崔加圣
淮北矿业股份有限公司临涣煤矿 安徽淮北 235136
摘要：煤矿生产过程中受各种水害威胁，随着煤矿开采深度的增加，矿井水害隐患越来越严重，水害事故时有发生，不仅造成财产上的损失，更重要的是直接威胁到井下工人的生命安全。本文着重分析了煤矿水害的类型及发生原因，并提出矿井水害防治技术和措施，以供参考。
关键词：矿井水害 类型 条件 防水技术 措施
煤炭资源是我国现在乃至今后相当长一段时间内的主要能源，在一次能源结构中占65%左右，其开采及利用是我国国民经济发展的重要基础。安徽省淮北石炭二叠系煤田是我国重要采煤区之一，其开采受水害威胁严重，近年来随着煤矿开采深度的增加，矿井地质及水文地质条件变得越来越复杂，矿井水害隐患也越来越严重，特别是淮北矿业集团桃园、朱仙庄煤矿的突水淹井事故，造成人员伤亡和国家财产的巨大损失，煤矿水害已成为制约煤矿安全生产的重大关键问题之一。因此煤矿开采过程中，要在查明煤矿水文地质特征的基础上，根据矿井水害类型制定相应的防治水技术手段和措施，为煤矿的安全开采提供可靠的水文地质保障。
矿井主要水害类型、发生条件
安徽省淮北矿区主要水害类型按照充水水源来划分，可以分成孔隙水、砂岩裂隙水、岩溶水和老空水等。
1、孔隙水。为新生界松散层含水层水，淮北煤田为新生界松散层覆盖的全隐蔽煤田，区内松散层大都发育四个含水层和三个相应的隔水层，其中第四含水层直接覆盖在煤系地层之上，四含水通过浅部裂隙带、断层破碎带和塌陷裂隙带进入矿井，与煤系砂岩裂隙水有一定水力联系，给浅部煤层的开采带来安全隐患。当掘进巷道靠近冲积层时或通过断层、构造裂隙导通孔隙水时，当采煤工作面冒落带（导水裂隙带）沟通孔隙水或异常冒顶区发育到冲积层时，都可能造成大量涌水、甚至溃砂，危及矿井和人身安全。孔隙水害一旦发生，危害程度极大。2001年12月25日，准备投产的皖北煤电公司祁东煤矿3222综采工作面，冒落裂隙导通了四含发生突水，最大涌水量达1520m3/h，超过矿井排水能力，造成淹井。2002年11月10日，淮北矿业集团桃园煤矿1022上工作面“抽冒”沟通四含，大量“泥岩流”溃入，造成4人遇难。
2、砂岩裂隙水。砂岩裂隙水存在于矿体或其围岩的裂隙中，当采掘工作面与它们相遇或接近时，这种地下水就会涌入工作面，造成矿坑充水。砂岩裂隙水是矿井开采过程中涌水量的主要组成部分，约点60%。砂岩裂隙水的一般特点是：水量较小，水压较大。当裂隙水与其它水源无水力联系时，在多数情况下，涌水量会逐渐减小甚至干涸；如果裂隙水与其它水源有水力联系时，涌水量会不断增加甚至造成突水事故。淮北矿业集团临涣煤矿建井以来共发生涌水量大于30m3/h的砂岩裂隙水突水9次，其中突水量最大的为208m3/h。淮北矿业集团海孜煤矿745工作面回采过程中也发生过顶板砂岩水溃入式突水事故，强大水流迅间涌出，冲出工作面下部矸石400多方，5名工人未来及撤离而遇难，最大涌水量3778m3/h。
3、岩溶水。这种水源在我国华北和华南的许多煤矿较为常见，其中淮北矿区二叠纪煤系地层的下部为岩溶比较发育的石炭系太原组石灰岩和奥陶系石灰岩。太原组石灰岩岩溶水是威胁淮北矿区10煤层开采的主要含水层；奥陶系石灰岩是厚度巨大的强含水层，一旦导通奥陶系石灰岩，会发生较强突水事故。当工作面处于灰岩承压含水层上开采时，底板隔水层的阻水能力不能抵御水压或存在陷落柱、断层等突水通道时，就会发生灰岩含水层大量出水。岩溶水突水的一般特点是：水压高、水量大、来势猛、涌水量稳定、不易疏干，危害性大；一旦发生突水，对生产影响较大，特别是奥灰突水往往会发生短时间内淹井事故，造成重大财产损失和人员伤亡。灰岩水害占全国各类水害事故的70％左右，往往发生恶性事故。