煤矿水害原因及主要防治技术

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当前，我国相关部门重点关注煤矿水害的防治，归纳总结了丰富的经验，技术研发也取得了良好的成绩。为增强煤矿水害防治效果，应切实分析水害灾害的发生原因，针对性地进行防治，采用先进的水文化学技术、物探技术、疏干降压技术等增强水害防治的效果，确保提升煤矿生产的安全性，充分发挥各类防治技术的价值。

1煤矿水害分析

1.1采空区积水

煤矿开采过程中，如果没有全面调查井田周边老窑、废弃矿井，未及时发现该矿开采期间岩层存在漏水的问题，或是未能进行合理的防火灌浆作业，将会导致在巷道区域和采空区域形成积水区，在开采作用的影响下，导致相邻或上部采空区域的积水溃入回采区域，从而引发透水事故。

1.2含水层突水

煤矿开采作业的过程中，会对底板区域或是顶板区域的含水层造成扰动，很容易导致煤层顶底板含水层内的水涌出，引发严重的水害事故。通常情况下，此类问题多出现在海洋与陆地交汇的区域，主要原因就是在海洋潮起潮落的作用下，煤层会被覆盖，而煤层结构的厚度较低，水很容易进入缝隙内，导致含水层的厚度增加，在长时间的沉积作用和地质作用的影响下，出现含水层，而在上部分岩石结构挤压后，很容易导致含水层下方孔隙闭合，而含水层依然是平衡的状态，一旦进行煤层的挖掘作业，就会导致含水层的平衡状态被打破，在其和煤层之间出现涌水的通道，最终发生水害事故。

1.3钻孔水问题

矿山生产之前需要进行调查和普查，在矿山进行钻孔补勘，但是如果封孔工作不合理，或是没有封孔，将会使地下水或是地表水进入孔内，使其成为垂直性的过水通道，最终出现严重的水害事故。

1.4地表水问题

煤矿地表水主要来自于周围河流或是水库或是天然降雨，随着煤矿地下开采工作的实施，可能会导致出现地表孔隙或是裂缝扩展的现象，也可能会有地表塌陷的问题，会成为地表水和周围河流水库等水的导通通道，如若煤矿生产的过程中没有建设较为良好的地表排水系统，或者是出现了强降雨天气，会导致水沿着裂隙进入巷道内，进而引发水灾事故。

1.5断层水问题

煤矿开采过程中，可能会由于褶皱构造的限制，面对倾斜层或是倾斜煤层，煤岩结构的走向与方向发生改变，甚至还会存在断裂构造，矿井内的断层数量较多，断层上部分盘羽张裂发育，可能会形成富水区段，涌水概率和出水概率较高，甚至还会发生突水事故。

1.6新近系与第四系水害

新近系是砂砾石，不成层，砂泥互层，局部发育厚度较大的砂岩含水层，如煤层上覆基岩较薄，煤层开采形成的导水裂隙带或垮落带将波及该含水层。赵固一矿2019年“4·24”溃水溃砂事故的主要原因就是垮落带波及新近系，可见新近系和第四系水害问题非常严重。

2煤矿水害原因

2.1开采工艺落后

一方面，传统开采工艺技术在应用的过程中，可能会使得开采作业过程中留下很多数量的废弃老窑，此类废弃老窑处于长期积水的状态，再加上缺乏充足的水文地质资料和数据信息，很难准确掌握具体的状况，无法有效预防出现水害的灾害问题。另一方面，在实际开采生产的过程中经常会出现无序作业的现象，积水的数量增加，不能有效进行水害灾害的预防控制，使水害事故的发生率难以控制。

2.2地下结构复杂

由于煤矿生产过程中地下结构较为复杂，存在很多地下水运移的空间和存储空间，这也是水害问题发生率较高的重要原因。实际生产的过程中没有编制完善的地下结构调查分析方案，不能全面掌握地下结构的特点和实际情况，没有制订提前预防水害灾害的方案计划，最终引发严重的后果。

2.3缺乏完善管理模式

部分煤矿生产企业在实际工作中过于重视经济效益的发展，忽视日常生产的安全管理，没有制订完善的安全管理方案和计划，不能结合水害问题的发生特点与原因，提前进行预防与控制，一方面，生产之前没有全面分析水文地质资料和地下结构的特点，未能提出预防水害灾害事故的方式方法，不能提前进行事故的防范和控制，不利于水害问题的良好防治。另一方面，煤矿生产企业没有制定完善的责任制度和管理机制，不能明确各个部门日常安全生产的职责要求，无法严格进行生产安全管控和维护，难以对水害灾害进行良好的防控。因此，煤矿企业在实际生产的过程中，需要转变传统的管理观念，制定较为完善的管理模式，结合煤矿生产特点和水害发生的原因，明确各个部门安全生产的职责要求，引导各个部门全方位进行水害的防治，积极采用现代化的防治技术，才能够在根本层面预防水害事故的发生。

