煤礦水害探查、防治實(shí)用技術(shù)應(yīng)用與展望

卜昌森

（山東能源集團(tuán)公司，山東省濟(jì)南市，250010）

1 引言

我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量與產(chǎn)量豐富，但我國(guó)一些產(chǎn)煤大省，如山西、河北等省，由于煤炭賦存水文地質(zhì)條件復(fù)雜，一些礦區(qū)煤礦開采過(guò)程中，受水威脅的面積、類型、威脅程度都是世界罕見的。近年來(lái)，隨著煤炭開采深度的加大，重特大透水事故時(shí)有發(fā)生，特別是在資源整合礦井內(nèi)部及其周邊廢棄小煤窯繁多，在煤礦開采過(guò)程中，極易溝通老窯積水，造成礦井透水事故。在煤礦突發(fā)事故 （除頂?shù)装迨鹿剩┰斐傻娜藛T財(cái)產(chǎn)損失中，水害事故僅次于瓦斯事故。煤礦水害事故還會(huì)導(dǎo)致圍巖侵蝕弱化，誘發(fā)次生災(zāi)害，水資源破壞，資源可采率降低，噸煤排水費(fèi)用居高不下。

因此，煤礦水害防治技術(shù)的研究與應(yīng)用，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)煤炭資源的安全、高效開采具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 我國(guó)煤礦水害類型、區(qū)域及事故特點(diǎn)

2.1 煤礦水害類型與分布區(qū)域

我國(guó)煤礦水害類型分為Ⅰ～Ⅵ，各水害類型對(duì)應(yīng)的分布區(qū)域?yàn)椋喝A北石炭-二疊紀(jì)煤田的巖溶-裂隙水水害區(qū) （Ⅰ類）；華南晚二疊紀(jì)煤田的巖溶水水害區(qū) （Ⅱ類）；東北、內(nèi)蒙侏羅紀(jì)煤田的砂礫巖裂隙水水害區(qū) （Ⅲ類）；西北侏羅紀(jì)煤田的砂礫巖裂隙水水害區(qū) （Ⅳ類）；西藏、滇西中生代煤田的裂隙水水害區(qū) （Ⅴ類）；臺(tái)灣第三紀(jì)煤田的裂隙-孔隙水水害區(qū) （Ⅵ類）。其中對(duì)我國(guó)煤礦威脅較為嚴(yán)重的水害是Ⅰ類和Ⅱ類水害。此外，煤礦還普遍面臨著老空水的威脅。

2.2 我國(guó)煤礦水害事故特點(diǎn)

為精確闡述我國(guó)煤礦水害事故特點(diǎn)，對(duì)“十一五”期間我國(guó)煤礦各類水害進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如下：

（1）“十一五”期間煤礦水害事故總體特征?！笆晃濉逼陂g我國(guó)共發(fā)生各類煤礦事故10339起，死亡人數(shù)16811人，見圖1。其中，水害事故發(fā)生306起，死亡人數(shù)1325人，見圖2。

圖1 煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖2 水害事故起數(shù)和死亡人數(shù)統(tǒng)計(jì)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與科技進(jìn)步，人們對(duì)煤礦水害事故的防控越來(lái)越重視，2005-2010 年期間水害發(fā)生頻率與人員傷亡呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)：事故起數(shù)從2005 年 的104 起 下 降 到2010 年 的38 起，死亡人數(shù)由2005年的593人下降到2010年的224人，分別下降63.5%和62.2%。

（2）不同所有制煤炭企業(yè)礦山水害特征?！笆晃濉逼陂g，我國(guó)不同所有制煤礦水害事故起數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖3所示，水害事故死亡人數(shù)如圖4所示。由圖3和圖4可知：國(guó)有重點(diǎn)煤礦＜國(guó)有地方煤礦＜鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦。鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦是水害事故的多發(fā)區(qū)，“十一五”期間鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦發(fā)生水害事故238起、死亡963人，分別占煤礦水害事故總數(shù)的77.8%和72.7%。因此，應(yīng)加強(qiáng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦科學(xué)規(guī)范化管理，以減少鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦水害事故的發(fā)生。

