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1、公司科技论文申报表论文题目 煤矿水害分析及其预防作者姓名 杨伟才第一作者职称 助理工程师 是否发表 否职 务 发表时间固定电话 发表期刊手 机 13453407594 刊 号E-mail Y 期刊主管 单位是否职称答辩论文 否期刊主办单位工作简历（包括专业领域及研究成果）1989.72000.6 古交钢铁厂狐堰山铁矿；2000.72004.1 经营私企煤矿；2004.32008.12 从事煤矿堵水、充填、密闭和加固；2009至今，炉峪口煤矿地测部从事防治水工作。论文摘要针对目前煤矿水害事故频发且有逐渐上升的趋势，简要阐述了矿井水害的充水水源、通道、特征、特点以及矿井水害的防治与预防。已获奖情况
2、（何年何处获何等奖励）单位技术负责人审核意见说明1. 一篇论文有数名作者时，署名一般不超过五人2. 报送论文须填写申报表一份，并附论文原稿一份3. 报送论文必须经单位技术负责人签字煤矿水害分析及其预防杨伟才（太原煤气化股份有限公司炉峪口煤矿地测部，山西，太原，030024）摘要：针对目前煤矿水害事故频发且有逐渐上升的趋势，简要阐述了矿井水害的充水水源、通道、特征、特点以及矿井水害的防治与 预防。关键词：煤矿水害；充水因素、防治0 引言目前，国内许多煤矿企业在煤炭开发过程中，由于煤矿的资源整合、兼并重组，大大地提高了煤炭资源的开发和利用，同时也给煤炭的开采在矿井防治涌（突）水方面带来一定的危害，
3、特别是兼并重组后的地方煤矿，矿井防治水尤其严重，使得近年来水害事故频繁不断，造成了很大的人身伤亡和财产损失。在目前的煤矿管理中，对瓦斯的危害比较重视，而对矿井水的危害程度认识不足，常常导至一些不应当发生的事故发生，并且有逐渐增加的趋势。矿井水害的存在，往往给煤矿造成巨大的经济损失，更严重的是直接威胁着煤矿工人的生命安全。因此，预防和治理矿井水害已成为目前煤矿企业的重要课题，也是煤矿安全生产管理的重要工作之一，对其进行防治和预防具有重要的现实意义和长远意义。1 煤矿水害发生的主要条件和影响因素煤矿水害是指在煤矿建设与生产过程中，不同水源的水通过一定的途径进入矿井，并对煤矿建设和生产带来不利影响和
4、灾害的事件。影响矿井是否进水的条件称为矿井充水条件，主要有充水源和充水途径（通道） 。矿井充水是否引发矿井水害还取决于充水强度，矿井充水水源、充水通道和充水强度三者的不同组合会产生不同的矿井水害。把三大因素结合起来进行系统的分析研究是矿床水文地质条件勘探的中心任务，也是矿井防治水最基础、最重要的工作。1.1 矿井充水水源矿充水水源一般有三大类型，即：地表水（包括大气降水） 、地下水（断层水、裂隙水和奥灰水） 、老空积水。不同的地下水源具有不同的特点，会引发不同矿井充水模式，产生危害不等的矿井水害。1.1.1 地表水（1）一般来说，地表水是指井田范围内及其附近存在湖泊、河流等，但大部分矿井的井田
5、范围内及其周边不存在湖泊、河流，尤其是在北方，地表水主要是以大气降水为主，只有在雨季期间地表水才会影响井下各涌水点和补给采空区积水。因此，地表水既是矿井水充水的直接水源，也是矿井充水的间接水源。（2）当井田范围内及其附近存在较大地表水体时，如：湖泊、河流、水库、池塘、海洋等，且与煤层或含水围岩之间有水力联系，地表水就有可能成为矿井充水水源进入矿井。1.1.2 地下水地下水是贮存于地下岩层空隙中的水。由于大多数采掘活动在地表以下进行，当采掘工程揭露含水层或采掘工程与含水层之间有某种导水通道时，地下水就成了矿井充水的主要水源。当地下水作为矿井充水水源时，可按照地下水体与矿体之间的相互位置关系以及矿
