我國煤礦水害防治工作現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

文/董書寧 王皓 周振方

近十年來，我國煤礦水害防治各項法規(guī)政策逐步完善，技術(shù)與裝備取得了較大進(jìn)步，管理水平不斷提高，煤礦水害防治形勢總體向好，但水害防治工作仍然任重而道遠(yuǎn)，需要政府、企業(yè)、科研院所等相關(guān)單位共同參與，積極推進(jìn)煤礦水害防治各項工作持續(xù)進(jìn)步。

煤炭作為主體能源，長期擔(dān)負(fù)我國能源安全、經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的重任，其主體能源地位在未來相當(dāng)長一段時期不會改變。作為五大伴生災(zāi)害之一的煤礦水害，成為嚴(yán)重制約煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，造成重大經(jīng)濟損失和人員傷亡的原因之一。

關(guān)于煤礦水害事故發(fā)生的主要原因，一方面，是因為我國是世界上水文地質(zhì)類型最為復(fù)雜的國家，煤礦水害條件極為復(fù)雜；另一方面，盡管煤礦水害防治技術(shù)取得了較大進(jìn)步，但仍然存在一些瓶頸問題，尚不能做到精準(zhǔn)防控。

科學(xué)認(rèn)識我國煤礦水害分布特征、加快研發(fā)水害防治關(guān)鍵技術(shù)、努力提高煤礦企業(yè)技術(shù)和管理水平等，對于減少煤礦水害事故發(fā)生率、保障煤礦安全高效生產(chǎn)具有重要支撐作用。

根據(jù)國家煤礦安全監(jiān)察局各年全國事故報告分析報告統(tǒng)計，2010—2019 年，全國共發(fā)生煤礦水害事故182 起，死亡人數(shù)839 人，直接經(jīng)濟損失數(shù)十億元。總體來看，盡管在過去的十年中，煤礦水害事故發(fā)生率和死亡人數(shù)呈現(xiàn)顯著的下降趨勢，但較大以上水害事故仍然時有發(fā)生，水害形勢依然嚴(yán)峻。

這期間，較為典型的水害案例包括：2010 年，國家能源集團駱駝山煤礦巷道掘進(jìn)過程發(fā)生底板奧灰突水，瞬時突水量最大達(dá)7 萬2 000 m3/h，事故造成32 人遇難；同年，華晉焦煤王家?guī)X煤礦巷道掘進(jìn)過程發(fā)生小煤窯突水，事故造成38 人遇難；2016 年，銅川照金煤礦發(fā)生頂板離層透水，造成11 人遇難。

根據(jù)我國聚煤區(qū)不同的水文地質(zhì)特征和自然地理條件，可將全國煤礦水害劃分成6 個區(qū)塊。一是分布在河北、山東、山西、河南、陜西、江蘇、安徽等地的華北石炭二疊紀(jì)煤田巖溶裂隙水水害區(qū)；二是位于我國淮陽古陸以南、川滇古陸以東的長江流域的蘇南、皖南、江西、湖南、廣東、廣西、貴州、云南、四川等地的華南晚二疊世煤田巖溶水水害區(qū)；三是位于東北和內(nèi)蒙古東部的新華夏系巨型沉降帶內(nèi)的東北侏羅紀(jì)煤田裂隙水水害區(qū)；四是位于昆侖—秦嶺構(gòu)造帶以北，包括新疆、青海、甘肅、寧夏、陜西北部和內(nèi)蒙古西南部廣大地區(qū)的西北侏羅紀(jì)煤田裂隙水水害區(qū)；五是分布在昆侖山以南，西昌—昆明以西廣大區(qū)域的晚三疊世和早白堊世的西藏—滇西中生代煤田裂隙水水害區(qū)；六是分布在我國臺灣地區(qū)的古近紀(jì)煤田裂隙—孔隙水水害區(qū)。

國家能源集團烏海駱駝山煤礦突水搶險現(xiàn)場

近年來，我國煤礦水害事故主要呈現(xiàn)出以下幾個方面的特征：一是盡管煤礦水害事故率顯著下降，但較大以上煤礦水害事故占比高達(dá)60%左右；二是老空水、灰?guī)r水仍是主要的水害水源；三是掘進(jìn)工作面仍是主要的透水地點；四是頂板水害事故數(shù)量有增加趨勢。

實際上，煤礦建設(shè)和生產(chǎn)過程中，水害事故的發(fā)生往往有一些先兆出現(xiàn)，如果管理到位，很多事故是可以防患于未然的。例如：礦井采掘工作面煤層變潮濕、松軟，煤幫出現(xiàn)滴水、淋水現(xiàn)象且淋水由小變大，有時煤幫出現(xiàn)鐵銹色水跡，礦井采掘工作面氣溫降低、或出現(xiàn)霧氣或硫化氫氣味，礦井采掘工作面有時可聽到水的“嘶嘶”聲，礦井采掘工作面礦壓增大，發(fā)生片幫、頂板下沉及底鼓等。