（3）不同水源引發(fā)的煤礦水害特征。通常水害類型主要是按照突水水源與通道進(jìn)行劃分。按照突水水源類型，可將水害類型劃分為大氣降水、地表水 （河流、湖泊、海洋）、沖積層水 （第三系與第四系松散層）、基巖水 （主要是地下承壓水）、老空積水；按照突水通道，可將水害類型劃分為陷落柱突水、斷層突水、封閉不良鉆孔突水、巖溶裂隙突水和沉積缺失天窗突水。

圖3 我國(guó)不同所有制煤礦水害事故起數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖4 我國(guó)不同所有制煤礦水害事故死亡人數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖5 五種水害類型發(fā)生起數(shù)

五種水害類型發(fā)生起數(shù)如圖5所示，死亡人數(shù)如圖6所示。由圖5和圖6可知：因地質(zhì)構(gòu)造誘發(fā)的煤礦突水占總突水的80%以上；在重大煤礦水害事故中，老空水與地表水對(duì)礦井安全生產(chǎn)威脅最大；在水害事故起數(shù)與死亡人數(shù)方面，老空水害分別占92.1%和89.7%，地表水害分別占5.0%和5.1%，其次是奧灰?guī)r溶水。因此，老空水、地表水與巖溶水是煤礦防治水工作的重點(diǎn)。

圖6 五種水害類型死亡人數(shù)

3 水文地質(zhì)異常體探查技術(shù)

開采深度不斷增加、礦壓顯現(xiàn)劇烈、水壓不斷升高、隔水層厚度降低等日益復(fù)雜的煤礦開采條件決定著水害仍是煤礦安全生產(chǎn)的巨大威脅。尤其由斷層、密集裂隙及 “陷落柱”等構(gòu)成的富水區(qū)域是一種復(fù)雜的水文地質(zhì) “異常體”，它常使多層隔水層遭到破壞，從而在水壓 （差）的作用下，產(chǎn)生直接向礦井突水現(xiàn)象。目前，針對(duì)復(fù)雜水文地質(zhì)異常體的探查技術(shù)主要有物探、鉆探和化探等方法。

3.1 物探技術(shù)

（1）三維地震勘探技術(shù)。煤礦開采過(guò)程中水害發(fā)生的一個(gè)致災(zāi)因素是煤層頂?shù)装逋凰?。引發(fā)煤層頂?shù)装逋凰闹饕刭|(zhì)構(gòu)造是斷層和陷落柱。三維地震勘探技術(shù)已成為煤礦生產(chǎn)中必不可少的物探手段，在很大程度上替代了傳統(tǒng)的地質(zhì)勘探方法，見圖7。煤田三維地震勘探的主要地質(zhì)任務(wù)是查明區(qū)域性煤層中的斷層或其他構(gòu)造分布情況。三維地震勘探具有大面積密集采集信息的優(yōu)勢(shì)，利用地震信息可以從平面和立體角度研究地層的構(gòu)造、巖性變化，從而對(duì)水文地質(zhì)異常區(qū)域做出判斷，為煤礦防治水工作提供決策依據(jù)。

山東能源臨沂礦業(yè)集團(tuán)王樓煤礦在煤礦水害防治工作中成功應(yīng)用了三維地震勘探技術(shù)。該礦的水文地質(zhì)條件極其復(fù)雜，受水害威脅嚴(yán)重。王樓煤礦二、三采區(qū)地層主要走向?yàn)镹NE，斷層走向以NNE及近SN 方向?yàn)橹?。同時(shí)，地面村莊房屋按東西方向整齊排列，因此三維地震探查線束取東西方向時(shí)，既符合束線布設(shè)原則，同時(shí)也利于數(shù)據(jù)采集。三維地震勘探觀測(cè)系統(tǒng)按八線八炮設(shè)計(jì)，共計(jì)44束測(cè)線束，探測(cè)王樓煤礦區(qū)域性水文地質(zhì)及富水異常區(qū)，為采煤工作面布置及回采提供依據(jù)。

圖7 三維地震勘探技術(shù)示意

（2）超高密度電法探查技術(shù)。超高密度電法探查技術(shù)示意圖如圖8 所示。超高密度電法測(cè)量原理：以圍巖和含水地質(zhì)構(gòu)造的電性參數(shù)差異為物理基礎(chǔ)，根據(jù)施加電場(chǎng)作用下的圍巖傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律，推斷工作面掘進(jìn)頭前方具有不同電阻率的地質(zhì)構(gòu)造情況。

