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煤矿水害防治技术张建英河南能源化工集团技术管理部一、绪论1、矿井突水：地表水、大气降水、矿井老空水及赋存于岩体空隙中的地下水，通过一个或数个通道突然涌入井下的过程，称为矿井突水。矿井突水由于来势猛、水量大，一旦防范不力或排水能力不足，往往造成严重的经济损失以至人身伤亡事故，因此，成为制约许多矿区安全生产和可持续发展的重要因素，也是我国煤矿开采中重点防治的地质灾害之一。2、矿井水害：凡影响生产、威胁采掘工作面或矿井安全，增加吨煤成本，使矿井局部或全部被淹没的矿井水，称为矿井水害。3、矿井水害现状：我国不仅是世界主要产煤国，而且也是受水害危害最严重的国家之一，据资料统计，1955年~1985年30年内，全国统配煤矿共发生突水769次（其中老空水198次），淹井事故218次，且有逐年增长的趋势。突水频率增长257%，淹井事故增长96%。水量方面：50年代，突水水量：5~20m3/min,个别50m3/min。60年代，突水水量：20~40m3/min,个别140m3/min。80年代，开滦范各庄煤矿的突水淹井事故，最大水量高达2053m3/min，为有记载以来世界采矿史上突水量之最。进入21世纪，矿井突水和透水事故频繁发生，2000年，3起，48人；2001年，8起，145人；2002年，17起，159人；2003年，26起，269人；2004年39起，274人；2005年，46起452人。显然，水害事故数，死亡人数逐年递增，特大型突水水害事故时有发生，特别是2005年8月7日广东大兴煤矿特大突水事故，高峰期最大突水量达13600m3/min，是我国有采矿史记录以来最大的一次突水事故，死亡人数123人，社会影响巨大。据国家局统计，2007年全国煤矿发生较大及以上事故167起，死亡1237人，其中：水害事故28起，占16.77%，死亡214人，占17.3%；双居第二位。水害防治，任重道远。二、焦作矿区概况阴山构造带1贺兰山构造带昆仑秦岭构造带川滇构造带24563我国煤矿水害类型及分布1、焦作矿区位于华北型煤田的中部，太行山南麓，东西长60公里，南北宽6公里，面积360平方公里，主要开采煤层为二1煤层。2、华北型煤田西起贺兰山构造带，东至海岸线，南到秦岭构造带，北至阴山构造带，是我国重要的产煤地，也是水害严重的地区，主要是由于煤系地层中的灰岩，特别是煤系地层下的巨厚奥陶系（或寒武系）石灰岩中的高水压岩溶水，给煤矿安全生产带来严重的威胁和危害。3、河南省煤田位于华北型煤田的中南端，同样受底板灰岩水害威胁，进入21世纪，相继发生多起底板灰岩水突水事故，造成重大人员伤亡和经济损失。如：2002年8月10日，郑煤集团弋湾煤矿新平井发生透水淹井，死亡10人。2003年9月2日，洛阳伊川奋进煤矿黄村分矿发生突水事故，造成16人死亡。2005年12月2日，洛阳新安县寺沟煤矿突发透水，42人遇难。4、焦作矿区位于华北型煤田中部，是著名的大水矿区。矿区北部为太行山，有巨厚奥陶系灰岩（800~1000m）,接受大气降雨补给，补给水源十分充分，补给面积约1800km2,落差近600m，坡度15%0，补给量约15m3/s，非常巨大。矿区东区辉县地区，西部济源地区，山前出露老地层，为隔水层，仅焦作山前40公里长为奥陶系灰岩含水层，形成山西奥灰岩溶水流入焦作的大通道，是焦作矿区成为全国闻名的大水矿区的原因所在。焦作矿区水文地质条件极其复杂，主要含水层有4层，影响生产的为L8灰岩，威胁矿井安全的是L2和O2灰岩，矿井涌水量大，矿区总涌水量350m3/min左右，焦作矿区历史上，17次淹井，14次淹地区，最大突水量高达19200m3/h，受到国内外防治水专家的重视。三、防治水原则坚持“主动防御、超前治理”的理念防治水原则：“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”。采取“防、堵、疏、排、截”综合治理措施。