浅谈煤炭开采与水的关系

浅谈煤炭开采与水的关系

周龙刚1

（1．中国矿业大学，资源与地球科学学院，江苏徐州221008）

摘要：本文主要介绍了我国煤矿水害，其类型主要有：松散层水害、顶底板水

害、老窑水及采空区突水、地质构造水害、地表水水害等。分析了常见水害的

成因，并在此基础上探讨了煤矿水害的防治措置。同时介绍了煤矿开采对地下

水资源的破坏。

关键字：煤炭开采；煤矿水害类型；成因及防治；水资源破坏

Abstract: This paper introduced the coal mine water hazards types of our country.

The main types include: loose layer water hazards, roof and floor water hazards, old kilin water and god water hazards, geological structure water hazards, surface water hazards. Analyzed the cause of coal mine water hazards. Discussed the prevention and treatment measure of coal mine water hazards. Introduced underground water destroy by coal mining at the same time.

Keywords:coal mining; types of coal mine water hazards; cause and prevention water resource destroy

引言：

煤炭是我国主要的能源矿产，在我国一次能源生产和消费中的比例长期70%左右，我国2010年煤炭产量达32.4亿吨，全年能源消费总量32.5亿吨标准煤[1]。煤炭生产中会将大量地下水排出矿井，对水资源造成极大的浪费。从1949年到2004年，山西共挖煤约77亿吨，损失水资源达191亿吨，这相当于山西每年挖5亿吨煤，同时使12亿cm3的水资源遭到破坏[2]。我国人均淡水资源仅为世界平均水平的1/4、在世界上名列110位，是全球人均水资源最贫乏的国家之一[3]，因此水资源成为制约我国发展的一大要素。

我国是煤矿水害多发的国家，突水造成的直接经济损失一直排在各类煤矿灾害之首，煤矿水害给国家和人民带来的经济损失和人身伤亡极为惨重，如2005年8月7日，广东梅州兴宁市大兴煤矿发生特大透水事故，造成123名矿工遇难；2006年5月18日，山西省大同市左云县张家场乡新井煤矿发生特别重大透水事故，造成56人遇难，直接经济损失达5312万元。2011年9月16日，山西省朔州市山阴县中煤金海洋集团元宝湾煤矿（技改）综掘工作面发生透水事故，造成11人死亡。10月11日，黑龙江省鸡西市鸡东县金地煤矿发生一起透水事故，造成13人死亡[4]。在过去20年间有250多对矿井被水淹没，直接经济损失高达350多亿元[5]。

1 煤矿水害的类型

根据水害的成因，矿井突水的类型可分为顶板/底板突水、断层突水、陷落柱突水、老空区突水、钻孔突水等，另外还有地表水造成的水害。另外虎维岳等[6]水害类型基本可归纳为4种：主采煤层底板高承压岩溶水突水水害、主采煤层顶板砂岩及其松散层孔隙水透水水害、废弃小煤窑及老矿井采空区水溃水水害与地表水倒灌充水水害。

1.1 松散层水害

指冲积层中富水性强的含水层，如砂层、砂石层水在煤炭开采过程中溃人矿井而造成的灾害。在含水松散层或半胶结的富水含水层的开采过程中，存在着上覆含水层水溃入矿井的威胁。这种水害主要在开发初期对矿井最浅部的工作面影响较大。为了安全生产，设计部门往往留设巨大的防水煤柱，浪费大量的煤炭储量。如果在开采过程中，对防水煤柱实际留设的高度探测不细，或对开采上限控制不严，均可导致水溃入矿井造成事故。由于溃水来自上部，水势凶猛，自上而下冲入工作面，往往造成人员伤亡故。1.2 顶板/底板突水

顶板/底板突水是由于煤层采动过程中，影响到顶板或者底板中的含水层，从而引发的水灾害。从煤的成因来分析，煤层一般是在海洋和陆地的交汇处，在一定的环境下形成的。这种煤层形成的特点是严重受到海水涨潮和落潮的影响，煤层会直接覆盖到灰岩上面，而且煤层厚度较小，水就很容易进入孔隙或裂隙中，从而形成较大的含水层。一旦含水层形成以后，由于地质变动和沉积的作用，它会受到上覆岩层的挤压，致使水层下面孔隙和裂隙被压实而闭合,在很长时间内会处于平衡状态。这种平衡受到开拓、掘进或回采等采动影响,会导致含水层上下原有的孔隙或裂隙张开增大,甚至形成新的孔隙或裂隙通道,从而导致煤层和含水层之间形成漏水通道,发生透水灾害事故。