超高密度電法測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)在工作面掘進(jìn)頭布置一定數(shù)量的電極，按照一定的序列，自動(dòng)供入直流電（A、B 電極），測(cè)量?jī)蓚€(gè)電極間 （M、N 電極）的電勢(shì)差，從而計(jì)算出視電阻率剖面。通過(guò)對(duì)視電阻率剖面進(jìn)行反演計(jì)算，得到工作面掘進(jìn)頭前方圍巖電阻率剖面。在電阻率剖面中，含水構(gòu)造表現(xiàn)為低阻，完整圍巖表現(xiàn)為高阻。最終，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面掘進(jìn)頭前方地質(zhì)構(gòu)造情況進(jìn)行探測(cè)的目的。

超高密度電法測(cè)量是目前探測(cè)富水區(qū)位置及其分布范圍等最有效的技術(shù)手段之一。山東能源棗礦集團(tuán)濱湖煤礦將超高密度電法測(cè)量成功應(yīng)用在煤礦水害防治工作中。該礦16號(hào)煤層直接充水含水層為十下灰，底板距奧灰頂界36.62～66.52m，平均51.58m，受區(qū)域構(gòu)造影響，煤層開采受水害威脅嚴(yán)重。對(duì)161集中材料巷采用超高密度電法探測(cè)底板富水異常區(qū)及斷層導(dǎo)水性，依據(jù)煤巖層電阻率值的大小，劃分正常區(qū)和富水異常區(qū)。對(duì)探測(cè)的富水異常區(qū)做好相應(yīng)的防治水準(zhǔn)備，以確保煤礦安全生產(chǎn)。

圖8 超高密度電法探查技術(shù)示意

（3）瞬變電磁探查技術(shù)。瞬變電磁法 （Transient Electromagnetic Method，簡(jiǎn)稱TEM）如圖9所示。瞬變電磁法工作原理：利用不接地回線向工作面前方發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng)，當(dāng)發(fā)射回線中電流突然斷開后，介質(zhì)中將激勵(lì)起二次渦流場(chǎng)，以維持在斷開電流以前產(chǎn)生的磁場(chǎng) （即一次場(chǎng)）。二次渦流場(chǎng)的大小及衰減特性與周圍介質(zhì)的電性分布有關(guān)，在一次場(chǎng)間歇觀測(cè)二次場(chǎng)隨時(shí)間的變化特征，經(jīng)處理后可得到地下介質(zhì)的電性、規(guī)模、產(chǎn)狀等，從而達(dá)到探測(cè)目標(biāo)體的目的。

瞬變電磁法應(yīng)用在煤礦水害探查中，主要可以探測(cè)前方水體或富水體的位置及規(guī)模，從而有效探明工作面掘進(jìn)頭前方圍巖體內(nèi)富水區(qū)位置、規(guī)模和導(dǎo)水構(gòu)造情況。

山東能源淄礦集團(tuán)埠村煤礦應(yīng)用瞬變電磁法對(duì)煤礦水害進(jìn)行探查。埠村煤礦9111工作面開采9＃煤層，受底板奧灰水威脅嚴(yán)重，采用瞬變電磁探測(cè)技術(shù)對(duì)9111工作面上出口和工作面運(yùn)輸巷進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)到9111工作面底板以下60 m 低阻異常區(qū)。

圖9 瞬變電磁探查技術(shù)示意

（4）地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)原理（Ground Penetrating Radar，簡(jiǎn)稱GPR）如圖10所示。通過(guò)發(fā)射天線將高頻電磁波送入探測(cè)體內(nèi)部，電磁波在傳播過(guò)程中遇到介電常數(shù)不同的層面發(fā)生反射和透射，接收天線收到反射波信號(hào)并將其數(shù)字化，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理后，可根據(jù)反射波的旅行時(shí)間、幅度、相位和頻率等判斷地下目標(biāo)體的空間位置和形態(tài)。