“六位一体”的防治水技术管理体系。实现“0突水、0淹井、0淹面、0伤亡”的四大目标。“六位一体”：日常管理预测预报防治措施效果检验防护措施应急预案四、水害防治工作的管理与技术（一）加强领导，管理到位1、总经理、矿长是防治水工作的第一责任人，总工程师是技术负责人。2、集团公司设地测处，矿设地测科，并设副副总工程师专门负责防治水工作。3、年、季、月均制定防治水计划，逐头逐面进行排查隐患，制定措施，按“五定”原则进行整改。4、定期召开专题会议，每季度召开一次例会（总结，安排下一步工作）。5、制定严格的规章制度奖罚措施下发《管理办法》。6、地质说明书，统一规范，报集团公司审批。7、资料收集、整理制度化，规范化，制定了《规范》。8、设计首先考虑防治水（如巷道布置在顶板，水闸门，巷道施工正坡度，足够排水能力等），工作面采前要验收、发证。9、加强科研攻关工作。10、加强培训，专业队伍建设。（二）加强预测预报工作1、地面勘探。矿井、采区设计前，必须进行勘探，从地面进行钻探与物探（三维地震）相结合，搞清矿井、采区水文地质情况，构造发育情况，指导设计和井下施工，做到“有疑必探”。2、井下物探与钻探相结合。物探：掘进工作面采用地质雷达；采煤工作面采用直流电法、瞬变电磁等。钻探：探测岩层富水性、地质构造、老空水等。查清水文地质条件，做到“有水必治”。3、对所有采掘工作面，每月进行水情水害预报，对构造带、老空水等进行充分分析论证，提出水害治理方案和措施，矿总工程师制定，公司总工程师审批。4、完善水文监测系统。一旦突水，判定水源，指导制定治水方案。（三）防治水技术及措施1、水害事故的特点和规律1）按水源分：水害事故，按水源分为：地表水害事故、地下水害事故两大类。据统计，地表水害事故相对较少，约占10%，新中国成立之前1935年，某矿掘进工作面遇大导水断层冒顶,把地面珠龙河的水倒入井下,一次死亡536人,成为我国和世界水害事故之最。而地下水害事故占90%，其危害性更大。因此，地下水害事故防治，是矿井水害防治的重点。2）按水的性质分可分为：老窑和采空区积水，其他水害事故两类。据统计，自新中国成立到1995年间，全国煤矿发生“老窑和采空区积水”突水事故起数和死亡人数，在一次死亡3人及3人以上的水害事故中，分别占66%和70%，双居第一。2005年某民营煤矿，证照不全，非法开采，发生突水事故，死亡121人。多年来，煤矿频发突水事故，伤亡惨重。因此，对“老窑和采空区积水”的防治是矿井水害防治的关键。水害发生的水源属性分布特征0510152025303540451234567892005—2013年较大以上突水事故水源类型分布情况200520062007200820092010201120122013老空水：89%含水层水：5%其它水源：6%老空水成为煤矿水害安全的第一杀手3）按突水地点分可分为：掘进工作面、其他地点两类。据统计，掘进工作面突水次数和死亡人数，分别占较大水害事故的55%和66%，亦双居第一。因此，掘进工作面是矿井水害事故的“多发地点”，要严加防范。水害发生的井下位置分布特征051015202530351234567892005—2013年较大以上突水事故发生位置分布情况200520062007200820092010201120122013掘进迎头：67%回采面：23%其它位置：10%掘进迎头是煤矿水害最易发生的地方4）按矿井性质分可分为：国有重点煤矿、地方煤矿两类。地方煤矿的水害事故，远高于国有重点煤矿。据不完全统计，全国煤矿1988~1990年3年间，共发生一次死亡3人及3人以上的较大水害事故121起，死亡850人，其中，地方煤矿116起，死亡818人，是国有重点煤矿起数的23.2倍，人数的25.6倍。因此，地方煤矿的水害防治是全国煤矿水害防治的最薄弱环节，亟待加强。