3煤矿水害的主要防治技术

3.1不同水害的针对性防治

3.1.1顶板水水害防治措施

为了能够有效进行煤矿生产过程中顶板水的有效防治，应积极采用地面与井下瞬变电磁勘探的技术措施，全面探测开采区域顶板的富水性，将疑似富水的区域标定出来，便于按照具体状况有效进行水害的防治。在工作面进行回采以前，应重点使用超前钻孔预先疏放的技术措施，降低回采过程中顶板水所产生的影响。与此同时，还需在工作面设置防水和排水的系统，以运输巷为基础，全面进行正坡度的挖掘，一直维持内高外低的状态，以免顶板涌水以后对巷道或是工作面造成淹没。除此之外，在对工作面进行开采之前还需开发较为良好的排水系统，增强系统的排水性能，按照具体的工作经验，将工作面的排水系统性能控制在每小时排水500m3，采空区域与矿井区域的排水性能也必须要符合要求，从根本层面规避水害事故的发生。

3.1.2含水层水害的防治

煤矿生产期间一旦发生含水层水害，将会导致出现顶板或底板透水事故，由于出现此类事故的原因非常繁琐复杂，因此，应做好当地区域的地质调查工作，制订针对性的水害防治方案计划，尤其是在发生顶板突水事故的情况下，必须利用抽水技术和防水技术，使得含水层之内的水疏干，合理进行防隔水煤柱的预留，有效进行含水层水害的预防和治理。

3.1.3采空区水害的防治

目前，我国煤矿生产期间自然冒落类型的采空区数量较多，矿井上方位置或是侧方位置也可能存在废气煤窑，长时间积累雨水或是地上地下水，很容易形成积水区，如果不能合理处理，将会引发采空区水害，因此，建议在煤矿生产期间全面勘察采空区积水的范围和数量，按照具体状况，科学利用疏通技术和排水技术进行水害的防治，通过井下排水的措施或是地面抽水的措施，达到良好的防治目的。

3.1.4地表水水害的防治

为有效预防和控制地表水水害事故，应做好提前的水文地质观测工作和勘察工作，一旦发现地表存在裂隙或是塌陷的部分，必须要及时进行封堵，修建防水工程，预防大雨天气下发生自然灾害问题，避免地表水进入井下通道引发水害。

3.1.5断层水水害的防治

煤矿生产企业在进行断层水水害防治的过程中，应重点采用动态观测技术，及时进行水害的预报，按照断层水文资料和数据，准确预测可能会发生的水害，提前进行预防和治理，同时，还需在煤矿采掘平面图内标注出水点的节点，动态观测地下水的水温情况、数量情况和性质情况，合理进行处理，避免发生突水的事故。

3.1.6钻孔水水害的防治

煤矿生产人员在全面进行钻孔平面调查分析之后，还需进行封孔质量的检验和检查，或是指导相关的施工部门严格采用现代化封孔技术措施，增强封孔工作质量，达到防控水害的目的[1]。

3.2水文化学技术

首先，由于在对注浆效果进行检验的过程中，如果突水并非来自某一含水层，在某个或是多个目标层注浆之后，可采用水文化学技术分析突水点是否出现了化学成分的变化，这样在一定程度上可以准确进行目标层注浆效果的评估，及时发现注浆工作的问题，提出能够确保注浆堵水质量的建议，为水害的有效防治提供助力。其次，建议在工作中采用人工示踪技术方式，全面分析矿区含水层内地下水的径流通道情况、流动速度和流动方向的情况，明确分析各个含水层地下水的连通程度，了解不同含水层的地下水补给关系，明确其导水性能和断层阻水性能，准确计算水力传导系数的指标和孔隙度的指标，以此为基础有效进行水害的预防和控制。从本质层面而言，水文化学技术的应用成本较低，操作的速度很快，具有一定的简单易行特点，所以在煤矿水害防治期间得到了广泛运用。近年来，我国水文化学技术开始向着更为简单、更为先进的方向发展，部分新的仪器设备和技术还在研究开发，建议在煤矿生产中，按照技术研发的成果积极采用前沿的技术措施，从而提升水害防治工作的有效性与可靠性。