地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)比較靈活。在實(shí)際探測(cè)過(guò)程中，可根據(jù)煤礦水文地質(zhì)條件、巖層巖性等進(jìn)行近距離精細(xì)探測(cè)。山東魯能菏澤煤電公司郭屯煤礦應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)進(jìn)行煤礦水害探查。該礦主要充水含水層有侏羅系砂巖、3＃煤層頂、底板砂巖、太原組三灰和十下灰等，而3＃煤層頂、底板砂巖是開采3＃煤層時(shí)的主要充水水源。采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)帶式輸送機(jī)巷兩幫和拱頂0～30 m 范圍內(nèi)進(jìn)行探測(cè)，共實(shí)施6次探測(cè)，由探測(cè)結(jié)果劃分不同水害類型，為煤礦水害防治技術(shù)的實(shí)施提供依據(jù)。

圖10 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)示意

（5）鉆孔CT 探查技術(shù)。鉆孔CT 原理如圖11所示。借助醫(yī)學(xué)界X 射線斷層掃描的基本手段，結(jié)合巖體物理力學(xué)性質(zhì)的相關(guān)分析，采用射線走時(shí)和振幅來(lái)重構(gòu)巖土體內(nèi)部水體聲速值及衰減系數(shù)的場(chǎng)分布，通過(guò)像素、色譜、立體網(wǎng)絡(luò)的綜合圖像展示，達(dá)到直觀反映巖土體內(nèi)部水體賦存結(jié)構(gòu)的目的。

鉆孔CT 探查技術(shù)從側(cè)視視角對(duì)整個(gè)鉆孔孔壁進(jìn)行360°連續(xù)攝像，通過(guò)圖像特征對(duì)孔內(nèi)地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行定性描述和定量分析。該探查技術(shù)具有高分辨率、高井壁覆蓋率和直觀可信等特征。山東能源臨礦集團(tuán)田莊煤礦3605工作面受水害威脅，采用鉆孔CT 探查技術(shù)對(duì)富水異常區(qū)進(jìn)行探測(cè)，通過(guò)聲波在不同介質(zhì)中傳播速率的不同，得到鉆孔內(nèi)不同地質(zhì)體的幾何形態(tài)和物理特征，為進(jìn)一步采取有針對(duì)性的防治水措施提供了有力的技術(shù)支持。

圖11 鉆孔CT 探查技術(shù)示意

3.2 鉆探技術(shù)

為確保煤礦安全生產(chǎn)，根據(jù)前期物探圈定的富水區(qū)，在煤層開采期間仍需在物探的基礎(chǔ)上實(shí)施超前鉆探。超前鉆孔探查的目的：驗(yàn)證物探結(jié)果；揭露富水異常區(qū)，進(jìn)行控制性放水，并進(jìn)行水文地質(zhì)觀測(cè)，了解含導(dǎo)水構(gòu)造的水文地質(zhì)條件及水源聯(lián)系情況；利用鉆孔對(duì)威脅煤層安全開采的富水異常區(qū)進(jìn)行超前預(yù)注漿。

3.3 化探技術(shù)

化探技術(shù)可應(yīng)用于確定煤礦突水水源特征與分析地下水通道等方面?；郊夹g(shù)在確定地下水連通關(guān)系與連通強(qiáng)度、地下水運(yùn)移路徑、水文地質(zhì)參數(shù)估算等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。常用的化探技術(shù)有水質(zhì)分析（水源判別）、環(huán)境同位素分析 （水源判別）、放水性測(cè)量 （破碎帶）、離子示蹤試驗(yàn)等。

4 突水系數(shù)法預(yù)測(cè)煤礦水害

礦井水害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法眾多，本文重點(diǎn)介紹突水系數(shù)法預(yù)測(cè)煤礦水害。突水系數(shù)法在20世紀(jì)60年代被提出，是目前應(yīng)用最為廣泛的礦井水害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法。起初采用含水層水壓與隔水層厚度之比作為突水系數(shù)，后又考慮礦壓破壞作用，對(duì)突水系數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，將采動(dòng)破壞深度從隔水層厚度中去除。突水系數(shù)法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單，使用方便；缺點(diǎn)是突水系數(shù)依據(jù)淺埋、小斜長(zhǎng)工作面統(tǒng)計(jì)獲得，準(zhǔn)確度不足。

