我国煤矿水害防治工作现状及发展趋势

文/董书宁 王皓 周振方

近十年来，我国煤矿水害防治各项法规政策逐步完善，技术与装备取得了较大进步，管理水平不断提高，煤矿水害防治形势总体向好，但水害防治工作仍然任重而道远，需要政府、企业、科研院所等相关单位共同参与，积极推进煤矿水害防治各项工作持续进步。

煤炭作为主体能源，长期担负我国能源安全、经济持续发展的重任，其主体能源地位在未来相当长一段时期不会改变。作为五大伴生灾害之一的煤矿水害，成为严重制约煤炭工业可持续发展，造成重大经济损失和人员伤亡的原因之一。

关于煤矿水害事故发生的主要原因，一方面，是因为我国是世界上水文地质类型最为复杂的国家，煤矿水害条件极为复杂；另一方面，尽管煤矿水害防治技术取得了较大进步，但仍然存在一些瓶颈问题，尚不能做到精准防控。

科学认识我国煤矿水害分布特征、加快研发水害防治关键技术、努力提高煤矿企业技术和管理水平等，对于减少煤矿水害事故发生率、保障煤矿安全高效生产具有重要支撑作用。

根据国家煤矿安全监察局各年全国事故报告分析报告统计，2010—2019 年，全国共发生煤矿水害事故182 起，死亡人数839 人，直接经济损失数十亿元。总体来看，尽管在过去的十年中，煤矿水害事故发生率和死亡人数呈现显著的下降趋势，但较大以上水害事故仍然时有发生，水害形势依然严峻。

这期间，较为典型的水害案例包括：2010 年，国家能源集团骆驼山煤矿巷道掘进过程发生底板奥灰突水，瞬时突水量最大达7 万2 000 m3/h，事故造成32 人遇难；同年，华晋焦煤王家岭煤矿巷道掘进过程发生小煤窑突水，事故造成38 人遇难；2016 年，铜川照金煤矿发生顶板离层透水，造成11 人遇难。

根据我国聚煤区不同的水文地质特征和自然地理条件，可将全国煤矿水害划分成6 个区块。一是分布在河北、山东、山西、河南、陕西、江苏、安徽等地的华北石炭二叠纪煤田岩溶裂隙水水害区；二是位于我国淮阳古陆以南、川滇古陆以东的长江流域的苏南、皖南、江西、湖南、广东、广西、贵州、云南、四川等地的华南晚二叠世煤田岩溶水水害区；三是位于东北和内蒙古东部的新华夏系巨型沉降带内的东北侏罗纪煤田裂隙水水害区；四是位于昆仑—秦岭构造带以北，包括新疆、青海、甘肃、宁夏、陕西北部和内蒙古西南部广大地区的西北侏罗纪煤田裂隙水水害区；五是分布在昆仑山以南，西昌—昆明以西广大区域的晚三叠世和早白垩世的西藏—滇西中生代煤田裂隙水水害区；六是分布在我国台湾地区的古近纪煤田裂隙—孔隙水水害区。

国家能源集团乌海骆驼山煤矿突水抢险现场

近年来，我国煤矿水害事故主要呈现出以下几个方面的特征：一是尽管煤矿水害事故率显著下降，但较大以上煤矿水害事故占比高达60%左右；二是老空水、灰岩水仍是主要的水害水源；三是掘进工作面仍是主要的透水地点；四是顶板水害事故数量有增加趋势。

实际上，煤矿建设和生产过程中，水害事故的发生往往有一些先兆出现，如果管理到位，很多事故是可以防患于未然的。例如：矿井采掘工作面煤层变潮湿、松软，煤帮出现滴水、淋水现象且淋水由小变大，有时煤帮出现铁锈色水迹，矿井采掘工作面气温降低、或出现雾气或硫化氢气味，矿井采掘工作面有时可听到水的“嘶嘶”声，矿井采掘工作面矿压增大，发生片帮、顶板下沉及底鼓等。

我国煤矿水害防治工作现状

煤矿水害防治技术现状

从煤矿水害发生时机来看，煤矿水害防治技术目前主要分为灾前预防技术和灾后控制技术两个方面，其中，灾后控制又可以细分为灾源判查与水灾控制两个阶段。

一般情况下，通过物探、钻探手段进行水害探测探查，开展突（透）水危险性及矿井涌水量预测预报，实施危险区域水害超前治理，辅以安全防隔水煤（岩）柱留设及其应力应变、水压等局部监测，可实现煤矿水害的灾前预防。如果突（透）水灾害发生，可以通过物探、化探和钻探技术手段实施突水水源和突（导）水通道的判查，利用井下、地面注浆技术封堵导水通道，启动应急抢险排水，完成灾源判识和水灾控制，达到水灾事故应急抢险和排水复矿的目的。

其中，灾前预防方面，应用较为广泛的探测探查技术有槽波探测和地孔瞬变电磁探测等物探技术，千米深定向钻探技术和地质导向智能钻进技术等钻探技术，突水水源快速判别和水质快速检测等化探技术；常用的水害监测预警技术主要有水压、水温和水质等在线监测系统，基于多频连续电法的突水水源监测系统，基于“井（巷道）—地（地面）—孔（钻孔）”微震的突水通道监测系统等；水害预测预报技术主要有底板水害的突水系数法、五图—双系数法以及脆弱性指数法，顶板水害的三图—双预测法，矿井涌水量预测的解析法、数值法、经验公式法、水均衡法，以及近年来形成的采前预测与采中校正联合预测方法等；煤矿水害超前治理技术主要有基于定向钻孔的底板水患注浆治理技术、智能化注浆站等，基于地下连续墙的侧向帷幕截流技术，顶板溃水溃砂井上下治理技术，顶板离层水害防控技术等。

