探析煤炭企業(yè)礦井水害原因的分析與治理策略

＊鄭 卿

（陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)和順新大地煤業(yè)有限公司 山西 032700）

1.煤炭企業(yè)礦井水害類型及原因分析

(1)地表水害

地表水害主要包括大氣降水水害和流經(jīng)礦區(qū)的各類地表水體水害。大氣降水水害主要是降雨進(jìn)入礦井而引發(fā)的水害事故，具體又可以分為降入型和潰入型兩種，如圖1所示。

圖1 大氣降水水害類型

通過(guò)圖1我們可以看出，兩種類型的水害特征存在一定的差異，露天礦降入型水害容易造成礦坑的積水，水害的發(fā)生受到降水及礦井自身排水能力的影響具有不定時(shí)性；而暴雨集中潰入型受暴雨強(qiáng)度的影響較大，其次是受地形地勢(shì)巖層滲透性的影響，當(dāng)降水形成的地表水位高于井口標(biāo)高時(shí)，就會(huì)流入井下造成事故，而且這種水害類型由于來(lái)勢(shì)兇猛，水量集中，造成的傷害程度往往都是比較高的，如2007年山東華源煤礦企業(yè)所發(fā)生的181名礦工遇到事故就是該種類型的水害事故。而流經(jīng)礦區(qū)的各類地表水體水害主要包括海水型、湖泊型、河流型、水庫(kù)型等多種地表水水害，不同類型水害產(chǎn)生的原因及水害的特征都存在一定的差異，如海水型水害是由于煤層在開(kāi)采的過(guò)程中受到地表海水威脅，當(dāng)頂板導(dǎo)水裂隙帶影響到海水層時(shí)，可能導(dǎo)致海水涌入礦井，造成安全事故，如圖2所示。

圖2 海水型礦井水害

(2)頂板水害

頂板水害主要是頂板水沿頂板裂隙帶進(jìn)入采掘工作面而形成的一種較為普遍水量增加和淹井的水害形式，主要包括單層水害、組合型水害、承壓離層水害三種形式。煤系砂巖水害形式最為普遍，是由于在開(kāi)采的過(guò)程中頂板砂巖含水層與導(dǎo)水裂縫溝通，從而導(dǎo)致砂巖流入礦井，由于頂板砂巖含水層的富水性較弱，因此發(fā)生災(zāi)害性突發(fā)淹井事故的概率一般不大，但是給采礦工作的正常生產(chǎn)帶來(lái)了一定的危害。承壓離層水害是由于頂板離層空間補(bǔ)給水量豐富，離層水水壓高，從而造成對(duì)圍巖的破壞力，如圖3該種礦井水害是在煤層開(kāi)采后，軟硬巖層扭曲形成了離層空間，離層水由于具有承壓性，動(dòng)力特征明顯，導(dǎo)致頂板突水威脅，這種威脅一般沒(méi)有前兆，且破壞性極大。

圖3 承壓離層水害

(3)底板水害

底板水害主要來(lái)源于底板灰?guī)r水的威脅，主要是煤層底板承壓含水層在礦山壓力和靜水壓力作用下突破底板隔水層涌入礦井，其主要?jiǎng)澐譃閱螌蛹敖M合型水害。常見(jiàn)的單層水害有侏羅系砂巖型水害，如圖4所示。該種水害表現(xiàn)出較強(qiáng)的富水性、補(bǔ)給充沛性，進(jìn)而造成底板的承壓較高，突水威脅較大。常見(jiàn)的組合型水害有薄層太灰?guī)r型，如圖5所示，該種水害通常有較好的水力練習(xí)，富水性強(qiáng)，巖溶發(fā)育。