山東科技大學(xué)的學(xué)者通過(guò)多年實(shí)踐研究，提出了下三帶理論，將礦井底板劃分為礦壓擾動(dòng)帶、有效保護(hù)層帶與承壓水導(dǎo)升帶。并將下三帶理論應(yīng)用于煤礦突水預(yù)測(cè)工作中。下三帶理論優(yōu)點(diǎn)是考慮了采動(dòng)礦壓對(duì)底板的破壞和承壓水導(dǎo)升的影響；缺點(diǎn)是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，進(jìn)行定性分析，各帶無(wú)統(tǒng)一確定方法，力學(xué)本質(zhì)揭示不足。除上述理論外，還有零位破壞、隔水關(guān)鍵層、薄板結(jié)構(gòu)、巖-水作用關(guān)系等理論。但是，由于現(xiàn)場(chǎng)條件的復(fù)雜性以及理論的局限性，都沒(méi)有得到很好的應(yīng)用。

近年來(lái)，許多學(xué)者運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)、隨機(jī)理論、灰色理論方法、地理信息系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等開展底板突水預(yù)測(cè)的研究工作，極大豐富了突水預(yù)測(cè)方法。

5 煤礦水害防治技術(shù)

通過(guò)對(duì)水文地質(zhì)異常體的探查和煤礦水害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，為煤礦水害防治工作提供了重要依據(jù)。而采取有針對(duì)性的水害防治技術(shù)往往可以起到事半功倍的效果。常用的煤礦水害防治技術(shù)主要有疏水降壓、注漿改造、帷幕截流技術(shù)、注漿堵水、留設(shè)隔水煤 （巖）柱、帶壓開采等。

（1）疏水降壓。疏水降壓通常可分為全域全量疏水和局部限量疏水兩種。全域全量疏水是在工作面施工足夠數(shù)量的放水孔，盡終孔的能力疏放灰?guī)r水，使工作面的水位降低至安全水頭以下；局部限量疏水是在底板薄弱區(qū)進(jìn)行放水，使水頭降至安全值以下，該方法在水量上可以滿足要求，但水頭降低后的薄弱區(qū)由于通道依然存在，仍有突水的危險(xiǎn)。疏水降壓可實(shí)現(xiàn)以下目的：把充水含水層中的水進(jìn)行疏排，使富水含水層變?yōu)樨毸畬踊蚴韪?；通過(guò)疏放，降低含水層水位和作用在煤層底板的承壓水頭，實(shí)現(xiàn)不帶壓開采或在安全水頭壓力下開采。但是，疏水降壓是針對(duì)有限補(bǔ)給能力的含水層，主要是靜儲(chǔ)量疏干，對(duì)補(bǔ)給豐富的含水層則不太適用。疏水降壓方式主要有地表抽排、巷道揭露、井下鉆孔等。

疏水降壓技術(shù)在山東巨野礦區(qū)龍固煤礦、鄆城煤礦以及濟(jì)寧礦區(qū)王樓煤礦的頂板砂巖水與底板灰?guī)r巖溶水防治方面得到了廣泛的應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）注漿改造。隨著我國(guó)越來(lái)越多的煤礦進(jìn)入深部開采階段，煤礦面臨著高水壓、薄隔水層的威脅。為解決這個(gè)難題，注漿改造技術(shù)越來(lái)越受到科研工作者和技術(shù)人員的重視。注漿改造基本原理是漿液注入受注層，使受注層原來(lái)被水占據(jù)的孔隙或通道形成阻水整體，封閉突水水源與通道，從而實(shí)現(xiàn)改善隔水層的地質(zhì)條件、加固底板隔水層、提高隔水層的抗破壞能力目的。造漿可分為地面造漿與井下造漿，這兩種造漿都是十分高效的生產(chǎn)方式。自動(dòng)化與智能化注漿系統(tǒng)見圖12，這種方法也逐步投入使用。注漿改造技術(shù)取得的代表性成果主要有山東肥城礦區(qū)薄層石灰?guī)r注漿改造技術(shù)、河南焦作礦區(qū)底板含水層改造及隔水層加固技術(shù)、山東淄博礦區(qū)底板隔水層加固技術(shù)等，成功解放千萬(wàn)噸煤炭?jī)?chǔ)量，經(jīng)濟(jì)效果顯著。