3.3物探技术

煤矿生产企业在水害防控期间采用物探技术，不仅能够为防治工作的有效实施提供准确依据，还能避免出现防治工作的不足或是问题。因此，建议煤矿生产企业归纳总结物探技术的应用经验和方式方法，按照生产特点和实际情况，构建较为完善的物探技术应用机制，从根本层面提升水害治理工作技术的应用效果。首先，在采用物探技术的过程中需要按照各种类型岩石和矿层的密度差异、性质差异和电阻率差异，引进现代化的物探仪器设备，对地球物理场的变化特点进行探测，做好物理参数的分析工作和图解分析工作，按照开采地区的地层构造特点和岩石力学性质特点，定性或者定量解释地质结构的状态和形态，明确空间位置的情况，准确预测老空水和导水断层等，使得煤矿生产企业能够科学进行水害的防治。其次，在采用物探技术的过程中可以将其分成不同的方法，例如：电法物探技术，获得煤矿地下水和地下结构的电剖面图、电测深数据结果，和瞬变电磁的分析结果。也可以采用遥感技术措施，按照煤矿生产地质结构的特点，合理选择不同的物质碳技术，通过验证分析之后获得准确结论，例如：实际工作中可以使用直流电法技术在井下进行含水层富水性的探测与导水构造的探测，根据具体的探测结果进行分析研究，便于制订较为完善的水害防治计划和方案[2]。

3.4疏干降压技术

如果矿床是在隔水层内或是弱含水层内，而矿层结构顶板位置、底板位置的岩层有富水性高、水头高度的含水层，或是含水层不是非常丰富但是属于流沙层，就可能会出现突发性突水涌沙的事故，此情况下就应采用疏干降压的技术措施，起到水害的防治作用。第一，在疏干的过程中可以采用分段处理的方式，将疏干的工作划分成为预先阶段和平行阶段，预先阶段在执行掘进开采工作之前完成，等待水位减少之后开始开采工作，而平行阶段则是和掘进工作共同开展，直到完成开采工作为止，为提升疏干处理的效果，可将其划分成为地表区域、地下区域和地表地下联合性的疏干。第二，疏干降压期间还可以采用大井法，实现地下处理的目的，主要原理就是在开展工作面每层的开采工作以后，顶板出现垮落的现象，对含水层造成影响，水流开始进入采空区域位置，采空区周围发生降落的现象，此情况下可以将巷道系统当作是一个“大井”，在时间推移之后，降落的漏洞范围有所增加，纵向深度提高，简而言之就是在一定范围之内，顶板的含水层水位会有所降低，降低到底板的区域位置，相邻每层顶板的含水层开始疏放，以此消除采掘工作环节中的水害风险隐患。在具体工作中建议将注浆技术和疏干降压技术有机整合，通过帷幕浅截注浆堵水的技术措施，在煤矿生产过程中达到疏干和堵漏相互结合的目的，通过帷幕工程对煤层开采的补给水水源进行堵截，确保水不会流入工作面，保证生产的安全性[3]。

3.5注浆技术

采用注浆技术进行水害防治的工作中，主要是在岩层顶部位置压入堵水材料所制作的浆液，使得浆液能够快速扩散和凝固，大力封堵岩层的空隙，快速隔离水源，提高岩层结构的强度和稳定性，降低矿井排水的负担，确保工作的效率和质量，减少煤矿生产的成本，起到井巷薄弱位置加固的作用，避免出现突水问题，延长矿井的应用寿命。首先，应合理选择使用注浆原材料，可直接应用水泥材料或是水泥与水玻璃混合的浆液材料，减少生产成本，但是考虑到此类材料在硬化之后很容易出现收缩的现象，导致发生裂缝问题，在水力冲刷或是外力的影响之下裂缝会增大，堵水的效果难以满足要求。因此，建议结合实际情况积极选择采用有机高水材料，此类材料具备一定的黏度，应用的过程中能够注入岩石结构深部区域的细小裂缝，增强岩石结构的抗渗性能和稳定性，起到堵水的良好作用。其次，通过注浆技术全面进行岩体结构缝隙的封堵处理，利用外力将浆液压入岩体空隙，确保地下水、地表水不会通过空隙进入工作面[4]。

