煤矿水文分析及防治水技术研究

2023-08-08王洪斌

山西化工 2023年7期

王洪斌

（霍州煤电集团云厦建筑工程有限公司，山西霍州 031499）

0 引言

随着能源开采活动范围不断日益扩大，针对煤矿水文复杂的区域，传统的防水技术手段已经不能适应，因此，在特殊的水文环境下应该加强防治技术手段，严格按照煤矿水文的实际情况不断调整自身的防治方案，继而全方面开展煤矿开采工作，促使减少不必要的水患事故发生。基于此，煤矿开采相关部门应该重视，精准了解煤矿水文的详细情况，继而提出有针对性的方法，以此提升煤矿开采工作的质量和效率。

1 工程概况

以某煤矿工程为例，该煤矿工程整体面积为24.51 km2，长度为8 km，宽度为3.5 km，该煤矿区属于资源整合矿井类型，由于该工程矿井水源判断困难，矿井安全管理工作不到位，经常由于压力造成该施工设备大面积损坏等。其主要防水方法为钻孔疏排水技术、虹吸排水技术等。

2 影响煤矿水文因素分析

2.1 矿井水来源判断困难

煤炭防水过程中，对于矿井水的主要来源渠道判断是否精准，对防水工作具有紧密联系，正常情况下，矿井水的主要来源渠道是通过采空区积水、含水层中的水、大气降水、河流湖泊等来源。由于该工程的位置属于农村县城地区，所以煤矿内的含水量会多一些。但由于受多种因素影响，所以煤矿的含水量也不同。例如，天气原因，遇到特大暴雨天气，地表上面的水就会大量涌入煤矿井下，继而导致矿井下的水量持续上升，经常发生水量异常的情况。针对矿井内水量流动情况也影响较大，煤矿开采过程中，由于煤矿的局部地形发生变化，就会改变矿井水的流动方向，继而原来的水文地质材料就会失效。基于此，如果煤矿相关部门不能针对矿井水的来源进行精准判断，就会导致后续的防治工作开展十分困难。图1 为矿井水的来源，如图1 所示[1]。

图1 为矿井水的来源

2.2 矿井安全资料不到位

煤矿水文资料的精准性和矿井水的防治工作具有紧密连接，伴随着煤矿生产企业在生产和运输方面的安全要求持续提升，传统的煤矿水文收集资料的方式已经不适用于煤矿生产需求，虽然现阶段煤矿开采单位在资料安全检查的过程中，已经对煤矿水文资料进行重新整理与分析，但是依旧不符合国家规定的煤矿水文资料的调查标准。甚至还会出现部分煤矿水文资料没有进行实际煤矿勘察，就对煤矿水文资料进行补充。因此，整理的资料不具备参考价值，继而针对煤矿防水方面无法发挥作用。例如，该煤矿工程属于矿务局资源合并的矿井，主要是利用长壁式手段进行的采煤，并且运用放顶采煤工艺，想要保证煤矿开采和防水工作顺利开展，就要保证准确收集矿井资料。煤矿开采环境影响分析，如图2 所示[2]。

图2 煤矿开采环境影响分析

2.3 压力损坏

该工程煤矿在开采过程中，开采的地理位置比较深，所以经常由于压力的问题造成开采设备大面积损坏，继而导致矿井水出现异常的情况。在煤矿施工过程中，煤矿底部水会受到极强的压迫，导致煤矿周围的导水带大面积腐蚀，由于导水带损坏的现象，水的抗压能力急速下降，继而煤矿发生水患事故。如果煤矿出现积水问题，隔水层不会发生相应改变，但如果防水层存在劣质问题，就会造成十分严重的水患事故[3]。

3 煤炭防治水技术策略

3.1 对矿井出现水患的成因予以全方位掌握

煤矿进行防水工作开展前，煤矿相关防水部门需要明确水患问题的成因，继而针对水患问题采取相应的防护措施，制定健全合理的防水措施。在这个过程中，煤矿企业要全方面开展水文分析工作，并且对煤矿水文条件进行全方面分析，保证水文勘探的全面性和有效性，继而确保防水工作人员严格对煤矿水文的实际情况进行开采工作。除此之外，煤矿企业还要重视防水工作，建立完善防水监督制度，在保证防水结构健全的同时，将煤矿各项防水工作流程都做到精细化，这样一来，就可以将防水操作技术不断完善。例如，针对此工程长时间没有煤矿开采的情况下，就会形成如图2 所示的以下问题，工作人员就要针对不同的因素进行分析，多角度了解水患事故发生的真正原因，继而掌握正确的时间进行相应治理，最终全面实现煤矿防水工作效率和质量。煤矿长期开发引发的岩层高度破坏，如图3 所示。

图3 为煤矿长期开采引发的岩层高度破坏

3.2 加强施工管理工作

煤矿施工过程中，经常出现深井的问题，由于深井的水文条件相对特殊，因此，开展深井工作防水工作前，施工团队一定要做好全方面准备。例如，施工设备和材料的管理一定要做到位。一方面要对深井设计图纸详细了解，设计人员还要做施工实际场地进行勘察，方便做好健全的安全保护措施，特别是施工材料的设备的采购方面，一定要购买严格质量保证的施工材料和设备，最大程度降低后续施工中面临的风险问题。特别是深井的深度，一定要做好安全保护措施，避免施工人员在施工过程中出现安全事故。在工作人员下井之前一定要仔细检查各项问题，保证深井工作顺利开展，每一处施工位置都要符合施工标准。针对施工管理工作，煤矿企业需要设置相应的管理制度，施工安全设备提前购买，为涉及的施工人员进行岗前安全培训确保在后续的施工中规范操作，保证自身安全同时，再进行施工[4]。

