试论水工环地质勘测工作中的技术应用

李阳 贺丹 杨长健

摘要：伴随着全球科技产业的高速发展，先进的科技运用在各个行业当中，也逐渐渗透到了我国水工环勘测的工作中，这样的技术应用有效地提高了水工环勘测的工作效率，有利于推进水工环探测技术的进步。但是全面的科学技术并没有广泛的进行普及，不能够满足水工环勘测工作多样化的需求。本文结合九龙煤矿矿区水害致灾探测与治理技术，对当前背景下水工环地质勘测工作中的技术应用进行探讨与研究，旨在推进我国水工环勘测技术的不断进步与发展。

关键词：地质勘测;水工环地质勘测;技术应用

当前，我国对地质灾害和地质环境保护的综合治理力度与能力都得到了比较大的进步，但在水工环地质勘测工作中，技术应用的力度还远远不够，一些珍贵的地质勘测资料也比较稀缺。因此使得当前在水工环地质勘测中的操作性不够，造成一些安全隐患，以及资源的浪费，这与我国提倡新发展理念是不符的，理应进行持续的探索和研究。

1水工环地质工作情况

水工环地质进行的调查与勘测是在全球范围内与人类生存环境紧密关联的。在目前全球倡导环境保护和可持续发展的背景下，世界各国都对水工环地质勘测进行了深入的技术研究。由从前的基本勘测地质资源，了解基础情况，转变为促进人与自然和谐共处，促进经济社会与自然生态同步发展的理念上来，这样理念的转变为社会发展和人类的生存提供了思想基础，也更加重视了资源、经济与环境三方面的协调发展，加强了对灾害监测方面的工作力度。全球的地质勘测是一项巨大而艰辛的项目，目前人类对地质勘测工作还未深入，山地工作和钻探工作也未全面开展，因此在地质资料的精准度上还差强人意，应当加强对水工环地质勘测工作上的技术应用，不断提高科技水平。

2目前我国地下灾害情况

地下灾害的发生是比较常见的自然现象，但煤矿地区的地下灾害却是人为诱导占绝大部分因素的，尤其我国的煤矿资源遍布非常丰富，煤矿开采区的面积也极大，煤矿地区的地下灾害相对来说较为频发。本文以煤矿地区的灾害情况为典型，浅谈我国当前地下灾害的状况和防治措施。

2.1煤矿地区底下灾害发生的原因

我国煤矿地区频繁发生地下灾害的原因主要有以下几大点：第一，我国对封闭条件下的水文地质研究力度不够，无法充分掌握地质情况，也无法预测地质运动。第二，对可能会引起灾害的诱因认识缺乏科学的了解。第三，在地下水害事故当中所吸取的经验不足，无法对防治措施得到有效的落实和实施。第四，在煤矿区的开采当中，对地质保护的认识不足，会破坏防水煤柱。第五，对顶板和底板的水还有溶洞中的水不够重视，防治措施并不全面也不规范，当前的技术也不能过关。第六，开采煤矿过程中对地表积水的处理方式不够全面[1]。

2.2煤矿地区地下灾害的形式

我国煤矿地区的地下灾害主要有：

（1）矿井突然出水。这种事故大多是由于开采的井港还有工作面与构造破碎带、含水溶洞等过于接近而产生的。这样的事故还是由于操作技术不足以及对灾害的认识不够而导致的。

（2）地面塌陷。地面塌陷是我国煤矿开采地区最易出现的地质灾害事故。在矿床地区的水进行疏导排干之后就容易产生地表的塌陷，这种事故对周边的自然环境影响极大，对开采的进行也造成困难。一旦塌陷在水区域，会增加地下水的补给，影响开采的正常进行。

（3）井下泥石流。这样的事故造成人员伤亡是极大的，对人身安全也有极大的威胁。当矿床进行疏干之后，常常会有一些泥沙随着水流入矿井中，从而造成泥石流的发生。一旦发生井下泥石流，就会对设备进行摧毁，如果当时还有操作人员在井下，也可能造成人身事故。

（4）崩落事故。在采场遇到含有水分比较松散的岩体或结构的时候，由于地下水压力的驱动下，有可能造成崩落事故的发生。严重影响开采的正常进行。

2.3我国当前对煤矿地区灾害的防治措施

基于我国煤矿地区灾害的现象，国家相关部门对治理煤矿地区灾害的工作也十分重视。目前我国对煤矿地区灾害的防治措施，主要有以下几项。

（1）提高对矿井内部地下水的排出疏干技术。地下水排干的不当，是造成地下灾害事故产生的重要因素，因此对排干技术的提升和研究是迫在眉睫的。最安全的方法是在矿业开采进行前对煤矿地区的水源进行探测，探测之后进行水源的分流排干，不将压力全部集中一条水道中。具体的排水技术大概有三种：矿井之下排干、地表进行排干和二者将结合的排干技术。

