摘要
水害是威胁煤矿安全生产的重要因素之一，随着煤矿开采深度逐步延深，水文地质条件变得愈加复杂，煤矿对水害的防治难度也随之加大。详细研究矿井开采受水害影响程度，对矿井防治水工作难易程度进行评价，实施有效的防治水措施是煤矿减少水害发生的重要手段。本文在充分研究矿井水文地质条件的基础上分析了矿井水害因素。研究认为：矿井受水害影响程度大的有老空水和地表水，防治水工作难度高，工程量大；对矿层充水影响程度较大的有断层构造水、钻孔水、岩溶水及矿层直接顶、底板水，防治水工作难度较高，工程量较大；其他水害对矿层充水影响程度较小，防治水工作难度较低，工程量较小。从而提出相应的防治水措施建议，促进煤矿的安全开采。
Abstract
Water hazard is one of the important factors that threaten the safety of coal mine production， and with the gradual extension of coal mining depth， the hydrogeological conditions have become more and more complex， and the difficulty of preventing and controlling water hazard in coal mines has also increased. It is an important means to reduce the occurrence of water hazards in coal mines by studying the degree of water hazards in mine mining in detail， evaluating the difficulty of mine water prevention and control， and implementing effective water prevention and control measures. In this paper， the factors of mine water hazard are analyzed on the basis of a full study of the hydrogeological conditions of the mine. It is concluded that the old empty water and surface water are greatly affected by water disasters in the mine， and the water prevention and control work is difficult and the amount of work is large. The water from the fault structure， the borehole water， the karst water and the direct roof and floor water of the ore layer have a great influence on the water filling of the ore layer， which is difficult to prevent and control water and the amount of work is large. Other water hazards have little impact on the water filling of the ore layer， and the difficulty of water prevention and control is low， and the amount of work is small. Therefore， the corresponding water prevention and control measures are put forward to promote the safe mining of coal mines.
0 引言
2020 年以来，全国煤矿先后发生 3 起重大水害事故、7起较大水害事故，共造成 82人死亡，同时发生多起水害涉险事故，充分暴露出煤矿水害防治工作仍存在诸多突出问题和薄弱环节（国家矿山安全监察局，2023）。为深刻吸取煤矿水害事故教训，切实加强煤矿防治水工作，本文根据狗场煤矿水文地质条件，分析了矿井水害类型，研究了矿井受水害影响程度，评价了矿井防治水工作难易程度，为有效防范遏制煤矿水害事故发生奠定了基础。
狗场煤矿位于贵州省紫云县城以北猫营镇狗场村南侧，行政区划隶属紫云县猫营镇所辖。井田水文地质单元大致为：西以红水河水系与北盘江水系分水岭为界，北与东以硐口河为界，南以新苑组、边阳组碎屑岩为界，在自然情况下矿区属于该水文地质单元的补给、径流区（张恩柱，2018①；图1），矿区处于独立的硐口地下河系统中，处于该地下河系统的补给区及径流区。地表水与地下水存在互补关系，流经可溶岩地层时常潜入地下补给地下水，经一段暗流后又以岩溶大泉或暗河的形式于河谷及可溶岩与非可溶岩接触处排出地表补给地表水 （黄志强和刘秀珍，2014）。
