四、矿山水害及其防治技术

(一)矿井突水源及涌水特征

在矿山开采过程中，矿井突水水源主要有地表水、溶洞一溶蚀裂隙水、含水层水、断层水、封闭不良的钻孔水、采空区形成的“人工水体”等。

矿井水质分析方法有多种，其中用得较多的是重量法、容积法和比色法。重量法主要用于杂质含量较多的水样；容积法适用于中等杂质含量的水样；比色法适用于微量含量的水样。

1．大气降水为主要充水水源的涌水特征

这里主要指直接受大气降水渗入补给的矿床，多属于包气带中、埋藏较浅、充水层裸露、位于分水岭地段的矿床或露天矿区。其充(涌)水特征与降水、地形、岩性和构造等条件有关。

(1)矿井涌水动态与当地降水动态相一致，具明显的季节性和多年周期性的变化规律。

(2)多数矿床随采深增加矿井涌水量逐渐减少，其涌水高峰值出现滞后的时间加长。

(3)矿井涌水量的大小还与降水性质、强度、连续时间及入渗条件有密切关系。

2．以地表水为主要充水水源的涌水特征

地表水充水矿床的涌水规律有：

(1)矿井涌水动态随地表水的丰枯作季节性变化，且其涌水强度与地表水的类型、性质和规模有关。受季节流量变化大的河流补给的矿床，其涌水强度亦呈季节性周期变化，有常年性大水体补给时，可造成定水头补给稳定的大量涌水，并难于疏干。有汇水面积大的地表水补给时，涌水量大且衰减过程长。

(2)矿井涌水强度还与井巷到地表水体间的距离、岩性与构造条件有关。一般情况下，其间距愈小，则涌水强度愈大；其间岩层的渗透性愈强，涌水强度愈大。当其间分布有厚度大而完整的隔水层时，则涌水甚微，甚或无影响；其间地层受构造破坏愈严重，井巷涌水强度亦愈大。

(3)采矿方法的影响。依据矿床水文地质条件选用正确的采矿方法，开采近地表水体的矿床，其涌水强度虽会增加，但不会过于影响生产；如选用的方法不当，可造成崩落裂隙与地表水体相通或形成塌陷，发生突水和泥沙冲溃。

3．以地下水为主要充水水源的矿床

能造成井巷涌水的含水层称矿床充水层。当地下水成为主要涌水水源时，有如下规律：

(1)矿井涌水强度与充水层的空隙性及其富水程度有关。

(2)矿井涌水强度与充水层厚度和分布面积有关。

(3)矿井涌水强度及其变化，还与充水层水量组成有关。

4．以老窑水为主要充水水源的矿床

在我国许多老矿区的浅部，老采空区(包括被淹没井巷)星罗棋布，且其中充满大量积水。它们大多积水范围不明，连通复杂，水量大，酸性强，水压高。如现生产井巷接近或崩落带达到老采空区，便会造成突水。

(二)矿井导水通道及探测技术

矿体及其周围虽有水存在，但只有通过某种通道，它们才能进入井巷形成涌水或突水。涌水通道可分为地层的空隙、断裂带等自然形成的通道和由于采掘活动等引起的人为涌水通道两类。

1．自然导水通道

(1)地层的裂隙与断裂带。坚硬岩层中的矿床，其中的节理型裂隙较发育部位彼此连通时可构成裂隙涌水通道。依据勘探及开采资料，我们把断裂带分为两类，即隔水断裂带和透水断裂带。

(2)岩溶通道。岩溶空间极不均一，可以从细小的溶孔直到巨大的溶洞。它们可彼此连通，成为沟通各种水源的通道，也可形成孤立的充水管道。我国许多金属与非金属矿区，都深受其害。欲认识这种通道，关键在于能否确切地掌握矿区的岩溶发育规律和岩溶水的特征。

(3)孔隙通道。孔隙通道主要是指松散层粒间的孔隙输水。它可在开采矿床和开采上覆松散层的深部基岩矿床时遇到。前者多为均匀涌水，仅在大颗粒地段和有丰富水源的矿区才可导致突水；后者多在建井时期造成危害。此类通道可输送本含水层水入井巷，也可成为沟通地表水的通道。