3.6防水闸墙技术

从本质层面而言，防水闸墙主要是临时性或是长期类型的阻水结构，目前主要有平面形状、圆柱形状和球面形状，无论何种形状都需要向来水的方向突出，必须要具备一定的强度，不可以出现变形问题、透水问题和位移问题，煤矿企业在进行水害防治期间，应结合水闸墙修筑的位置，在硬度较高、不存在裂隙的岩石区域合理构建防水闸墙，进行掏槽砌筑。对于圆柱形状和球形的防水闸墙，砌筑工作中需要利用公式进行计算。

3.7信息化技术

煤矿企业在实际工作中，应积极采用信息化技术。首先，构建数据共享的模型，将煤矿水害防治的数据信息共享给各个部门，使各部门都能全面掌握煤矿生产过程中的水文地质信息、测量信息、水位监测和水压监测数据等，全面了解水害风险隐患的情况。其次，重点应用信息技术构建较为完善的水害应急救援指挥决策模型，整体软件系统面向井下工作人员、地面的调度指挥和决策中心、相关的主管部门，井下工作人员可以及时进行事故地点和发生原因信息的传递，获得最新的消息，了解最为良好的避灾方式和救援方式、采集井下周围的数据信息，而地面调度指挥中心和管理部门则负责按照突发事故的情况进行救援和管理，及时了解井下的实际状况编制完善的应急救援预案方案，实时性进行指挥调度和管控，在此过程中主管工作人员可以共享数据信息，除水害防治的措施和建议，呈进行调控和管理。最后，煤矿企业还需采用信息技术构建水害防治预警系统与监控管理系统，便于按照不同水害问题的发生特点和情况，有效进行水害防治[6]。

3.8综合勘测技术

为了能够准确进行断层地质构造和陷落柱地质构造的查找，准确探测隐蔽地质构造特点，煤矿企业应积极采用综合勘测的技术措施。首先，采用钻探的技术措施，通过钻孔探测设备和工艺技术，全面收集煤矿地下水的数据和水害风险数据，充分发挥探测技术在水害勘测方面的作用价值。其次，积极运用断层三维地震勘测技术，构建相应的时间剖面，以此为基础准确识别断层断点情况，按照反射波同向轴的错断情况、扭曲情况与产状突变情况等，深入研究断层的特点，同时，还需全面采集三维偏移数据结构、叠后时间偏移数据结构、叠前时间偏移数据结构，利用断层成像的方式，明确分析煤矿区域地下水的分布规律特点和水害风险隐患问题。最后，建议运用矿井瞬变电磁探测技术，在井下设置多匝矩形发射线框，利用重叠回线设备开展探测工作，将侧线设置在轨道巷与胶带巷之内，测点之间的距离控制为10m左右，转换不同角度对工作面内顶板或是底板岩层的电阻率分布情况进行测量，按照电阻率的分布状况准确预测水害问题，明确水害风险隐患目标位置和特点，便于有效进行水害的防治处理[7]。

4结语

综上所述，煤矿生产过程中常见水害问题主要涉及到采空区积水问题、含水层突出的问题、钻孔水问题和地表水问题的，发生的原因就是开采工艺技术较为落后，煤矿生产地下结构非常复杂繁琐，缺少非常良好的管理模式。因此，建议煤矿企业制订完善的水害防治方案，改善管理工作的模式，有针对性地防治不同水害问题，采用水文化学技术和物探技术，综合运用疏干降压技术与注浆技术，根据具体状况，因地制宜采用信息化技术、防水闸墙技术和综合勘测技术，以此增强水害防治的有效性。

参考文献

[1]张鹏飞.煤矿水害原因分析及主要防治技术[J].能源技术与管理,2022,47(1):91-92,103.

[2]范永鑫.针对煤矿水害原因分析及防治技术[J].低碳世界,2019,9(10):126-127.

[3]章鹏成.煤矿水害原因及综合防治技术应用分析[J].中国化工贸易,2018,10(15):126-134.

[4]杨水鱼.煤矿水害原因及综合防治技术应用探讨[J].建筑工程技术与设计,2018,22(22):77-89.

[5]苗耀武,叶兰.2020年全国煤矿水害事故分析及其防治对策[J].中国煤炭,2021,47(2):51-54.

[6]乔伟,王志文,李文平,等.煤矿顶板离层水害形成机制、致灾机理及防治技术[J].煤炭学报,2021,46(2):507-522.

[7]刘从胜.矿山顶板水及老空水水害治理技术探讨[J].中国金属通报,2021,22(15):101-102.

作者:张伟 单位:河南省新郑煤电有限责任公司