近年来淮北矿区也发生多起灰岩突水淹井事故，1988年10月24日，杨庄矿2617综采面发生底板灰岩突水，水量为3153 m3/h，造成二水平被淹；2005年2月，朱庄矿3622综采面发生水量达1420m3/h的突水灾害，造成重大经济损失；1996年3月，任楼矿8煤层工作面发生了陷落柱突水，最大水量3.5万m3/h，造成淹井； 2013年2月桃园矿1035工作面切眼隐伏陷落柱突水，2.9万 m3/h的突水量使得这个大型现代化矿井在数小时内被淹没。
4、老空水。井下工作面采空区、废弃巷道等空间，如果没有自流排水条件，往往积水，水量的大小取决于积水面积。当采掘工作面遇到这些积水区时，会发生老空水直接溃入工作面，危及人身安全。老空水害的特别是：突水来势猛，易造成严重事故，当老空水与其它水源无联系时，易于疏干，如老空水与其它水源有联系，则可造成量大而且稳定的涌水，危害性极大。2005年8月7日，广东省大兴煤矿发生特大透水事故，造成121人死亡，伤1人，直接经济损失4391.02万元。2010年3月28日，王家岭矿20101工作面回风巷掘进头发生导通老空积水区透水事故，造成153名矿被淹，经过急时抢救，115人被救，38人遇难。
二、矿井防治水技术及措施
1、松散含水层下采煤的防治。
1）留设安全煤（岩）柱
根据《三下采煤规程》，在近松散层底部含水层下开采煤层时，根据水体采动等极要留设的安全煤（岩）柱常为以下三种。
防水安全煤（岩）柱。水体采动等级为Ⅰ级时要留设防水安全煤（岩）柱，它的作用是最大限度地防止煤层开采后所形成的导水裂隙带波及上覆水体，避免上覆水体中的水涌入坑道。防水安全煤岩柱的最小垂高（H柱），应大于或等于导水裂缝带的最大高度（H裂）与保护层厚度（H保）之和，即H柱≥H裂+H保
防砂安全煤（岩）柱。水体采动等级为Ⅱ级时要留设防砂安全煤（岩）柱，它的作用是防止垮落带进入或接近松散层，避免泥砂溃入井下，但可允许一部分导水裂缝带进入松散层的弱含水层或已疏降的松散强含水层。安全煤岩柱的最小垂高（H柱），应大于或等于垮落带的最大高度（H垮）与保护层厚度（H保）之和，即H柱≥H垮+H保
防塌安全煤（岩）柱。水体采动等级为Ⅲ级时要留设防塌安全煤（岩）柱，它的作用留设防塌安全煤（岩）柱的目的，是不仅允许导水裂缝带波及松散层弱含水层或已疏干的含水层，同时允许垮落带接近松散含水层底部，安全煤岩柱的垂高（H柱）应等于或接近垮落带的最大高度（H垮），即H柱≈H垮。
2）强化回采安全技术措施。工作面回采前要查明断层构造情况，制定工作面防止“抽冒”、“切冒”的顶板管理措施，做到限高开采；建立完善四含水井上下水位动态观测系统；建立完善的工作面疏排水系统；建立通畅的避灾路线，人员可以安全撤离 。
2、煤系砂岩裂隙水的防治
淮北矿区，正常地段砂岩裂隙水以静储量为主，不会构成大的威胁。但在局部（如含水层加厚，断层发育，尤其巨厚坚硬岩层下可能产生“离层水体”）地段，也会出现水量大，时间长的出水，甚至发生溃入性突水。
防治技术和措施。1）在开采前利用瞬变电磁或高密度电法进行顶板富水性电法探查，查明水体赋存规律。2）圈定工作面顶板富水异常区，在工作面的机、风巷向顶板异常区施工疏水钻孔、导水钻孔，疏干或弱化水体。3）受顶板砂岩裂隙水影响较大的工作面，要设计为仰斜开采，做到煤水分流，一旦工作面出现局部顶板砂岩裂隙水较大时，不会造成淹面等事故。4）健全排水系统，保证工作面具备足够的临时排水能力，保持后路排水畅通。 3、承压灰岩水上采煤水害的防治
1）水文地质勘探
