关键词矿井水害；矿井水；水文地质
中图分类号TD745文献标识码A文章编号1673-9671-（2013）012-0087-01
1矿井水害防治技术
矿井水害防治以“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”为基本原则，并根据矿井水害实际情况制定相应的“防、堵、疏、排、截”综合防治措施。
“预测预报”就是要在查清矿井水文地质条件的基础上，对矿井的水文地质类型、水害隐患、严重程度进行分析研究，并通过相应的水文地质条件进行分采区、分工作面评价，圈定安全区、临界危险区和危险区，并标注于相关图纸上，以排除开采活动的盲目性。“有疑必探”是指在预测预报的基础上，对没有把握的区域或块段采用物探、化探、钻探等方法和手段进行综合探查，以探明水害疑点或可疑作业区域。“先探后掘”是指在综合探查的基础上，在确保巷道掘进或（和）工作面回采没有水患威胁时，可实施掘进及回采作业。“先治后采”是指在综合探查的基础上对于有水害隐患区域，必须采取有针对性的措施，直到完全消除水害威胁后才能组织正常作业。
“防、堵、疏、排、截”五项综合治理措施，简单地讲，“防”就是对于矿井边界、导水断层、高压强含水层、导水陷落柱等一定要采取留设防水煤（岩）柱或通过改变采煤方法来预防，并对其他可能诱发矿井水害的水源、通道实施加固、隔离、阻断等措施；“堵”，即针对有安全隐患的矿井充水水源、涌水通道，必须超前进行注浆封堵，或对强含水层、隔水层进行注浆封闭或加固处理；“疏”主要指能疏干的充水源要坚决疏干，不能疏干的如华北型奥陶系灰岩水要结合安全带压开采上限要求，采用疏水降压等措施实现安全作业；“排”既指排水供水相结合，使矿区水资源得到综合利用，又指建立安全可靠的矿井排水系统；“截”即通过开挖沟渠，修筑堤坝、防水帷幕等截流措施，拦截地表河流、水库等地表水及松散层孔隙水。
在井下排水技术方面，已普遍采用了国产高效率离心式水泵，一些矿区已开始使用高扬程、大流量的潜水泵。除上述水害防治技术外，水害较大矿区都因地制宜地采用了井下放水、留设各种防水煤（岩）柱、修筑防水闸门等安全技术措施。
2水害防治基本技术路线
在矿井开发的不同阶段，由于任务不同，相应的防治水要求也不一样，一般的水害防治技术路线有以下3种：
1）矿井建设中或建井前，应进行矿井水文地质综合勘探，查清矿井的水文地质条件；预测评价矿井涌水量，进行矿井防排水系统的设计。在此基础上根据矿井的未来（如5年）采采计划制定矿井的总体防治水规划，确定不同阶段防治水项目。
2）开采过程中，应建立水害安全保障体系，包括物探探测仪器、钻探、注浆设备、排水设施、水闸门、水闸墙、防治水组织结构、安全避灾路线等，以及巷道掘进前方超前探测、采区采面精细探查，以查清掘进头、采区及工作面的水文地质条件，并对有灾水危险的工作进行突水监测，根据监测结果及时调整优化防治水方案，编写救灾预案。
3）闭井前或采矿完成后，要对矿井闭井安全条件进行评价，制定矿井关闭过程安全措施，监测拟关闭废井与邻近矿井水情水况，制定废弃矿井水防治措施，并将废弃矿井采空区准确地标绘在地质图、采掘工程平面图等图纸上，同时将相关资料报送上级管理部门进行备案。
3防综采工作面顶板水
1）综采工作面必须探放顶板水，否则不可回采。
2）事前要编制探放水措施。探放水孔布置在刮板输送机道上，并从开切眼起，按30、50、100m……的孔距向上连续布置，直至工作面的收作线为止。
3）探放水钻孔应尽量打在小断层、密集裂隙带或小褶曲的轴部。