圖12 自動(dòng)化與智能化注漿系統(tǒng)

（3）帷幕截流技術(shù)。隨著煤礦開采深度的加大、開采成本的增加，帷幕截流技術(shù)正逐漸在解放受水威脅煤層等方面推廣應(yīng)用，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。帷幕截流技術(shù)利用已有的阻水邊界，在承壓含水層周邊構(gòu)筑止水帷幕，截?cái)嗑飬^(qū)域徑流補(bǔ)給，改造井田含 （導(dǎo)）水構(gòu)造，保障下組煤安全開采，并解放受水威脅的煤炭資源儲(chǔ)量。山東肥城礦區(qū)白莊煤礦采用帷幕截流技術(shù)開展了四灰帷幕截流工程，成功解放下組煤炭資源儲(chǔ)量3.5 Mt。白莊煤礦帷幕截流工程如圖13所示。

（4）注漿堵水。注漿堵水是超前注漿改造的一種補(bǔ)充手段。對(duì)于涌水量不大的地層可先行通過(guò)，后注漿堵水；對(duì)可能發(fā)生大規(guī)模突水的地層，必須堅(jiān)持 “先治理，后開采”的方針。此外，注漿堵水難度和成本通常遠(yuǎn)大于超前注漿改造。山東巨野礦區(qū)郭屯煤礦采用注漿堵水技術(shù)成功封堵了帶式輸送機(jī)上山、總回上山等9個(gè)高壓裂隙涌水點(diǎn)；龍固煤礦主井井筒在穿過(guò)高壓、大水量含水層時(shí)，采用注漿堵水綜合治理方案，在止?jié){墊及井筒下掘施工期間，實(shí)際揭露井筒全工作面涌水量為0.8 m3／h，工作面上基本無(wú)水，井筒快速穿過(guò)了 “三灰”，由于注漿堵水后的水量極小，使井壁澆筑質(zhì)量明顯提高。

圖13 白莊煤礦帷幕截流工程示意

（5）留設(shè)隔水煤 （巖）柱。留設(shè)隔水煤 （巖）柱是指在水下、承壓含水層上或斷層附近采掘時(shí)，為防止地表水或地下水 （包括老窯積水）的潰入而留出一定寬度或高度的部分煤 （巖）層。在煤層露頭、采區(qū)邊界、突水通道邊界等處留設(shè)煤 （巖）柱，可提高隔水層厚度，滿足 《煤礦防治水規(guī)定》中突水系數(shù)要求，降低礦井突水發(fā)生概率。該方法通過(guò)提高巖層阻水性，預(yù)防突水事故的發(fā)生，但會(huì)降低煤炭資源的采出率。經(jīng)初步計(jì)算，僅蘇魯豫皖各省煤礦留設(shè)的松散層防水煤柱就有5Gt之多，形成了大量煤炭呆滯儲(chǔ)量，且長(zhǎng)期得不到開發(fā)利用。如何在確保生產(chǎn)安全的前提下，盡量縮小防水煤柱尺寸，解放更多的煤炭資源，是煤礦防治水科研工作者所面臨的一個(gè)重大課題。

（6）帶壓開采。帶壓開采即利用隔水層的有利條件，在不疏降或少疏降水壓、不改造或局部改造含水層、不加固或局部加固隔水層的情況下，實(shí)現(xiàn)安全采煤的目的。一般認(rèn)為，帶壓開采適用于底板具有一定厚度的隔水層或者采場(chǎng)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單、無(wú)直接貫通含水層的通道等條件。但是，需要對(duì)其阻水抗壓的性能做出評(píng)價(jià)，不但要評(píng)價(jià)其數(shù)量大小，而且還要評(píng)價(jià)其可靠性，從而得出巖體阻水、抗壓能力的安全儲(chǔ)備系數(shù)，如阻水系數(shù)或帶壓系數(shù)。帶壓開采技術(shù)一般與注漿改造技術(shù)、疏水降壓技術(shù)聯(lián)合使用。帶壓開采技術(shù)在山東肥城礦區(qū)、淄博礦區(qū)以及巨野礦區(qū)都取得了良好的應(yīng)用效果。

