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山东科技大学土木建筑学院煤矿水害现状及防治水对策一、我国煤矿水害事故情况二、我国煤矿水害现状三、煤矿水害防治水技术研究现状四、水害防治对策我国是世界上煤炭资源及原煤产量最大的国家之一，煤炭资源丰富，2000m深度以上约5.57万亿吨；1000m深度以上2.8万亿吨。也是煤矿灾害最为严重的国家，作为煤矿五大灾害之一的煤矿水害事故频频发生。据不完全统计，在过去的20年里，有220多个矿井被水淹没，死亡8000多人，经济损失高达300多亿元人民币。下表反映1996年~2004年煤矿水害事故情况。一、我国煤矿水害事故情况年份969798990001020304事故总数150120124123104109162137119死亡人数488450507468351432516551393重大事故1310106599145死亡人数193146159148651681302311072005年发生水害事故104起，死亡593人，同比增加18起，多死亡93人，分别上升20.9%和18.6%。水害事故死亡人数占全国煤矿总死亡人数的9.9%。由此可以看出，近年来我国煤矿水害事故发生的频率、人员伤亡、经济损失都呈现出明显的上升趋势，特别是进入05年7月以来，又先后发生了江西上栗县永胜煤矿“7.7”水害事故、广东省梅州兴宁市罗岗镇福胜煤矿“7.14”特大水害事故和广东省梅州兴宁市黄槐镇大兴煤矿“8.7”特别重大突水事故。造成了严重的人员伤亡和经济损失。通过对以上突水事故的初步分析，发现我国煤矿水害事故具有以下特点：①水害死亡率上升。尽管煤矿死亡事故总体上在逐年下降，但煤矿水灾死亡事故却在逐年上升，单次水害死亡率也有上升的趋势。②老空透水事故多发。2004年43起重特大水害事故中，有40起属老空透水事故，占重特大水害事故的93.0％。2005年1－6月份23起重特大水害事故中，有21起属老空透水事故，占重特大水害事故的91.3％。③乡镇小煤矿水害事故多发。2004年发生重特大水害事故43起、死亡286人，其中乡镇小煤矿发生37起、死亡231人，占重特大水害事故的86.1％和80.8％。2005年1－6月份发生重特大水害23起、死亡162人，其中乡镇小煤矿发生19起、死亡138人，占重特大水害事故的82.6％和85.2％。④雨季水害多发。我国南方部分矿区地面塌陷比较严重，在雨季井下涌水量与降雨量相关性非常强，强雨之后的几个小时井下水量就显著增大。据调查统计，自2000年以来，湖南、江西、贵州、云南、四川、重庆等地区重特大水害事故有70％发生在雨季。⑤国有大矿淹井损失较大。国有大矿井巷工程和机电设备较多，一旦发生突水淹井，大部分设备将全部报废，矿井排水恢复后，井巷维修任务也非常重，造成的经济损失也比较大。如2004年9月21日，河北省邯郸市峰峰矿区永顺煤矿违法越层越界开采9号煤，在掘进过程中发生底板奥灰突水，井下水量通过采空区溃入峰峰集团牛儿庄矿，造成全井被淹。这次事故虽然没有人员伤亡，但造成了直接经济损失达2.37亿元。间接经济损失达1.45亿元。煤矿开采多为地下作业，在井巷开拓和煤层的回采过程中，不可避免地要接近、揭露或破坏某些含水层，从而形成水害。我国煤矿水害主要有以下几个方面：2.1地表水体及大气降水造成的水害地表水体通过矿区含水层露头、塌陷区、古井溃入矿井造成的水害事故，特别是暴雨、洪水溃入矿井造成的淹井灾害及泥石流、滑坡造成的淹埋矿井及工业广场的灾害，其面广量大。我国受地表水威胁的有江西、湖南、贵州、二、我国煤矿水害现状河南、河北、山东、山西、陕西、甘肃、辽宁、黑龙江、吉林等省。其共同特点是：煤层埋藏较浅，第四系覆盖层较薄，矿区含水层浅部岩溶发育，容易接受地表水的补给，或矿区地表径流、汇水面积大。近几年，因洪水发生地表水溃入矿井及泥石流、滑坡造成的水害事故有增无减，损失巨大大。