1.3 老窑水及采空区突水

老窑水是处在埋藏较浅、开采年代较久的煤层中的水，开采情况难以掌握，积水量和积水范围不清。因其中含有有害物质，一旦透水，易造成人身伤亡和财产损失。采空区积水是指矿井开采后的采空区或巷道内形成的积水，这种积水主要是由防火灌浆水、工作除尘水、转载机头除尘水以及上覆岩层漏水等形成的。当掘进或开采下水平或下分层时,接近积水区,在采动影响下，致使上采空区的积水通过孔裂隙通道而涌入掘进面或回采面而引发透水事故,造成工作面被淹,导致人员伤亡。

1.4 地质构造水害

造成地下采煤过程中突水的地质构造主要有断层与陷落柱。特别是张性的正断层，断层面相对破碎带相对疏松，如果该类型断层规模较大，导通强含水层（例如华北地区的奥陶系灰岩强含水层），则很可能发生突水事故。一般情况下，在断层交叉复合部位、尖灭端、拐弯处、向斜轴部、转折端及隐伏裂隙存在的工作面因应力集中,易造成底板破

坏突水,是预防的重点[7]。

另外一种容易引发突水事故的地质构造是岩溶陷落柱。陷落柱是岩溶空洞塌陷的产物，它是由于下伏易溶岩层，经地下水强烈溶蚀，形成大量溶洞，从而引起岩层失稳，向溶蚀空间冒落、塌陷形成的筒状柱体。岩溶陷落柱在我国华北石炭、二叠系煤田中普遍发育；其中以山西、河北两省更加发育。在水文地质条件复杂的矿区，岩溶陷落柱可能成为地下水的通道，给煤矿生产带来重大安全隐患。例如1984年6月2日，开滦范各庄煤矿2171综采工作面，因陷落柱沟通奥陶纪灰岩强含水层从而导致陷落柱特大淹井事故。

1.5 地表水造成的水害

这种地表水主要是指煤矿地表上的河流、湖泊、水库以及雨季的雨水等。这种水害主要是由于地下采动影响，造成地表孔隙、裂缝非常发育，甚至严重的会导致地表塌陷等，易与地表或矿区临近的河流、水库等地表水直接沟通。特别是在雨季季节，地表排水量能力不足，多余的雨水就会通过这些孔隙、裂隙直接进入井下巷道或工作面，如果矿井的排水能力不足，就会引发水害事故。如2007年7月,河南陕县支建煤矿“7·29”透水事故，主要是由于暴雨引发洪水，经露头铝土矿坑和矿井老巷渗入下，冲垮了三道密闭，导致井下+260 m水平巷道被淹。

2 矿井水害的成因

2.1小煤窑和采空区积水

许多小煤窑，掠夺式的非法超层越界下山开采，不仅破坏了国有煤矿资源的完整性和防水煤柱，同时留下了许多空区。这些小煤窑不仅能积水，而且破坏了国有煤矿防水煤柱，部分小煤窑直接与地表水体有水力联系或成为大气降水的入渗通道，给国有煤矿的安全生产带来极大威胁。由于采矿工程活动所诱发的突水事故防范措施不到位，特别是对于采空区积水和关闭废弃的小煤窑积水特征及其潜在的突水危险性认识不足，矿井关闭过程中的水文地质工作及其关闭后地下水活动条件的监测监控不到位，导致对废弃矿井采掘空间分布及其积水淹没情况不清楚，加之防水煤岩柱预留不足或缺乏必要的防水煤岩柱，从而形成了巷道掘进过程中直接或间接揭露采空区积水造成矿井突水灾害。这一类型突水往往突发性强，冲击力大，造成瞬间淹井和惨重的人员伤亡。

2.2地质构造探查不明

现有的针对隐蔽型导水构造的精细探查预测技术落后，装备不足。隐蔽型导水构造主要包括隐伏断层、局部构造破碎带、岩溶陷落柱及岩溶塌落洞等，它们是沟通矿区充水水源与矿井采掘工程之间的主要导水通道。在矿井采掘过程中必须超前探知该类隐伏导水构造并进行必需的治理和防范措施后才能进一步予以采掘。大量的突水事故出自掘