（7）煤礦水害綜合防治技術(shù)。煤礦水害綜合防治水技術(shù)是集水文地質(zhì)分析、水害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、突水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、水害防控、采礦設(shè)計(jì)于一體的綜合技術(shù)體系。該技術(shù)體系以實(shí)現(xiàn)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境利益最大化為目標(biāo)。任何一種防治水技術(shù)并非孤立存在，通常聯(lián)合使用。煤礦水害綜合防治水技術(shù)可在以下幾方面加以推廣：實(shí)施疏水降壓和集中可控排放，實(shí)現(xiàn)煤水共采；封堵奧灰向淺部含水層的補(bǔ)給通道，然后疏水降壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)受水威脅的煤層安全開采；利用注漿改造技術(shù)封堵水源與通道，將隔水煤柱安全采出。

6 煤礦水害防治技術(shù)展望

6.1 水害探查技術(shù)展望

水害探查技術(shù)包括地球物理探查、水文示蹤與水化學(xué)分析、鉆孔探測(cè)和工程原位實(shí)驗(yàn)等。隨著人類對(duì)水患發(fā)生機(jī)理認(rèn)識(shí)的深化，現(xiàn)有的水害探查技術(shù)方法將得到進(jìn)一步改進(jìn)或完善；新的、更有效的水害探查方法將把地質(zhì)或水文地質(zhì)過(guò)程當(dāng)做非線性、動(dòng)態(tài)、隨機(jī)的過(guò)程進(jìn)行探查，水害探查技術(shù)的準(zhǔn)確性將會(huì)大大提高。理想的水害探查設(shè)備與軟件系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)在高精度三維定位的基礎(chǔ)上，具有集自學(xué)習(xí)、解唯一性、精確定位、預(yù)測(cè)預(yù)警與防治水設(shè)計(jì)于一體，易于現(xiàn)場(chǎng)人員掌握等特點(diǎn)。其發(fā)展的必由之路包括提高信息利用率，發(fā)展精細(xì)物探技術(shù)，在煤礦水害分析方法上實(shí)現(xiàn)從定性分析到半定量分析，最終實(shí)現(xiàn)完全定量分析。

6.2 水資源保護(hù)與綜合利用技術(shù)展望

水資源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，是人類社會(huì)得以持續(xù)發(fā)展的保障。我國(guó)是一個(gè)煤炭生產(chǎn)大國(guó)，為了確保煤礦井下安全生產(chǎn)，必須排放大量礦井水。礦井水一方面可導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，嚴(yán)重威脅著礦井安全生產(chǎn)；另一方面，大量的礦井水外排，不僅對(duì)周邊環(huán)境造成污染，更是對(duì)水資源的巨大浪費(fèi)。因此，對(duì)數(shù)量可觀的礦井水進(jìn)行綜合利用，可提高水資源利用效率，減輕礦區(qū)環(huán)境污染壓力，有利于礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

未來(lái)礦井水綜合利用方向主要包括生產(chǎn)用水和生活用水。其中，生產(chǎn)用水又分為工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)用水。生產(chǎn)用水對(duì)水質(zhì)要求不高，一般礦井水經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單凈化處理即可滿足要求。礦井水作為生產(chǎn)用水時(shí)主要考慮以下幾方面用水：井下灌漿、降塵、采掘機(jī)械等井下用水；礦區(qū)綠化、道路灑水；鍋爐補(bǔ)充水；礦區(qū)建筑中水；洗煤廠補(bǔ)充水和熱電廠循環(huán)冷卻用水；施工用水；農(nóng)田灌溉用水等。

6.3 水害治理技術(shù)展望

綜觀我國(guó)煤礦水害治理技術(shù)現(xiàn)狀，可以看出在過(guò)去幾十年中，我國(guó)防治水工作者在對(duì)不同水文地質(zhì)條件探測(cè)、水害發(fā)生機(jī)理及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、水害治理等方面都探索出了一系列實(shí)用、有效、可操作性強(qiáng)的技術(shù)方法。其中有的已形成規(guī)范化工作程序，有的則形成了配套技術(shù)。水害治理技術(shù)應(yīng)重點(diǎn)在以下幾方面加以突破：