（2）提高矿井内部地下水探勘技术。不少事故的发生是因为项目进行之前未能够开展充分的调查和探勘，应当提前进行地下水源的探勘，了解地下水的具体情况并进行安全有效的排干，再来进行挖掘开采工作，才能够保证开采工作的有效安全进行。

（3）对矿井中地下水进行隔离或堵截。在勘测到地下水源之后，如果因为技术条件无法进行排干，或因为地质条件不能够进行排干，那么应当及时采取隔离水源的措施，或者对地下水源进行拦截。

（4）对矿山进行排水。进行矿山排水需要较为先进的工作泵，排水设备可以在一定时间排出24小时的涌水量，对排水设备的更新和检修也是必要的[2]。

我国目前已经出台了相关的规定和政策，煤矿地区的防治工作要坚持先探测后开采的原则，在预防、堵截、排水、疏水、拦截方面综合进行，确保煤矿地区的生产安全和环境保护。

3煤矿地区水工環地质勘测与治理的技术应用

当前我国的地质灾害勘测与治理技术运用的是电法和三维地震这样的手段来勘测水害威胁区。通过地面设施来对地下的水工环地质情况进行探查，并且对隐形水道进行疏通和封堵。这样能够减少顶板的砂岩水和奥灰水等进入煤层，防止干扰煤炭开采质量。

具体的工艺流程如下：首先要采用电法和三维地震联合的技术手段，来对灾害隐患区进行识别，通过地面进行钻孔，再用定向测量的仪器等等进行控制，对井壁进行材料加固。使用材料可用注浆工艺，通过地面对顶板砂岩层、灰岩层等进行加固，以此保证煤矿地区开采的绿色、安全和有效。

这样的技术推广，有效的减少了地下水资源的浪费，也保护了煤炭区的生态环境，更加降低了工人在地下作业时产生的风险和安全隐患。这样的开采技术能够降低煤炭开采成本，为我国在资源开采与生态环境之间的矛盾提供了有效的解决途径[3]。

3.1九龙矿区对地下灾害的防治案例

3.1.1案例背景

九龙矿于1991年4月投产。九龙矿位于峰峰矿区东南，平面上是呈现为菱形状的，总体是单斜的构造。它的南部F26断层对梧桐庄井田相隔，西部F8与泉头井田相对，北部F9与羊东矿相隔。东部地区是无限的井田，平台开采的深度为850米标准高度。九龙矿的南北走向为8千米，东西部宽2.5千米。井田有两个划分水平，第一个水平标高为600米，有7个主要开采区，第二水平标高850米。矿井的主要开采煤层是2号和4号，主要煤质是焦煤和肥煤。矿区奥灰层含水量较为丰富。4号煤层的煤埋藏深度比较大，底板的隔水层因此承担压力较大。在多种因素的影响之下，可能造成突水事故，影响煤层开采和作业安全。

3.1.2煤矿地区的资源条件

九龙矿的地质条件是，断层的构造比较发达，内褶皱构造是以次级的褶皱为主要。井田之内的陷落柱发育，隐伏导水的陷落柱有1个，总体类型为中等。矿井的充水条件较为丰富，是隐伏煤田，含水层大致分为9个。矿井的充水威胁较大的是充水水源，由于煤层埋藏的深度过大，超过开采的安全厚度，因此对隔水层的压力较大。奥灰层的含水量丰富，水头也比较高，容易形成潜在威胁，影响开采的安全性和正常性。煤矿地区充水水源进入矿井的主要通道可能有导水断层、陷落柱、裂缝和不良钻孔等等，潜在威胁还是比较大的。

3.1.3九龙矿进行的治理措施

地面施工的分支注浆孔进行工作面底板的注漿封堵。浆液在压力的作用下会从奥灰水的补给通道向下进行扩散和沉淀，逐渐堵塞并缩小可导水的通道，能够最大程度的减少奥灰水层对其余含水层的补给。在上方对裂隙进行沉淀和结石，能够填补隔水层导水带的裂缝，强化加固底板。减少了奥灰层突水事故发生的概率。同时也降低了对地下地区600多万吨煤炭资源开采的风险，所带来的经济效益和社会效益都极大。

3.1.4九龙矿治理所带来的效益

从经济效益上来看，自从项目在实施以后，一年内所完成的产值就已经超过亿元，之后在40多个煤矿地区实施推广，预测所带来的经济效益有40亿元左右，可上缴给国家的税收收益达到4亿元，为国家创造巨大的经济利润。如果该项目能够在中部煤矿开采地区进行有效的推广和实施，将会带来更多的经济效益。这样的技术降低煤矿开采的水害风险，提高了煤矿开采作业的安全性，有利于我国煤矿业的发展。

