1、浅谈煤矿水治理与应用摘要：从历年的矿井水害情况作为切入点, 分析了矿井水的主要来源, 总结了矿井水分类治理方法。只要因地制宜, 科学合理确定适合具体矿井的防治水措施, 矿井水对煤矿生产的影响是可以消除的,最终实现煤矿的安全生产。关键词: 矿井水;煤矿灾害; 防治措施;分类治理1 概述矿井水害是煤矿建设和生产中的主要灾害之一, 在煤矿灾害事故中占有很大的比重。它不仅严重破坏矿井的正常建设和生产, 而且还威胁人员的生命安全。轻则增加采矿难度, 提高采矿成本, 重则造成人死井毁的重大事故。如开滦范各庄矿1984年6月2日发生突水量为2053m3/ min的特大突水事故, 造成经济损失5亿元以上; 2
2、005年4月24日, 吉林省蛟河市吉安煤矿发生透水, 水流经连通处泄入相邻的腾达煤矿, 造成腾达煤矿29人死亡、1人下落不明; 2006年5月18日, 山西省大同市左云县张家场乡新井煤矿发生特大透水事故,造成56名矿工死亡。2007年3月10日20时44分, 抚顺矿业集团老虎台矿井下73003号综采工作面在生产过程中突然透水, 当班作业人员29人, 死亡22人, 7人下落不明。可以说, 矿井水灾作为煤矿开采的五大灾害之一, 给煤矿山的安全生产带来了极大的危害, 如何消除矿井水害, 确保安全高效生产, 已成煤矿企业安全生产的重要任务。2 矿井水的主要来源在矿井开拓、采掘过程中渗入、滴入、淋入、流
3、入、涌入和溃入井巷或工作面的任何水源水, 统称为矿井水。矿井水的形成一般是由于巷道揭露和采空区塌陷波及到水源所致, 主要可分为地面水和地下水, 地面水主要包括大气降水和地表水, 地下水主要包括断层水、含水层水和采空区水等。2.1 大气降水大气降水是矿井水的总根源, 它除了一部份被蒸发和随河流流走以外, 另一部分则沿岩石的孔隙和裂隙进入地下, 或直接进入矿井。大气降水对矿井水量的影响随地区、季节、开采深度的差异而不同。一般来说, 降水量小的地区, 少雨的季节, 开采深度较大的矿井, 受大气降水对矿井水量影响较小。2.2 地表水位于矿井附近或直接分布在矿井以上的地表水体,如河流、湖泊、水池、水库等
4、, 是矿井充水的重要水源, 可直接或间接的通过岩石的孔隙、裂隙等流入矿井, 威胁矿井生产的安全。2.3 含水层水多数情况下, 大气降水与地表水先是补给含水层,然后再流入矿井。流入矿井的含水层水量包括静储量和动储量。静储量就是巷道未揭露含水层前, 实际赋存在含水层中的地下水, 它的大小决定于含水层的厚度、岩石裂隙大小及多少。如果大气降水、地表水等不断流入含水层中, 使含水层的水得到新的补充, 这些补给含水层的水量称为动储量。因此, 属静储量的含水层水对矿井生产初期有一定的影响, 而后逐渐减弱, 属动储量的含水层水对矿井生产的影响将长期存在。2.4 断层水、地层承压水、岩溶水断层构造的影响通过断层
5、面作为含水层与巷道峒矿井的含水层水量包括静储量和动储量。静储量就是巷道未揭露含水层前, 实际赋存在含水层中的地下水;降水, 地表水(包括其它室或采场的沟通通道, 使含水层的水或地面等其它水源涌入井下。其特征是以断层或裂隙存在作为前提, 其损害程度受断层面切割部位的岩性、破碎程度及充填胶结程度的不同而出现不同的结果。地层承压水是指2个隔水层之间的重力水由于承压水充满于2个隔水层之间, 其隔水岩层的顶底板都承受静水压力。最适宜形成承压水的地质构造为向斜或单斜。岩溶水(亦称喀斯特水, 有时也称溶洞水)是指埋藏在石灰岩、白云岩等可溶性岩石裂隙溶洞中的地下水。2.5 采空区水、老塘水采区区水又称老窑积水
