浅析我国煤矿水害防治研究现状及展望*

高政，李波波,

(1.贵州大学 矿业学院， 贵州 贵阳 550025；2.贵州大学 喀斯特山区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室， 贵州 贵阳 550025；3.贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室， 贵州 贵阳 550025)

0 引言

水害事故是煤矿五大自然灾害之一，其造成的生命财产损失十分严重[1]。煤矿水害事故常发生在采煤及掘进工作面等处，在开采作业中与地下水接触就会导致透水事故，严重影响开采进度，同时对井下人员安全造成威胁[2]。据相关研究报道[3]，2000年至 2017年我国发生的煤矿水灾事故高达一千余起，死亡人数四千七百余人。2010年3月，山西王家岭煤矿发生透水事故，致使三十余人遇难，经济损失严重。2012年蛟河市丰兴煤矿发生水灾事故，12人因此遇难，造成极大的社会影响。水害事故已经成为影响煤矿安全生产的主要威胁之一[4]。此外，煤矿水害还可能造成工作环境潮湿，从而对井下工作设备造成损耗。因此在煤矿开采过程中必须对水害防治予以高度重视，提前做好相关预防工作，尽可能避免煤矿水害事故发生，保证煤矿安全高效开采。

我国对煤矿水害防治已开展了大量研究，并取得了一定成效，但目前水害事故仍然威胁着煤矿生产。因此，需要对煤矿水害防治研究进行总结，并对今后的相关研究做出展望，以期为减少煤矿水害事故及提高矿山安全开采能力提供理论指导。

1 我国矿井水害防治研究现状

1.1 煤矿水害类型分类

水源通入井下的方式可以分为渗水、滴水、淋水、突水等。根据矿井充水水源和其进入井下方式的不同，刘卫坤[5]将煤矿水害分为地表水、老窑水、孔隙水、裂隙水和岩溶水5种不同类别，同时指出在井下作业过程中，工作面与含水层、水体或含水裂隙带接触所造成的突水事故影响最大，属于需高度重视的涌入方式。武强等[6]认为当前水害事故具有复杂多样性，应对矿井水害分类展开全面系统性的讨论，并以充水水源、导水通道、危害形式、经济损失与人员伤亡和时效特点几个方面作为构建水害分类的依据，分别提出了具体的水害分类（见图 1）。

1.2 煤矿水害致因分析

近年来我国学者不断探索导致煤矿水害事故发生的原因，从工作人员动作行为、仪器设备、管理和环境等多角度对事故致因进行了研究。本节回顾了相关较具代表性的研究。

图1 煤矿水害分类

傅贵等[7]基于全国 68起煤矿重特大水害事故案例，运用 2～4模型对井下人员的不安全动作进行了分类与分析。其结果指出直接不安全动作主要涵盖违章放炮、探放水措施未能有效开展、违章指挥、保安煤柱受损、井下人员撤离不及时和其他等6个方面；在案例样本的所有不安全动作调查中，除了包含以上6个主要不安全行为外，还有未通过安全批准私自生产、水文地质条件信息不全、人员培训不到位、越界开采、安全通道不足、透水隐患消除力度不够、相关安全人员配备不足等7个大类。此外，安全管理人员的不安全行为在所有不安全动作中占比最大，最需值得注意。刘伟[8]从4个方面对导致煤矿水害发生的原因进行分析，并构建相关事故树。其认为不同充水水源、含水层结构和地质条件是引起水害事故的环境因素；非法开采、越界开采、违章作业和不遵循探放水原则等属于诱发煤矿水害的人为因素；设备排水能力不足、探放水设备不合理和井筒位置不当等是引起煤矿水害事故发生的物的因素；相关安全管理制度的完善及落实程度不足属于管理因素，并强调从管理因素方面入手能够有效减少煤矿水害事故的发生。高磊[9]将煤矿水害事故发生的主要原因归结为水文地质条件调查不全面，越界开采，未建立相关防治措施或执行力度不够，破坏隔水煤柱和地表水体影响等。孙悦等[10]结合FTA-AHP法，对贵州几起典型煤矿水害事故的致因进行了分析，并构建事故树开展定性研究。其从特定事故出发寻找基本原因，从矿井积水量过多、通道排水能力不足和防水措施3个主要原因入手，向下形成了包括施工中揭穿水体、雨季水量过大和安全监察不到位等43项基本原因。

1.3 煤矿水害防治措施

科学预防和治理可以有效减少煤矿水害事故甚至消除事故的发生。根据水害造成原因的不同，防治措施主要可以分为管理和技术2个方面，国内学者对此开展了大量研究。岳金华[11]指出对煤矿水害的防治应加强施工过程中的管理，对井下工作人员进行专业培训，了解水害的危险并掌握突水征兆等相关知识，提升安全防范意识；不断提升勘察技术手段，在井下施工作业前，有效全面地对水文地质条件展开勘察；不断完善管理体系的构建，合理运用监测设备。在防治技术方面，对含水层、采空区和地表水水害提出了具体的防治措施。孙静君[2]主要根据充水位置不同，从地表水害、砂岩水和砾岩水、石灰岩溶洞水、冲积层水等8个层次对煤矿水害的防治展开研究。吴晓玉[12]对天然充水水源和煤层与含水层相对位置所引起的水害提出了具体的技术防治措施，使用注浆和防水煤柱解决导水通道的威胁，并强调水文监测技术应用的重要性，在管理方面提出健全相关规章制度。李飞[13]通过对姜家湾水害事故进行案例分析后，提出一套防治水害的措施，具体为：对相关人员开展水灾防治培训工作，提高水文地质探测能力，完善安全生产制度，严格落实“三专”要求，领导层加强安全监管，提升排除水害隐患的能力，加强技术创新等。李玉春[14]分析了煤矿水文地质特征，从预测勘察工作、安全管理和防治技术等方面提出了7条防治水害措施。

