采矿工程中矿井水害超前探测与综合治理技术体系研究

引言

随着我国采矿业向深部、复杂、智能化方向发展，矿井水害问题日益突出，其表现为水源复杂、突发性强、治理难度大，直接威胁矿井生产安全与生态环境。矿井水害不仅造成矿井涌水、淹井等灾害，还极易引发次生地质灾害和人员伤亡事故。近年来，煤炭与金属矿山开采规模不断扩大，深部井巷与高地压条件下的水害治理难度持续增大，暴露出传统被动防治模式的局限性和风险性。如何基于现代地球物理技术、信息化监测及智能决策等新手段，构建“预测、预警、预防、治理、监控”一体化的矿井水害防控技术体系，是保障矿井安全高效生产、推动矿业绿色发展的核心课题。本文围绕矿井水害超前探测与综合治理技术体系建设，系统分析其理论基础、技术路径、关键装备与工程应用，为实现矿井水害从被动应对向主动防控的战略转变提供理论支撑和技术参考。

一、矿井水害形成机理与灾害特征分析

矿井水害的形成机理复杂多样，主要包括矿区地层含水性、水源类型、地质构造、断裂发育、采动扰动等多重因素的耦合作用。矿井水害按照成因可分为地表水入渗型、承压水突涌型、断裂导水型、老空水溃突型等类型。地表水入渗型水害多发生于浅埋矿井或地表径流丰富区域，地表水通过覆盖层或疏松带渗入井下，形成涌水；承压水突涌型则常见于深部矿井，当下覆含水层承压破坏或井巷突破含水断层时，大量承压水瞬时涌入井巷，形成灾害；断裂导水型以断层、裂隙为水通道，将不同含水层水源或地表水引入井下，具有隐蔽性强、突发性高、影响范围广等特点；老空水溃突型多见于老矿区，当采空区蓄水达到一定水头，受采动扰动或巷道贯通后发生突然涌水。不同类型水害的致灾因素和破坏机理各异，但均表现出水量大、压力高、蔓延快和难以预测等灾害特征。矿井水害具有强烈的区域性和时空不均匀性，其发生与地质条件、水文环境、采矿技术等密切相关。

二、矿井水害超前探测技术发展与集成应用

超前探测是矿井水害主动防控的首要环节。传统超前探测主要依赖钻探、水文观测等点式方法，虽有一定效果，但分辨率低、覆盖范围有限。现代矿井水害超前探测呈现多技术集成、三维立体、实时动态的技术特征。主要包括地球物理勘探、钻孔探水、地质雷达、声波扫描、电法、地温法、水化学和同位素示踪等。地球物理勘探是目前最具发展潜力的矿井水害超前探测手段。高密度电法、瞬变电磁法、地震波 CT 等能够对地层导水构造、含水层空间分布及富水异常区进行精确识别。与钻探结合，可实现定量定性超前预测。钻孔超前探水与物探联合，可对巷道前方 20-200 米范围内的水体、导水带、破碎带进行分层扫描，有效弥补单一技术的局限性。地质雷达、声波扫描等高分辨率探测手段，适用于井下巷道壁围岩、围岩裂隙和煤层中水体异常的精细成像。水化学分析和同位素示踪则可溯源水源、识别不同类型水害。

三、矿井水害综合治理技术体系构建与应用

矿井水害的综合治理强调“探、防、堵、疏、排”五位一体，核心在于超前预测、主动防控、分区治理和智能管控。首先，基于超前探测结果，划分水害分布区、富水区和弱水区，制定分级分区治理方案。在主动防控方面，采用注浆加固、帷幕止水、断层注浆、加固采掘巷道等手段，提前切断或减弱水源通道，提高围岩整体防渗能力。老空区和采空区治理以注浆充填为主，减少蓄水空间和溃突风险。对于高压承压水，可布设疏水钻孔或导水孔，降低水头压力。堵水主要采用高效注浆材料，如水泥 - 膨润土、速凝聚合物、超细水泥等，针对不同地层和水力条件进行配比优化，保障注浆帷幕的连续性和止水性能。疏排系统则需根据水害类型和水量，合理布置疏水巷道、抽水井和泵站，实现分级分流与动态调控。对于突发性水害，应配备自动化应急排水装置与智能调度系统，实现水害处置的快速反应与高效联动。

四、矿井水害智能化监测与预警技术创新

随着矿山智能化和信息化的推进，矿井水害的监测、分析和预警技术日益智能化。现代矿井水害监测体系集成多种感知设备与信息技术，能够实现矿区水文地质参数、井下水位、水质、水压和突水徵兆的实时采集和远程传输。智能传感网络、无线传输、云计算与大数据分析，极大提升了监测信息的时效性和空间覆盖度。智能监测系统能够对各采掘工作面、重要巷道及采空区等重点部位进行多维度监测，自动识别异常变化。基于多参数耦合分析与数据驱动模型，可构建矿井水害时空演化趋势预测模型，实现超前预警和动态风险评估。结合物联网和AI 技术，智能预警平台可自动推送报警信息，实现水害“早发现、早预警、早处置”。

五、矿井水害超前探测与综合治理的应用成效与发展建议

多年来，矿井水害超前探测与综合治理技术体系的实践应用取得显著成效。通过多源物探、智能钻探与精准注浆等技术的集成应用，水害灾变事件发生率和突水事故损失显著下降。分区分级、动态调控和智能排水体系的构建，提高了矿井水害防控的系统性和前瞻性。信息化、自动化管理手段的普及，使水害治理实现了全流程可视化、可控化和高效化。未来应加强基础地质和水文理论研究，提升探测装备智能化与数据融合能力，拓展新材料与新工艺在注浆、止水、排水中的应用。应推进矿井水害治理的标准化、信息化和智能化，完善大数据驱动的动态管理与精准治理体系。鼓励产学研协同创新，推动智能矿山与绿色矿山建设，全面提升矿井水害超前探测与综合治理技术体系的科学性、系统性和先进性，为深部复杂矿井安全生产和可持续发展提供坚强保障。

结论

矿井水害作为采矿工程安全生产中的重大灾害类型，其超前探测与综合治理技术体系是现代矿井安全与高效开采的关键保障。本文系统分析了矿井水害的形成机理、超前探测手段、综合治理路径及智能化监测技术，指出多技术集成、动态管控和信息化支撑是矿井水害治理的必然趋势。实践证明，构建完善的“探、防、堵、疏、排”一体化综合治理体系，并辅以智能监测和大数据驱动的动态管理，可大幅提升矿井水害的主动防控水平和治理成效。建议未来继续加强理论创新、技术装备升级与标准体系建设，实现矿井水害从预测、预警到治理、监控的全流程智慧化转型，为保障矿山安全、推动行业绿色高质量发展提供坚实支撑。

参考文献：

[1] 王明杰 , 刘洪 , 孙军 . 矿井水害超前探测技术及其应用研究 [J].煤炭科学技术 , 2021(9): 1-8.

[2] 张伟 , 赵磊 . 矿井水害综合治理技术体系与实践 [J]. 煤炭工程 ,2022(7): 30-36.

[3] 刘俊, 李涛. 智能化矿井水害监测与防控技术发展现状[J]. 中国矿业 , 2023(3): 15-22.