水害发生的企业属性分布特征0510152025303540451234567892005—2013年较大以上突水事故所属企业属性分布情况200520062007200820092010201120122013乡镇企业：76%国有地方：15%国有重点：9%企业管理、技术与装备水平对水害安全保障作用重大从客观上讲，地方煤矿资源条件差，技术装备落后，加之职工素质不高等原因，水害事故多是必然的。但，我们也必须正视，地方煤矿在水害的认识上、管理上、态度上与国有煤矿相比，有较大差距，这也是水害事故多发的重要主观原因。据调查，多数地方煤矿，没有正规的“探放水设计”，所以水害事故频发。虽然，国有煤矿在技术上、装备上、管理上、职工素质上都远远优于地方煤矿，但，水害事故仍没有得到有效控制。究竟原因是什么？教训在哪里？2、矿井突水事故原因其宏观原因主要有三：煤矿水害充水水源充水途径充水水量A、充水水源是否存在，如果存在，有何特征。B、充水途径是否存在，如果存在，属何类型。C、充水强度如何，一旦出水有何后果。水源：地下水（孔隙水、裂隙水、岩溶水）有充沛的补给，地表水（河流、湖泊、池沼、水库），大气降水（地下水的主要补给水源），老空积水（小窑水、采空区、废弃巷道）。通道：构造断裂带（断层性质），导水陷落柱，采动裂隙（顶板三带），封闭不良的钻孔等。矿井突水原因具体地说有以下几点：（1）水文地质条件不清。（2）防治水措施不力（没有针对性）（3）执行措施不严。（4）“三违”导致突水（不按要求打钻）。（5）职工素质差，对透水预兆不熟悉，思想麻痹等。（6）对安全技术培训工作不到位。3、焦作矿区突水特征1）突水频繁且断层突水频率高。（原因：隔水层薄、断层发育）。2）突水量大。（补给量大、有强充水通道）。3）低水压突大水。4）突水水源以L8灰岩为主。（L2、O2参与，很可能淹井），L2、O2灰岩突水量大，来势猛，衰减少。5）突水水量变化性强。（强烈型：演马庄矿二水平，320m3/min。跳跃型：冯营矿1301工作面，1m3/min----24小时------35m3/min-----30小时-----89m3/min。缓慢型：逐渐增大或减少。6）突水点分布规律性强。多发生在背斜轴部裂隙密集带，北西西向的张裂隙带，断层扭张性破碎带，断层的交叉处和短促尖灭处，正断层的上盘，工作面两端等。4、矿井水害防治技术矿井水害防治技术包括：矿井水文地质条件探查水害评价水害治理水害治理：“防、堵、疏、排、截”水害综合治理措施。1）探：探明老空水、断层导水、底板富水情况，为防治水工作提供依据。探放水施工：在开采过程中，若对水文地质条件、水害情况不清楚，必须按照《煤矿安全规程》规定，坚持“有疑必探、先探后掘”的探放水原则，并编制探放水设计和安全措施。开采水淹区下的废弃煤柱时，要按《规程》规定，制订安全措施，报煤矿技术负责人审批。目前成熟应用的致灾地质构造探查技术方法微流速测定技术与方法矿井直流电法技术与方法频率测深技术与方法瑞利波地震勘探技术与方法瞬变电磁法技术与方法传统槽波地震勘探技术高分辨地震勘探技术与方法探地雷达技术与方法；多元连通（示踪）试验技术与方法；氧化还原电位技术与方法；环境同位素技术与方法；水化学宏量及微量组分分析技术方法；溶解氧分析技术与方法；水文地球化学模拟技术与方法；单孔、群孔抽水试验技术与方法；单孔、群孔放水试验技术与方法；多含水层干扰抽、放水试验技术与方法地下水位动态观测技术与方法；钻孔压水试验技术与方法；钻杆试验技术与方法；脉冲干扰技术与方法；物探钻探与水文试验（1）首先弄清水源、水量、水压、性质、气体、排放条件等情况。上述资料均有矿井地测部门和总工程师在地质说明书中给施工单位一个“定性、定量”的明确交待，否则施工单位可拒绝编制设计、规程和施工。凡有条件排放的，一定要先排放后施工。由于探放水施工是主要“事故多发点”之一，必须注意以下安全事项：1991年某矿探煤层上山贯通施工时，本应对上部40m积水的下山部分先排放，后贯通。但该矿图省事，没有安排巷修，排水，而采取了探放水施工方案，结果发生突水事故。突水的瞬间，6人避开水头，进入躲避硐，逃过一劫。向下逃的2人被水冲倒，溺水身亡。该矿发生的突水事故存在教训和好的做法都值得