从环境效益上来看。这样的技术解决了一直以来困扰多年的奥灰水威胁开采难题，既保护了地下水源，又成功进行开采煤炭。突水通道在太原以带的煤层极为发达，错综复杂。该项目能够防治煤层底板的断裂，保护了地下环境，长久以来，由于煤矿排水作业易造成地下水生态系统的破坏、地下水水位下降、河流断流等影响，矿井内部的排水还有可能污染地表水。实施该技术以后，能够提高煤炭开采的效率，节约资源以及人力物力，也能最大限度的减少对地下水系统的人为干扰和破坏，避免了水资源的浪费，减少因为煤矿作业导致的生态问题和环境污染。

从社会效益上来看，由于煤矿地区排水作业所造成的资源浪费和地下生态系统的破坏，给国家及周边的人民造成了巨大的损失，其中的损失是无法短时间内进行修补的，生态系统的破坏需要自然进行十几年乃至百年的自行修复，对周边居民所造成生活上的不便，也加大了居民对企业的不满，所造成的心理伤害也是无法挽回的。该技术的实施，能够有效的防治矿井作业对自然的影响，对周边环境的影响，提高了企业和行业在人们心中的地位和责任。有效的减少了地下水资源的浪费，也保护了煤炭区的生态环境，更加降低了工人在地下作业时产生的风险和安全隐患。创造了巨大的社会效益。

3.2当前水工环研究中其他的新技术应用

3.2.1GIS系统应用

GIS应用技术是以空间数据为基础的地理信息系统[4]，地质信息特点的不同也更加能够体现出GIS技术的广泛性，因此该技术在水工环地质探测工作中也进行了尝试使用，并在其他地质工作上得到推广。

3.2.2RS技术的应用

RS技术又称为遥感技术。在水文地质探测和地质评价中得到广泛使用，从产生到应用仅仅30年的时间，通过计算机对各个要素进行模拟分析，对数据处理能够迅速便捷的进行处理，使用成本也较为低廉。RS技术可以实时进行动态的检测，在地质探测、地质条件评定和工程选址方面得到广泛的运用。能够相对准确的测评地质条件的稳定性，以及灾害的可预测性。

3.2.3物理探测技术

物理探测技术对地质的物理参数能够准确、迅速的作出分析，成本比较低廉，对环境的影响也较小。在水工环探测工作中已经得到长远的使用。近年来对物理探测技术的逐步重视，也使得我国水工环探测技术得到了飞速发展。

3.2.4水质探测技术

水质探测技术是国内外的实验手段。分为化学分析和物理分析两种方法。虽然两种方法的基本原理不同，但也不是互相独立的，在运用的过程中，应当根据实际的情况和要求，综合考虑分析的优势与劣势，扬长避短，选择比较合适的分析方法。这样的技术，需要操作人员的综合素质较高，能够熟练的掌握两种分析方法的特点和优劣势。

4结尾

随着国内外科技技术水平的发展和提高，我国的水工环地质探测技术也应该得到相应的提高和发展。在我国水工环地质的勘测工作中，技术应用的力度还远远不够，一些珍贵的地质勘测资料也比较稀缺。因此使得当前在水工环地质勘测中的操作性不够，造成一些安全隐患，以及资源的浪费。为了与经济基础进行同步的发展，我国近年来对水工环勘测技术上的投资日渐加大[5]。本文通过结合九龙矿地质灾害治理技术的案例，浅析了当前我国在地质灾害治理方面取得的进步以及带来的效益。虽然有初步的提高和发展，但仍旧需要科研人员不断的探索与进步，如此一来我国地质勘测工作才会有长远的发展。总体来说，高技术的应用对于水工环地质探测工作是具有长远意义的。

参考文献

[1]董书宁等.中国煤矿水害基本特征及其主要影响因素.煤田地质与勘探.2007（05）34-38.

[2]顾文斌，刘永生.电法在水工环地质勘察应用中的几点认识[J].资源环境与工程.2010.

[3]付丽莉.浅析水工环地质勘察中的技术应用（J].毕章，2010.

[4]李怠民，吴海成.水工环物探仪器研制特点与实例[J].物攘与化振.1995

[5]邦书黍.工程地质勘察与岩土工程技术发展现状与展望[J].撂矿工租.1999.

作者简介

李阳（1981-），男，江西樟树，中国煤炭地质局，硕士研究生，高级工程师，研究方向：工程项目管理等。

1.中国煤炭地质总局 北京 100038;2.陕西省煤田地质集团有限公司 西安 710021