我國(guó)煤礦水害分布范圍及相應(yīng)的防治方法

1、我國(guó)煤礦水害分布范圍及相應(yīng)的防治方法我國(guó)煤礦床水文地質(zhì)條件復(fù)雜，主要煤產(chǎn)地的華北石炭二疊紀(jì)煤田和南方晚二疊世煤 田，屬于喀斯特水文地質(zhì)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?jī)?chǔ)量受到較為嚴(yán)重的水害威脅。1950年以后，我 國(guó)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(jì)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(guān)鍵問題之一，對(duì)其進(jìn)行防治工作研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和長(zhǎng)遠(yuǎn) 的戰(zhàn)略意義。一我國(guó)煤礦水害分布（一）水害區(qū)的劃分根據(jù)我國(guó)聚煤區(qū)的不

2、同地質(zhì)、水文地質(zhì)特征，并考慮到礦井水對(duì)生產(chǎn)的危害程度，可 將我國(guó)煤礦劃分為6個(gè)礦井水害區(qū)（1、華北石炭二疊紀(jì)煤田的巖溶一裂隙水水害區(qū)；2、華 南晚二疊世煤田的巖溶水水害區(qū)；3、東北侏羅紀(jì)煤田的裂隙水水害區(qū)；4、西北侏羅紀(jì)煤田 的裂隙水水害區(qū)；5、西藏一滇西中生代煤田的裂隙水水害區(qū)；6、臺(tái)灣第三紀(jì)煤田的裂隙一 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(guó)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(zhì)條 件極為復(fù)雜，水害十分嚴(yán)重。例如華北石炭二疊紀(jì)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(jì)

3、煤田雖然存在著裂隙水及第四系松散層水的危害，但不嚴(yán)重；西北侏羅紀(jì)煤田處 于干旱、半干旱氣候區(qū)，區(qū)內(nèi)嚴(yán)重缺水，存在著供水問題；西藏-滇西及臺(tái)灣的中、新生代 煤田的水文地質(zhì)條件比較簡(jiǎn)單，水害問題也不嚴(yán)重。表1-1-1我國(guó)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?jǐn)?shù)礦井水對(duì)生產(chǎn)危害程度附注編號(hào)名稱1華北石炭 二疊系巖 溶-裂隙水 害區(qū)亞濕潤(rùn)一亞干旱氣候區(qū)6001000mm 約占 70%200600mm約占20%出水、突水較頻繁，涌水量大 或特大（1000123180m 3/h）。 常常影響生產(chǎn)或淹井，或負(fù)擔(dān) 巨大排水費(fèi)用，采煤和礦井安 全都受到嚴(yán)重威脅，區(qū)內(nèi)中深 部下組煤有幾百億噸不

4、能開 采煤田為分布范 圍大、可采煤層 多、儲(chǔ)量大、煤 種齊全的焦煤 和主焦煤重要 產(chǎn)地，對(duì)國(guó)民經(jīng) 濟(jì)影響重大2華南晚二 疊統(tǒng)巖溶 水水害區(qū)濕潤(rùn)氣候區(qū)12002000mm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（270027000 m3/h），礦井正 常涌水量亦大（30008000m3/h）。負(fù)擔(dān)巨額 排水電費(fèi)（4001500萬元/a）； 地面塌陷嚴(yán)重，井下黃泥突出 堵塞井巷。礦井安全受到嚴(yán)重 威脅雨季更危險(xiǎn)由于地面塌陷， 每年礦區(qū)付出 上白萬元賠償 費(fèi)。由于主巷布 設(shè)在強(qiáng)含水層 內(nèi)，故突水、出 水頻繁，主要為 底板茅口灰?guī)r 水，江西是頂板長(zhǎng)興灰?guī)r水3東北侏羅 系裂隙水 水

5、害區(qū)濕潤(rùn)-亞濕潤(rùn)氣候區(qū) 400600mm 約占 60% 600800mm 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(shí)造成淹井事故局部為亞干旱 區(qū)（15%）4西北侏羅 系裂隙水 水害區(qū)干旱氣候區(qū)2575mm 占 80%75100mm 占 80%100400mm 占 20%本區(qū)嚴(yán)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)5西藏-滇西 中生界裂 隙水水害 區(qū)濕潤(rùn)-亞濕潤(rùn)氣候區(qū)300600mm 約占 55%8001000mm 約占 35%10002000mm 約占 10%西藏-滇西和臺(tái)灣中、新生代 煤田煤炭?jī)?chǔ)量?jī)H占全國(guó)儲(chǔ)量