4）钻孔深度要根据绘制的刮板输送机道地质剖面图确定，一般情况下，应达到煤层顶板垂直向上相当于采高12～20倍高度（2号煤层打到K9砂岩）。导水裂隙达到已采上层煤时，应打到上层煤（附录C）。
5）按己确定的孔位掘好钻机窝，加强支护，稳好钻机。
6）探放水孔的终孔直径不大于108mm，开孔后一定要下入孔口套管（不少于2m），并加以固定，安装好孔口闸阀，待水泥强固后，方可继续钻进。
7）正确的预计涌水量，并按预计涌水量准备好排水设施，如排水沟、排水管路、临时水仓及水泵等。
8）有条件时，必须开掘采区底板疏水巷，建立正规的临时排水系统，通过下平巷横贯各综采面湍水眼（孔），以使疏放水时使用。
4防开拓下山突水
绘制下山预想地质剖面图，标明含水层、断层位置。调查分析各含水层和断层带的富水性，弄清其侧压水头高度。预计下山可能出现的最大涌水量，据此安装好跟窝泵。对强含水层或含水断层，事前进行探放水，可同时进行疏干降压。
5采煤工作面探放顶板水
煤层顶板有含水层的顺序走向布置的各种采煤工作面，有下列情况之一者，必须探放顶板水；事前编制探放水措施，认真预计涌水量；刮板输送机道要有流水通畅的水沟或开拓下部采煤面“超前材料道”淌水眼；无自流淌水条件的工作面，要根据预计涌水量准备排水系统，预计水量大时，探放水钻孔口要下套管并安装闸阀控制放水。
6防钻孔水
1）事前查阅全部穿越煤层顶底板强含水层的钻孔封孔报告书或资料，判断封孔质量的可靠性。
2）对封闭不良的钻孔，要建立台账，并在采掘工作面与其接触前，采取措施进行处理。
3）对钻进煤层底板以下距离强含水层近的钻孔，经查明封孔不良，必须在地面重新套孔、扫封，并在回采前的20天处理完毕。
4）在地面无条件重封的钻孔，根据钻孔质量判定不清的钻孔，应圈出30m左右的警戒范围，当采掘工作面临近钻孔前，根据钻孔见煤点坐标，开掘专门探水巷道，用钻机探水，或留设防水煤柱。井下揭露的虚孔，要及时封堵，防止“滞后透水”。
5）对无封孔资料可查的钻孔，应按孔口坐标实地测出孔位，开挖孔口桩标，查看实际封口状况，未封者按封孔不良处理。
7防断层水
1）核准（包括补钻卡准）断层产状、断层性质和破碎带的范围，分析断层带的充水条件。
2）作地质剖面图，分析采掘工作面同断层带在空间上的相互关系。
3）坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采“原则，探水警戒线（起始点）从断层交面线100m，探水超前距不小于20m，终孔直径不大于89mm.
4）当采掘工作面接近落差大于或等于30m断层之前，要核查一次防水隔离煤柱的可靠性。
5）当井巷穿过可能导致水断层时，要缩小断面放小炮、小循环，最好用风镐小掘，并加强支护，严防冒顶、片帮、低鼓。掘过断层后，应及时按设计断面砌双墙碹灌浆，必要时用风镐坡底，砌反或底带并灌浆，防治“滞后透水”，在施工中不能使用锚杆。
6）预计断层突水时的最大涌水量，并核查排水能力。
对于采空积水区，必须认真核实图纸资料，严防漏填、漏绘。查明积水范围和水量，查明积水最低点与最高点的位置和标高，据此进行探放水设计。探水孔以透积水区最低点为主，两侧为辅，边探放水边监测水压、水量变化，切实掌握积水水位下降的速度和疏放水范围。发现水位下降缓慢或久放不降异常，需要找原因。若有水源补给，需先封堵水源再探放。对可能存在的“孤立区”或“滞留区”，应通过分析补打钻孔处理。
参考文献
[1]淮南煤炭学院.矿井地质及矿井水文地质[M].北京：煤炭工业出版社，1982.
