地质勘探工作与煤矿防治水的关系研究

武建军

（山西焦煤西山煤电镇城底矿， 山西 太原 030200）

由于煤矿的开采工作，使得原有的地层完整性遭到了破坏，这就诱发了诸多的地质灾害，其中频率最高的当属水灾。由此可见，水灾对煤矿的安全生产威胁非常大，不仅会淹没矿井以及工作面，甚至会威胁到井下的工作人员。同时，一旦水灾发生，救援行动就变得十分紧急而且很棘手。所以，一定要避免煤矿水灾的发生，将损失降到最低。要预防煤矿水灾，首要的工作就是要搞清矿区附近的水源分布情况，然后采取手段进行治理。

1 煤矿水灾类型分析

针对煤矿水灾的防治工作，要搞清煤矿水灾具体的分类。由于矿区水的来源不一样，可以细分为以下几种，采空区透水、断层透水以及含水层涌水等等[1]。

1.1 采空区透水

在煤层采出后会留下面积不等的采空区，如果不处理，长久以往会留下很多的积水。因此，在这种废弃时间较长的采空区附近布置工作面，很容易引发采空区的透水性事故。同时，采空区的水量越大，水压就越大，越容易引发透水性事故。此外，随着采空区的压力增大，积水进入工作面的速度就越快。

1.2 断层突水

当工作面附近存在断层结构时，工作面的回采工作会扰动断层。断层一旦被干扰，极有可能出现隔水能力失效的现象，这也是诱发断层突水事故的主要原因。在未受工程扰动的情况下，断层处于相对稳定的状态，人类的开掘活动会使这种稳定变得不再平衡，就致使大量的地下水流向工作面。这种现象出现时，会大大增加煤矿工作面排水的难度，使得整个巷道变得非常泥泞难走，但是这种突水事故并不会淹没工作面。事故的出现反映出煤矿井下的安全措施存在漏洞。

1.3 含水层涌水

含水层突水，是指煤层由于防水层的破裂而使地下水进入工作面。一旦煤层的顶板或底板出现水压增大的现象，就会出现这种事故。由于人类的开采活动，煤层防水层会出现局部应力集中，这些应力集中的区域会出现不规则裂隙，水会顺着裂隙涌出。与此同时，随着工作面的采高增大时，位于采空区上部的冒落带，即导水裂隙带（如图1 所示）的高度也随之增大。一旦导水裂隙带的高度越过含水层，就会致使水从含水层流向工作面。

图1 导水裂隙带分布示意图

2 煤矿防治水中地质勘探工作的重要性分析

一般情况下，开采环境的地质情况出现变化，会诱发煤矿的水灾。所以，完善煤矿地质勘探工作对于煤矿的防水治水极其重要。

2.1 有助于探明矿井水的来源

了解矿井水从何而来，是煤矿防治水时首先要做的工作。水的源头不同，对井下工作面造成的危害也不同，从而也就诞生了多种类别的矿井水灾。在勘探前，一定要通过打钻孔的方式来探明工作面附近的水源。钻孔不仅可以搞清地下水的分布范围，还能对水压有一个大致的了解。水压是评价水灾严重与否的重要指标。同时，在勘探过程中应记录采空区的富水情况。在我们知道水源的基础上，再去研究治水排水方式措施，例如，可以用水泵排出采空区积水；灌浆用于封堵含水层中的水[2]。

2.2 有助于工作面的合理设计

工作面设计地是否合理，也是诱发煤矿水灾的一个重要因素。工作面布置不合理，在开采过程中会对水源造成很大的干扰，致使水灾频频发生，就比如某些工作面设置在了断层的周围。在地质勘探资料不明确的情况下，过大的开采强度会破坏煤层上方的防水层。如果事先获得了准确的地质调查数据，然后根据地质情况进行工作面位置以及长度的设计，会极大地减少煤矿灾害出现的频率。与此同时，地质勘探工作还能在很大程度上降低开采活动对地质构造的影响。

