我国煤矿水害事故的研究现状及展望

高磊

【摘 要】近年来，我国煤矿水害问题日趋严重，引起了全社会的广泛关注。煤矿水害是煤矿区五大自然灾害之一，在煤矿生产中突水是仅次于煤矿瓦斯的严重事故[1]。煤矿区一旦发生水害，就会恶化生产环境，破坏正常的生产秩序，重则造成人员伤害事故，造成国家资源和财产的巨大损失。本文综述了目前我国煤矿区水害的现状和面临水的新问题以及典型突水和治理案例，提出了煤矿水害主要防治方法以及未来的研究思路和展望。

【关键词】煤矿水害；矿井突水；水害防治；底板水

1 我国煤矿水害的形势

1.1 我国煤矿水害的现状

煤矿水害是与瓦斯、顶板等并列的矿山建设与生产过程中的主要安全灾害之一。在我国煤矿区重大特大事故中，煤矿水害事故在死亡人数方面仅次于其瓦斯事故，居于第2位；在发生次数方面，也仅次于煤矿瓦斯和顶板事故，居于第3位。据有关研究报道，在上世纪末的20多年里，有250多个矿井被水淹没，死亡1700多人，经济损失高达350多亿元人民币。80年代后一度呈现出逐年减少的趋势，近年来，煤矿突水事故又频繁发生，危害程度甚至更加严重。特别是2000年以来造成重特大人员伤亡的事故频繁发生，并引起全社会的广泛关注[1-4]。

我国煤矿平均全员效率仅为美国的2.2%、南非的8.1%，而百万吨死亡率（3%， 2004）则是美国的近200倍，南非的30倍，印度的12倍。自2001年以来，全国煤矿共发生的特大事故（含瓦斯突出等种类事故）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，我国煤矿水害问题形势非常严峻，加强煤矿安全生产势在必行[1-4]。

1.2 我国煤矿水害的原因分析

我国煤矿水害频繁发生的主要原因有：不够重视水文地质基础研究工作；水害事故防治措施落实不到位；越界开采深层煤炭；破坏防水隔水煤柱；防水设施不规范；对顶底板水、溶洞水未引起足够重视；防治水技术较差；对地表水体处置不当等方面[2]。

1.3 我国煤矿防治水害的对策思路

（1）查明矿井充水条件。包括基础水文地质勘查、生产过程的补勘和有针对性的专门勘查等。

（2）进行矿井突水预测预报。勘查阶段的长期宏观预报、生产过程中的中期预报以及基于监测系统的临突预报[5]。

（3）制订防治水（防-探-疏-堵-排）技术方案。防：防水煤柱、探：超前探水、疏：疏干降压、堵：注浆堵水、排：排水系统。

（4）严格按方案组织实施。

2 我国煤矿面临水的新问题

（1）东部矿区的开采深度不断加大，高承压水上开采问题日趋复杂。强富水、高承压的奥灰、寒灰造成的水害威胁日趋严重。河南有些矿区底板承压已达10MPa以上 ，河下、湖下、海下、水库下等大型水体下开采，大型水体下采煤的安全开采上限问题突出，老窑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：东部地区不可能无限疏降水位带压开采。我们应当： a深部流体来源与运动规律、多相介质耦合、多场叠加作用；b深岩溶发育及岩溶水的运移规律；c高应力与高渗流压力下的岩溶水突出机理；d深部勘探方法体系；e深部开采条件恶化的预测、预报理论与方法技术。

（2）西部煤炭开采规模不断扩大，西部缺水地区的保水采煤问题更加凸显。所以干旱半干旱地区煤矿开采过程中的水资源保护问题以及开采厚度大、推进速度快、浅埋深、上覆薄基岩条件下矿井水害防治问题日益严重[5-9]。

研究思路：西部地区绿色开采。a保水采煤；b煤与水共采；c转移存储；d循环再利用；e三水统一调度。

3 典型突水和治理案例

（1）地表水防治。贾汪矿区地表水防治工程效益（水库、排洪道、 河网化-雨季减少涌水量20-40%、不淹井）。大黄山不牢河改道治理（填缝、改道-再未发生地表水灌入淹井事故）

地表水溃入井下治理：徐州青山泉矿沟渠水溃入的治理和东排洪道洪水经废弃斜井溃入井下治理都取得了良好的效果[15-17]。

（2）松散层孔隙水防治。查条件手段：岩芯鉴定、室内实验、简易水文、抽注水试验、物探、化探。查条件目标：松散层厚度变化、构成、结构、基岩界面起伏、黏土层厚度、位置、形态、天窗、底含特征。防治方案制定：煤柱留设、天窗改造、疏干底含等。松散层突水治理：新河502溃泥、水伤人事故—抢险义安704面超限溃水-注浆治理十年、淮北朱仙庄矿“四含”、“五含”突水治理—疏干等具有显著的治理成效[10-17]。