如1994年雨季，全国17个省份63个矿务局168对矿井遭受暴雨袭击，冲走煤炭300余万吨，影响产量700余万吨，死亡245人，直接经济损失20.4亿元。1995年由于降雨极不均衡部分地区遭受百年不遇的洪涝灾害，有18个省区57个矿务局145对矿井遭受水灾，矿井被淹，冲毁淹没巷道37.52万m，居民住房36.50万m2，设备7300台件，冲走煤炭883万吨，影响产量339.3万吨，经济损失达15.33亿元。乡镇煤矿雨季受灾更加严重，如山东临沂地区龙山镇煤矿，1993年一次淹井死亡59人，山东枣庄市黄贝矿1993年11月29日发生特大突水事故，造成矿井淹没，29人遇难。此类水害往往来得突然迅猛，井下作业人员无法撤出，造成重大损失和人身伤亡。因此此类水害的防治，必须防水重于排水，防重于治。加强对河流、水库、塌陷积水区等地表水因素的分析、观测、减少和防止水体向矿井渗漏和溃入。具体措施是：截断补给水源、疏堵漏水段、辅砌和改造河流、填排塌陷区积水。2.2冲积层水害冲积层中富水性强的含水层，如流砂、砂石层水在煤矿开采过程中溃入矿井而造成的灾害。受此类水害威胁比较严重的有淮南、淮北、徐州、大屯、鹤岗、辽源等局。该类水害威胁的煤炭储量约50亿吨。造成此类水害事故的主要原因：一是受强含水冲积层威胁的煤层开采过程中，防水煤柱留设不足，冒落带直接进入松散强含水层造成溃水甚至溃泥砂事故，或导水裂隙带进入冲积层造成溃水事故，其中有些急倾斜煤层开采过程中，更易发生溃水事故；二是在断层破碎带、裂隙发育段冒落高度特大，造成溃泥砂、溃水事故。如徐州义安矿704工作面在推进290m时，上方开了“天窗”，发生了冲积层底部砾石层水溃入井下突水事故，最大突水量453.6m3/h，水夹砾石、矸石、煤块等杂物共1600m3涌入井下。2.3老窑水造成的水害老窑水可分为两种类型：古窑老区积水和采空区积水。限于当前开采技术，古窑老区水一般都在煤层浅部，开采情况难以掌握。积水中含有有害气体，一旦透水，易造成工作面停产和人身伤亡事故。如震惊国内外的2005年“8.7”大兴矿难就是水淹区下采煤发生的。大兴煤矿埋深约700m，地层倾角在45°-70°之间。－160-＋260m标高的范围为水淹的采空区，蓄水量为1500～2000万立方米；矿井的生产区为－230m～－440m。防水煤柱高度为70～110m。2005年8月7日发生淹井后，人员伤亡达126人，造成事故的原因:1.急倾斜煤层不适宜留设防水煤柱，2.可能是井下偷采了防水煤柱。3.可能是早期煤柱本身就不完整。虽然出水后采用多种物探手段，但效果不理想，未能查明煤柱厚度。2.4岩溶含水层突水水害矿区地层中因煤层开采影响到顶底板及厚层灰岩含水层造成的水害。这一类水害是我国分布面积最广，危害最严重的水害，主要存在于华北型和南方晚二叠世的煤矿中。在我国960万Km2的面积中，就有200多万Km2出露灰岩，华北型和南方型煤田大都分布在这些岩溶地区，因而60%的煤矿受岩溶水威胁。如北方有开滦、峰峰、邯郸、邢台、井陉、焦作、鹤壁、郑州、淮北、徐州、肥城、淄博、临沂、南票、通化、韩城、澄合等局；南方有南桐、丰城、萍乡、乐平、涟邵、华蓥山等局。随着矿井的延深和开采范围的不断扩大，受岩溶水威胁的各大水矿区频繁地发生突水灾害，水害与生产的矛盾日益尖锐。特别是1984年6月，开滦矿务局范各庄矿2171工作面发生的岩溶陷落柱突水，最大水量达12.32×104m3/h，居世界第一，使范各庄、吕家坨两个现代化矿井相继被淹，林西矿停产，11人丧生，煤矿产量减少850万吨，直接经济损失5亿元。2.5小煤窑造成的水害近年来，乡镇煤矿发展很快，乡镇煤矿开采增加了煤炭产量。但由于多数乡镇煤矿开采的是浅部煤层，与地表水和老窑积水关系密切，另有一些乡镇煤矿开采的是水文地质条件复杂、受水威胁相对严重的边角难采地段加之管理工作薄弱，滥采乱掘现象严重，破坏了有关防水煤柱。据近年来统计，未经批准滥采乱掘各类煤柱的2863处；直接影响大矿生产的1359处；小窑与国有重点煤矿掘通的4552处，造成严重透水事故605次，造成了严重的经济损失和人员伤亡。