2.3 有助于完善防治水理论

由于缺失高效的防水治水理论，而且针对防水治水的关键技术也不完善。即便在一些矿井，关于煤矿的防水治水工作可以很好的进行，但是这种理论技术会因为矿井的地质差异、气候差异而难以在国内大范围推广。所以，格外的需要完善先进的防水治水技术理论。笔者认为，合理利用大数据，对水灾的诱发过程进行全方面分析，总结它们的共同特点，就可以对煤矿的防水治水理论进行一个完善，这也是为煤矿的治水工作提供借鉴。

3 瞬变电磁法在煤矿防治水工作中的应用

3.1 基本原理

瞬变电磁法的主要基本原理是,利用回线圈（接地或不接地）沿着地下的方向发射处产生一次脉冲磁场，并且在每次脉冲磁场发出的持续时间内利用回线圈和连接的电极，来分析二次涡流场的变化规律。通过对二次涡流场的磁场空间进行解析结果，也能够推断出被测区的地理结构和水文地质状况[3]。大致原理图如图2 所示。

图2 瞬变电磁法原理图

3.2 煤矿地质概况

本次研究的是山西某煤矿公司的矿井，其中15号煤层北侧井田的6 号工作面坐落于5 号井口向东1 215 m 左右。该位置地面海拔在1 325～1 375 m，井下掘进工作面标高740～780 m。15 号煤层的厚度不等，最厚处达到了25.80 m，最薄处仅有2.52 m，煤层的平均倾角为5°左右，煤层附近的岩层岩性主要有泥岩、砂质泥岩以及粉砂质泥岩等。根据巷道周围的钻孔资料显示，煤层遭到了火成岩的入侵，但是这种现象随着推进方向渐渐不明显。15 号煤层北侧井田6 号工作面上面存在着5 号煤层工作面，以及诸多废弃的采空区，这些采空区与15 号煤层的间隔距离为40 m，根据现有的地质资料，不能确定各个采空区的连贯性。

3.3 地质勘探

依据煤矿防治水的原则，综合分析15 号煤层的具体水文地质情况，决定应用360°全方位瞬变电磁探测仪来针对工作面的地质情况进行探测工作，这样做的目的是为了保障井下的安全生产。全方位探测的具体工作是以被测点位为中心、以100 m 的测量长度为半径画出一个圆形区域，然而实际测量的距离只有80 m；勘测的循环进度是每过80 m 为一个循环来进行井下勘探，同时，一旦出现低阻异常的区域，就要对该区域进行钻探取物验证，为了勘测更准确，在勘测时应该多设置几个钻孔。应用瞬变电磁法的前提条件就是要事先布置好测点，然后开展测点探测工作。对于超前探测的测点，一般分为两类，即水平方向的测点以及垂直方向的测点。两种测点的具体布置施工图如图3、图4 所示。

图3 水平方向探测情况

图4 垂直方向探测情况

3.4 勘探结果分析

含水层周围的岩石岩性, 主要为细颗粒状砂岩、中粒砂岩和砾岩。其中砂岩的裂隙承压水，是该地区煤层开采的最直接充水含水层。作业面周围并没有明显的导水构造，也没有影响作业面的开挖。作业面的最大涌水量约为0.020 m3/min，而正常涌水量则为0.005 m3/min。但经过以上的实际情况,我们已经能够知道，在整个6 号作业面的煤层开掘过程均不受正常含水层最大涌水量的影响，同时作业面在开挖过程中，最主要的水灾隐患源自于上覆地层的诸多采空区积水。

4 结语

煤矿水灾严重威胁着煤矿的安全生产，必须采取有效的防治措施，避免此类灾害的发生。煤矿水灾可分为采空区渗漏、断层突水和含水层突水三种类型。矿井水治理的关键在于完善地质勘查工作，而地质勘查是防治水害的重要工作，主要归结了三个方面：有助于探索矿井水的来源，设计合理的工作面，完善矿井水防治理论。同时，本文还列举了瞬变电磁法在工程实例中的应用，其中的勘测结果可以很好的反应出巷道工作面周围的地质情况，可以为煤矿防治水工作的展开提供依据。