翟封

摘 要：随着煤矿不断的向深层处发展，地质灾害变得更为复杂，其中水灾害最为常见。本文对矿井下的地下水的产生及其特点进行分析，并介绍了几种常见的地下水防治方式，最后结合赵官煤矿某一井田进行了专门分析，结果表明采用突水预测技术能够取得较好的效果。

关键词：地下煤矿；井水作业；排水防治；水害防治

1 引言

随着煤矿的不断开采，当煤矿进行到几百米甚至上千米的深部地下时[1]，其岩体长期在高应力、高温高压及强渗透作用下，其岩土的力学性质发生了根本性的变化，主要表现为岩体软化和非线性发展，碎胀以及扩容现象，地下水增多。这些自然地质灾害都严重的威胁着煤矿的安全生产运行。在这些复杂因素中，其最为重要的就是地下水的处理，特别是在一些地下水丰富的地区，井下排水工作显得更加迫在眉睫。因此需要不断地总结工程经验，找到水灾发生的自然规律，最大限度的消除地下水对矿井的影响。虽然传统的防水治水措施的研究很多，但都是基于顶板和底板的地质条件和水文地质状况。对于含有特殊含水层的地质灾害下的防治研究甚少，也没有形成专门的防治系统。本文通过结合地下水的灾害分析和新技术对煤矿排水技术进行探讨。

2 井下水害形成及特点分析

井下水来源凶猛，俗称水老虎。其形成原因复杂，很难进行全面的认识，工程中常见的水害形成有如下几种[2]：

2.1矿压破坏带引发的水质灾害。其主要成因是在煤层底部在开采过程中，容易造成其中的导水带破坏，因而那些因开采造成错动的岩土失去了止水功能，最终导致渗流破坏，使得较小的裂缝最终发展成较大的断裂带，甚至形成特定的导水通道，因而导致了突水事故发生。

2.2不良施工引发的水害。在煤矿进行地下生产时，通常采用钻孔法进行施工，容易留下点状的垂直导水通道。这类导水通道隐蔽性强，垂直导水时渗透速率快，因此很容易造成大的渗透破坏。其主要原因为不同层位之间发生水力关联，当采矿过程接近钻孔的时，造成突发性水害，危害性大。这种地下水害一旦发生，就会造成较大的水头压力，并且通道内补水十分迅速，对水害的防治和抢救带来巨大的压力。

2.3老空区水害。在煤矿的不断掘进中，存在着很多以前的老空区，这些老空区的存在是地下水防治的又一难题。由于在开采过程中，我们只关注煤炭的开采，却忽视了开采后的处理，造成很多老窑区存在着大量积水。这些水主要存在于含水层、充水断层和裂缝中，导致这些本就有地质缺陷的土体变得更为脆弱。一旦开挖后对其进行扰动，将会造成严重的地下水害。对于这种水害必须在开挖过程中加强对地质灾害的勘测，认清矿井的积水线、探水线以及警戒线部分。

3 常见地下水治理方法

煤矿的地下排水方式众多，从地下室的来源分可以分为外因法和内因法。通过查找相关文献[3]，主要有如下几种方法：

3.1疏干降压法

疏干降压是一种十分传统的排水方式，即通过人工进行排水。可以有效的降低含水层水位与水压，减少巷道的涌水量，防止井下突水的作业。其具体操作措施为：先确定煤层底板薄弱层，然后半定性定量的确定疏放的最佳位置，最后确定放水方法以及放水量。

3.2堵水截流法

此方法即通过调查来水的位置、埋深以及水的流向和有无支流等，然后通过截流的方法对地下水进行处理，能有效的阻止水量涌入巷道。具有一次性施工成功率高，对环境和地表影响小、堵水完毕后易于拆除等优点，适应于地下来水分明且有时间规律性的治理。

3.3突水预测技术

突水预测技术是一种相对新颖的方法，它是采用突水系数（单位隔水层厚度所能承受的水压值）的临界值来确定各处孔压的大小。进而通过引入主成分分析法对底板突水影响因素进行定量评价，预测出底板发生突水的危险性，进而进行排水防治。

3.4水文地质探查法

水文地质法即通过收集和测量煤矿地区的自然地理、地貌和水文地质资料等，然后进行测绘点的规划。然后根据水源分布情况，结合岩层地下水等信息，从主要含水层向排水渠进行补给，补给区向排水区布置。该方法具有操作简单，治水效果好且节约材料等特点。

4具体案例分析

趙官煤矿位于山东省西北部，隶属齐河县[4]。本文以西南方向的某一井田进行分析，矿区所在地为一东北走向，西北倾向的单斜构造，平均地层倾角为5～8°，少部分地段的倾角大于10°，具体的水文地质和土体构造如图1、2所示。

井田内富含有厚层隔水层，导致含水层和断裂带都缺乏天然的补给和排泄途径，造成矿井深部的地下水不流畅。通过地质探测表明，含水层的水源往深部流畅，并且不断变弱，但是同一含水层之间存在着水力联系，并且不断的从浅水区向深部扩展。由此可见，含水层的饱和水率和隔水带的厚度和组合系数，宜采用突水系数预测法对其进行分析。

经过多年水位观察资料可知，从2009年2月至2010年7月徐灰水位稳定在29.32～31m之间，而奥陶系中统石灰岩含水层水位则维持29.6～31.4m之间。可见这两种水位相差不大，且总体来说随着深度的增加而增大。且井田内平均水压为5Mpa，52.3～8.7MPa之间，且随着埋深的增加，水压增强。但在南部地区水压增加较小，而在北部区域则水压增长很快，从而造成了深层水压的等值线不平衡。通过统计得到底板渗流量和工作面的关系如表1所示。

根据《煤矿防治水规定》推荐的突水系数公式计算各采煤层底板最大突水系数为：

式中：Ts——底板突水系数（Mpa/m） P——隔水层承受的水压（Mpa）

M——底板隔水层厚度（m）

经过计算，其中8-5，12-5，4-7，28-6，28-7等高于7Mpa，其余编号下的水压在4～7Mpa之间。因此需要对底板的突水灾害发生进行预测。底板突水危险性预测公式如下：

式中m、n、e、f分别为断层标准化系数，水压标准化系数，隔水层标准化，富水系数。

通过计算后发现8-1，8-2，8-4和补充号1、2中的突水系数高达0.9，其底板突水发生可能性很高，需要对这几个区域的加以排水，疏水处理。降低底板的水压，预先减少地下水灾害发生的概率。

5 结语

地下水对煤矿井下最常见的自然灾害，对煤矿的安全生产危害十分重大。随着我国煤矿的不断深入挖掘，地下水一直威胁着煤矿的发展。煤炭作为中国最主要的能源之一，因此必须采取相应的措施来保证地下矿井的安全生产和提高煤矿产煤的效率，杜绝重大安全事故的发生是每个煤炭工作者义不容辞的责任。因此在进行煤矿设计时，不仅要进行安全生产措施设计，更应该不断地引进排水新技术，从技术上对减小威胁源，只有这样才能促进我国煤矿生产工作的顺利进展。

参考文献：

[1]侯朝炯.深部巷道围岩控制的关键技术研究[J].中国矿业大学学报，2017，（5）.

[2]朱南京，李百宜等.煤层为主含水层矿井水害防治技术研究[J].中国矿业，2017，（5）：83～87

[3]周国有.煤矿井下防治水技术与施工实践，[J].企业导报，2013，（4）：189～191

[4]李娜娜.赵官煤矿下组煤底板突水预测及防治技术研究[D].山东科技大学，2011