3.3 提高排水效率

煤矿企业在开展施工前期，由于受多种因素的影响，例如，天气因素、矿井本身因素、施工人员身体因素等，都会存在一定的差异性。因此，需要按照统一规定的施工要求进行，只有按照标准化的施工流程，才能保证施工过程顺利有序进行。该工程的地下水层受外界因素影响，特别是经常长时间存在的煤矿区，水层的变化会随着地质条件变化而变化，因此，施工人员无法对水层运动进行准确预测。基于此，想要煤矿井渗水的问题得到有效解决，就要对相关的排水工作做到位，对现有的排水工作不断完善和优化，对相关的排水数据进行全面了解与分析后，对当前排水工作再进行调整。施工团队一定要明确施工进度和目标，为煤矿深井的排水系统提供重要保障。

3.4 钻孔疏排水技术

钻孔疏排水是煤矿防水工作中经常使用的方法，该技术主要通过钻孔对煤矿中的水进行抽取，将煤矿中的地下水抽取，继而满足煤矿水位回归正常标准。现阶段，我国煤矿钻孔疏排水方法有很多形式。例如，有垂直疏水孔、有地面常规口径疏水孔、水平疏水孔以及坑下大口径疏水孔等，其中有通过单孔进行输水的，也有通过井群进行疏水。又或者单一对煤矿水层进行抽水，或者对煤矿地下水层混合形式抽水。在本次工程中也使用了钻孔疏水技术，并且钻孔疏水技术具有十分灵活的特点，在施工过程中可以根据煤矿的变化，准确灵活做出相应调整，根据水文条件的变化而选择钻孔的实际位置，灵活性非常强，但是由于钻孔基本都是一次性的原因，如果在钻孔过程中，一旦煤矿地下水的位置超过钻孔的底部位置，钻孔疏水技术就不可以再次抽水。与此同时，报废的钻孔位置就会成为后续的导水通道，继而对后续煤矿积水造成影响。另外，单一的钻孔疏水技术和实际煤矿防水工作有一定偏差，不能完全满足煤矿防水工作的需求，因此，在防水施工过程中需要和其他排水技术相结合，才能够更好地开展煤矿防水工作。

3.5 采取技术降低粉尘危害

煤矿企业想要做好防水工作，要加大对粉尘工作的控制力度，每月针对煤矿内的粉尘进行清扫、冲洗等，并针对粉尘清洗工作进行验收，做好相应验收记录，针对没有认真冲刷的情况，记录在每月绩效考核中，予以降低等级，罚款等。煤矿企业通过设置明确的制度，就可以有效解决煤矿粉尘堆积的情况，促使矿井工作环境明显提升。想要煤矿企业既要保持矿井工作环境，还避免浪费水的情况，就要加强在煤矿中加入自动喷雾降尘装置，胶带输送机自动控制喷雾喷头，有煤灰尘的时候自动喷雾，没有灰尘的时候就会自动停止工作，开采工作中安装声控式的喷雾装置，既可以保证施工人员的健康，还可以规避煤矿中大量灰尘堆积，出现积水的情况，因为一旦积水严重就会造成水患问题。除此之外，针对自动喷雾装置的维护工作，煤矿企业应该出具明确的规章制度，将维护工作严格落实到每个负责人身上，起到加强监督的作用。煤矿企业的工作过程中，打炮眼环节经常出现大量灰尘，可以使用自动喷雾装置进行处理。针对煤矿钻孔过程中出现灰尘的问题，可以设置瓦斯钻孔防尘装置，使打孔位置变得潮湿，有效控制灰尘产生，为煤矿防水工作提供保障。

3.6 辐射井疏干技术

辐射井疏干技术主要是通过大口径井口为中心向周围进行辐射，它是由水平集水管组成，煤矿地下水再通过水平集水管向外抽取，就抽取水量的效果来讲，可以有效提升抽水的效率，辐射井疏干技术可以极大程度节约成本，并且该技术安全性特别高，由于辐射井的水平集水管对于煤矿含水层岩性冲散具有不具备破坏能力，所以不会造成含水层岩性冲散导致煤矿周围土质坍塌的情况。与此同时，和其他防水技术手段比较，辐射井疏干技术效果好、安全性高、节约成本，此项技术在该工程中起到重要作用，由于该工程长度为8 km，宽度为3.5 km，还采用钢筋混凝土浇筑，辐射水平集水管选择的是DN125 外径140 mm 的无缝钢管，然后以辐射井为核心向四周进行负压，促使煤矿内的积水快速向集水管中渗透，极大程度解决该工程的排水问题。

3.7 虹吸排水技术

虹吸排水技术主要是通过液体高度差异的作用情况，将液体形成一根U 形的水管结构，再利用水管高处放在装满容器的液体内，容器就会持续将虹吸排水管向另外一端的位置流出水量。虹吸排水技术是通过传统的重力流向满管流的状态改变，就会出现倒吸的情况，有效提升煤矿地下水排出的效率。虹吸排水技术不用借助电源和水泵就可以工作，在煤矿地下水排水的过程中，减少外界条件的依赖性，不用借助外界因素就可以顺利开展工作。该工程就是采用了虹吸排水技术，其中在煤矿的出水点+945 m 水平位置，工作人员为确保地下水不渗透在其他煤矿位置，就在出水集中的位置，采用质量较好的泥岩作为隔水层建设的主要材料，并且一层一层压实，利用土工膜进行隔水材料的覆盖，搭建临时的集水池，再利用聚乙烯管作为煤矿地下水的排水管，作为集水池的内部结构。同时，工作人员为保证煤矿工作正常进行，保证车辆顺利运输，在排水处挖一条深沟，将聚乙烯管放在深沟内部，继而顺利将煤矿地下水排出。