我國煤礦水害防治工作現(xiàn)狀

煤礦水害防治技術(shù)現(xiàn)狀

從煤礦水害發(fā)生時機來看，煤礦水害防治技術(shù)目前主要分為災(zāi)前預(yù)防技術(shù)和災(zāi)后控制技術(shù)兩個方面，其中，災(zāi)后控制又可以細(xì)分為災(zāi)源判查與水災(zāi)控制兩個階段。

一般情況下，通過物探、鉆探手段進(jìn)行水害探測探查，開展突（透）水危險性及礦井涌水量預(yù)測預(yù)報，實施危險區(qū)域水害超前治理，輔以安全防隔水煤（巖）柱留設(shè)及其應(yīng)力應(yīng)變、水壓等局部監(jiān)測，可實現(xiàn)煤礦水害的災(zāi)前預(yù)防。如果突（透）水災(zāi)害發(fā)生，可以通過物探、化探和鉆探技術(shù)手段實施突水水源和突（導(dǎo)）水通道的判查，利用井下、地面注漿技術(shù)封堵導(dǎo)水通道，啟動應(yīng)急搶險排水，完成災(zāi)源判識和水災(zāi)控制，達(dá)到水災(zāi)事故應(yīng)急搶險和排水復(fù)礦的目的。

其中，災(zāi)前預(yù)防方面，應(yīng)用較為廣泛的探測探查技術(shù)有槽波探測和地孔瞬變電磁探測等物探技術(shù)，千米深定向鉆探技術(shù)和地質(zhì)導(dǎo)向智能鉆進(jìn)技術(shù)等鉆探技術(shù)，突水水源快速判別和水質(zhì)快速檢測等化探技術(shù)；常用的水害監(jiān)測預(yù)警技術(shù)主要有水壓、水溫和水質(zhì)等在線監(jiān)測系統(tǒng)，基于多頻連續(xù)電法的突水水源監(jiān)測系統(tǒng)，基于“井（巷道）—地（地面）—孔（鉆孔）”微震的突水通道監(jiān)測系統(tǒng)等；水害預(yù)測預(yù)報技術(shù)主要有底板水害的突水系數(shù)法、五圖—雙系數(shù)法以及脆弱性指數(shù)法，頂板水害的三圖—雙預(yù)測法，礦井涌水量預(yù)測的解析法、數(shù)值法、經(jīng)驗公式法、水均衡法，以及近年來形成的采前預(yù)測與采中校正聯(lián)合預(yù)測方法等；煤礦水害超前治理技術(shù)主要有基于定向鉆孔的底板水患注漿治理技術(shù)、智能化注漿站等，基于地下連續(xù)墻的側(cè)向帷幕截流技術(shù)，頂板潰水潰砂井上下治理技術(shù)，頂板離層水害防控技術(shù)等。

2009—2010 年，國家能源集團寧煤紅柳煤礦1121 工作面推采過程中，發(fā)生了多次頂板潰水，最大超過3 000 m3/h，造成工作面兩次停產(chǎn)。通過水害發(fā)生機理分析，判斷為頂板離層水害，應(yīng)用采空區(qū)頂板離層水靶式探放技術(shù)，成功消除了離層水患，保障了礦井的生產(chǎn)安全。

災(zāi)后治理方面，技術(shù)相對成熟可靠、應(yīng)用廣泛的是大口徑地面鉆孔成孔技術(shù)與裝備，應(yīng)急決策專家系統(tǒng)，動水大通道突水鉆孔快速注漿封堵技術(shù)，導(dǎo)水陷落柱水泥—骨料反過濾快速封堵技術(shù)等。

2010 年，國家能源集團駱駝山煤礦基建施工過程中發(fā)生巖溶突水淹井事故，突水量最大達(dá)7 萬2 000 m3/h。通過綜合利用動水大通道突水鉆孔快速注漿封堵技術(shù)和導(dǎo)水陷落柱水泥—骨料反過濾快速封堵技術(shù)，僅用31天，就完成了突水巷道的封堵，比常規(guī)技術(shù)提前60 余天。

2011 年，陜西榆卜界煤礦發(fā)生火燒區(qū)突水淹井事故，最大突水量達(dá)到1 200 m3/h，通過采用動水大通道突水鉆孔快速注漿封堵技術(shù)，僅用18 天，就完成了突水巷道的封堵，創(chuàng)造了煤礦突水堵水時間最短的歷史記錄，大大節(jié)省了時間和工程費用。

煤礦水害防治政策法規(guī)

