位于陕北煤田核心地域的神南矿区为半干旱-干旱地区，整体富水性较差，但局部顶板和火烧区却存在富水性强的特点，成为该地区煤矿安全的主要威胁。如何有效防治水患，合理利用矿井水，将其变废为宝呢？ 

    陕西煤业化工集团神南矿业公司历时4年、投资近千万元，对神南矿区进行水文地质专项研究。如今，该研究项目顺利通过验收，并取得了多项重大成果。此举对指导类似地质条件如陕西、山西、内蒙古、宁夏和甘肃等地区的煤炭开采，具有较高的推广价值。  

 

         新矿井碰到老难题 

 

    神南矿区总面积为 373.4平方公里，煤炭总资源量约 55亿吨，主要包括红柳林矿、柠条塔矿、张家峁矿 3个千万吨级煤矿。近年来，随着神南矿区煤炭产量的逐步释放和煤炭开采的延伸，3个井田局部顶板和火烧区富水性强、涌水现象频繁发生。 

 

    2009年，红柳林矿房采工作面涌水，涌水量每小时近300立方米，排水15小时后衰减至每小时 90立方米；2011年，柠条塔矿南翼工作面涌水，峰值涌水量每小时达到1200立方米。 

 

    “ 神南矿区虽是年轻矿区，但深受水害威胁和破坏，进行水文地质研究很有必要。”神南矿业公司总工程师迟宝锁说。

 

    神南矿区地处毛乌素沙漠区域，针对这种地质环境进行的水文地质研究还处于空白阶段。而在实地勘察过程中，神南矿业公司研究人员发现，这里的地下水渗流缓慢，常规的勘察技术在这种条件下难以实现准确测量。同时，该区域地下水流场普遍偏低，小于 0.1微米/秒，局部又很大，是正常区域的几十万倍。如此复杂多变的水文运动现象，是非常罕见的。如何推进下一步的勘察，研究人员犯了难。 

 

    “必须把水害治理好，这关乎我们企业的发展和广大矿工的生命安全，不管要用多久、不管要投入多少资金，我们一定要把水文地质条件查清，把水力联系搞懂。‘只有打着灯笼走夜路才不会被绊倒’。”神南矿业公司执行董事、党委书记吴群英坚定的表示。

 

        产学研协同伏魔

 

    为了解决这一难题，神南矿业公司总经理张森提出，联合科研院所共同攻关。

 

    经过联系与沟通，一个由中国矿业大学、陕西煤田地质局、西安科技大学、中煤科工集团西安研究院以及陕煤化集团技术研究院共同承担相关课题的全新项目组很快组建，并开始对神南矿区水文地质进行全面系统的研究。

 

    在勘察过程中，一项项难题不断涌现。一是由于地质构造的特殊性，国内相关仪器无法满足观测要求。在经过大量的调研后，项目组终于用上从美国引进的孔内高速摄像设备观测地下水流场。可实践中，却又出现了仪器设计与使用目的的差异。项目组反复调试试验，最终在刨除了多个煤田水文地质钻孔后，形成了相应的技术。

 

    二是神南矿区黄土层较厚，大家不确定，煤炭开采形成的裂隙是否已经穿越了黄土到达了含水层，对地下水有着直接的影响。针对这一问题，项目组对多个导水裂隙探查钻孔进行勘察，先后设计了多套方案，最终引进声电成像测井技术。该技术采用非接触地球物理手段，可以测试井壁外未被扰动的裂隙状况，并成像。这就像给大地做B 超。在准确查明水源和采动导水通道后，项目组准确预测到矿井涌水量，避免了水害事故。这是我国煤田地质钻孔首次勘察到采动土层中裂隙场，为相关科学研究提供了宝贵的基础资料。

 

          选出最优方案，形成关键技术

 

    历经4年时间，这一项目终于结出丰硕成果。在近日召开的项目验收会上，专家指出，该项目建立了神南矿区地下水三维渗流模型，为多重介质含水层供水水源地选取与评价提供了基础。

 

    据了解，针对厚土层覆盖特征，项目组研发了微电阻率扫描成像测井观测采动导水裂隙成套技术及配套工艺，建立了陕北煤田单因素和多因素导水裂隙带发育高度计算模型。通过对关键隔水层进行采动前、后和蠕变恢复过程中应力—应变—渗透性测试，项目组获取了采场演化不同阶段的隔水层渗透性能演化规律，得到了研究区保护层合理留设厚度。

 

   针对研究成果，他们提出了“多剖面互相关”处理压制随机干扰的磁法解释方法，优选出磁法是最佳的火烧区勘察技术；优选出直流电法和瞬变电磁法为火烧区富水性勘察的有效方法，制定了火烧区边界及富水性勘察的最优方案。

 

    此外，该项目组还提出了薄基岩突水溃沙发生的因素、判别标准和防治关键技术；建立了产流—汇流—入渗的采动沟谷雨季涌水量预测模型及配套适用条件，提出了沟谷洪水防治关键技术等。

 

   “接下来，就是要把项目成果切实转化，彻底用好水资源。”迟宝锁说。

本网通讯员：王宏科 张 娜

编 辑：肖平