圖4 侏羅系水害

圖5 薄層太灰?guī)r

2.煤炭企業(yè)礦井水害治理策略

(1)地表水害治理策略

結(jié)合礦井水害的類型及形成原因，筆者認(rèn)為煤炭企業(yè)在治理礦井地表水害的時(shí)候要重點(diǎn)做好雨季防護(hù)和地表防水工程的修筑兩方面的工作。首先，要成立雨季防護(hù)小組。防護(hù)小組的職責(zé)具體包括以下內(nèi)容：一是建立災(zāi)害天氣預(yù)警和防汛機(jī)制，通過(guò)與氣象、防汛部門(mén)及時(shí)溝通，準(zhǔn)確掌握礦區(qū)周邊的天氣情況，并在雨季來(lái)臨前后保證礦井24h都有領(lǐng)導(dǎo)值班，并派專人在礦區(qū)內(nèi)巡查，同時(shí)要明確發(fā)生礦井水害的指揮制度、救援程序等。二是設(shè)置專門(mén)的防汛物資。防汛物資是突發(fā)緊急礦井水害的重要保障，任何人都不能擅自挪用，因此防汛物資需設(shè)專人管理，同時(shí)還要保證其充足性。三是做好礦區(qū)地表防排水的檢查工作。雨季前，防護(hù)小組要做好礦區(qū)井口及相關(guān)設(shè)施的全面檢查、維修及清理工作，如對(duì)礦井周邊的地表裂縫等進(jìn)行全面檢查，對(duì)排水水管、配電設(shè)備等進(jìn)行維護(hù)，對(duì)水溝中的淤泥進(jìn)行全面清理等。其次，要加強(qiáng)地表防水工程的修筑工作。作為礦井安全生產(chǎn)的第一道防線，其布局和質(zhì)量直接關(guān)乎了生產(chǎn)的正常進(jìn)行與否，因此在修筑的過(guò)程中需要關(guān)注以下幾點(diǎn)：一是位置選擇的科學(xué)合理性。為了保證礦井井口不被地表水所淹沒(méi)，在設(shè)置井口標(biāo)高的時(shí)候應(yīng)當(dāng)參照作業(yè)地區(qū)的最高洪水位，同時(shí)還要突破地形的限制。二是在條件允許的情況下，可以對(duì)地表水主體進(jìn)行改道，如河流改道，以最大限度地降低水害事故發(fā)生的概率。但是由于改道需要耗費(fèi)較多的物力和人力，因此在改道前需要進(jìn)行全面細(xì)致的設(shè)計(jì)。對(duì)于那些不適合改道的情況，可以采取鋪設(shè)人工河床的方式。三是修筑排水溝和堵漏。通過(guò)修筑排水溝，可以將礦井水害排到影響范圍之外。針對(duì)礦區(qū)地表裂縫、老窖、陷坑等漏水地帶，要采用水泥和黏土將其堵塞以防止其積水。

(2)頂板水害治理策略

對(duì)于上文提到的煤系砂巖和承壓離層等頂板水害，我們可以采取預(yù)測(cè)和疏通相結(jié)合的綜合治理方式。在收集、整理礦井區(qū)域相關(guān)水文地質(zhì)條件等資料基礎(chǔ)上，要對(duì)頂板砂巖富水異常帶鏡像探測(cè)，以全面掌握含水情況、巖性組合特征、開(kāi)采煤層空間關(guān)系等相關(guān)信息，從而確定礦井防治水重點(diǎn)區(qū)域。對(duì)于含水層富水性較強(qiáng)的頂板，要采取超前打鉆疏放水的技術(shù)，以降低涌水量和砂巖承壓含水量，通過(guò)輸水降壓方式來(lái)使含水層水壓降至采煤安全水壓。在輸水降壓不能解決的情況下，為了保證輸水達(dá)到降壓的目的，可以建設(shè)專門(mén)的輸水巷道，并安裝水倉(cāng)、水溝等排水設(shè)施，以起到良好的降壓作用。與此同時(shí)，要合理選擇采煤方法。這需要對(duì)礦井周邊的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)進(jìn)行科學(xué)全面分析，以合理安排開(kāi)采順序，并科學(xué)確定工作界面和推進(jìn)方向，以最大限度地降低開(kāi)采對(duì)斷層構(gòu)造的擾動(dòng)作用。

(3)底板水害治理策略

對(duì)于上文提到的底板水害我們可以采取以下措施：對(duì)于像侏羅系這種單層底板水害，可以通過(guò)加強(qiáng)水文地質(zhì)條件調(diào)查和探測(cè)工作來(lái)分析水害對(duì)煤層的威脅程度，并在提前施工探放水孔的基礎(chǔ)之上建立礫巖水長(zhǎng)期觀測(cè)系統(tǒng)，以監(jiān)測(cè)局部受礫巖水威脅嚴(yán)重地段的水位、水質(zhì)等動(dòng)態(tài)變化資料。而對(duì)于薄層太灰?guī)r的水害治理，我們可以采取注漿改造和帷幕截流的治理方式。注漿改造就是按照人的意志通過(guò)在受注層注入漿液，使含水層脫水、膠凝，以改變不利于采礦的水文地質(zhì)條件，如向薄層灰?guī)r注入漿液，置換出含水層的水，在漿液的壓力作用下，通過(guò)薄層灰?guī)r的充填、運(yùn)移、擴(kuò)散來(lái)加厚煤層底板。帷幕截流是通過(guò)注漿在含水層中建造地下阻水墻，堵截含水層補(bǔ)給通道的治水方法。在使用該種方法的時(shí)候需要因地制宜，在確保注漿密度合理的情況下，采用多種注漿方法，并建立防治水隔離設(shè)施。

3.結(jié)束語(yǔ)

礦井水害事故一直是制約我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)的重要因素，本文只是簡(jiǎn)單的分析了幾種常見(jiàn)的礦井水害事故，在實(shí)際的煤炭企業(yè)礦井工作中，礦井水害的種類多種多樣，如老空水水害，貫通性水害等等，這需要煤炭企業(yè)在日后的生產(chǎn)中結(jié)合礦井區(qū)域的自身特點(diǎn)，對(duì)區(qū)域水文條件進(jìn)行全面勘測(cè)，以明確重點(diǎn)防治目標(biāo)。同時(shí)由于礦井水害的復(fù)雜性、突發(fā)性以及隱蔽性，使得水害治理工作十分艱巨和復(fù)雜，這就需要我們科學(xué)掌握水害防治方法，全面規(guī)劃，統(tǒng)籌安排，綜合治理，以最大限度地降低水害威脅。