6、井充水的特点分为直接充水水源、间接充水水源和自身充水水源三种基本形式。1.1.3 老空区积水老空区积水，主要是指煤层开采后，封存于废弃的采煤空间的水。按照积水的采煤空间不同老空积水可分为老窑（废矿井）积水、生产矿井采空积水和废弃巷道积水。在我国，矿产资源开发历史悠久，在许多矿区浅部，以及正在生产矿井的周边或相邻矿井，分布有许多关闭的或废弃小煤窑和矿井，特别是资源整合，谦并重组后更为严重，这些矿井已停止排水，积存了大量的地下水。它们像一座座“水库” ，分布于生产矿井的上部或周围，一旦这类水体通过某种通道或诱发因素进入生产矿井，便形成了老空积水充水水源。对那些废矿井往往生产规模小，开采不正规，缺乏
7、合理设计、精确测量和完整的技术资料，人们很难探测清楚其井下采矿空间的分布情况，容易与生产矿井沟通形成水害。老空积水具有一定的静水压力，因此其充水突发性强，来势猛，持续时间短，有害气体含量高，对设备腐蚀性强，对人身伤害大等特点。如果老空积水与地表水或地下水发生水力联系并接受补给，一旦发生突水，也可能持续较长时间，并且不易被疏干。生产矿井采空区或废弃巷道的积水，一旦发生充水，充水特征与老空积水充水相似，但是，其位置一般比较清楚，积水量应该能够准确预测，充水应能预防。1.2 矿井充水的导水通道矿井防治水实践中，人们习惯上按照导水通道的成因把其分为两大类：（1）天然导水通道，是由地质应力作用天然形成的
8、，在采矿作业之前已存在于地质体之中。如：断层、裂隙、溶洞、陷落柱和喀斯特塌洞等。（2）人工导水通道，是由资源勘探、开采工程引起的，如采动裂隙、顶板垮落带、底板破裂带、煤柱击穿、探放水工程、封孔不良钻孔等。这类通道在资源勘探或采矿作业过程中形成，或之后由于矿山压力和地应力的重新分布而产生，并且由于矿山压力、地应力和地下水静压力三者的原始平衡被坏而导水。这种类型的导水通道往往沿天然导水通道发展、延深。一般说来，不同成因、不同类型的矿井导水通道所诱发的矿井充水的形式和特征各不相同，下面就主要类型导水通道的充水特征予以分述。1.2.1 构造断裂的导水充水特征按照构造断裂的发育规模将其分为两类：节理和断
9、层。断裂对于地下水起着两种作用，一方面提供了地下水的储存空间，形成含水体，成为矿井充水的水源；另一方面提供了地下水的运动空间，成为矿井充水的导水通道。由于断层的性质、产状、规模存有空间差异，断层的不同部位两盘岩层具有不同对接关系，所受的应力状态也不同，因此使得断层的水文地质性质具有明显的局部性和方向性。即使同一条断层，在其某一区段断层导水，而在另一区段却隔水；在其某一方向断层导水，而在另一方向却隔水。因此，在探测、分析和研究断层水文地质特性时，在整体与局部相结合，综合考虑各影响因素，作出整体和分区评价。切记不要轻率地将某条断层简单地看作透水断层，或隔水断层；储水断层，或不储水断层。1.2.2
10、岩溶导水充水特征岩溶又称喀斯特，人们把地下水对可溶性岩石的作用、矿物溶蚀的作用及由此引起的重力崩塌作用合称岩溶作用，而把岩溶作用及其结果称为岩溶或岩溶现象。以陷落柱为例，未被完全压实胶结的陷落柱，往往既提供了巨大的储水空间，又是导致灾难性突水水害的导水通道。陷落柱突水具有如下特点。（1）隐蔽性和难以防范性。陷落柱，即使直径达数百米以上的大型陷落柱，与整个地质体相比，在形态上仍是点状导水体构造，在其周围区域往往地层层序正常，这使得通过地层层序和构造形态分析预测陷落柱变得十分困难，甚至不可能。这种隐蔽性和难以预测性，决定了其突水具有难以防范性和突发性。（2）突水水量大、补给水量充沛。陷落柱往往发育
11、在厚层可溶岩层中，而厚层可溶岩层通常又是富水含水层，具有丰富的静储量和充足的补给量，一旦发生陷落柱突水，突水水量大，且补给水量充沛，往往造成短时间内淹没矿井和采区。（3）突水水压高、流速快。当厚层可溶岩层（含水层）赋存于煤层之下，煤层与含水层间有一定厚度的隔水层时，若深部含水层处于高承压状态，则一旦发生溶岩陷落柱突水，往往突水点水压大、流速快。溶洞突水的特点与陷落柱突水相似，但水量受溶洞规模的不同变化较大。溶隙突水特点与裂隙突水相似，但往往水量大，持续时间长。1.2.3 顶板垮落断裂带的导水充水特征煤层被开采后形成采空区，在采空区上方岩层的重力和矿山应力作用下，岩层发生变形、移动、破坏、形成弯