【关键词】矿井水文地质特征；含隔水层；充水水源
0概况
红岩煤矿位于四川盆地与贵州高原接壤地带，川东弧形褶皱带的南端。由丛林区井田和红岩区井田两部分组成，东以木渡河为界与南川区苏家湾井田相临，南以丛林河为界与砚石台煤矿相临总体构造形态为单斜构造和向斜的组合。自然状态下区内存在两条分水岭，分为两个独立的水文地质单元；开采条件下，地下水流场发生改变，构成一个较完整的水文地质单元。
1矿井水文地质特征
含水层水文地质特征：
（1）二叠系中统栖霞组岩溶裂隙含水层
二叠系中统栖霞组（P2q）石灰岩，位于煤系顶部茅口组石灰岩之上，并与之整合接触，该岩层厚度稳定，平均厚度约230米，为深灰色厚层状石灰岩，夹少量沥青质泥岩，全区出各种形态的岩溶地貌均有出现，岩溶裂隙发育，泉水流量较大，富水性强。地下水位标高：529.81m，单位涌水量为：0.125升/秒・米～0.00247升/秒・米。含水层水补给源为大气降水和地下水。
（2）二叠系中统茅口组岩溶裂隙含水层
二叠系中统茅口组（P2m）石灰岩，上覆于煤系之上。为灰色、灰白色厚层状石灰岩组成，上部有一燧石结核层。最大厚度：185.0m，最小厚度：172.3m，平均厚度约179m。该岩层出露地表面积大，岩溶裂隙发育且厚度较大，时有暗河出现，泉水流量大，因此，该岩层富水性强。该岩层地下水位标高：529.81m，单位涌水量为：0.125升/秒・米～0.00247升/秒・米。茅口组（P1m）灰岩含水层水补给源为大气降水和地下水。
（3）二叠系上统长兴组上段岩溶裂隙含水层
二叠系上统长兴组（P3c），伏于龙潭煤组之下，为深灰、灰色厚层状石灰岩组成，含燧石团块；最大厚度：78.0m，最小厚度：58.0m，平均厚度约66.2m。该岩层在纵横向上的厚度稳定。该岩层出露地表，岩溶裂隙较发育，出露泉水少，但地下水位深度较大，该层地下水位深（约100m），单位流量0.129升/秒・米，地下水位标高305.11m，渗透系数1.643米/日，富水性强。随着深度增加，岩溶、裂隙发育程度逐渐减弱。该含水层水补给源为大气降水。
（4）二叠系上统龙潭组（P3l）煤系地层隔水层
二叠系上统龙潭组含煤段上部（P3l2）为黑色页岩、砂质泥岩夹深灰色生物碎屑石灰岩，中夹可采煤层K3a1、K3a2煤层；下部（P3l1）为黑色页岩、砂质泥岩、硅质石灰岩、铝土角砾岩，中夹主采煤层K1煤层。本层富水性、导水性极弱，为隔水层。
2构造对地下水的控制和影响
红岩煤矿处于川鄂湘黔隆起褶皱带与川黔南北构造带的结合部位，属燕山期形成的新华夏构造体系。矿区位于主干构造龙骨溪复式背斜北西翼的次级褶皱―鲜家坪背斜西翼和背斜东翼之丛林向斜两翼。其中丛林向斜两翼属丛林井田划定范围、鲜家坪背斜西翼属红岩井田划定范围。
丛林区就是一个强排泄点，包括木渡河以北（南川的小煤矿开采水平比红岩矿高）的地下水都向南排泄，也就是地下水流场发生了改变，地下水在很大范围都流向丛林区，因此导致红岩煤矿矿井水增大。
红岩煤矿矿区地貌属构造侵蚀的中低山地貌，含水灰岩、地形高差悬殊，为典型南方型岩溶喀斯特地貌。地表有切割较深的三条河流，木渡河、丛林河和孝子河，还有若干封闭溶蚀洼地，加之浅部小窑分布多，对煤层开采破坏严重，后期煤系地层及顶板塌陷多，形成了容易接受大气降水补给、地下水通道流畅的特点，特别是丛林区的南段（南翼），由于岩层倾角缓，更增大了含水灰岩在地表的出露面积，也就增加了大气降水补给的面积和汇水量。由于这些洼地较封闭，不利于地表水的排泄，只有渗透入地下，所以造成岩溶发育程度和深度增大，暗河增多。
构造对地下水径流的影响如图1所示。
图1区域构造控水示意图
3矿井充水因素分析
3.1充水水源