具有灰岩水害的矿井，要进行水文地质补充勘探。通过地面钻探或井下放水试验等方法，查明灰岩含水层富水性、厚度、底板隔水层厚度及其变化情况、补给条件和水位（压）等参数；通过三维地震、电法等手段，查明井田内陷落柱、断层构造及其含水、导水情况。
2）掘进施工超前探查
具有明显出水通道的灰岩水害，大都发生在掘进施工过程中。因此，为了防止掘进施工误揭露导水构造或陷落柱，要坚持断层和陷落柱附近掘进施工的超前探措施。一般是先物探，后钻探。物探方法以直流电法的分辨率和可靠性为最高，瞬变电法因施工方便也被广泛使用。
3）采煤工作面底板探测
根据《煤矿安全规程》规定，承压水上开采必须进行工作面物探和钻探，查明底板岩层和含水层富水异常区，为防治水工程设计提供技术依据。物探方法有直流电测深法、底板音频电透视法等。查明底板隔水层的厚度和完整性，尤其是确定灰岩水导升高度，进行开采安全性评价。
4）底板注浆加固
所谓注浆加固，是将制备的浆液压入岩层的空隙，并扩散到一定范围，在岩层中固结成岩，达到封闭导水通道、增加有效隔水层厚度、提高底板隔水岩层的阻水能力的目的，变透水层为隔水层，使其达到适应承压水水头压力的要求。淮北矿区部分灰岩水不易疏干的矿井往往采用带压开采与底板注浆加固相结合的水害防治措施。
5）疏水降压
近年，淮北矿区针对矿井灰岩水压高、富水性弱、以静储量为主、具备可疏性的特点，按照“超前探查、区域治理”的技术思路，提出了区域疏降的治理方案，由过去逐面探查，变为区域超前治理，分区疏降（干）太灰炎。就是在井下大巷、石门或专用放水巷等设计施工灰岩水疏放钻孔，超前对灰岩水进行疏降，确保承压灰岩水上开采的工作面在开采前灰岩水水压降低到安全水头值或彻底疏干。近年淮北矿区孙疃煤矿、临涣煤矿等矿井实施了灰岩水区域疏降方案，成效明显；孙疃煤矿101采区累计疏放水量110万m3，太灰水位垂深下降近200m，101采区累计疏放水量20.3万m3，太灰水位垂深下降近250m，水害治理彻底，工作面达到了疏干开采目的。
4、老空水害的防治
老空水害的发生主要是老空区的防水煤柱被破坏所造成的。破坏的原因是老空水位置不清、水量不清，又不做探放水工程，掘进时误入老空区所致。
老空水害防治技术措施主要有。1）加强老空水调查。动态查明老空水空间分布状态，在采掘工程平面图上标明积水线、探水线、警戒线。标明积水面积、积水量、积水上限标高。2）加强水害预报，坚持“有掘必探，先探后掘”的原则，掘进工作面在距已查明老空积水边界30m前，必须超前探放老空水。3）老空水的探放要坚持岩巷远距离集中探放和最后验证。4）采掘活动中不准备探放的老空水，要按照防治水管理规定要求留设足够的防水安全煤柱。
三、结语
矿井开采作业的过程中会受到不同程度的水灾影响，且随着近年煤矿开采深度的增加，开采作业中的水灾问题也呈现加重的趋势，影响到煤炭行业的持续健康发展。因此，在煤矿生产过程中，为了保证开采环境的安全，应当采取科学合理的防治水技术，做好相应的防治水措施，保证防治水工作能够在开采的每个环节贯彻落实，保证煤矿的安全生产。本文针对矿井存在的主要水害类型进行了分析，并针对孔隙水、砂岩裂隙水、灰岩岩溶水、老空水等水害提出了相应的防治水技术和措施，希望能够给煤矿的防治水工作提供参考和帮助。
参考文献：
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[3]虎维岳.矿山水害防治理论与方法[M]. 北京:煤炭工业出版社，2005.
论文作者:崔加圣
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/5
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