12、曲、断裂、离层和碎块状岩石垮落。受煤层顶板的岩性及其组合，采矿和顶板管理方法，煤层厚度、产状、开采厚度和深度，采空区空间形态与结构，岩石受力状态等诸多因素影响，顶板岩石产生不同的变形破坏特征（即：垮落带、断裂带和弯曲带） ，三带不同，顶板垮落导水也不同。1.2.4 底板破坏的导水充水特征在大面积分布的石炭二叠系煤层之下普遍发育有山西组、太原组薄层灰岩承压含水层和深部的奥陶系厚层灰岩富水、高承压含水层，成为煤矿安全生产的主要威胁之一。当煤层底板隔水层之下赋存有高承压含水层时，煤层开采前，作用在隔水层上的静水压力岩石强度和重力，处于天然平衡状态，一旦开拓巷道或开采矿体破坏了原来的天然平衡，在隔水层
13、之上形成临空边界，发生应力释放和转移，并产生矿压。在矿压和水压的综合作用下，隔水底板一旦抵抗不住这种作用力，必然发生不同程度的破坏，形成新的破裂面或使原有的闭合断裂活化。若这种新破裂面或活化断裂沟通底板承压含水层，则必然导致底板承压含水层水涌入矿井。煤层底板突水中，含水层的富水性和水压力是发生突水的内在因素，含水层的性质、储存的水量大小和补给条件决定着突水水量的大小和动态变化特征，水压力提供了驱动含水层水流入矿井的动力；采掘活动是发生底板突水的外在因素，其一旦破坏了作用在隔水层上的静水压力与岩石强度和重力的天然平衡状态，形成破裂，就为地下水提供了流动通道，通道的形状和断面大小也影响突水水量的大
14、小。含水层的富水性、水压力和底板破裂是发生底板突水的必要条件，当三者的组合逾越突水的临界状态时，底板就发生突水，严重者便形成矿井水害。显然，防止煤层底板突水的关键是准确预测采掘活动诱导下三者的组合是否超过底板突水的临界状态。炉峪口煤矿的奥灰承压水就属于此类水害。2 煤矿水害的主要类型及特点在我国水害主要可以分为以下几种。（1）煤层顶板含水层水害当煤层顶板为含水层，或距煤层顶板不远的上覆岩层为含水层时，含水层的水可以通过断层、裂隙等天然导水通道涌入矿井。由于厚煤层和多煤层的重复开采和断裂带塌陷滑移的程度不同，采动导水裂隙带发育高度和部位也随之变化。这些常使煤层顶板充水含水层未查明的一些富水带中的
15、地下水突然泄入采掘工作面，造成煤层顶板充水含水层水害，严重者会淹没整个工作面、采区甚至矿井。（2）煤层底板承压充水含水层水害这种水害在我国煤矿发生频率最高，是危害程度最大的一种水害，突水经常淹没整个生产水平、矿井，甚至造成重大人身伤亡。主要原因是我国主要煤矿矿床的基底沉积了碳酸盐岩溶充水含水层，最典型的如华北石炭二叠煤系，其基底为厚的奥灰或寒灰岩溶含水层。这些碳酸盐岩石分布范围广，厚度大，地质历史上经受过强烈的岩溶化作用，后期大地构造运动又使其大面积裸露地表，接受大气降水和地表水补给的能力强。由于煤层的倾斜，随着开采的延伸，作用于煤层底板的水压越来越大；隔水层的厚度及其岩性在剖面上又复杂多变，
16、断裂构造发育程度各不相同；采掘工程引起的应力转移，使作用于底板的强度和对其产生的影响及破坏也因地而异。因此，煤层底板突水机理复杂，很难预先查明，突水的概率也比较高。（3）岩溶陷落柱水害我国广泛分布的华北石炭二叠系煤层的基底存在着巨厚的奥陶系、寒武系灰岩含水层，在漫长的地质历史过程中形成了巨大的溶洞，上覆岩层垮塌后，便形成岩溶陷落柱。由于岩溶水水源丰富，水压高，陷落柱又具有隐蔽性，一旦采掘工程接近或揭露岩溶陷落柱时，就可能形成灾难性突水水害。该种类型的水害赋存条件孤立而隐蔽，事前难以探查发现，防治难度极大。（4）断层破碎带突水水害这种类型的水害既可能与煤层顶板含水层或底板含水层发生水力联系，也可能与老窑水发生联系，为矿井涌、突水提供导水通道，甚至提供充水水源（断层破碎带含水） ，为煤矿水害类型中最为常见的一类。它可以沿断层走向很长一段范围内普遍导水而引发水害，也可以局部的一小段甚至一个点导水而诱发突水。此类水害的预防和治理是非常困难和复杂的
