石勇丽，李林记，李 静

(河南省煤炭地质勘察研究总院，郑州 450002)

多年来煤矿开采主要以水害防治为原则，顶板裂隙水以疏干开采，底板岩溶裂隙水以疏放降压为主。随着煤层开采的深度增加，带压开采矿井越来越多，水害防治由顶板水转为底板水，底板岩溶水威胁程度越来越大，排放水量也越来越大，另一方面岩溶水是很好的生活供水水源，所以矛盾越来越多，缓解矛盾迫不及待。

煤矿含水层保护与恢复治理技术还没有统一的认识及方法手段，根据对以往煤矿含水层资料的分析研究，结合含水层水文地质特征及历年新方法的探讨，通过排供结合、减少疏排量、填充改变径流通道、采区回填巷道有效支护技术、减少地表径流和监测技术系统等6个方面进行研究分析(图1)。

1 排供结合

“排供结合”就是要求矿井的排水与区域、矿区用水相结合，相互兼顾，达到资源的最优化。对于新建矿井在勘探及矿山设计规划时应该考虑到这一问题，以免形成被动模式。对于目前大水矿井且大部分水利用率低而直接进行排放，应及时改变排水工艺，根据水的利用途径采取处理工艺，达到排供结合。

煤矿地下污水的净化处理及实施排供结合，可以实现变废为宝，化害为利，达到安全、环境、生态三大效益的统一。

“排供结合”，顾名思义，是将矿井水的排出量与用水对象的需水量相结合，使其平衡;而想满足用水对象对水质的要求，就必须根据用水对象对水质的具体要求作不同深度的处理，这就是“分质分用”。依照以上原则，使处理流程最优化，经济投入最节省，经济效益最大化。而其回用应遵循“先井下后井上，井上应先工业后农业”的原则，再考虑到经济实用而且易于推广，结合现有的实践经验，确定了新的矿井水处理工艺流程(图2)。

2 减少疏排量

地下水资源是一个动态平衡的过程，随着矿井的开采范围越大，开采深度越深水量的排放也越来越大，不降压疏排就会影响生产，亦不安全。然而地下水环境是不可逆的，所以我们应该尽量在确保安全的情况下减少疏排量，从提高开采速度、选择合理开采区域、合理采煤工艺、预留防水煤柱等4个方面侧面减少疏排量的技术入手进行分析。

图1 含水层治理与恢复技术转变流程图

图2 设计矿井排水处理工艺流程图

3 填充改变径流通道

改变径流通道应该从含水层补给、径流来水方向阻隔及填充增加底板隔水层隔水性能方面进行分析。

(1)从含水层补给、径流来水方向阻隔。通过改变径流通道保护地下水就要在补给边界进行隔水处理，建立隔水帷幕，通过施工注浆钻孔封闭地下水补给来源，通过化学工艺及物理填充封堵地下水裂隙通道，将地下水阻隔到矿区外，通过附近径流通道避开矿区范围，这样一方面矿井受水害威胁有所减轻，另一方面保护了地下水不受污染及流失。

1)实际运用(21121工作面注浆堵水)。21121工作面位于21采区下山西翼，工作面为俯斜开采工作面，可采长度330m，切巷长100m，上下付巷坡度5°～28°。标高为-178.8～-286.4m，突水系数0.074，底板隔水层承受最大水压值为4.18MPa。

图3 21121工作面出水情况及钻孔布置示意图

工作面于2012年12月5日8点班开始出水(图3)，初始水量为216m3/h，至12月17日总水量430m3/h。根据水质分析检验报告分析，此次出水水源以底板L5-6灰岩水为主，顶板砂岩水和底板L7-8灰岩参与。

注浆堵水前后水量和水位关系分析:

根据收集的部分注浆时段-150车场、-300大巷、21121工作面涌水量数据，绘制了图4，可以分析出，在发生涌水时到2月底，-150车场涌水量由250m3/h减为0m3/h，-300大巷由95 m3/h减为12m3/h，达到注浆目的。涌水量突然减少，证明注浆填补含水层裂缝，从地下水补给方向进行阻隔，可以有效保护地下水。

图4 21121工作面注浆段部分涌水量变化曲线图

(2)填充增加底板隔水层隔水性能。采用人工干预加固底板隔水层，通过底板含水层的裂隙充填，把含水层人为的改变为隔水层，通过增加隔水层厚度来预防底板含水层破坏。

4 采区回填、巷道有效支护技术

煤层所处地下岩层为沉积岩，在常规的不充填采煤情况下，煤层的上覆岩层在垂直应力作用下很快就会发生断裂和破坏，并垮落到工作面后部的采空区内。顶板中的隔水层和含水层也随即发生破坏，塌陷范围不断扩大，直至地表。

图5为采用充填采空区法采煤时，通过观测得到的工作面支承压力分布曲线，工作面采用综合机械化开采，采高为3m，充填率为75%。由图5可见，充填后，工作面前方的垂直应力有了较大幅度的降低。

5 减少地表径流量技术

地表径流与地形、土地类型、降雨量、气温及地质因素有关，降雨量、气温及地质因素为自然因素，人工干预比较困难且执行比较复杂，煤矿开采引起地形发生变化，地面塌陷、水土流失、村庄搬迁等。

研究应从地形及土地类型上进行技术分析研究。

图5 充填前后工作面支承压力对比示意图

(1)削坡

(2)平整土地

(3)植被种植

(4)减少建筑物及道路硬化

6 监测技术系统

(1)地表径流量监测

①布设降雨量监测站点

②利用流量监测仪器

(2)地下水位监测

①地面观测孔。从现有资料分析，井田南部龟山断层是一个补给边界，在断层的上下盘各布置1个奥陶系灰岩含水层观测孔，并在该断层北侧布置L7-8灰岩观测孔和L1-3灰岩观测孔各1个，用于研究该断层的水文地质性质和断层北侧各含水层间的水力联系。井田西北部为灰岩含水层露头，区域上是奥陶系灰岩含水层的补给区，是井田的补给边界；同时，奥陶系灰岩水可经断裂构造补给上部灰岩含水层，故在工业广场各布置了1个L7-8和L1-3灰岩观测孔。东翼采区利用原有的长观1观测孔。南部新设观测孔控制南部主要来水方向，研究各含水层间是否发生水力联系，并与井下观测孔联合构成薄层灰岩含水层和奥陶系灰岩含水层的观测网络，控制龟山断层以北至-200m以下块段L7-8和L1-3灰岩含水层和奥陶系灰岩含水层的等水位线形态，研究分析块段内含水层的水文地质条件。

②井下观测孔。超化煤矿目前尚未建立井下监测系统。为构成比较完整的监测网络，正确控制含水层的等水位线形态，满足数值模拟计算的要求，在22采区皮带下山布置L1-3灰岩、L7-8灰岩观测孔各1个；21采区轨道下山布置L1-3灰岩、L7-8灰岩观测孔各1个；23采区轨道下山布置L1-3灰岩、L7-8灰岩观测孔各1个；共布置钻孔3个。

(3)水质监测

(4)地面沉降、环境监测

(5)底板原位地应力普查与监测

图6 布设地面及井下水位观测网络位置分布图

7 结语

本论文只是从基础理论的角度进行研究，对于特定的枯水矿区、保水矿区及水体下开采等特定的开采条件，不一定全部适用，仅供参考。