矿井充水水源主要有茅口灰岩岩溶水、长兴灰岩岩溶水；其次有丛林河地表径流水。经历年矿井涌水量资料分析，岩溶水占矿井总涌水量的93.5，其中：长兴水占14.0%，茅口水占79.5%，其它水量水占6.5%。丛林向斜轴部南侧的茅口水占了全矿井茅口水总量的80.3%，它是矿井充水主要水源，也是灾害性突水最主要的水源。另外，南翼井田范围内地方小煤矿的开采形成的大量采空水和闭坑矿井老窑水也是主要充水的补给源，这类水源主要是通过煤层及顶板页岩长期缓慢渗透进入矿井，一般不会进入煤层底板的茅口灰岩含水层参与水力交换。而煤层顶板的长兴灰岩含水层和底板的茅口灰岩含水层的补给源，经多年观测主要来自地表的几个大型汇水洼地，其中顶板长兴灰岩含水层的补给源主要集中在盖石沟一带，通过地面众多岩溶漏斗进行补给。而茅口灰岩含水层主要集中在大海孔地区，同样是通过地面众多汇水洼地岩溶漏斗进行补给。
3.2充水通道
红岩煤矿茅口灰岩地表出露面积广，喀斯特岩溶发育，溶洞、溶穴、漏斗、暗河广布，是矿井底板充水的主要通道。其次矿井煤层开采后，易产生塌陷，塌陷导水裂隙带达到长兴灰岩含水层，成为大气降水和长兴灰岩含水层水进入矿井的通道。三是矿井断层构造及裂隙非常发育，且多属于压扭性断层，在原始状态下一般不导水，采动影响造成原有的水力平衡被打破，部分构造裂隙导通含水层或采空区进入矿井。
4地下水的补径排关系
矿井补给水源有大气降雨、地表河流、地面洼地及地下暗河。其中大气降雨是最主要的补给水源，其次是地表汇水洼地和暗河，地表河流的补给则并不明显。
径流途径一般来说是：大气降雨汇集于洼地地表出露喀斯特漏斗、裂隙地下暗河井巷及采掘头面。
排泄条件总是遵循从上到下、从高到低和薄弱处溃出的原则，当岩溶裂隙和管道连通性较好时，突水点的初期流量则明显增大，且稳定性较好，直到补给源疏干为止。这类突水一般来说时间较短，但破坏极大，是煤矿灾害性突水的主要防范和研究对象。当岩溶裂隙和管道连通性较差时，则流量相对较小，其破坏性亦小，但持续时间较长。
5结论
5.1根据其赋存介质特征（地层时代、岩性、富水性等）将矿井范围内对采矿有影响的地下水主要含隔水层，划分为茅口组岩溶含水层、长兴组岩溶含水层、龙潭组煤系地层隔水层。
5.2矿井位于水文地质单元的排泄区，井下防排水受大气降雨及含水层出露条件影响大。井田内断层较发育，区内煤层厚度变化较大，断层控制程度稍差，对断层导水通道应特别重视，必须留设足够的防水煤柱，以免造成淹井事故。
5.3通过对井田水文地质条件、充水因素的分析，认为地下水是井田充水的主要水源，以底板岩溶充水为主的矿床。依据《煤矿防治水规定》，矿井水文地质类型为极复杂。
【参考文献】
[1]姜敏德.牛庄井田水文地质特征分析[J].中州煤炭，2012（7）：60-62.
Abstract：Inordertosolvetheproblemoftheminingareawaterresourcesshortage，improveresourceutilizationefficiencyofminewater，thispaperstartedfromtheoverallrequirementsof"security，conservationofresources，reducecosts，improvetheefficiencyofmanagementandcontrol"，analyzedsomeadvancedwatermanagementpracticesofMeihuajingmine，exploredasetofsuitablemodelofminewaterreuse，thatisroofdrainingwaterandtheotherkindsofdrainagehierarchicalutilizationmodel.Theresearchofthispaperhasimportantsignificancetopromotetheutilizationofminewaterresources.
