我國煤礦防治水概述

　　評論：　更新日期：2024年07月22日

國煤礦床水文地質條件復雜，主要煤產(chǎn)地的華北石炭二疊紀煤田和南方晚二疊世煤田，屬于喀斯特水文地質類型煤田，黃淮平原的煤田則受到第四系沖洪積層水的危害。目前，在原統(tǒng)配煤礦中，約有18%待開采的煤炭儲量受到較為嚴重的水害威脅。1950年以后，我國煤礦曾發(fā)生過數(shù)百次突水事故，其中開灤范各莊礦于1984年6月2日發(fā)生突水量為2053m3/min的特大突水事故，造成經(jīng)濟損失5億元以上。由此可見，煤礦水害已成為影響煤礦安全生產(chǎn)的重大關鍵問題之一，對其進行防治工作研究具有十分重要的現(xiàn)實意義和長遠的戰(zhàn)略意義。

一我國煤礦水害分布

（一）水害區(qū)的劃分

根據(jù)我國聚煤區(qū)的不同地質、水文地質特征，并考慮到礦井水對生產(chǎn)的危害程度，可將我國煤礦劃分為6個礦井水害區(qū)(1、華北石炭二疊紀煤田的巖溶—裂隙水水害區(qū)；2、華南晚二疊世煤田的巖溶水水害區(qū)；3、東北侏羅紀煤田的裂隙水水害區(qū)；4、西北侏羅紀煤田的裂隙水水害區(qū)；5、西藏—滇西中生代煤田的裂隙水水害區(qū)；6、臺灣第三紀煤田的裂隙—孔隙水水害區(qū))

（二）各水害區(qū)的概況

從表1-1-1中可看出，我國礦井水害主要分布在華北和華南兩大區(qū)。其礦井水文地質條件極為復雜，水害十分嚴重。例如華北石炭二疊紀煤田的煤系基底中奧陶統(tǒng)巖溶-裂隙水水害；黃淮平原新生界松散層水的水害；華南晚二疊世煤田的煤系頂?shù)装寤規(guī)r巖溶水水害。而東北侏羅紀煤田雖然存在著裂隙水及第四系松散層水的危害，但不嚴重；西北侏羅紀煤田處于干旱、半干旱氣候區(qū)，區(qū)內嚴重缺水，存在著供水問題；西藏-滇西及臺灣的中、新生代煤田的水文地質條件比較簡單，水害問題也不嚴重。

表1-1-1 ?我國煤礦水害區(qū)的概況

水害分區(qū)

氣候大區(qū)

年降水量及其覆蓋面積的百分數(shù)

礦井水對生產(chǎn)危害程度

附注

編號

名稱

華北石炭二疊系巖溶-裂隙水害區(qū)

亞濕潤—亞干旱氣候區(qū)600~1000mm約占70%

200~600mm約占20%

出水、突水較頻繁，涌水量大或特大（1000~123180m3/h）。常常影響生產(chǎn)或淹井，或負擔巨大排水費用，采煤和礦井安全都受到嚴重威脅，區(qū)內中深部下組煤有幾百億噸不能開采

煤田為分布范圍大、可采煤層多、儲量大、煤種齊全的焦煤和主焦煤重要產(chǎn)地，對國民經(jīng)濟影響重大

華南晚二疊統(tǒng)巖溶水水害區(qū)

濕潤氣候區(qū)

1200~2000mm約占95%以上

出水、突水很頻繁，經(jīng)常影響生產(chǎn)或淹井，突水量大（2700~27000 m3/h），礦井正常涌水量亦大（3000~8000m3/h）。負擔巨額排水電費（400~1500萬元/a）；地面塌陷嚴重，井下黃泥突出堵塞井巷。礦井安全受到嚴重威脅雨季更危險

由于地面塌陷，每年礦區(qū)付出上百萬元賠償費。由于主巷布設在強含水層內，故突水、出水頻繁，主要為底板茅口灰?guī)r水，江西是頂板長興灰?guī)r水

東北侏羅系裂隙水水害區(qū)

濕潤-亞濕潤氣候區(qū)

400~600mm約占60%

600~800mm占25%

一般不影響生產(chǎn)，部分礦區(qū)受地表水和第四系松散層水的危害較重，有時造成淹井事故局部為亞干旱區(qū)（15%）

西北侏羅系裂隙水水害區(qū)

干旱氣候區(qū)

25~75mm占80%

75~100mm占80%

100~400mm占20%

本區(qū)嚴重缺水，存在供水問題，僅少部分地區(qū)有地表水和老空水，造成的煤礦水害

局部為亞干旱區(qū)

西藏-滇西中生界裂隙水水害區(qū)

濕潤-亞濕潤氣候區(qū)

300~600mm約占55%

800~1000mm約占35%

1000~2000mm約占10%

西藏-滇西和臺灣中、新生代煤田煤炭儲量僅占全國儲量0.1%，水文地質條件比較簡單，水害也不嚴重

一小部分為亞干旱區(qū)

