我國煤礦水害事故的研究現(xiàn)狀及展望

高磊

【摘 要】近年來，我國煤礦水害問題日趨嚴(yán)重，引起了全社會的廣泛關(guān)注。煤礦水害是煤礦區(qū)五大自然災(zāi)害之一，在煤礦生產(chǎn)中突水是僅次于煤礦瓦斯的嚴(yán)重事故[1]。煤礦區(qū)一旦發(fā)生水害，就會惡化生產(chǎn)環(huán)境，破壞正常的生產(chǎn)秩序，重則造成人員傷害事故，造成國家資源和財(cái)產(chǎn)的巨大損失。本文綜述了目前我國煤礦區(qū)水害的現(xiàn)狀和面臨水的新問題以及典型突水和治理案例，提出了煤礦水害主要防治方法以及未來的研究思路和展望。

【關(guān)鍵詞】煤礦水害；礦井突水；水害防治；底板水

1 我國煤礦水害的形勢

1.1 我國煤礦水害的現(xiàn)狀

煤礦水害是與瓦斯、頂板等并列的礦山建設(shè)與生產(chǎn)過程中的主要安全災(zāi)害之一。在我國煤礦區(qū)重大特大事故中，煤礦水害事故在死亡人數(shù)方面僅次于其瓦斯事故，居于第2位；在發(fā)生次數(shù)方面，也僅次于煤礦瓦斯和頂板事故，居于第3位。據(jù)有關(guān)研究報道，在上世紀(jì)末的20多年里，有250多個礦井被水淹沒，死亡1700多人，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)350多億元人民幣。80年代后一度呈現(xiàn)出逐年減少的趨勢，近年來，煤礦突水事故又頻繁發(fā)生，危害程度甚至更加嚴(yán)重。特別是2000年以來造成重特大人員傷亡的事故頻繁發(fā)生，并引起全社會的廣泛關(guān)注[1-4]。

我國煤礦平均全員效率僅為美國的2.2%、南非的8.1%，而百萬噸死亡率（3%， 2004）則是美國的近200倍，南非的30倍，印度的12倍。自2001年以來，全國煤礦共發(fā)生的特大事故（含瓦斯突出等種類事故）一次死亡10人以上的平均7.4天一起；另一次死亡30人以上的平均50天一起。因此，我國煤礦水害問題形勢非常嚴(yán)峻，加強(qiáng)煤礦安全生產(chǎn)勢在必行[1-4]。

1.2 我國煤礦水害的原因分析

我國煤礦水害頻繁發(fā)生的主要原因有：不夠重視水文地質(zhì)基礎(chǔ)研究工作；水害事故防治措施落實(shí)不到位；越界開采深層煤炭；破壞防水隔水煤柱；防水設(shè)施不規(guī)范；對頂?shù)装逅?、溶洞水未引起足夠重視；防治水技術(shù)較差；對地表水體處置不當(dāng)?shù)确矫鎇2]。

1.3 我國煤礦防治水害的對策思路

（1）查明礦井充水條件。包括基礎(chǔ)水文地質(zhì)勘查、生產(chǎn)過程的補(bǔ)勘和有針對性的專門勘查等。

（2）進(jìn)行礦井突水預(yù)測預(yù)報?？辈殡A段的長期宏觀預(yù)報、生產(chǎn)過程中的中期預(yù)報以及基于監(jiān)測系統(tǒng)的臨突預(yù)報[5]。

（3）制訂防治水（防-探-疏-堵-排）技術(shù)方案。防：防水煤柱、探：超前探水、疏：疏干降壓、堵：注漿堵水、排：排水系統(tǒng)。

（4）嚴(yán)格按方案組織實(shí)施。

2 我國煤礦面臨水的新問題

（1）東部礦區(qū)的開采深度不斷加大，高承壓水上開采問題日趨復(fù)雜。強(qiáng)富水、高承壓的奧灰、寒灰造成的水害威脅日趨嚴(yán)重。河南有些礦區(qū)底板承壓已達(dá)10MPa以上 ，河下、湖下、海下、水庫下等大型水體下開采，大型水體下采煤的安全開采上限問題突出，老窯水造成的水害事故在全部水害事故中占有很高的比例[9]。