关键词：水资源；矿井水；复用
Keywords：waterresources；minewater；reuse
中图分类号：TD742文献标识码：A文章编号：1006-4311（2016）30-0016-02
0引言
目前，在我国煤炭采出量中，95%以上以井工开采为主，在煤炭开采过程中将涌出大量的矿井水，受资金、技术和管理理念的限制，我国矿井水的利用率一直相对较低，平均仅为22%。水资源作为一种宝贵的基础资源，有力地支撑了国民经济和社会长期平稳较快发展。矿井水也是一种水资源，大量的矿井水被直接外排，不仅造成水资源的浪费，还将对周围的环境造成污染。因此，必须强化对矿井水的管理，使矿井水资源得到有效、充分的利用，才能彻底改变当前这种局面[1-2]。神宁集团梅花井煤矿作为一个现代化、数字化、智能化的矿井在矿井水管理和利用方面探索出了一条科学、合理的路子。
1梅花井煤矿矿井水管理分析
梅花井煤矿矿井水管理按照布局科学、高效便捷、先进实用、安全可靠的要求[3]，建成了主排水泵房监控、环境安全监测监控、综采工作面设备监测、通信联络等信息化系统，实现了矿井+850主排水泵房水泵远程“一键启停”、水泵房“无人值守”、环境安全信息“实时监控”和精细化管理系统，充分发挥了信息技术在矿井水管理中保障安全、节约资源、降低成本、提高管控效率的作用。梅花井煤矿矿井水管理的主要做法体现在以下四个方面：
1.1建设完善“四大系统”
按照《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》（国发〔2010〕23号）的精神，梅花井矿组织实施和完善了矿井水监测监控系统、供排水施救系统、紧急避险系统和通信联络系统。
建立健全了“四大系统”管理机构，配备管理人员、专业技术人员、值班人员和维护人员等，建立健全“四大系统”管理制度，明确责任。“四大系统”管理机构实行了24小时值班制度，当系统发出报警、断电、馈电异常、系统故障等信息时，及时上报并处理。
1.2推广矿井水监测系统“无人值守”
梅花井煤矿矿井水管理从“保障安全、节约资源、降低成本、提高管控效率”总体要求出发，于2013年对+850主排水系统和11采区排水系统进行改造，并配套建设完善关键部位以及各机房的通信联络系统和视频监控联动系统，实现了无人值守。
结合该矿的生产实际，在地面调度室使用远程集控，实现了+850主排水泵房水泵“一键启停”；+850主排水泵房和11采区取水泵房通过技术改造，均实现无人值守。
矿井排水系统实施无人值守改造后，共计核减现场岗位操作工人21名，实现了设备数据采集离散化，设备控制集中化、智能化的目标；做到设备操作在矿调度中心，减少了现场操作人员，提高了安全管控系数，充分发挥了信息化带动煤矿安全生产的作用。
同时对井下11个环形水仓，52个临时水仓安装自动监测排水设备，完成对小水泵自动监测改造工程。
1.3矿井水管理精细化
为实现对矿井水的监控，梅花井煤矿实施矿井水精细化管理系统，通过全方位、全过程控制，加强矿井水利用和控制，杜绝浪费，实现矿井水的控制、分析、考核一体化。
矿井水的精细化管理，精细到工程、精细到班组、精细到人员。在业务流程处理的过程中实现定额控制，复用率监控，超排放预警，自动统计，数据分析的功能，达到日事日毕、日清日高，在透明、公平、公正、公开的基础上进行考核，进而提高员工复用矿井水的积极性，节约资源、降低成本，实现双增双节的目标。
该系统充分考虑了先进性和实用性，系统具有良好的人机界面，系统与管理人员交互简单、明了，同时适合矿管理人员的操作习惯，为管理层提供个性化的图表。
1.4其他方面
一是致力于技术创新，与中国矿业大学、西安科技大学等国内知名院校加强技术合作与系统开发，在改进生产工艺、水文监测监控方面取得了一定突破，实践了产、学、研结合新路子。