6、 0.1%，水文地質(zhì)條件比較簡(jiǎn) 單，水害也不嚴(yán)重一小部分為亞干旱區(qū)6臺(tái)灣第三系裂隙-孔隙水水害區(qū)濕潤(rùn)氣候區(qū)18004000mm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(nèi)。 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(yán)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(guān)。二礦井水害的名詞與類型（一）

7、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(jiǎn)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(gòu)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(chǔ)水空隙 特征又分為孔隙水、裂隙水和巖溶水等。現(xiàn)根據(jù)水源分類，把我國(guó)礦井水害分成若干類型

8、（見 表1-1-2），作為防治礦井水害時(shí)的參考。表1-1-2礦井水害類型*類別水源水源進(jìn)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(kù)、溝渠、坑塘、池 沼、泉水和泥石流）井口、米空冒裂帶、巖溶 地面塌陷坑或洞、斷層帶 及煤層頂?shù)装寤蚍饪撞?良的舊鉆孔充水或?qū)峭艏艺V、內(nèi)蒙古平莊 古山礦、遼源梅河一井等老空水水害古井、小窯、廢巷及米空區(qū)積采掘工作面接近或溝通山西陵川縣關(guān)嶺山煤礦、徐水時(shí)，老空水進(jìn)入巷道或工 作面州旗山礦、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(shí) 為地表水補(bǔ)給采空冒裂

9、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(dǎo)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(bǔ)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(dǎo)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(jì)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(bǔ)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(hào)井，淮南謝 一礦，肥城大

10、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(bǔ)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(guó)煤礦區(qū)主要是華北的 中奧陶系厚層（500600m ）灰 石水和南方晚二疊統(tǒng)陽(yáng)新灰石 水），對(duì)煤礦開采威脅最大， 也最嚴(yán)重采后底臌裂隙、斷層帶、 構(gòu)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(yíng)礦、中馬村礦、淄博北 大井均為斷層導(dǎo)水淹井；開 灤范各莊礦，安陽(yáng)銅冶礦為 中奧灰水通過陷落柱、探孔 進(jìn)入礦井注：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

11、名的。然而，多數(shù)礦井水害往往是由23 種水源造成的。單一水源的礦井水害很少。頂板水或底板水，只反映含水層水與開采煤層所處的相對(duì)位置，與水源豐富與否、水害大小無關(guān)。 同一含水層水，既可以是上覆煤層的底板水，又同時(shí)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。斷層、舊鉆孔、陷落柱等都可能成為地表水或地下水進(jìn)入礦井的通道（水路），它們可以含水或?qū)?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(duì)礦井安全危害和威脅的嚴(yán)重性。因?yàn)?由它們導(dǎo)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

12、 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)狀國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀在突水機(jī)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(dǎo)高”等概念。經(jīng)過多年的試驗(yàn)、觀測(cè)與研究，認(rèn)為底板突水機(jī)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(jié)果。”對(duì)突水分析采用了 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，力學(xué)平衡、能量平衡方法。同時(shí)，開始應(yīng)用井下物探技術(shù)，如坑道透視法、井 下電法、氡氣測(cè)定法等來探測(cè)充水水源和充水通道。并在研究、驗(yàn)證預(yù)測(cè)突水量的數(shù)學(xué)模型 方面有較大進(jìn)展。疏干降壓是我國(guó)礦井防治水害的主要技術(shù)措施。國(guó)內(nèi)除普遍的采用經(jīng)常性疏干排水外， 先后還進(jìn)行了峰峰礦區(qū)和

13、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(guó)礦井防治水害的重要方法。在靜水與動(dòng)水條件下注漿封堵突水點(diǎn)、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(yàn)。焦作、峰峰、煤炭壩等礦區(qū)都進(jìn)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(zhì)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(duì)煤層底板注漿截?cái)鄮r溶水垂向 補(bǔ)給通道，取得了明顯的效果，提供了一種可借鑒的截流方法。國(guó)外現(xiàn)狀

