礦井水害防治與地下水保護利用關系研究

段繼平 晉城市煤礦安全生產管理中心 048000

礦井水害防治與地下水保護利用關系研究

段繼平 晉城市煤礦安全生產管理中心 048000

礦井水害防治和地下水利用與保護是煤礦水文地質學研究的兩個基本任務。二者雖然研究的對象相同（均為地下水），研究方法相近（均水文地質學的基本方法），但因研究目的不同（一為防治水，一為供水或利用水），對被研究對象形成的認識和看法則明顯相左(同一對象，待遇迥異；是害是利，莫衷一是),形成了“開礦怕水，供水盼水”的矛盾局面。這一現象的背后，其實體現的是現實利益和長遠利益的博弈問題……煤礦水害防治把礦井涌水作為有害因素來對待；地下水利用，主要是從供水角度而言，它把地下水作為一種資源來保護；客觀而言，地下水的形成只不過是自然界水循環過程中的一個環節，僅此而已。

水害防治；地下水保護；關系

在人們的習慣性思維中，一提到“礦井水害”，往往給人的聯想是“礦難”。因為礦井突水來勢迅猛，一旦發生煤礦水災事故，輕者人員傷亡、經濟損失；重者，在一些水文條件復雜的礦井，甚至是滅頂之災。相對水害防治而言，礦井水利用則相對簡單，很少提及，甚至被忽略；而實際上煤礦開采對地下水資源的破壞、污染和浪費是相當嚴重的。特別是在我國一些干旱缺水地區，煤礦開采造成的缺水，嚴重的已影響到工農業生產和居民生活，甚至是煤礦生產。因此，在煤礦勘察設計、建設、開采及閉坑之后的各個階段，必須辯證認識礦井水現實和長遠中的利弊，統籌協調，在確保煤礦安全生產的前提下，充分保護、合理利用礦井水資源，減少煤礦開采對環境和地下水資源的影響和破壞。

一、煤礦水害防治與地下水保護利用的前提是“認識水”

“認識水”就是不能只把地下水看作是引發礦井水災的有害因素，更要把地下水的形成作為自然界水循環過程中的一個環節加以研究，要把地下水作為資源來加以開發利用。無論地表水或地下水，都是自然界水循環的一個環節，均以大氣降水為其補充水源，降水是一個地區地下水補給的最主要來源。一個地區水資源的豐富程度主要取決于降水量的多寡。由于降水在時間上分配得不均勻，在總徑流量中占主要地位的地表徑流由于循環速度快，利用率受到限制；而地下水徑流比較滯緩，分布也較廣泛，無論在時間上和空間上均可起到一定調節作用，從而地下水資源在整個水資源中的價值和地位更為重要和突出。一個地區可長期供給利用的水量是該地區經常參與水循環的那部分水量，當用水量超過參與水循環的總水量時，就不得不提取多年積存的地下水；使用掉的這部分地下水量是難于短期恢復補充的，從實際利用的角度而言，有時甚至是無法恢復的。

“認識水”還應了解地下水資源具有的系統性、可恢復性、可寶貴性和復雜性四個特征。

地下水按含水巖體空隙類型的不同，分為孔隙水、裂隙水和巖溶水三類。盡管形成空隙的地質因素各不相同，空隙的形式各異，空隙連通的方式和程度差異更大，無論哪一種形式的空隙，必然在一定程度和一定范圍內相互連通；在互相連通的通道中，作為流體，水可以從勢能大的地方向勢能小的地方運動，巖體內相互連通的空隙就形成一個系統。凡是能提供相當水量而作為供水水源的地下水，一般都是補給較為豐富的地下水含水系統。這就是地下水資源的系統性。

地下水資源的可恢復性認為，只要有補給來源，地下水系統都或多或少地可以恢復其水量，恢復的程度主要取決于補給期間，系統中容納水的空間的大小和系統與外界之間的通道的大小和多少。

地下水的可寶貴性體現在三方面。首先，地下水是自然界最好的飲用水。無論從化學成分，還是從潔凈程度上，地下水都遠遠優越于地表水。其次，地下水分布廣泛，供水條件趨于均衡，供水能力相對穩定。第三，地下水具有時間上的調節作用。不但可作為非降水季節的水源，而且是構成地表水流枯水流量的主要成分。

地下水資源的復雜性體現在兩方面，一方面，地下水資源形成過程無法從地面直接觀察，另一方面是地下水資源的勘查工作本身具有的復雜性。

二、煤礦水害防治與地下水保護利用的關鍵是“摸清水”

“摸清水”就是查明礦區內地下水的分布形成規律，查明地下水的賦存狀態、水量及其導通性，充分理解水文地質過程的機制，正確劃分礦井水文地質類型，正確評價和定量預計各個階段的礦井涌水量和來源，有效避免突水事故的發生，定量預測煤礦開采活動干預下的水文地質過程的發展，提出合理有效的興利除害措施。

（一）“摸清水”可以減少或避免水災事故的發生。從煤礦防治水的角度來看，凡影響、威脅礦井安全生產、使礦井局部或全部被淹沒并造成人員傷亡和經濟損失的礦井涌水事故都稱為礦井水災。煤礦水災事故發生有三個必要條件：(1)水源。包括地表積水、洪水、松散層水、巖溶裂隙水、砂巖裂隙水、采空區水、灌注漿水、運煤水、生產用水等。造成重大或特別重大事故的水源往往是巖溶裂隙水和采空區水。(2)導水通道。它包括自然通道和人工通道兩類。自然通道主要有斷層、裂隙、陷落柱等，人工通道有鉆孔、開挖面、井口、生產用水管路等。(3)釋放水空間。釋放水空間是人們根據設計和生產需要開挖出來的一個空間，包括井筒、巷道、硐室、工作面及采空區等。