2．人为导水通道

这类通道是由于不合理勘探或开采造成的，理应杜绝产生此类通道。

(1)顶板冒落裂隙通道。采用崩落法采矿造成的透水裂隙，如抵达上覆水源时，则可导致该水源涌入井巷，造成突水。

(2)底板突破通道。当巷道底板下有间接充水层时，便会在地下水压力和矿山压力作用下，破坏底板隔水层，形成人工裂隙通道，导致下部高压地下水涌入井巷造成突水。

(3)钻孔通道。在各种勘探钻孔施工时均可沟通矿床上、下各含水层或地表水，如在勘探结束后对钻孔封闭不良或未封闭，开采中揭露钻孔时就会造成突水事故。

3．导水通道探测技术

导水通道的探测分析技术主要有：

(1)用音频电穿透仪探测含水层与导水构造；

(2)用地震勘探仪和组合测井仪探测地质构造；

(3)通过地质构造检测水位；

(4)用同位素质谱仪对矿山地下水中环境放射性同位素3H、14C的能谱进行测定用以判断地下水年龄；

(5)用离子色谱仪、高压液相色谱仪对矿山地下水中常量、微量的离子进行分析。

(三)矿井防治水技术措施

1．地表水治理措施

(1)合理确定井口位置。井口标高必须高于当地历史最高洪水位，或修筑坚实的高台，或在井口附近修筑可靠的排水沟和拦洪坝，防止地表水经井筒灌入井下。

(2)填堵通道。为防雨雪水渗入井下，在矿区内采取填坑、补凹、整平地表或建不透水层等措施。

(3)整治河流。①整铺河床。河流的某一段经过矿区，而河床渗透性强，可导致大量河水渗入井下，在漏失地段用粘土、料石或水泥修筑不透水的人工河床，以制止或减少河水渗入井下。②河流改道。如河流流入矿区附近，可选择合适地点修筑水坝，将原河道截断，用人工河道将河水引出矿区以外。

(4)修筑排(截)水沟。山区降水后以地表水或潜水的形式流人矿区，地表有塌陷裂缝时，会使矿区涌水量大大增加。在这种情况下，可在井田外缘或漏水区的上方迎水流方向修筑排水沟，将水排至影响范围之外。

2．地下水的排水疏干

在调查和探测到水源后，最安全的方法是预先将地下水源全部或部分疏放出来。疏干方法有3种：地表疏干、井下疏干和井上下相结合疏干。

(1)地表疏干。在地表向含水层内打钻，并用深井泵或潜水泵从相互沟通的孔中把水抽到地表，使开采地段处于疏干降落漏斗水面之上，达到安全生产的目的。

(2)井下疏干。当地下水源较深或水量较大时用井下疏干的方法可取得较好的效果。根据不同类型的地下水，有疏放老孔积水和疏放含水层水等方法。

3．地下水探放

(1)矿井工程地质和水文地质观测工作。水文地质工作是井下水害防治的基础，应查明地下水源及其水力联系。

(2)超前探放水。在矿井生产过程中，必须坚持“有疑必探，先探后掘”的原则，探明水源后制定措施放水。

4．矿井水的隔离与堵截

在探查到水源后，由于条件所限无法放水，或者能放水但不合理，需采取隔离水源和堵截水流的防水措施。

(1)隔离水源。隔离水源的措施可分为留设隔离煤(岩)柱防水和建立隔水帷幕带防水两类方法。

①隔离煤(岩)柱防水。为防止煤(矿)层开采时各种水流进入井下，在受水威胁的地段留一定宽度或厚度的煤(矿)柱。防水煤(矿)柱尺寸的确定应考虑到含水层的水压、水量、所开采煤(矿)的机械强度、厚度等因素及有关规定，并通过实践综合确定。

②隔水帷幕带。隔水帷幕带就是将预先制好的浆液通过由井巷向前方所打的具有角度的钻孔，压入岩层的裂缝中，浆液在孔隙中渗透和扩散，再经凝固硬化后形成隔水的帷幕带，起到隔离水源的作用。由于注浆工艺过程和使用的设备都较简单，效果也好，因此国内外均认为它是矿井防治水害的有效方法之一。

(2)矿井突水堵截。为预防采掘过程中突然涌水而造成波及全矿的淹井事故，通常在巷道一定的位置设置防水闸门和防水墙。

5．矿山排水

矿山的排水能力要达到以下要求。

(1)金属非金属矿山。井下主要排水设备，至少应由同类型的3台泵组成。工作泵应能在20h内排出一昼夜的正常涌水量；除检修泵外，其他水泵在20h内排出一昼夜的最大涌水量。井筒内应装备2条相同的排水管，其中1条工作，1条备用。

