煤矿水害事故与防治技术的研究

李志云

（同煤集团云岗矿，山西 大同 037017）

云岗矿隶属于大同煤矿集团有限责任公司，矿山经济类型为国有企业。煤矿生产能力270万t/a；井田面积58.3068km2；开采标高自1211.3m至837.14m。持有山西煤矿安全监察局2017年颁发的安全生产许可证，批准开采煤层为侏罗系大同组8号、11-2号、12号煤层。通过由山西第三地质工程勘察院2015年9月编制的《大同煤矿集团公司云岗矿矿井水文地质类型划分报告》以及生产实践中的事故发生案例，井田内水害类型较多，有地表水、老空水、基岩裂隙水、薄基岩厚松散层水等。因此，针对云岗矿的水害事故以及相应的水害特征，提出完善云岗矿的水灾防治对策，非常具有现实意义。

1 矿井水文地质概况与涌水量构成

1.1 矿井水文地质概况

云岗矿井田位于十里河岩溶水子系统的径流区，井田中部河流由西向东主要有十里河。根据地下水赋存空间的性质，结合岩性组合特征，将云岗矿区内含水层划分为变质岩类裂隙含水岩组、岩浆岩类裂隙含水岩组、碳酸盐岩岩溶裂隙含水岩组、碎屑岩类裂隙-孔隙含水岩组和松散岩类孔隙含水岩组。云岗组上段石窟段所含灰紫、紫红色粉砂岩、泥岩具相对隔水性，但隔水性能较差。

1.2 矿井涌水量构成

根据观测资料分析，一个水文年中，矿井涌水量的峰值一般出现在6、7、8、9月份，矿井涌水量的大小与大气降水关系较密切，季节性变化较明显，表明矿井涌水量有一部分是由大气降水构成的。查阅2号顶板水水质资料可以看出，开采2号煤层时，矿井涌水量主要还是以疏干含水层的水为主。后期又形成了古窑水、采空区积水，进行对比可以看出，此时2号煤层顶板水与采空区积水主要指标相近，表明此时矿井排水已有一部分是周边汇集过来的采空区积水，1982年307盘区4#煤眼西，2号煤层顶板水主要指标与水文孔水质指标仍然相差不大，表明矿井排水还有含水层的水，即此时疏干排水既有含水层的水，也有采空区积水。1989年3号煤层301盘区5121巷采的水样为采空区积水，2012年中央泵房采的水样也是采空区积水，表明此时矿井排水主要以周边汇集的采空区积水为主。2008年施工的4个水文孔含水层的水与采空区积水相近，说明含水层中水也是由矿井排出的采空区积水补给的。以上矿井水与古窑水唯一不同的是pH值多呈弱碱性，是因为不属于古窑水的采空区积水处于流动状态。开采初期，矿井涌水量主要由含水层中的水构成，另有一部分是大气降水；随着采掘延伸，矿井涌水量既有含水层的水也有周边汇集的采空区的积水；后期则除了有一部分大气降水，矿井排放的主要是周边汇集的采空区积水。

2 井下水灾事故分析

本矿从1973年投产到2017年底，在44年的开采过程中，共发生7次较大规模的突水事故，详见表1，从表中可以明显看出，1980年以前突水发生在开采2号煤层时的顶板裂隙水，突水量相对比较小，产生的危害也小。1980年以后，随着采掘向深部延伸，采空区积水是煤矿安全生产最大的隐患。

鉴于本矿以往曾经发生的采空区积水透水事故，云岗矿十分重视煤矿防治水工作，依据《煤矿防治水规定》，建立了云岗矿矿井防治水制度、组织机构，成立了云岗矿水害隐患治理领导小组，组建了专门的探放水作业队伍，各部门领导有明确的防治水工作职责。依据本矿实际水文地质条件，制定了水害防治技术管理制度综合防治措施。

表1 云岗矿井下突水情况表

3 云岗矿水灾防治措施的研究

3.1 地面防治水措施

（1）查清十里河及附近地面水流情况，建立疏水、防水和排水系统；

（2）防洪工作领导小组每年雨季前组织相关部门对井口、工业广场附近的防洪措施、建筑物全面检查；

（3）每年雨季前对井田范围内的小窑井口、地表裂缝、塌陷进行调查，并将其填绘在井上下对照图上，并组织安排人员对可能向井下灌水的小窑井口、地面裂缝及时进行充填。

3.2 井下防治水措施

（1）与各相邻矿井的分界处必须留设防水煤柱，严禁超出各种防隔水煤柱进行采掘活动；

（2）针对井田内及周边小煤窑多、越层越界开采严重、采空破坏范围不清的情况，在采掘之前必须利用各种手段探明井田内及周边关停老窑、小窑和相邻生产矿井的水文地质情况；

（3）宣传防水工作的重要性，增强职工水灾防患意识，培训职工掌握各种突水征兆；

（4）有积水的巷道必须配备足够能力及足够数量的排水设备，并作好维护工作，保持其完好，确保其随时能正常运行。

3.3 顶板离层水害治理技术及效果

通过对云岗矿8818工作面煤层顶板上覆砂岩和泥岩特定的组合结构研究分析，在回采过程中煤层顶板产生离层空间并充水，随着老顶垮落，出现周期性突水的特点，根据隔水层的厚度，判别离层水害发生位置，采取“超前打钻、周期放水”的防治措施，起到“削峰平谷”作用，其离层水形成示意图如图1所示。

图1 云岗矿8818工作面离层水形成示意图

3.4 定向钻探技术的应用

2015年开始先后将定向钻应用于云岗矿8816、8818工作面的冲刷探测，81005工作面薄煤层煤厚探测，2621运输巷超前探测，21011两巷边界煤柱的超前探测，8401、8402、8415工作面上覆采空区中部及房采区探放水等工程，为工作面合理布置、安全掘进提供了有利依据，特别是8401、8402、8415工作面上覆房采区探放水工程中施工的30个钻孔均1次贯通，疏放水效果明显。定向钻进技术的应用，在云岗矿地质、水害防治保安工作中发挥了较大的作用。

3.5 高效旋流技术的应用

云岗矿污水处理厂在2016年引进高效旋流技术，将直流混凝、临界絮凝、离心分离、动态过滤、污泥浓缩工艺技术有机地集成为一体，在同一罐体内快速完成对井下污水的多级净化，占地面积小，处理效果好，操作简便，自动化程度，每天可增加污水处理量10000m3。

4 总结

云岗矿作为年产270万t/a的大型矿井，从全面分析云岗矿历年发生的水害事故原因入手，分析了云岗矿水文地质特征，确定了主要水害类型。利用循环经济理念，运用新技术、新工艺、新装备等综合水害防治手段，提高了矿井防水灾事故的可靠性，其应用效果良好。