6、, 就是前期生产形成的采空区及废弃巷道, 由于长期停止排水而存在的地下水。采空水突水有以下特点:1.当揭露采空区水时, 积水会倾泻而出, 瞬时涌水量很大具有很大的破坏性;2.采空区水与其它水源无联系时, 短期突水易于疏干;3.若与地表水有水力联系时, 则造成稳定的充水水源,危害较大;4.采空区水由于长期处于停滞状态, 含矿物质较多, 有一定的腐蚀性。古代和近期的采空区及废弃巷道, 由于长期停止排水而使地下水聚集。这种水源含有大量的硫酸根离子, PH值在3左右, 有的甚至为1,具有强烈腐蚀性, 这种水成为突水水源时, 危害性极大。3 矿井水灾成因分析矿区内的大气降水 、地表水 、地下水通过各种通
7、道涌入井下，称为矿井涌水 。当矿井涌水量超过矿井正常的排水能力时，将发生水灾 。凡是影响矿井正常生产活动 、威胁矿井安全生产、增加生产成本和使矿井局部或全部被淹没 的矿井涌水事故，称为矿井水灾 。煤矿水灾是煤矿生产过程中的主要危害之一。由于我国煤田水文的地质条件较为复杂，致使煤矿水灾事故频发。煤矿水灾不仅影响了煤矿的正常生产，并且也时刻威胁着矿工的生命安全。3.1 矿井水害分类对于矿井水灾的分类，可按照矿井水的水源以及水源进入矿井的途径和方式，将矿井水灾分为：地表水水害 孔隙水水害岩溶水水害裂隙水水害以及老窑水水害通过分析可知，水流进入矿井的主要方式有以下几种：淋水、渗水、突水、（涌水、溃水）
8、、滴水。其中，突水是指由于巷道或工作面与含水层、被淹巷道、地表水体或含水的裂隙带、岩溶带、顶板冒落带构造破碎带等接近或直接或间接沟通所出现的涌水或溃水事故。突水的危害性在灾害中最严重，因为它来势凶猛，反应时间极短，而且水量相当大，所造成的损失极其严重。3.2 煤矿水灾形成的具体原因分析煤矿水灾形成的原因可以归纳为两个方面：一方面是自然因素造成的；另一方面是人为因素造成的。3.2.1 自然因素由自然因素造成的煤矿水灾大致可分为以下几类：1.自然降水及地表水水灾。该类水灾形成的具体原因是由于自然降水或地表水通过区内含水层露头、古井、坍塌区等溃入煤矿井中，从而引发的水灾事故。特别是当发生暴雨、洪水等
9、情况时，大量的水会溃入到矿井中，造成矿井被淹埋。这种类型的水灾害具有量大、破坏性强、影响面广等特点，一旦发生后果较为严重，会给煤矿带来巨大的经济损失和人员伤亡。2.老窑水水灾。老窑水多数都处于开采时间较久、埋藏较浅的煤层中。由于煤层在实际开采过程中，积水量以及积水范围都不是十分清楚，并且在积水中还都含有大量的有害物质，如果发生透水，后果会十分严重。据不完全统计，我国煤矿水灾事故，有60%以上是由于老窑水透水导致的。因此，对该类水灾必须进行重点预防。3.含水层突水水灾。该类水灾主要是由于在对煤层的开采过程中，由于压强的作用使底顶板以及厚层灰岩含水层受到一定程度的影响，致使采掘工作面破裂，含水层中
10、的水涌出，形成水灾。4.松散层水灾。这类水灾形成的主要原因是由于防水煤柱设置不当，在受到强含水冲积层的影响下，导致冒落带进入松散强含水层，引起水灾。3.2.2 人为因素1.违规开采。各别煤矿对防水煤柱进行开采，致使防水煤柱被破坏，从而导致水灾事故的发生；有的煤矿在经济利益的驱使下，越界开采邻近煤矿的煤层，由于不能准确的掌握邻近煤层的地质资料，使开采作业很容易进入积水区，进而引发水灾事故。2.防排水系统不完善。目前，很多煤矿在防排水系统的配备上，都不符合相关规定的具体要求，如排水管路和排水泵不配套、井下储水仓容积太小等。如果发生水灾事故，很难对水灾进行及时有效地控制。3.3 煤矿水灾的具体危害3
11、.3.1 破坏井下作业环境，严重影响煤矿的安全生产矿井水灾会使井下巷道内遍布泥水，从而导致作业环境恶化，不利于采掘工作的顺利进行，也给煤矿的生产埋下了安全隐患。另外，水灾发生后，会使井下顶板淋水、煤壁渗水，这些现象都会使井下巷道内的空气湿度增大，并且会生成一些有害气体，开采工人在这样的环境中作业，其身体健康也会受到一定程度的影响。3.3.2 影响煤矿的经济效益井下有大量的机械设备，矿井水灾会使这些设备受到不同程度的腐蚀，缩短了设备的使用寿命，严重时还会损坏设备。由于设备的维修和更换都需要大量的资金，从而提高了煤矿的生产成本，直接影响了煤矿的经济效益。3.4 防治水中存在的主要问题在煤矿生产中，