研究思路：東部地區(qū)不可能無限疏降水位帶壓開采。我們應(yīng)當(dāng)： a深部流體來源與運(yùn)動規(guī)律、多相介質(zhì)耦合、多場疊加作用；b深巖溶發(fā)育及巖溶水的運(yùn)移規(guī)律；c高應(yīng)力與高滲流壓力下的巖溶水突出機(jī)理；d深部勘探方法體系；e深部開采條件惡化的預(yù)測、預(yù)報理論與方法技術(shù)。

（2）西部煤炭開采規(guī)模不斷擴(kuò)大，西部缺水地區(qū)的保水采煤問題更加凸顯。所以干旱半干旱地區(qū)煤礦開采過程中的水資源保護(hù)問題以及開采厚度大、推進(jìn)速度快、淺埋深、上覆薄基巖條件下礦井水害防治問題日益嚴(yán)重[5-9]。

研究思路：西部地區(qū)綠色開采。a保水采煤；b煤與水共采；c轉(zhuǎn)移存儲；d循環(huán)再利用；e三水統(tǒng)一調(diào)度。

3 典型突水和治理案例

（1）地表水防治。賈汪礦區(qū)地表水防治工程效益（水庫、排洪道、 河網(wǎng)化-雨季減少涌水量20-40%、不淹井）。大黃山不牢河改道治理（填縫、改道-再未發(fā)生地表水灌入淹井事故）

地表水潰入井下治理：徐州青山泉礦溝渠水潰入的治理和東排洪道洪水經(jīng)廢棄斜井潰入井下治理都取得了良好的效果[15-17]。

（2）松散層孔隙水防治。查條件手段：巖芯鑒定、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、簡易水文、抽注水試驗(yàn)、物探、化探。查條件目標(biāo)：松散層厚度變化、構(gòu)成、結(jié)構(gòu)、基巖界面起伏、黏土層厚度、位置、形態(tài)、天窗、底含特征。防治方案制定：煤柱留設(shè)、天窗改造、疏干底含等。松散層突水治理：新河502潰泥、水傷人事故—搶險義安704面超限潰水-注漿治理十年、淮北朱仙莊礦“四含”、“五含”突水治理—疏干等具有顯著的治理成效[10-17]。

（3）頂板水防治治理。煤層采動導(dǎo)水裂隙帶范圍以外的含水層-封堵；煤層直接頂板或?qū)严稁婕暗搅严逗透凰圆痪某渌畬?分階段、多鉆孔、長時間疏放；封閉不良鉆孔-地面啟封或井下封堵；保證水路暢通。頂板突水治理：徐州大黃山2008.1.11頂板水傷人案例教訓(xùn)—水路不暢引起。

（4）底板突水和治理方案。礦壓水壓聯(lián)合突破隔水、垂向?qū)严掇D(zhuǎn)化為通道、斷層使開采煤層與厚層灰?guī)r對接、巖溶陷落柱導(dǎo)水、人為通道—鉆孔水[10-13]。

4 煤礦水害主要防治方法

4.1 井下探放水

a探放老空水。小煤窯或礦井采掘的廢巷老空積水，其幾何形狀極不規(guī)則，積水量大者可達(dá)數(shù)百萬立方米，一旦采掘工作面接近或揭露它們時，常常造成突水淹井及人身傷亡事故，故必須預(yù)先進(jìn)行探放老空水。

b探放斷層水。

c探放陷落柱水。我國華北地區(qū)的煤層底板為石灰?guī)r，由于存在著導(dǎo)水陷落柱，很容易引起礦井突水事故。如1984年我國開灤范各莊礦2171工作面陷落柱突水的最大涌水量成為世界采煤史上最大的一次突水事故[7]。