14、目前，國(guó)外主要采用主動(dòng)防護(hù)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(yīng)預(yù)先疏干方法，國(guó)外生產(chǎn)了高揚(yáng)程（達(dá)1000m）、大排水量（達(dá)5000m3/h）、大功率 （2000kW ）的潛水泵，其疏干工程已逐漸采用電腦自動(dòng)控制。國(guó)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(rèn)為帷幕是 今后疏干研究工作的方向之一。目前有些國(guó)家利用挖溝機(jī)在松散層中修建帷幕；開挖、護(hù)壁、 清渣流水作業(yè)，是當(dāng)前國(guó)外先進(jìn)的堵水截流技術(shù)。但是，現(xiàn)在國(guó)外還沒有在巖溶地層中建造 大型帷幕的實(shí)例。為充分利用隔水層厚度，減少排水量，國(guó)外正在對(duì)隔水層的隔水機(jī)理、突 水量與構(gòu)造裂隙的關(guān)系、高水壓作業(yè)下的突水

15、機(jī)理以及隔水層穩(wěn)定性與臨界水力阻力的綜合 作用等進(jìn)行研究。目前預(yù)測(cè)方法有統(tǒng)計(jì)學(xué)方法、突變論方法和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，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(guó)研究槽波地震法探測(cè)落差大于煤厚的斷層，以 及采用井下數(shù)字地震儀探測(cè)巖層中的應(yīng)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(yù)防突水。（二）煤礦防治水害方法如前所述，我國(guó)在礦井水害防治方面，已有了比較成熟的技術(shù)和措施，如疏干降壓、注 漿堵水、突水預(yù)測(cè)和探放水等（見表1-1-3 ）。表1-1-3煤礦防治水害方法簡(jiǎn)介防治水方法應(yīng)用礦區(qū)分類主要內(nèi)容地表水防治.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

16、改道等.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）洪填堵渠道（指對(duì)巖溶地面塌陷及采空區(qū)塌陷的處理）建閘設(shè)站，排除塌陷區(qū)積水或防止河水倒灌湖南恩口礦、南桐紅巖 礦、徐州賈汪礦區(qū)井下防水設(shè)施1.留設(shè)防水煤（巖）柱.設(shè)置防水閘門及防水閘墻.設(shè)排水泵房、水倉(cāng)、排水管路及排水溝等排水系統(tǒng)峰峰各礦、邯鄲各礦及 其他大水礦區(qū)井下探放水.探放老空水.探放斷層水.探放陷落柱水4.探放舊鉆孔水5 .探放含水層水峰峰、井陘、邯鄲、淄 博和肥城等礦區(qū)疏干1 .地表疏干從地面施工垂直鉆孔，安裝潛水泵，抽 排含水層水廣東石碌銅礦 匈牙利2.地下疏十（1）專門疏干礦井、巷道和放水孔（2）疏干巷道（運(yùn)輸巷道疏干含

17、水層、疏水石門、疏 水平硐）（3）疏水鉆孔（井下放水孔疏干、井下吸水孔疏干）3 .聯(lián)合疏干（1）地表疏干與地下疏干同時(shí)進(jìn)行（2）多井同時(shí)疏干同一含水層湖南煤炭壩礦、恩口礦 等徐州夏橋礦南桐 紅巖礦新汶張莊礦潞安五陽(yáng) 礦蘇聯(lián)北烏拉爾鋁土礦 湖南煤炭壩礦突水預(yù)測(cè).易于突水的構(gòu)造部位或地段的預(yù)測(cè).采掘前突水預(yù)測(cè).采掘過程中突水預(yù)測(cè).突水量預(yù)測(cè)焦作礦區(qū)、淄博礦區(qū)井 陘礦區(qū)、邯鄲王鳳礦 陜西韓城礦區(qū)、井陘礦 區(qū)地表水體下采煤 安全措施.地表水體下留設(shè)安全煤（巖）柱（含斷層煤柱）.選擇控制采高的采煤方法，加強(qiáng)頂板管理.保持足夠的排水能力，即設(shè)計(jì)的最大排水能力4.建立井上、下水文動(dòng)態(tài)觀測(cè)網(wǎng)、避災(zāi)路線、報(bào)警系 統(tǒng)等5 .必要時(shí)探水掘進(jìn)淮南孔集礦等 樂平鐘家山礦 開灤唐山礦 淮南孔集礦等井陘礦區(qū)注漿堵水1 .注漿堵水的一般施工2.封堵突水口（