此外，与国有煤矿无关的6万多个小煤窑，每年突水伤亡人数也达500人以上，经济损失更加严重。2.6废弃矿井地下水的威胁由于资源或经济原因，今后将有相当多的矿井报废、关闭或停产。这些关闭的矿井正常排水条件的改变，使得原有矿区地下水运动发生变化，威胁相邻矿井的安全采煤。我国东北、西北、华北的近百对矿井都将这个问题提到了重要的议事日程。总之，由于我国煤田水文地质条件复杂，煤炭开发遭受水害威胁十分严重具有水害发生面广、频率高、种类多、损失大等特点，形势日益严重必须引起各级领导的高度重视。三、煤矿水害防治技术研究现状通过长期工作经验的积累和认识的深化，人们逐渐探索出了一些不同条件下不同水害类型的探测、预防和治理的行之有效的方法；在这些实践和认识的基础上，随着相关科学的发展和新方法、新手段的应用，矿山防治水技术水平也得到了不断提高,从简单的单纯排水发展到复杂的预先人工降低地下水位的疏干；从简单的堵漏发展到现代的注浆和构筑防渗墙技术,已使许多过去因水害而不能开发的矿床得以安全开采。煤矿防治水技术工作早在上世纪50年代就已引起人们的重视，但由于受历史条件的限制，整体水平一直处于初期的探索阶段。后来虽经60－70年代的发展，仍然满足不了生产的需要，遏制不住水害肆虐的势头。80年代初、中期以来，由于较大水害事故频繁发生，严酷的现实使人们清醒认识到，加强防治水的研究力度并尽快拿出行之有效的技术方法已是迫在眉睫的任务。在这种共识下，随着人力、物力、财力的投入，许多新思想、新理论、新技术方法应运而生，这一时期人们实践和认识的增强大大提高了我国防治水的整体技术水平，取得了显著的经济、社会和环境效益。但由于水患问题的隐伏性、随机性及复杂性，决定了它的“老大难”性质，也决定了人们对于水患特征、类型及其规律的认识，必然只能是不断积累、不断深化的过程，而距彻底征服水害，仍然有相当长的路程。矿井防治水技术泛指对底、顶板水在内的一切可能或已经造成水害的水体水的赋存介质、补、径、排规律的探查、预测预报及治理技术，以及在高水头压力上采煤技术及对矿井排（涌）水的处理和应用技术。为了叙述方便，对我国目前煤矿防治水技术根据其阶段性和目的、任务，大致划分为：水文地质条件探查技术；底、顶板突、溃水预报技术；水患治理技术；地下水供排结合及水处理技术；以及由于矿井水害及排水引起的多种环境负效应，例如地面沉降、土地沙化、水环境污染的预测及治理技术等。3.1水文地质条件探查技术水文地质条件探查是包括矿床水文地质在内的一切水文地质工作的重要基础。常规的水文地质条件探查工作是在相应的普查、初步勘探、详细勘探阶段或普查、详查及精查阶段进行的。自80年代中期以来，随着生产发展的需要，煤矿矿床水文地质条件探查工作较以往不同是出现了两个较大的转变：一是研究对象从大到小，即从区域、矿区到采区、工作面的转变；另一是研究工作从地面到井下的转变。与这些转变随之而来的是探查内容的变化和相应的技术方法的变化。这些转变和变化的重要性在于：一是探查工作从“宏观”到“微观”，即从面→区段→点上的变化使人们能更精确、更深的水平和层次去研究认识问题；二是从井上到井下的转变使得探查工作更具专门目的和实用性，可以直接服务于煤矿井下生产，从某种意义上来说这是一次“质”的飞跃。到目前为止，煤矿防治水工作者在水文地质条件探测方面已积累了一定的经验，形成了一些成熟的探查技术方法。这些方法可分别或配套使用于不同类型水文地质体的探查工作中。3.2底板突水预测预报技术底板突水预测预报一直是煤矿防治水工作的重点之一。我国60年代就开始研究底板突水问题。30多年来，研究工作基本集中于两个方面：一是对底板突水机理的试验与理论研究；二是研制和开发用于底板突水的预测预报技术，包括用于信息获取，信息处理及信息解译的仪器、设备及计算机软硬件技术。根据目前国内外学者的研究，一般都认为含水层的水压和保护层强度是确定是否突水的主要原因，因此研究重点放在矿压、水压的变化及在它们联合作用下断层、裂隙等的力学性质及