水仓应由两个独立的巷道系统组成。涌水量大的矿井，每个水仓的容积，应能容纳2～4h井下正常涌水量。一般矿井主要水仓总容积，应能容纳6—8h小时的正常涌水量。

(2)煤矿。必须有工作、备用和检修的水泵。工作水泵的能力，应能在20h小时内排出矿井24h的正常涌水量(包括充填水和其他用水)。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70％。工作水泵和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25％。水文地质条件复杂的矿井，可在主泵房内预留一定数量的水泵位置。必须有工作、备用的水管。工作水管的能力应能配合工作水泵在20h小时内排出矿井24h的正常涌水量。工作水管和备用水管的总能力，应能配合工作水泵和备用水泵在20h内排出矿井24h的最大涌水量。

主要水仓必须有主仓和副仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。新建、改扩建或生产矿井的新水平，正常涌水量在1000m3／h以下时，主要水仓的有效容量应能容纳8h的正常涌水量。正常涌水量大于1000m3／h的矿井，主要水仓有效容量可按下式计算：

V＝2(Q+3000)

式中V——主要水仓的有效容积，m3；

Q——矿井每小时正常涌水量，m3。

但主要水仓的总有效容量不得低于4h的矿井正常涌水量。

采区水仓的有效容量应能容纳4h的采区正常涌水量。

(四)矿井水灾的预测和突水预兆

1．矿井水灾的预测

矿井水灾的预测是指矿井在开采前，根据地质勘探的水文地质资料及专门进行的水害调查资料，确定矿井水灾的危险程度，并编制矿井水灾预测图。

(1)矿井水灾危险程度的确定

①用突水系数来确定矿井水害的危险程度。突水系数是含水层中静水压力(kPa)与隔水层厚度(m)的比值，其物理意义是单位隔水层厚度所能承受的极限水压值。

②按水文地质的影响因素来确定矿井水害的危险程度。该方法是按水文地质的复杂程度将矿区的水害危险程度划分为5个等级。

(2)矿井水灾预测图的编制。根据隔水层厚度和矿区各地段的水压值，计算某开采水平的突水系数，编制相应比例的简单突水预测图，然后根据矿区突水系数的临界值，圈定安全区和危险区。水灾预测图的另一种编制方法是在开采平面图上圈定地下水灾的等级区域，据此制定最佳矿井规划和防治水害的措施，加强危险区域的监测，保证安全生产。

2．矿井突水预兆

矿井突水过程主要决定于矿井水文地质及采掘现场条件。一般突水事故可归纳为两种情况：一种是突水水量小于矿井最大排水能力，地下水形成稳定的降落漏斗，迫使矿井长期大量排水；另一种是突水水量超过矿井的最大排水能力，造成整个矿井或局部采区淹没。在各类突水事故发生之前，一般均会显示出多种突水预兆。

(1)一般预兆：

①煤层变潮湿、松软；煤帮出现滴水、淋水现象，且淋水由小变大；有时煤帮出现铁锈色水迹。

②工作面气温降低，或出现雾气或硫化氢气味。

⑧有时可闻到水的“嘶嘶”声。

④矿压增大，发生片帮，冒顶及底鼓。

(2)工作面底板灰岩含水层突水预兆：

①工作面压力增大，底板鼓起，底鼓量有时可达500mm以上。

②工作面底板产生裂隙，并逐渐增大。

③沿裂隙或煤帮向外渗水，随着裂隙的增大，水量增加。当底板渗水量增大到一定程度时，煤帮渗水可能停止，此时水色时清时浊，底板活动时水变浑浊；底板稳定时水色变清。

④底板破裂，沿裂缝有高压水喷出，并伴有“嘶嘶”声或刺耳水声。

⑤底板发生“底爆”，伴有巨响，地下水大量涌出，水色呈乳白或黄色。

(3)松散孔隙含水层水突水预兆：

①突水部位发潮、滴水且滴水现象逐渐增大，仔细观察发现水中含有少量细砂。

②发生局部冒顶，水量突增并出现流砂，流砂常呈间歇性，水色时清时混，总的趋势是水量、砂量增加，直至流砂大量涌出。

③顶板发生溃水、溃砂，这种现象可能影响到地表，致使地表出现塌陷坑。

以上预兆是典型的情况，在具体的突水事故过程中，并不一定全部表现出来，所以应该细心观察，认真分析、判断。

【例题】煤矿工作水泵的能力，应能在（）h小时内排出矿井24h的正常涌水量(包括充填水和其他用水)。

A. 15  

B. 18 

C. 20 

D. 24

【答案】C