煤層底板為厚層石灰?guī)r的華北型煤日，由于才的存在，使某些處于上覆地層本來沒有貫穿煤系基底強(qiáng)含水層的中、小型斷層或一些張裂隙，成為水源充沛、強(qiáng)富水的突水薄弱帶，一旦被揭穿，將引起突水。若導(dǎo)水陷落柱直接突水，其后果就更嚴(yán)重。

d導(dǎo)水鉆孔的探查與處理。礦區(qū)在勘探階段施工的各類鉆孔，往往能貫穿若干含水層，有的還可能穿透多層老空積水區(qū)甚至含水?dāng)鄬拥取Ｈ舴饪谆蛑顾Ч缓?，人為溝通了本來沒有水力聯(lián)系的含水層或水體，使煤層開采的充水條件復(fù)雜化。淄博夏莊煤礦附近的一個礦，穿越煤系地層打奧灰供水孔時，使該礦煤殘留煤柱遭到破壞，礦井涌水量突增，從而造成嚴(yán)重的水害。因此，煤礦區(qū)必須采取措施探查和處理導(dǎo)水鉆孔，防止水害事故的發(fā)生[17]。

e探放含水層水。由于基巖裂隙水的埋藏、分布和水動力條件等都具有明顯的不均勻性，煤層頂?shù)装迳皫r水、巖溶水等在某些地段對采掘工作面沒有任何影響，而在另一些地段卻帶來不同程度的危害。因此為了確保礦井安全生產(chǎn)，我們必須探清含水層的水源、水量和水壓等，才能加以治理 [10-13]。

4.2 礦井疏干

礦井疏干目的是預(yù)防地下水突然涌入礦井，避免災(zāi)害事故，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率，消除地下水靜水壓力造成的破壞作用等，是煤礦防治水的一種主要措施。對于大水礦區(qū)，為了減少礦井涌水量，應(yīng)采取截流、淺排和排、供、生態(tài)環(huán)保三位一體結(jié)合等輔助措施，與疏干工作統(tǒng)籌考慮，進(jìn)行綜合防治。

4.3 帶壓開采

4.4 井下防水閘門和水閘墻

4.5 含水層改造與隔水層加固

5 展望

5.1 地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征與條件

可以進(jìn)一步從地質(zhì)結(jié)構(gòu)模式及條件和地質(zhì)動力學(xué)及控制因素進(jìn)行成因機(jī)制的研究。

5.2 裂隙演化與滲流突變

可以從隔水關(guān)鍵層與裂隙演化和采動裂隙滲流與突變展開課題進(jìn)行機(jī)制理論的深入研究。

5.3 預(yù)測預(yù)報理論與方法

礦井突水預(yù)測預(yù)報對于礦井水害防治具有至關(guān)重要的意義。如果能夠準(zhǔn)確預(yù)測可能發(fā)生的突水事故，礦井防治水工作將發(fā)生革命性的變化。礦井突水預(yù)測預(yù)報一直是研究的熱點(diǎn)的關(guān)鍵問題之一。目前取得的研究成果主要是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、各種數(shù)學(xué)方法或其它方法應(yīng)用于礦井突水預(yù)測預(yù)報，其中一些方法取得了較好應(yīng)用效果，而有些是嘗試性研究。今后還可從危險評價理論與方法、水量預(yù)測理論與方法（天然條件下含導(dǎo)水構(gòu)造的滲流特征 ；開采條件下突水通道類型及地下水運(yùn)動規(guī)律 ；礦井突水的水量預(yù)測模型及計(jì)算方法）以及前兆信息（比如“壓力增大”、“折梁斷柱”、“底鼓”（壓力作用）；“煤壁發(fā)潮”、“淋水”、“煤壁掛汗”（濕度變化）；“工作面溫度降低”、“掌子面發(fā)涼”（溫度變化）；“裂隙滲水”、“水量逐漸增大”（流量變化）等可以通過傳感器監(jiān)測基本能夠?qū)崿F(xiàn)。）與臨突預(yù)報等方面進(jìn)行其成因機(jī)理和理論技術(shù)體系的研究[13-14，18-20]。

5.4 控制突水的采煤方法

重點(diǎn)加強(qiáng)我國尤其是西部地區(qū)保水采煤與煤水共采技術(shù)的研究思路。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]