（1）新技術(shù)、新材料與裝備研發(fā)與應(yīng)用。新技術(shù)、新材料與裝備的研發(fā)與應(yīng)用之一，是將地下水、地?zé)?、瓦斯看做與煤伴生的資源，進(jìn)行煤-水-熱-氣共采，實(shí)現(xiàn) “變害為寶、一井多用”。同時(shí)，進(jìn)一步提高科研創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化能力，使更多高效防治水技術(shù)裝備投入使用，降低煤礦防治水成本。新技術(shù)的成功應(yīng)用將突破傳統(tǒng)突水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定體系，大規(guī)模解放受水威脅的煤炭資源，提高資源利用率。

（2）采用充填開采技術(shù)，預(yù)防突水事故的發(fā)生。充填開采技術(shù)目前主要包括矸石充填、 （似）膏體充填、高水充填和超高水充填開采技術(shù)。充填開采技術(shù)能夠有效抑制采場(chǎng)頂板覆巖下沉運(yùn)動(dòng)，顯著減小采場(chǎng)在采動(dòng)礦壓作用下底板破壞深度，避免構(gòu)造活化和垂向裂隙發(fā)育形成高壓巖溶突水通道，從而有效控制底板承壓水與頂板含水層，實(shí)現(xiàn)煤炭資源安全開采。

6.4 信息技術(shù)在煤礦防治水中的應(yīng)用展望

目前，信息技術(shù)在煤礦防治水決策中的重要性尚未在防治水領(lǐng)域內(nèi)達(dá)到共識(shí)。在生產(chǎn)和工程實(shí)踐中，往往存在著防治水決策信息缺乏和冗余兩種傾向，嚴(yán)重制約防治水工程的有效實(shí)施和防治水手段的科學(xué)運(yùn)用。

有些勘探工程本已揭露了某類水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，得到防治水信息。但由于參與信息加工的人缺乏經(jīng)驗(yàn)，使一些有價(jià)值的信息被忽略，結(jié)果導(dǎo)致重復(fù)勘探，造成了不應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)支出和浪費(fèi)。因此，信息技術(shù)有助于勘探工程的優(yōu)化。應(yīng)樹立煤礦信息資源概念，開發(fā)和利用好現(xiàn)有各類信息資源，使之更好地服務(wù)于煤礦安全生產(chǎn)。計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為煤礦信息資源的開發(fā)提供了有利條件，多渠道獲得的信息并非孤立的，通過(guò)數(shù)字同化處理后，進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，共同為煤礦水害防治工作提供技術(shù)支撐。同時(shí)發(fā)展煤礦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建信息采集-分析-決策機(jī)制，捕捉突水隱患與前兆等水害信息，實(shí)現(xiàn)避災(zāi)和災(zāi)前預(yù)警。

7 結(jié)語(yǔ)

煤礦水害一直是困擾煤礦安全生產(chǎn)的自然災(zāi)害。通過(guò)對(duì)煤礦水害類型的劃分與分布區(qū)域的分析可知，加強(qiáng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦科學(xué)規(guī)范化管理，是減少煤礦水害事故的重中之重。對(duì)于水文地質(zhì)異常體的探查，以及對(duì)煤礦水害的預(yù)測(cè)，為進(jìn)一步采取相對(duì)應(yīng)的煤礦水害防治技術(shù)措施提供依據(jù)。近年來(lái)，煤礦水害防治技術(shù)在多個(gè)方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，特別是物探技術(shù)的進(jìn)步為突水水源和通道精確探查奠定了基礎(chǔ)，但在垂向含導(dǎo)水構(gòu)造探測(cè)方面仍需加強(qiáng)。將水文地質(zhì)異常體探查技術(shù)、煤礦水害預(yù)測(cè)方法與煤礦水害防治技術(shù)有機(jī)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)煤礦防治水的理想效果。

礦井水資源的綜合利用，對(duì)煤炭產(chǎn)業(yè)綠色、可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。伴隨信息與數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，煤礦水害防治技術(shù)正逐步向數(shù)字化、信息化方向發(fā)展。

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