矿井水文地质与矿井水害防治

闫 宇

(山西省煤炭地质水文勘查研究院，山西太原 030006)

0 引言

中国矿井水害主要分布在华北和华南地区。大部分地区矿井水文地质条件复杂，水害情况十分严重。随着煤炭资源的不断开采，开采深度也越来越深，矿井水文地质条件也变得更加复杂，水害的发生概率也加大，防治难度也越来越高，严重影响煤矿的生产安全。中国矿井水害可分为以下几个区域:华北石炭二叠系岩溶—裂隙水害区、华南晚二叠统岩溶水水害区、东北侏罗系裂隙水水害区、西北侏罗系裂隙水水害区、西藏—滇西中生界裂隙水水害区和台湾第三系裂隙—孔隙水水害区。近年来，水害事故频繁发生，造成了很大的人员伤亡和经济损失，随着煤矿资源的整合，水害事故发生率虽然有所下降，但是发生规模较大水害的概率在变大。因此，做好井下水害防治工作尤为重要。

1 地下水基本知识

1．1 地下水的概念

地下水是指埋藏在地表以下、储存于岩石空隙之中的水。通常以多种形式存在:1)气态水;2)吸着水;3)薄膜水;4)毛细水;5)重力水等。重力水是我们研究的主要对象。

1．2 地下水的分类

按埋藏条件可分为:1)上层滞水;2)潜水;3)承压水。按含水层空隙性质可分为:1)孔隙水;2)裂隙水;3)喀斯特水。

2 矿井充水条件

在矿井开拓、采掘过程中，因井巷、工作面接近或直接沟通充水水源(含水层、地表水体、老空)或充水通道(导水裂隙带、陷落柱、顶板冒落带、构造破碎带等)，各种水渗入、滴入、淋入、涌入和溃入井巷或工作面，简称矿井充水。影响矿井充水的主要因素包括:矿井水的来源、通道和充水强度。掌握这些资料，对计算涌水量、预测矿井突水的可能性及制定防治水措施具有重要意义。

2．1 矿井充水水源

矿井充水水源主要有:大气降水、地表水、地下水和老空积水。地表水体包括江、河、湖、海、水库、沼泽、水渠等，地下水体包括孔隙水、裂隙水、岩溶水等。水源不同其性质和特点也不同，影响因素也不同，对矿井产生水害的概率和影响程度也不同。

2．2 矿井充水通道

矿井水源是发生矿井充水的根源，但是要发生矿井充水，还得有矿井充水通道。常见的矿井充水通道有:1)构造断裂带;2)冒落裂隙带;3)含水层的露头区;4)煤层底板岩层采动破坏带;5)封闭不良钻孔;6)导水陷落柱和地表塌陷。通道不同充水的特征也不同，其危害性也不一样。因此，充分了解充水通道很重要，根据不同的充水通道采取相应的防治措施，才能有效避免水害的发生。

2．3 矿井充水强度

地下水储存在不同的充水含水层中，含水层的埋藏条件不同和岩石性质不同，决定了它们含水强度的不同，当掘巷一旦接近或揭露含水层时，涌入矿井中的水量是不一样的，有的很大，有的却很微弱，在煤矿生产中，把地下水涌入矿井内水量的多少称为矿井充水程度，用来反映矿井水文地质的复杂程度。

矿井充水程度的大小一般可以用含水系数和矿井涌水量来表示。根据含水系数的大小，将矿井充水程度划分为4个等级:充水性弱的矿井、充水性中等的矿井、充水性强的矿井和充水性极强的矿井;根据涌水量大小也可分为4个等级:涌水量小的矿井、涌水量中等的矿井、涌水量大的矿井和涌水量极大的矿井。影响矿井涌水量大小的因素有:1)充水岩层的出露条件和接受补给条件;2)矿井的边界条件;3)地质构造条件。

3 矿井水害防治

3．1 矿井水害产生的原因及总体防治要求

矿井水害发生的原因主要有:地面防洪措施不当、井下水文地质资料不清盲目施工、井巷位置设计不合理、探放水设备没有效发挥作用、施工措施不力工程质量差、乱采挖破坏了防水煤柱、井下排水系统不到位、麻痹大意违章作业和管理不重视。

矿井防治水工作应该以坚持预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采的原则。采取防、堵、疏、排、截的综合治理措施。根据具体的水文地质条件，选择有针对性的防治水措施进行综合治理。

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、地表渗水和地面积水，从而减少矿井涌入量，防止井下灾害事故的发生。具体措施有:挖沟排截洪、河流改道、整铺河底和堵塞通道。

3．3 井下防治水措施

煤矿井下水害防治措施是结合地质勘查资料和井下检测工作，采用采掘前的钻孔探水，防水闸门、防水墙或注浆阻断水源，排水疏干降压等方法。

排水疏干降压方法包括地面钻孔疏干、井下钻孔疏干、利用巷道疏干。根据地下水位、水量和补给条件，确定疏干层段和顺序，控制排水流量，排水前加固巷道，正式排水前进行水压和透水实验，发现问题应及时处理。

3．3．1 井下探放水

探放水是指采矿过程中用超前勘探方法，查明有采掘工作面顶底板、侧帮和前方的含水构造、含水层、积水老窑等水体的具体位置、产状等，目的是为有效的防治矿井水害做好准备。主要包括:探放老空水、探放断层水、探放陷落柱水、导水钻孔的探查与处理和探放含水层水［1］。

3．3．2 顶、底板含水层中水的疏放

当煤层上覆或下伏有含水层，并对采掘作业有威胁时，可采取疏干或降低水位的方法解除地下水对煤层的威胁，以保证采掘作业的正常进行。通常有巷道疏放、放水钻孔和疏放降压钻孔。

3．3．3 井下设防水柱、防水闸门和防水墙

在井下水害高发地段，留有一定宽度和高度的煤层不得开采，目的是使采煤工作面和水体隔离开来，并保持一定的距离，从而起到隔水的作用，这部分不采的煤层叫防水煤柱。根据防水煤柱所起的作用可分为:井田隔离煤柱、被淹井巷之间的煤柱、断层防水煤柱、防止潜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设置防水闸门和防水闸墙［2］。

3．3．4 注浆堵水

注浆堵水是将注浆的材料配制成浆液，用压送设备将其灌入地层缝隙内使其扩散、胶凝或固化，以此达到加固堵漏的目的。按注浆材料划分通常有水泥注浆、化学浆液注浆和粘土注浆。

4 结语

在实际煤矿开采过程中，针对水害的防治措施往往不是单一的，而是综合防治措施。提高防治意识和管理水平，加大水害预测技术的应用，才能从根源上减少水害事故的发生。同时要做好井下水害应急预案，一旦发生水害，把人员伤亡和经济损失降到最低。

［1］张学军．矿井水害治理实践与探讨［J］．给水排水，2005(2):31-33．

［2］袁长青．矿井水患的防治［J］．煤炭技术，2007(4):55-57．