（3）顶板水防治治理。煤层采动导水裂隙带范围以外的含水层-封堵；煤层直接顶板或导水裂隙带涉及到裂隙和富水性不均的充水含水层-分阶段、多钻孔、长时间疏放；封闭不良钻孔-地面启封或井下封堵；保证水路畅通。顶板突水治理：徐州大黄山2008.1.11顶板水伤人案例教训—水路不畅引起。

（4）底板突水和治理方案。矿压水压联合突破隔水、垂向导水裂隙转化为通道、断层使开采煤层与厚层灰岩对接、岩溶陷落柱导水、人为通道—钻孔水[10-13]。

4 煤矿水害主要防治方法

4.1 井下探放水

a探放老空水。小煤窑或矿井采掘的废巷老空积水，其几何形状极不规则，积水量大者可达数百万立方米，一旦采掘工作面接近或揭露它们时，常常造成突水淹井及人身伤亡事故，故必须预先进行探放老空水。

b探放断层水。

c探放陷落柱水。我国华北地区的煤层底板为石灰岩，由于存在着导水陷落柱，很容易引起矿井突水事故。如1984年我国开滦范各庄矿2171工作面陷落柱突水的最大涌水量成为世界采煤史上最大的一次突水事故[7]。

煤层底板为厚层石灰岩的华北型煤日，由于才的存在，使某些处于上覆地层本来没有贯穿煤系基底强含水层的中、小型断层或一些张裂隙，成为水源充沛、强富水的突水薄弱带，一旦被揭穿，将引起突水。若导水陷落柱直接突水，其后果就更严重。

d导水钻孔的探查与处理。矿区在勘探阶段施工的各类钻孔，往往能贯穿若干含水层，有的还可能穿透多层老空积水区甚至含水断层等。若封孔或止水效果不好，人为沟通了本来没有水力联系的含水层或水体，使煤层开采的充水条件复杂化。淄博夏庄煤矿附近的一个矿，穿越煤系地层打奥灰供水孔时，使该矿煤残留煤柱遭到破坏，矿井涌水量突增，从而造成严重的水害。因此，煤矿区必须采取措施探查和处理导水钻孔，防止水害事故的发生[17]。

e探放含水层水。由于基岩裂隙水的埋藏、分布和水动力条件等都具有明显的不均匀性，煤层顶底板砂岩水、岩溶水等在某些地段对采掘工作面没有任何影响，而在另一些地段却带来不同程度的危害。因此为了确保矿井安全生产，我们必须探清含水层的水源、水量和水压等，才能加以治理 [10-13]。

4.2 矿井疏干

矿井疏干目的是预防地下水突然涌入矿井，避免灾害事故，改善劳动条件，提高劳动生产率，消除地下水静水压力造成的破坏作用等，是煤矿防治水的一种主要措施。对于大水矿区，为了减少矿井涌水量，应采取截流、浅排和排、供、生态环保三位一体结合等辅助措施，与疏干工作统筹考虑，进行综合防治。

4.3 带压开采

4.4 井下防水闸门和水闸墙

4.5 含水层改造与隔水层加固

5 展望

5.1 地质结构特征与条件

可以进一步从地质结构模式及条件和地质动力学及控制因素进行成因机制的研究。

5.2 裂隙演化与渗流突变

可以从隔水关键层与裂隙演化和采动裂隙渗流与突变展开课题进行机制理论的深入研究。

5.3 预测预报理论与方法

矿井突水预测预报对于矿井水害防治具有至关重要的意义。如果能够准确预测可能发生的突水事故，矿井防治水工作将发生革命性的变化。矿井突水预测预报一直是研究的热点的关键问题之一。目前取得的研究成果主要是将计算机技术、各种数学方法或其它方法应用于矿井突水预测预报，其中一些方法取得了较好应用效果，而有些是尝试性研究。今后还可从危险评价理论与方法、水量预测理论与方法（天然条件下含导水构造的渗流特征 ；开采条件下突水通道类型及地下水运动规律 ；矿井突水的水量预测模型及计算方法）以及前兆信息（比如“压力增大”、“折梁断柱”、“底鼓”（压力作用）；“煤壁发潮”、“淋水”、“煤壁挂汗”（湿度变化）；“工作面温度降低”、“掌子面发凉”（温度变化）；“裂隙渗水”、“水量逐渐增大”（流量变化）等可以通过传感器监测基本能够实现。）与临突预报等方面进行其成因机理和理论技术体系的研究[13-14，18-20]。

5.4 控制突水的采煤方法

重点加强我国尤其是西部地区保水采煤与煤水共采技术的研究思路。

【参考文献】

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[责任编辑：朱丽娜]