臺灣第三系裂隙-孔隙水水害區(qū)

濕潤氣候區(qū)

1800~4000mm約占95%以上

另外第四系水（孔隙水）、地表水體所造成的水害，不同程度地存在于各大類型區(qū)內。其中僅黃淮平原煤田（屬華北水害類型區(qū)）第四系水造成的水害較為嚴重，在煤田開發(fā)過程中，流沙潰入并淹沒礦井的事故很多。例如1963年7月徐州新河煤礦502工作面突然潰入沖積層水、流沙和黃泥，淤塞巷道1200m，停產(chǎn)58d。

老空水（古井、小窯…）水害，常常造成局部停產(chǎn)或淹井事故，并常有人身傷亡。這種水害幾乎所有礦區(qū)都存在，危害程度與其所在水害類型區(qū)相關。

二礦井水害的名詞與類型

（一）礦井水害名詞

(1)礦井水凡是在礦井開拓、采掘過程中，滲入、滴入、淋入、流入、涌入和潰入井巷或工作面的任何水源水，統(tǒng)稱為礦井水。

(2)礦井突水（簡稱突水）凡因井巷、工作面與含水層、被淹巷道、地表水體或含水的裂隙帶、溶洞、洞穴、陷落柱、頂板冒落帶、構造破碎帶等接近或溝通而突然產(chǎn)生的出水事故，稱為礦井突水。

(3)礦井水害凡影響生產(chǎn)、威脅采掘工作面或礦井安全的、增加噸煤成本和使礦井局部或全部被淹沒的礦井水，都稱為礦井水害。

（二）礦井水害類型

造成礦井水害的水源有大氣降水、地表水、地下水和老空水。其中地下水按其儲水空隙特征又分為孔隙水、裂隙水和巖溶水等?，F(xiàn)根據(jù)水源分類，把我國礦井水害分成若干類型（見表1-1-2），作為防治礦井水害時的參考。

表1-1-2 礦井水害類型*

類別

水源

水源進入礦井的途徑或方式

發(fā)生過突水、淹井的典型礦區(qū)

地表水水害

大氣降水、地表水體（江、河湖泊、水庫、溝渠、坑塘、池沼、泉水和泥石流）

井口、采空冒裂帶、巖溶地面塌陷坑或洞、斷層帶及煤層頂?shù)装寤蚍饪撞涣嫉呐f鉆孔充水或導水

水城汪家寨礦、內蒙古平莊古山礦、遼源梅河一井等

老空水水害

古井、小窯、廢巷及采空區(qū)積水

采掘工作面接近或溝通時，老空水進入巷道或工作面

山西陵川縣關嶺山煤礦、徐州旗山礦、峰峰四礦等礦區(qū)都發(fā)生過老空水的水害

孔隙水水害

第三系，第四系松散含水層孔隙水、流沙水或泥沙等，有時為地表水補給

采空冒裂帶、地面塌陷坑、斷層帶及煤層頂、底板含水層裂隙及封孔不良的舊鉆孔導水

吉林舒蘭煤礦、淮南孔集礦、徐州新河煤礦

裂隙水水害

砂巖、礫巖等裂隙含水層的水，常常受到地表水或其他含水層水的補給

采后冒裂帶、斷層帶、采掘巷道揭露頂板或底板砂巖水，或封孔不良的老鉆孔導水

徐州大黃山煤礦、韓橋煤礦，開灤范各莊礦等煤礦區(qū)都有裂隙水水害

巖溶水水害

薄層灰?guī)r水水害

主要為華北石炭二疊紀煤田的太原群薄層灰?guī)r巖溶水（山東省一帶為徐家莊灰?guī)r水），并往往得到中奧陶系灰?guī)r水補給

采后冒裂帶、斷層帶及陷落柱，封孔不良的老鉆孔，或采掘工作面直接揭露薄層灰?guī)r巖溶裂隙帶突水

徐州青山泉二號井，淮南謝一礦，肥城大封煤礦，楊莊礦（徐灰），新蜜蘆溝礦

厚層灰?guī)r水水害

煤層間接頂板厚層灰?guī)r含水層，并往往受地表水補給

采后冒裂帶、采掘工作面直接揭露或地面巖溶塌陷坑

江西豐城云莊礦

煤系或煤層的底板厚層灰?guī)r水（在我國煤礦區(qū)主要是華北的中奧陶系厚層（500~600m）灰?guī)r水和南方晚二疊統(tǒng)陽新灰?guī)r水），對煤礦開采威脅最大，也最嚴重

采后底臌裂隙、斷層帶、構造破碎帶、陷落柱或封孔不佳的老鉆孔和地面巖溶塌陷坑吸收地表水

峰峰一礦，焦作演馬莊礦、馮營礦、中馬村礦、淄博北大井均為斷層導水淹井；開灤范各莊礦，安陽銅冶礦為中奧灰水通過陷落柱、探孔進入礦井

注：①表中礦井水害類型系指按某一種水源或某一種水源為主命名的。然而，多數(shù)礦井水害往往是由2~3種水源造成的。單一水源的礦井水害很少。

②頂板水或底板水，只反映含水層水與開采煤層所處的相對位置，與水源豐富與否、水害大小無關。同一含水層水，既可以是上覆煤層的底板水，又同時是下伏煤層的頂板水。例如，峰峰礦區(qū)的大青灰?guī)r水，既是小青煤層的底板水，又是大青煤層的頂板水。因此，不按此分類。