礦井防水是利用各種工程措施，防止礦井大量涌水，特別是防止發生災害性突水事故。其主要措施有：減少滲入礦井的水源；把有威脅的地下水疏干或降壓；阻隔水進入井巷；利用地質、水文地質條件減少或防止發生突水。具體地，減少滲入礦井的水源的措施分為地面防水和井下防水兩種。地面防水，即在地面構筑防、排水和隔水防滲工程，用以限制大氣降水、地表水和淺層地下水補給深部礦井水的措施。常用的方法有：填堵通道、挖溝排（截）洪、處理河道、排除積水等。井下防水措施有留高防水礦（巖）柱、修筑防水閘門和防水墻。阻隔水進入井巷的技術措施主要是堵水和截流，即堵截地下水流入井巷的通道，以減少礦井排水量或使被淹礦井恢復生產。具體方法是把配好的漿液壓入需封堵空間（含水層、溶洞、突水點、斷裂等）內，擴散至某一距離，固結后形成地下“堤壩”，達到切斷補給源、增大巖石強度和加強圍巖隔水能力等目的。可分為局部性堵水和全區域性截流。

為了防止突水，煤礦開拓采掘過程中還要求依據水文地質條件不斷地進行探水工作。井下探（放）水系指采掘中，用超前鉆孔查明周圍水體、含水層和含水構造等的具體位置、產狀和水量。如探知探水對象水量較小或以貯存量為主，則可用一定數量的鉆孔將水放出以降低水壓，減少突水危險，這就是放水。如水量很大，需用綜合措施進行處理。目前要求礦井遵循“物探先行、鉆探驗證、化探跟進”的綜合探測程序進行探（放）水，如配合使用得好則可達到安全生產的目的

（二）“摸清水”，才能利用水。從供水的角度看，“摸清水”就是找到水。能夠造成長期大量礦井涌水的地下水，必定與較大的含水系統有關。這類含水系統，只要水質適宜，就是良好的供水水源。

三、采礦與地下水破壞的矛盾不可避免

采礦以取得礦產為目標，供水以取得水量為目標。水、煤共生，采礦必然影響地下水。礦井在建設和生產期間，通常都將巷道、采場涌出的水，匯集到下部巷道的水倉中，然后排出地表。由于排出的水已受到污染，不僅不宜于飲用，且嚴重地污染環境，危害農作物和破壞生態平衡。礦床疏干，是在開采頂底板為含水層或是隔水層但不起隔水作用的礦床，所采取的消除突水威脅的最重要的防治水措施。按照疏干與礦床開采時間上的關系，可分為預先（超前）疏干和并行（開采）疏干。預先疏干是在掘進井巷前進行的，經排水將地下水位（水壓）全部或部分降低之后才開始掘進井巷；并行疏干則是排水與采掘工作同時進行。國內外相當數量的礦區是先用預先疏干，開掘井巷后則轉為并行疏干。為確保采礦安全，大力進行礦坑排水的結果，在相當的范圍內疏干了地下水，造成缺水。在我國北方半干旱地區，尤其是可溶巖層發育地區，這一矛盾更為突出。

四、解決采礦與供水之間矛盾的建議

首先，要轉變觀念，樹立地下水也是資源的理念，提倡采礦與供水并重。就是要把地下水的形成作為自然界水循環過程中的一個環節加以研究，把地下水資源提升到和礦產資源一樣的高度來開發利用保護和防治，不能單純認為礦井水是采礦過程中的有害因素，更多的是要把礦井水作為一種資源，來加以珍惜、重視和保護。其次，礦產資源應與地下水資源聯合設計、共同開發。對于礦層頂底板含水層水量巨大、水質好又無隔水層的礦床可以暫緩開采，待具備安全條件和保護地下水資源條件成熟之后再開采礦產資源，或者先開發地下水資源然后開采礦產資源，亦或二者聯合設計、共同開發；第三、應大力減少采礦（煤）對地下水資源的影響和破壞。盡量不采用疏干方式采礦；在條件適當時可采取堵截、供水與排水結合的措施，切斷地下水的側向補給，既取得顯著的疏干效果，也起到保護附近水源的良好效果；若非采用疏干排水，也要把排出的水進行綜合利用，以解決供水與排水的矛盾。第四，綜合利用礦井水。對于排出地表的礦井水應進行沉淀和凈化處理，重復利用。根據凈化后的水質，區別對待，宜用盡用，可用作礦井生產、洗選用水、井下除塵、礦區綠化、農田灌溉、建筑用水。第五、對礦井排放實行許可管理。這也是當務之急，目標是要把礦井廢水的污染程度控制到最小和不破壞生態平衡作為首要目標加以控制。對于礦井水處理達標排放者發放許可證，準許排放；對于礦井水難于處理或處理后仍不達標者可停止其采礦資格。第六、在有條件的已關閉的礦區，可以涵養水源，逐步恢復地下水。

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作者：段繼平，男，漢族，（1969--），工程師，經濟師，注冊安全工程師，工程碩士，現在晉城市煤礦安全生產管理中心工作。