二是成立了以矿长为组长，各专业负责人为成员的矿井水利用与控制工作推进领导小组，对矿井水管理进行规划，确定主要实施内容、资金投入、实施步骤、考核指标等。
三是建立健全矿井水管理的保障机制，同时强化新技术、新工艺的应用，努力做到排水、供水、生态环保的有机结合，确保矿井水的有效控制和利用[4]。
2梅花井煤矿矿井水复用模式探索[5-6]
结合矿井实际，梅花井煤矿逐步探索了一条符合自身特色的矿井水复用模式，即井下岩层顶板探放涌水+矿井各类排水分类分层次利用模式（如图1所示）。
2.1顶板探放涌水利用
根据地质勘探资料，梅花井煤矿在各回采工作面辅运巷及掘进巷道指定地点，沿回采或掘进方向以100m间距（局部受联络巷、调车硐室影响可调）施工顶板探放水钻孔，利用导水管将顶板涌水收集到专用的集水箱，这种首创的井下集水箱就是利用人工自制的铁制存储罐，实现转移、储存顶板探放涌水。集水箱收集的顶板涌水属于无污染的矿井水，被直接用于采掘工作面。其利用方式分两个方面，一是喷雾降尘，主要作为回采工作面或掘进工作面的洒水、井下各转载点的洒水以及各辅运巷、回风巷、运输巷的风流净化水幕；二是设备冷却，主要作为回采工作面三机冷却水使用。
2.2矿井各类排水利用
矿井的各类排水通过矿井污水处理系统处理后实现循环利用。复用方式集中体现在以下五个方面：
一是再造鸳鸯湖补水。梅花井煤矿周边有两个10000m2的人工湖，受干燥气候影响，湖水蒸发量较大。被处理的矿井水经环保在线监测系统检验合格后，为梅花井周边鸳鸯湖提供补充水，及时补充湖水量，从根本上改善周围生态环境系统，形成矿区“周围美化圈”。
二是井下消防、洒水。井下消防、洒水系统实际就是煤矿井下给水系统。为了满足井下防灭火和洒水需要，梅花井煤矿将矿井水并入井下消防洒水系统使用，极大地节约了水耗。
三是多功能胶体防灭火系统制浆用水。为了对矿井火灾进行有效地预防和在紧急情况下快速反应，迅速控制火灾，减少灾害损失，梅花井煤矿建立了一套多功能胶体防灭火系统，整套系统运行需要大量的水，矿井水用于该系统较好的解决了系统制浆用水的问题。
四是选煤厂生产补充水。由于梅花井煤矿选煤厂洗煤所用水量不断增加，造成水耗成本逐年上升。为解决选煤厂洗煤用水的问题，提高矿井水利用效率，实现节约资源、降本增效目标。根据现场实际情况，经过集团公司有关部门协调，决定从污水处理站至洗煤厂铺设一条Φ108mm的管路，完善现有管路系统，管路延伸至洗煤厂配水点，彻底解决洗煤厂洗煤用水的问题。
五是矿区生活用水。梅花井煤矿按照因地制宜、见缝插针的绿化原则。在围墙四周种植浓密的行道树，地下式的建构筑物上部覆土后种植草皮。利用矿区办公楼和联建楼前较大的面积作重点绿化，并配置花坛、草坪、绿篱、小品等，充分绿化和美化矿区环境。目前，矿区绿化面积1820m2，绿化系数20%。矿区生活用水方面，矿井水主要被用于矿区绿化用水，营造了优美和谐的生产生活环境，建成了矿区“中心美化圈”。另外，矿井水也被用于矿区的防灭火、景观喷水和道路的日常洒水等。
3小结
目前，我国矿井水的利用率不足30%，提高矿井水利用率是解决矿区水资源短缺的重要举措。只有不断提高矿井水管理水平，探索符合矿区实际的矿井水复用模式，才能实现矿井水价值的最大化利用。事实表明，矿井水资源化利用具有显著的环境效益、经济效益和社会效益，推进矿井水资源化利用已经成为行业共识。
参考文献：
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[4]武强.我国矿井水防控与资源化利用的研究进展、问题和展望[J].煤炭学报，2014，39（5）：795-805.