1.4 水害防治体系

矿井水灾防治体系的构建有助于控制水害事故的发生，能够为煤矿安全开采及技术转型提供相关理论指导，对防治体系的深入研究具有重要意义。目前，我国对此已进行了大量研究，大致可以分为矿井水灾防治技术体系和矿井水灾防治管理体系两方面。然而由于实际矿山地质条件及考虑角度不同等因素，各体系之间存在差异。本节挑选了近年来防治水体系较具代表性的研究进行了回顾。

李伟等[15]针对闸河矿区闭坑矿井，评价了煤层抗拉强度和煤柱安全性，发现矿界煤柱宽度尚未达到实际安全需求标准，基于此种情况构建了包括探查、排水、挡水闸墙、监测在内的闭坑矿井水害综合防控技术体系。靳德武[16]从4个方面介绍了矿井水害防治技术，并指出防治水害应遵循的三观点和五原则，以哲学方法论层次入手，对岩溶水害的治理提出了相关技术体系。张志龙等[17]根据立体空间位置及软件措施、系统影响要素等展开分析，主张将系统原理和立体空间思想相结合，从时间和空间上考虑构建煤矿水害立体防治体系，其框架构成详见图 2。其中地表水害防治技术体系和地下水害立体防治技术体系属于两类典型防治子体系。经过实际案例分析，该立体防治技术体系在煤矿水害防治上能得到较好的应用。岳修德[18]以山西煤炭运销集团为研究对象，从该集团实际情况出发，提出“五分法”煤矿防治水技术体系，具体内容为“一定、二查、三专、四探、五保障”。王均才等[19]对煤矿水灾的监测、预警、逃生和应急救援等进行了深入探索，在信息管理与监测的基础上构建了煤矿防治水安全保障体系，该体系具有“预、监、报、避、隔、救”等多种功能。任占昌[20]针对奥灰水水害，以保德煤矿为研究对象，构建了与其实际工作情况相适应的综合防治水管理体系。

图2 煤矿水害立体防治体系[17]

2 讨论与展望

不同类型的水害决定着不同防治措施的选取和实施。在煤矿水害分类研究方面，前人的分类依据多集中于充水水源不同，相关依据尚需完善。矿井水害分类属于系统分类工程。类型划分离不开对相关案例和现场数据的统计分析以及相关科学理论指导[6]。因此，加强对分类依据的基础理论研究和相关数据统计研究，将定性与定量方法相结合，同时考虑划分类别的全面性和系统性，将有助于今后的矿井水害分类研究。此外，目前对矿井突水机理分析尚不完全，无法很好解释井下的突水现象[21]，限制了对水害类型的划分。今后可考虑将物理模拟方法与突水研究相结合，更深入研究解释矿井突水机制，为水害分类提供理论依据。

井下水害发生原因复杂多样，相关原因分析对于后续的防治措施具有关键性作用。在煤矿水害致因的研究方面，前人多采用定性分析和事故树理论，而事故树的构建受到较多客观因素影响，因人而异。今后对此方面的研究可进一步结合数学分析方法，从定性转为定量或将两者相结合，更进一步探索煤矿水害事故发生的原因。

前人对水害防治措施的研究已有很多，且大多集中在技术和管理两个方面。但一些技术的适用性不强，新型技术的发展仍有待进一步提高。目前我国部分地区，矿井水害防治技术仍然停留在十几年前水平，尤其以中小型煤矿企业居多。因此，发展通用性高新技术对于提升我国煤矿开采安全性具有重要意义。今后的水害防治技术研究可从以下几个方面开展。

（1）加强勘探技术的研究与开发。目前的勘探技术不能直接反映突水状况，且精准性仍有待提高，可在高精度三维定位基础上改善现有勘探技术，发展精细探查技术。

（2）注浆堵水技术研究。采取人工造缝技术可以实现对注入量的控制，因此对压裂技术的推广及应用研究，可促进我国煤矿水害防治技术的发展。

（3）水害预警系统研发。随着信息技术的不断进步，可构建矿井水害预警系统，通过量化相关征兆指标，实现在水害来临前的预报警示。

（4）将水害防治信息与计算机技术相结合，建立矿井水害防治数据库，共享防治技术。在拥有可观数据量后，可通过大数据技术更进一步研究矿井水害防治措施。

在矿井水害防治体系的研究方面，目前防治技术体系仍存在被动性，在整体性和系统性方面还有待加强。此外，在现有防治体系的构建上，大多数研究人员都是围绕技术方面开展，对管理体系的构建考虑较少。通过对国内近二十年煤矿发生的重特大水害事故原因分析[3]，发现管理因素、人为因素和环境因素为引起水害事故的主要原因，物的因素排至最后，安全管理缺陷所引起的煤矿水害占比较多。因此，应从管理与技术两方面共同着手，构建综合性防治体系，改变以往防治体系的不足，变被动为主动。

3 结论

水害事故严重影响着煤矿安全开采，对水害事故防治的研究能为煤矿安全开采提供理论指导。从煤矿水害类型分类、水害致因、水害防治措施和水害防治体系4个方面，对我国煤矿水害防治现状进行了分析。尽管相关研究工作已取得了较多进展，但仍有些许不足。在已取得的成果的基础上，今后可重点围绕以下几个方面开展煤矿水害防治研究。

（1）加强对分类依据的基础理论研究，结合相关数据和案例，全面系统地对水害类型进行分类。

（2）结合定量分析方法，对煤矿水害的致因因素进行定性、定量化研究。

（3）与计算机等其他学科相结合，研究通用性高新技术并实现现场应用。

（4）进一步构建以技术和管理为核心的水害综合防治体系。