11 加大资金投入

很多矿井企业的防水工作薄弱，是因为资金投入有限。一些矿井企业为了提高竞争力，缩减自己所需的项目资金。为提高企业经济收益，矿井地质工作与防水工作浮于形式，给整个开采工程留下严重的安全隐患。为降低水害事故对矿井企业的影响，应加大防水工作的资金投入，采购先进设备勘察地质、水质，同时也要采购救援设备，减小水害对员工生命安全的威胁。