為提高煤礦水害防治技術(shù)和管理水平，保障煤礦安全生產(chǎn)，國家制定并頒布了相關(guān)法律法規(guī)，包括《安全生產(chǎn)法》《煤礦安全規(guī)程》《煤礦防治水細(xì)則》《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》，以及《煤礦水害防治監(jiān)管監(jiān)察執(zhí)法要點（2020 年版）》等。

相關(guān)的法律法規(guī)在礦井水文地質(zhì)類型劃分、防治水基礎(chǔ)資料編制、采空區(qū)普查、水害隱患排查、井下探放水、防隔水煤巖柱留設(shè)、采掘工作面水害分析與評價、水體下采煤、排水系統(tǒng)配備、防水閘門與防水閘墻留設(shè)、越層越界管理、雨季三防、應(yīng)急預(yù)案制定等技術(shù)方面給出了明確的實施規(guī)定。

在煤礦水害安全管理方面，例如煤礦企業(yè)水害防治崗位主體責(zé)任制、水害防治技術(shù)管理、防治水機構(gòu)配置、防治水培訓(xùn)等，也給出了相應(yīng)的管理制度。

仍需解決的問題

經(jīng)過60 多年的研究和實踐，特別是近十年來，伴隨煤礦開采工藝、水害防治技術(shù)、法律法規(guī)的不斷完善，以及科學(xué)管理水平的進(jìn)步，我國煤礦重大水害防控形勢逐步好轉(zhuǎn)，但總體來看，距離低人員傷亡、低經(jīng)濟損失，甚至人員零傷亡、經(jīng)濟零損失的發(fā)展目標(biāo)，仍然任重而道遠(yuǎn)。

從水害預(yù)防、災(zāi)源判查以及水災(zāi)控制技術(shù)三個方面分析，我國煤礦水害高效防控迫切需求解決的問題主要聚焦在以下3 個方面：如何做到災(zāi)前水害預(yù)防高效、可靠？突水災(zāi)害發(fā)生過程中，如何精確、快速圈定突水水源和突水通道？淹井過程，如何做到過水通道封堵快速有效，搶險排水的快速、穩(wěn)定，從而為實施生命救援爭取時間？以上3 個方面的問題，歸結(jié)起來，就是煤礦水害高效預(yù)防技術(shù)、煤礦水害災(zāi)源精確判查技術(shù)、煤礦水災(zāi)快速控制技術(shù)以及煤礦水害應(yīng)急救援技術(shù)四個方面。

我國煤礦水害防治工作發(fā)展趨勢

在煤礦水害防治技術(shù)與裝備方面，下一步應(yīng)著力研發(fā)適用于小構(gòu)造及不良地質(zhì)體精細(xì)探查的技術(shù)與裝備，隨掘、隨采、隨鉆物探技術(shù)與裝備，導(dǎo)水通道“空（空中）—地（地面）—孔（鉆孔）”綜合精細(xì)定位技術(shù)與裝備，井下高水壓硬巖層定向鉆進(jìn)技術(shù)與裝備，基于采動空間演化的突水危險性動態(tài)評價技術(shù)等災(zāi)前預(yù)防技術(shù)裝備；研發(fā)突水大通道封堵體（單孔多袋）快速建造技術(shù)，預(yù)置防水墻（門）建造技術(shù)，車載智能化快速制漿與注漿系統(tǒng)，高可靠性、大流量、輕量化應(yīng)急搶險排水系統(tǒng)，以及“情景—應(yīng)對”型水災(zāi)應(yīng)急決策支持專家系統(tǒng)等技術(shù)裝備。

在煤礦水害防治技術(shù)研發(fā)平臺方面，需加快建設(shè)涵蓋突水機理研究、注漿技術(shù)與工藝研究、水化學(xué)分析等多個方向的煤礦水害防治國家實驗室，選擇一批典型礦井，建設(shè)水害防治工程示范基地。同時，針對煤礦智能開采的大趨勢，還需要構(gòu)建與之相適應(yīng)的“透明礦井”地質(zhì)保障平臺。

在煤礦水害防治安全管理方面，應(yīng)堅決執(zhí)行相關(guān)法律法規(guī)，始終堅持“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的方針，落實好煤礦水害防治主體責(zé)任制，按照“預(yù)測預(yù)報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的水害防治原則，認(rèn)真執(zhí)行“探、防、堵、疏、排、截、監(jiān)”七字綜合治理措施。

煤礦水害將長期伴隨煤礦建設(shè)和生產(chǎn)活動，水害防治工作任重而道遠(yuǎn)。只有各級政府、行業(yè)協(xié)會、煤礦企業(yè)、科研院所等相關(guān)單位和個人，不斷提高管理水平、加大資金投入、重視防治工作、加強科技攻關(guān)、增強警惕意識、嚴(yán)守規(guī)章制度，才能真正實現(xiàn)煤礦水害防治技術(shù)、裝備與管理水平的進(jìn)步，有效降低事故發(fā)生率。