论水害监测预警系统在石圪台井田水害防治工作中的作用
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[摘 要]水害监测预警系统是煤矿水害预测预报中的一项重要工作，是一种多信息监测突水条件产生、变化的系统。
中图分类号：TD745 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）23-0146-01
1 预警系统的提出
我们知道，煤矿水害是煤矿建设开发过程中，不同形式、不同水源的水通过某种途径进入矿坑，并给煤矿建设和生产带来不利影响和灾害的过程和结果。如果在这个过程的初期能够及时发现并采取措施，就能避免水害或减少水害的损失。水害监测预警系统是煤矿水害预测预报中的一项重要工作，是一种多信息监测突水条件产生、变化的系统。
水害已成为安全生产的重大隐患，不得不使我们对含水层的威胁日益重视起来。因而建立完善的水害监测预警系统对石圪台井田水害防治工作有着非常重要的意义，也是增强地质保障功能、服务生产的必要措施。
2 建立预警系统的重要性
2.1 矿井采空区及老窑水分布情况
2.1.1 本矿采空区积水情况
本矿采空区积水主要集中在12上、12、22煤采空区，分别分布在一、二、三、四盘区。一盘区积水面积约116.7万m2，积水量约54.4万m3;二盘区积水面积约95万m2，积水量约19万m3;三盘区积水面积约36.4万m2，积水量约7.3万m3;四盘区积水面积约200.7万m2，积水量为390万m3。
2.1.2 周边小窑采空区积水情况
在石圪台田内有18个小煤矿开采12上、12、22上和22煤，共四个煤层，现在有2个小煤矿生产，分别是大渠一矿、韩家湾煤矿;有9个小煤矿停产或暂时停产，分别是前塔矿、王家坡矿、互助矿、考考赖沟煤矿、尔林兔乡前渠煤矿、糖浆渠二矿、大柳塔镇办矿、石圪台个体矿、石圪办煤矿;有7个小煤矿关闭，分别是大渠二矿、老窑渠煤矿、尔林兔乡糖浆渠煤矿、野猫湾煤矿、石匠畔煤矿、海则濠煤矿、柳根沟煤矿。其采掘及积水情况基本清楚。
2.2 矿井含水层情况
1）新生界松散层孔隙潜水
（1）第四系全新统冲积层孔隙潜水（Q4al）
主要分布于井田西部乌兰木伦河河漫滩和一、二级阶地，成片状和带状分布，宽度100～400m，岩性为冲积砂砾卵石，沙层，各地段相差较大，一般厚2-20m，水位埋深0～10m。富水性中等到弱。
（2）上更新统萨拉乌苏组孔隙潜水（Q3s）
萨拉乌苏组含水层广布井田内，是井田内最主要的含水层。岩性为黄褐色中细砂、粗砂、含粉砂及粘土透镜体。其沉积厚度受古地形制约，一般在古河槽中心沉积较厚，而向两侧逐渐变薄。根据井田勘探阶段及建井和生产阶段施工的水文钻孔及松散层调查孔资料，主要分布石圪台沟以东，葫芦头沟及井田中部布袋壕、柳根沟一带。在古湖洼地、古冲沟沟槽处厚度可达20～50m，最厚53.76m，整个井田平均厚度18.35m。根据抽水试验资料：水位降低1.06～15.30m，涌水量0.783～12.60 l/s，单位涌水量0.369～1.54 l/s.m，渗透系数3.89～10.96m/d，富水性中等到强。
2）中生界碎屑岩类裂隙潜水和承压水
（1）中侏罗统直罗组裂隙潜水（J2z）
主要分布井田东北部，局部缺失，岩性为灰黄色中、粗粒含砾砂岩，巨厚层状，风化裂隙发育，胶结疏松，俗称“豆腐渣砂岩”。厚度0～81.01m，平均厚度36.76m。出露于该层中泉流量0.66 l/s，富水性中等到弱。
（2）中下侏罗统延安组裂隙潜水和承压水（J1-2Y）
延安组由灰色泥岩、粉砂岩、灰白色中细粒砂岩组成，其间夹可采煤层12上、12、22上、22、31、42、43、44煤层，该组厚度在172.18m。含水层为灰白色中粗粒砂岩、细粒砂岩。厚度变化大，常呈透镜体状产出，中间夹以浅灰色粉砂岩、泥岩、炭质泥岩隔水层，从而组成了复合型互层状含水岩组段。钻孔涌水量0.027～0.303 l/s，单位涌水量0.00086～0.01212 l/s.m，渗透系数0.00903-0.286 m/d，属富水性弱―极弱含水岩组。根据延安组含水岩层特性，由上向下划分为五个含水岩段，各含水岩段凡厚度小于1.00m的砂岩不作含水层处理，现叙述如下：