③斷層、舊鉆孔、陷落柱等都可能成為地表水或地下水進入礦井的通道（水路），它們可以含水或導水，但是以它們命名的水害，既不能反映水源的豐富程度，又不能表明對礦井安全危害和威脅的嚴重性。因為由它們導水造成的礦井水害有大有小，有的造成不了水害。其危害或威脅程度，決定于通過它們的水的來源豐富與否。

三煤礦防治水害的現(xiàn)狀與方法

（一）煤礦防治水害的現(xiàn)狀

1.國內現(xiàn)狀

在突水機理的研究上，曾先后提出了“突水系數(shù)”、“等效隔水層”和底板隔水層中存在“原始導高”等概念。經(jīng)過多年的試驗、觀測與研究，認為底板突水機理是“含水層富水性、隔水層厚度及其存在的天然裂隙與水壓、礦壓等因素的綜合作用結果?！睂ν凰治霾捎昧私y(tǒng)計學方法，力學平衡、能量平衡方法。同時，開始應用井下物探技術，如坑道透視法、井下電法、氡氣測定法等來探測充水水源和充水通道。并在研究、驗證預測突水量的數(shù)學模型方面有較大進展。

疏干降壓是我國礦井防治水害的主要技術措施。國內除普遍的采用經(jīng)常性疏干排水外，先后還進行了峰峰礦區(qū)和淄博礦區(qū)的薄層灰?guī)r水的疏干和降壓及邯鄲礦區(qū)的疏干工作程序和疏干勘探方法。80年代初，在淮南礦區(qū)還總體研究了太原群灰?guī)r水的疏干問題。

堵水截流是我國礦井防治水害的重要方法。在靜水與動水條件下注漿封堵突水點、礦區(qū)外圍注漿帷幕截流等都有比較成熟的方法和經(jīng)驗。焦作、峰峰、煤炭壩等礦區(qū)都進行過這類工作，近年來又成功的封堵了開灤范各莊礦特大型突水。從60年代起在徐州、棗莊、新汶等煤礦和張馬屯鐵礦、水口山鉛鋅礦等不同水文地質條件下的灰?guī)r地層中成功地建造了大型堵水截流帷幕，取得了良好的堵水效果。近年來，峰峰四礦對煤層底板注漿截斷巖溶水垂向補給通道，取得了明顯的效果，提供了一種可借鑒的截流方法。

2.國外現(xiàn)狀

目前，國外主要采用主動防護法，即采用地面垂直鉆孔，用潛水泵專門疏干含水層。為了適應預先疏干方法，國外生產(chǎn)了高揚程（達1000m）、大排水量（達5000m3/h）、大功率（2000kW）的潛水泵，其疏干工程已逐漸采用電腦自動控制。

國外堵水截流方法也有很大發(fā)展，建造地下帷幕方法愈來愈受到重視，蘇聯(lián)認為帷幕是今后疏干研究工作的方向之一。目前有些國家利用挖溝機在松散層中修建帷幕；開挖、護壁、清渣流水作業(yè)，是當前國外先進的堵水截流技術。但是，現(xiàn)在國外還沒有在巖溶地層中建造大型帷幕的實例。為充分利用隔水層厚度，減少排水量，國外正在對隔水層的隔水機理、突水量與構造裂隙的關系、高水壓作業(yè)下的突水機理以及隔水層穩(wěn)定性與臨界水力阻力的綜合作用等進行研究。目前預測方法有統(tǒng)計學方法、突變論方法和現(xiàn)場試驗，如水力壓裂法等。物探方法也有一定的發(fā)展。如德、英、美等國研究槽波地震法探測落差大于煤厚的斷層，以及采用井下數(shù)字地震儀探測巖層中的應力分布；蘇聯(lián)從超前孔中用無線電波法研究巖溶發(fā)育帶預防突水。

（二）煤礦防治水害方法

如前所述，我國在礦井水害防治方面，已有了比較成熟的技術和措施，如疏干降壓、注漿堵水、突水預測和探放水等（見表1-1-3）。

表1-1-3 ?煤礦防治水害方法簡介

防治水方法

應用礦區(qū)

分類

主要內容

地表水防治

1. ? 在河流（含沖溝、小溪渠道）的漏水、滲水段鋪底，修人工河床、渡槽或河流部分地段改道等

2. ? 在礦區(qū)外圍修筑防洪泄水渠道，在采空區(qū)外圍挖溝排（截）洪

3. ? 填堵渠道（指對巖溶地面塌陷及采空區(qū)塌陷的處理）

4. ? 建閘設站，排除塌陷區(qū)積水或防止河水倒灌