2009—2010 年，国家能源集团宁煤红柳煤矿1121 工作面推采过程中，发生了多次顶板溃水，最大超过3 000 m3/h，造成工作面两次停产。通过水害发生机理分析，判断为顶板离层水害，应用采空区顶板离层水靶式探放技术，成功消除了离层水患，保障了矿井的生产安全。

灾后治理方面，技术相对成熟可靠、应用广泛的是大口径地面钻孔成孔技术与装备，应急决策专家系统，动水大通道突水钻孔快速注浆封堵技术，导水陷落柱水泥—骨料反过滤快速封堵技术等。

2010 年，国家能源集团骆驼山煤矿基建施工过程中发生岩溶突水淹井事故，突水量最大达7 万2 000 m3/h。通过综合利用动水大通道突水钻孔快速注浆封堵技术和导水陷落柱水泥—骨料反过滤快速封堵技术，仅用31天，就完成了突水巷道的封堵，比常规技术提前60 余天。

2011 年，陕西榆卜界煤矿发生火烧区突水淹井事故，最大突水量达到1 200 m3/h，通过采用动水大通道突水钻孔快速注浆封堵技术，仅用18 天，就完成了突水巷道的封堵，创造了煤矿突水堵水时间最短的历史记录，大大节省了时间和工程费用。

煤矿水害防治政策法规

为提高煤矿水害防治技术和管理水平，保障煤矿安全生产，国家制定并颁布了相关法律法规，包括《安全生产法》《煤矿安全规程》《煤矿防治水细则》《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》，以及《煤矿水害防治监管监察执法要点（2020 年版）》等。

相关的法律法规在矿井水文地质类型划分、防治水基础资料编制、采空区普查、水害隐患排查、井下探放水、防隔水煤岩柱留设、采掘工作面水害分析与评价、水体下采煤、排水系统配备、防水闸门与防水闸墙留设、越层越界管理、雨季三防、应急预案制定等技术方面给出了明确的实施规定。

在煤矿水害安全管理方面，例如煤矿企业水害防治岗位主体责任制、水害防治技术管理、防治水机构配置、防治水培训等，也给出了相应的管理制度。

仍需解决的问题

经过60 多年的研究和实践，特别是近十年来，伴随煤矿开采工艺、水害防治技术、法律法规的不断完善，以及科学管理水平的进步，我国煤矿重大水害防控形势逐步好转，但总体来看，距离低人员伤亡、低经济损失，甚至人员零伤亡、经济零损失的发展目标，仍然任重而道远。

从水害预防、灾源判查以及水灾控制技术三个方面分析，我国煤矿水害高效防控迫切需求解决的问题主要聚焦在以下3 个方面：如何做到灾前水害预防高效、可靠？突水灾害发生过程中，如何精确、快速圈定突水水源和突水通道？淹井过程，如何做到过水通道封堵快速有效，抢险排水的快速、稳定，从而为实施生命救援争取时间？以上3 个方面的问题，归结起来，就是煤矿水害高效预防技术、煤矿水害灾源精确判查技术、煤矿水灾快速控制技术以及煤矿水害应急救援技术四个方面。

我国煤矿水害防治工作发展趋势

在煤矿水害防治技术与装备方面，下一步应着力研发适用于小构造及不良地质体精细探查的技术与装备，随掘、随采、随钻物探技术与装备，导水通道“空（空中）—地（地面）—孔（钻孔）”综合精细定位技术与装备，井下高水压硬岩层定向钻进技术与装备，基于采动空间演化的突水危险性动态评价技术等灾前预防技术装备；研发突水大通道封堵体（单孔多袋）快速建造技术，预置防水墙（门）建造技术，车载智能化快速制浆与注浆系统，高可靠性、大流量、轻量化应急抢险排水系统，以及“情景—应对”型水灾应急决策支持专家系统等技术装备。

在煤矿水害防治技术研发平台方面，需加快建设涵盖突水机理研究、注浆技术与工艺研究、水化学分析等多个方向的煤矿水害防治国家实验室，选择一批典型矿井，建设水害防治工程示范基地。同时，针对煤矿智能开采的大趋势，还需要构建与之相适应的“透明矿井”地质保障平台。

在煤矿水害防治安全管理方面，应坚决执行相关法律法规，始终坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，落实好煤矿水害防治主体责任制，按照“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的水害防治原则，认真执行“探、防、堵、疏、排、截、监”七字综合治理措施。

煤矿水害将长期伴随煤矿建设和生产活动，水害防治工作任重而道远。只有各级政府、行业协会、煤矿企业、科研院所等相关单位和个人，不断提高管理水平、加大资金投入、重视防治工作、加强科技攻关、增强警惕意识、严守规章制度，才能真正实现煤矿水害防治技术、装备与管理水平的进步，有效降低事故发生率。