直罗组底部至12煤顶板含水岩段：该岩段厚4.44～78.35m，一般31.36m，由中粗粒长石砂岩和粉砂岩组成。井田局部上部直罗组缺失部位为潜水含水层。下部是以中细粒砂岩为主的裂隙承压含水层，砂岩间的砂质泥岩，组成良好的隔水层。钻孔涌水量0.102 l/s，单位涌水量0.00419 l/s.m，渗透系数0.0174m/d，富水性弱。
12煤底板至22煤顶板含水段：该岩段厚7.36～60.60m，平均厚32.20m。含水层由厚层状中粗粒长石砂岩2-3层组成，中部砂岩厚度稳定，一般厚25.0m，砂体间有粉砂岩和泥岩所隔离，为裂隙承压含水层。钻孔涌水量0.027 l/s，单位涌水量0.00086 l/s.m，渗透系数0.00903m/d，富水性弱―极弱。
3）烧变区孔洞裂隙潜水
井田南部糖浆渠沿岸东部局部 12煤及以上煤层发生自燃使围岩形成烧变岩，成条带状分布。厚度2.7～36.98m，一般25.01m，分布宽度100～200m左右。烧变岩裂隙孔洞发育，地下水径流畅通，上部又覆盖萨拉乌苏组沙层 ，易于接受大气降水及沙层水的转化径流补给，其底板又为相对隔水的粉砂岩，泥岩。在地形坡向与地层倾向相反的地段或烧变岩底板位于当地侵蚀基准面以下时，常形成富水区。单位涌水量为4.6146 l/s.m，渗透系数281.05m/d，富水性强。
3 建立预警系统的迫切性
石圪台井田为防治水害，在各矿曾开展过一些防治水的研究工作，为探查导水构造防治水害要求各矿普及了三维地震和瞬变电磁勘探，并进行了井下超前探测等工作。虽然大量的探测工作需要耗费可观的资金，但事实证明上述这些手段在防治水中所起的作用是巨大的，尤其在当前没有更为完善的措施的情况下是必须做的重要工作。可这些工作明显有不足之处，比如对构造规模范围的圈定就有一定的局限性（三维地震勘探一般可查明采区内落差大于5m的断层，其产状平面位置摆动不超过20m，还可查明长轴大于20m，短轴大于的陷落柱，平面位置摆动不超过15m）;另外，一些探查水害较为有效的物探方法却因未获得防爆证而不能投入井下使用。因此，当前应在上述工作的基础上，在井下建立水害监测预警系统，以完善监测监控手段。这样才能基本上弥补上述工作的不足，充分保证各矿井的安全生产
4 系统的建立和分类
水害监测预警系统是突水条件的多信息监测预警技术，它包括水声压、突水预兆、渗透压、充水强度等预警技术。比较常用的是水压、突水预兆预警技术。水压预警技术是通过监测含水层和灰岩含水层的水位相对变化，预知煤层开采区与含水层之间隔水层厚度变化情况。两种含水层水位相对变化的情况，一般分为三类：一类是原本混合类，即含水层和灰岩两种含水层已通过某种自然通道导通，煤层开采区与灰岩含水层之间隔水层厚度已非巨厚的，而是开采区与太原组灰岩含水层之间的厚150m，也有可能发生煤层与含水层之间隔水层的隔水作用完全消失的情况;二类是人类工程或最新构造活动诱发，使含水层和灰岩两种含水层水位逐步接近的过程混合类，开采区与含水层之间隔水层的隔水作用逐步消失的情况;三类是含水层和灰岩含水层两种含水层在正常的地层中发育，相互间无水力联系的不相类，开采区与奥灰岩含水层之间隔水层厚度为150m左右。含水层和灰岩含水层之间水位相对变化的上述三种情况，可通过水压预警技术的实施而掌握。以便于根据突水条件变化特征，制定出切合实际的、行之有效的防治水技术方法和工程实施方案;突水预兆预警技术是以培训方式建立群测群防突水预兆即时观测预警体系，对各种形式的突水水源在突水临界期显现的突水预兆进行预警，解决了突水预兆的即时观测问题。
5 结语
目前，常用的突水预兆、水压预警技术已在一些矿区推广。前者因易教易学推广较为普遍;后者因工程成本高和远距离通讯技术门槛高而提高了介入难度。虽然尚未因此而引发煤矿水害，但随着开采区的逐步扩大，水害都有可能发生。因此，水害已成为安全生产的重大隐患，不得不使我们对含水层的威胁日益重视起来。因而建立完善的水害监测预警系统对石圪台井田水害防治工作有着非常重要的意义，也是增强地质保障功能、服务生产的必要措施。
作者简介：
袁旺（1986-），内蒙古人，助理工程师，主要研究方向为矿井探放水技术与水害监测方面。