礦井水文地質與礦井水害防治

閆 宇

(山西省煤炭地質水文勘查研究院，山西太原 030006)

0 引言

中國礦井水害主要分布在華北和華南地區。大部分地區礦井水文地質條件復雜，水害情況十分嚴重。隨著煤炭資源的不斷開采，開采深度也越來越深，礦井水文地質條件也變得更加復雜，水害的發生概率也加大，防治難度也越來越高，嚴重影響煤礦的生產安全。中國礦井水害可分為以下幾個區域:華北石炭二疊系巖溶—裂隙水害區、華南晚二疊統巖溶水水害區、東北侏羅系裂隙水水害區、西北侏羅系裂隙水水害區、西藏—滇西中生界裂隙水水害區和臺灣第三系裂隙—孔隙水水害區。近年來，水害事故頻繁發生，造成了很大的人員傷亡和經濟損失，隨著煤礦資源的整合，水害事故發生率雖然有所下降，但是發生規模較大水害的概率在變大。因此，做好井下水害防治工作尤為重要。

1 地下水基本知識

1．1 地下水的概念

地下水是指埋藏在地表以下、儲存于巖石空隙之中的水。通常以多種形式存在:1)氣態水;2)吸著水;3)薄膜水;4)毛細水;5)重力水等。重力水是我們研究的主要對象。

1．2 地下水的分類

按埋藏條件可分為:1)上層滯水;2)潛水;3)承壓水。按含水層空隙性質可分為:1)孔隙水;2)裂隙水;3)喀斯特水。

2 礦井充水條件

在礦井開拓、采掘過程中，因井巷、工作面接近或直接溝通充水水源(含水層、地表水體、老空)或充水通道(導水裂隙帶、陷落柱、頂板冒落帶、構造破碎帶等)，各種水滲入、滴入、淋入、涌入和潰入井巷或工作面，簡稱礦井充水。影響礦井充水的主要因素包括:礦井水的來源、通道和充水強度。掌握這些資料，對計算涌水量、預測礦井突水的可能性及制定防治水措施具有重要意義。

2．1 礦井充水水源

礦井充水水源主要有:大氣降水、地表水、地下水和老空積水。地表水體包括江、河、湖、海、水庫、沼澤、水渠等，地下水體包括孔隙水、裂隙水、巖溶水等。水源不同其性質和特點也不同，影響因素也不同，對礦井產生水害的概率和影響程度也不同。

2．2 礦井充水通道

礦井水源是發生礦井充水的根源，但是要發生礦井充水，還得有礦井充水通道。常見的礦井充水通道有:1)構造斷裂帶;2)冒落裂隙帶;3)含水層的露頭區;4)煤層底板巖層采動破壞帶;5)封閉不良鉆孔;6)導水陷落柱和地表塌陷。通道不同充水的特征也不同，其危害性也不一樣。因此，充分了解充水通道很重要，根據不同的充水通道采取相應的防治措施，才能有效避免水害的發生。

2．3 礦井充水強度

地下水儲存在不同的充水含水層中，含水層的埋藏條件不同和巖石性質不同，決定了它們含水強度的不同，當掘巷一旦接近或揭露含水層時，涌入礦井中的水量是不一樣的，有的很大，有的卻很微弱，在煤礦生產中，把地下水涌入礦井內水量的多少稱為礦井充水程度，用來反映礦井水文地質的復雜程度。

礦井充水程度的大小一般可以用含水系數和礦井涌水量來表示。根據含水系數的大小，將礦井充水程度劃分為4個等級:充水性弱的礦井、充水性中等的礦井、充水性強的礦井和充水性極強的礦井;根據涌水量大小也可分為4個等級:涌水量小的礦井、涌水量中等的礦井、涌水量大的礦井和涌水量極大的礦井。影響礦井涌水量大小的因素有:1)充水巖層的出露條件和接受補給條件;2)礦井的邊界條件;3)地質構造條件。

3 礦井水害防治

3．1 礦井水害產生的原因及總體防治要求

礦井水害發生的原因主要有:地面防洪措施不當、井下水文地質資料不清盲目施工、井巷位置設計不合理、探放水設備沒有效發揮作用、施工措施不力工程質量差、亂采挖破壞了防水煤柱、井下排水系統不到位、麻痹大意違章作業和管理不重視。

礦井防治水工作應該以堅持預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采的原則。采取防、堵、疏、排、截的綜合治理措施。根據具體的水文地質條件，選擇有針對性的防治水措施進行綜合治理。

3．2 地面防治水措施

地面防治水是指在地表修筑排水工程或采取其他措施，以防止井筒灌水、地表滲水和地面積水，從而減少礦井涌入量，防止井下災害事故的發生。具體措施有:挖溝排截洪、河流改道、整鋪河底和堵塞通道。

3．3 井下防治水措施

煤礦井下水害防治措施是結合地質勘查資料和井下檢測工作，采用采掘前的鉆孔探水，防水閘門、防水墻或注漿阻斷水源，排水疏干降壓等方法。

排水疏干降壓方法包括地面鉆孔疏干、井下鉆孔疏干、利用巷道疏干。根據地下水位、水量和補給條件，確定疏干層段和順序，控制排水流量，排水前加固巷道，正式排水前進行水壓和透水實驗，發現問題應及時處理。

3．3．1 井下探放水

探放水是指采礦過程中用超前勘探方法，查明有采掘工作面頂底板、側幫和前方的含水構造、含水層、積水老窯等水體的具體位置、產狀等，目的是為有效的防治礦井水害做好準備。主要包括:探放老空水、探放斷層水、探放陷落柱水、導水鉆孔的探查與處理和探放含水層水［1］。

3．3．2 頂、底板含水層中水的疏放

當煤層上覆或下伏有含水層，并對采掘作業有威脅時，可采取疏干或降低水位的方法解除地下水對煤層的威脅，以保證采掘作業的正常進行。通常有巷道疏放、放水鉆孔和疏放降壓鉆孔。

3．3．3 井下設防水柱、防水閘門和防水墻

在井下水害高發地段，留有一定寬度和高度的煤層不得開采，目的是使采煤工作面和水體隔離開來，并保持一定的距離，從而起到隔水的作用，這部分不采的煤層叫防水煤柱。根據防水煤柱所起的作用可分為:井田隔離煤柱、被淹井巷之間的煤柱、斷層防水煤柱、防止潛水及流砂等流入巷道而留下的煤柱。此外在井下各要道出入口設置防水閘門和防水閘墻［2］。

3．3．4 注漿堵水

注漿堵水是將注漿的材料配制成漿液，用壓送設備將其灌入地層縫隙內使其擴散、膠凝或固化，以此達到加固堵漏的目的。按注漿材料劃分通常有水泥注漿、化學漿液注漿和粘土注漿。

4 結語

在實際煤礦開采過程中，針對水害的防治措施往往不是單一的，而是綜合防治措施。提高防治意識和管理水平，加大水害預測技術的應用，才能從根源上減少水害事故的發生。同時要做好井下水害應急預案，一旦發生水害，把人員傷亡和經濟損失降到最低。

［1］張學軍．礦井水害治理實踐與探討［J］．給水排水，2005(2):31-33．

［2］袁長青．礦井水患的防治［J］．煤炭技術，2007(4):55-57．