12、矿井水往往由于以下几点而导致灾害：水文情况不清、设计不当、对防治水的措施不力、管理不善和人的思想麻痹所致。对可能发生水害的地点水害类型和水灾隐患底数不清，采掘工作面水害预测预报不及时，对有突水危险的地方监测不够或无监测制度，防治水措施与防探水措施不完善，造成矿井突水事故 ，带来不必要的损失。各类防隔水煤岩柱未留设或留设不规范少数煤矿甚至越界超深跨界开采，破坏了井田边界防隔 水煤岩柱，使水文地质条件复杂化。矿井排水设备包括水泵水管配电设备和水仓不完善，满足不了排水工作的要求。地面防洪防水措施不当或管理不善，地表水 多为雨季降水大量灌入井下引发水灾。水文地质情况不清，井巷接近老空积水区 充水断层陷
13、落柱强含水层以及打开隔离煤柱未执行探放水制度，盲目施工或虽进行了探水，但措施不当。井巷施工质量伪劣，致使矿井井巷严重 塌落冒顶跑砂导致透水，或工程钻孔在固井止水前误穿巷道，导致顶板含水透水。4 煤矿水灾的主要应对措施对煤矿水灾的防治工作应本着“预防为主，防治结合”的原则进行。4.1 收集详细的水文地质资料防治煤矿水灾的主要依据是水文地质资料的制定，在制定具体水灾防治计划时，必须先查明水源的来源以及可能发生涌水的通道，具体做法如下：其一，做好降水量、地面气象以及河流水文的资料收集工作，同时，还需查明地表水的具体分布和水量等情况；其二，需查明洪水对矿井的具体影响程度，并且要尽量了解和掌握井下含水层
14、的情况；其三，要认真调查现采区和老窑区的积水分布情况。4.2 技术措施1.做好井下探放水工作。“有疑必探，先探后采”是预防矿井水灾的重要措施之一。通过探放水的方法，先查明待采区的水情，并对可能引发水灾的水源加以控制，以此来确保采掘工作的顺利进行。疏放水的具体方法可根据不同类型的水情予以确定。2.井下截水。井下截水主要是通过设置截水设施对水灾进行临时性或永久性的拦截，以此来达到防止水灾的目的。具体设施主要有：防水煤柱、水闸门和水闸墙等。3.注浆堵水。该方法主要通过将提前配制好的浆液注入到井下的岩层裂隙、空袭以及巷道内，当浆液凝固硬化后，能够使原有岩层和巷道的强度、密实度、及透水性有所提高，进而达
15、到对水灾水源封堵和拦截的目的。4.井下排水。矿井排水是煤矿防治水灾基本措施之一。通过排水系统可以将流入井下的水直接排放到地面，能够较好地控制水灾的形成。5.修筑防洪沟。该措施主要针对煤矿地面防治水灾而言的。对于一些位于山区或山前平原地区上的煤矿，可以通过修筑防洪沟，来阻止山洪进入井口。设置防洪沟时需注意以下几点：防洪沟的具体位置应尽量选择在矿区或井田的范围以外；要尽可能的利用天然沟渠；防洪沟的具体线路应选择在地质条件好的地段进行布置；必须做好防洪沟的防渗处理工作。4.3 管理措施对于井下防治水可以分为两大类：井下防水和疏于排水，防水措施主要适用于当煤层与水体或含水层之间有隔水层存在的时侯，而对
16、于当煤层离含水层很近或直接接触时，应采取积极的疏排措施 。从安全角度看，这类措施要比防水措施更为有效和可靠，但它的缺点就是疏排费用较高所以，在选择井下防治水措施的时候，应该综合考虑，权衡利弊。首先，应对煤矿职工进行防治水灾的安全知识培训，使员工充分认识到水灾的危害，并对各种预防措施加以了解；其次，需强化煤矿防治水灾的管理力度，可以通过制定相应的管理制度，把防治水灾的工作落实到实处，以此来消灭水灾隐患。矿井设计中，要合理进行开拓与开采，充分考虑矿区的水文地质条件，合理划分井田，选择合适的开拓、开采方法在进行矿井布局时，应本着先简后繁 先易后难的原则，优先安排条件简单、水量小易于开采的矿井上马，以便摸索和积累防治水经验 ，为开采水文条件复杂的煤层打下基础。在煤层与含水层或含水带的接触水段留设防水隔离煤柱，即在采煤过程中