1 矿井受水害影响程度分析
通过现场实地调查研究和分析收集矿区以往地质及水文地质资料，矿井充水水源主要有地表水、孔隙水、裂隙水、岩溶水、老空水、顶板水、底板水、断层构造水和钻孔水等；充水通道主要有岩溶管道、节理裂隙、采矿冒落裂隙，断层裂隙带和未封闭钻孔等。充水方式为直接充水，矿床直接顶板岩溶含水层，通过开采冒落裂隙，其地下水将直接进入矿坑，成为矿床充水的直接水源。充水途径主要是在矿山开采过程中，井巷、采区揭露该层后，导致产生冒落带及导水裂隙带，从而使原有节理裂隙加大，并产生新的裂隙，即地下水通过冒落带及裂隙带从井巷顶、底、壁进入矿井（张恩柱，2018①）。狗场煤矿矿井水害类型及危害程度如下：
图1区域水文地质图
1—中三叠统边阳组；2—中三叠统新苑组；3—下三叠统紫云组；4—下三叠统夜郎组；5—上二叠统长兴组；6—上二叠统吴家坪组；7—下二叠统茅口组；8—下二叠统栖霞组；9—上石炭统马平群；10—断层；11—地质界线；12—产状；13—岩溶含水层；14—基岩裂隙含水层；15—地表分水岭；16—地下暗河；17—地下水流向；18—地表溪流；19—下降泉；20—矿区范围
1.1 老空水
煤矿整合前已对 M8 煤层进行了部分开采，形成一定的采空区，其采空区积水对矿井充水有一定程度的影响。
煤层露头线一带，老窑较多。根据访问了解，该区采煤历史悠久，但由于开采技术条件较落后，规模一般都比较小，开采深度不大，一般倾斜延伸在 20~60 m，老窑内都有一定量的积水。矿井在开采浅部煤层时，老窑积水对矿井充水有一定程度的影响。
根据煤矿提供老窑资料，矿区内存在老窑9个，分别为 LD1、LD2、LD3、LD4、LD5、LD6、LD7、LD8、 LD9，抽水井 1 个以及原龙场煤矿采空区。根据波兰M若勾兹提出的经验计算公式：
(1)
式（1）中：A 为淹没采空区平面投影（m2）；M 为已采煤层厚度（m）；C 为积水系数，取 0.322；α 为煤层平均倾角（°）。
经计算，老窑积水量共计35151 m3，详见老窑积水量统计（表1）。
表1老窑积水量计算统计
目前矿山已形成 5 个采空区，均位于矿区北西部1号勘探线与3号勘探线之间，1070水平以上，其主要积水量估算见表2（蒲霞，2020②）。
由于采空区易坍塌，地压对围岩破坏严重，采矿引起的冒落裂隙，均易诱发突水通道，这些采空区积水一旦涌入矿井，造成突水淹井安全事故，且具有如下特点：
表2矿山已形成采空区特征统计
（1）在短时间可能有大量的水涌入矿井，并夹泥、沙，来势猛，具有很大的破坏及危害性；
（2）当矿井与其它水源无联系时，可以疏干，若与其他水源有联系时，则可造成量大而稳定的涌水，危害更大（肖俊贤等，2014）。
因此，矿井有存在来自老空水突水的隐患，对矿层充水影响程度大。
1.2 地表水
矿区地表无较大地表水体，主要在溶槽地段发育小型季节性山区雨源型溪沟，大气降水后一般在暴雨后 2~5 h 暴涨，流量猛增，雨后水位迅速下降，流量变小，枯季甚至干涸。地表水的流量变化与降雨趋于一致性，即随降水量的增减而增减，滞后时间1~2 h不等，一般4~5 h多见。
矿区北部除发育有（三官屯—穿硐—小寨）一线自西向东径流的溪沟，其流量达28~110 L/s，且流经煤层露头及其顶底板（张恩柱，2018①）。应在该地段沿河流预留河流煤柱，防止其溪沟水通过裂隙带、冒落裂隙等途径进入矿井造成淹井事故。
自然条件下，地表水沿地表裂隙渗入地下，进入矿井增大矿井涌水量的可能性较小，但煤矿开采后，由于其矿床直接顶板及间接顶板均为岩溶含水层且结合冒落顶板破坏作用，有可能与煤系地层沟通引起地表水、地下岩溶管道水下渗，成为矿坑充水、突水水源，故要引起重视。因此，矿井有地表水渗入和倒灌的重大隐患，对矿层充水影响程度大。
1.3 孔隙水
分布于第四系地层分布区，受地貌控制，发育在沟谷岸坡及槽谷地带。岩性为冲积、洪积、坡残坡积物、腐质土等，由砂、砾、黏土及亚黏土等物质组成，厚 0~10 m。透水性强，渗透性好，含水性差。通常分散排泄于河谷溪流，对矿井危害程度较小。
1.4 裂隙水
基岩裂隙水主要赋存于上二叠统吴家坪组第二段（P3w2）、上二叠统大隆组（P3d）、中三叠统新苑组第二段（T2x2）泥岩、粉砂岩及中三叠统边阳组 （T2b）石英细砂岩、粉砂岩中。基岩裂隙水富水性弱，对矿井危害程度较小。
1.5 岩溶水
矿区碳酸盐岩类岩溶水主要赋存于中二叠统茅口组（P2m）、上二叠统吴家坪组（P3w）、下三叠统罗楼组（T1l）、紫云组（T1z），中三叠统新苑组第一段 （T2x1）、呢罗组（T2n）岩溶含水层中。上二叠统吴家坪组第三段（P3w3）为井田含煤地层。现由老至新叙述如下。
（1）中二叠统茅口组（P2m）：出露于矿区北部，未见底，仅出露第三段的一部分。岩性下部由灰、深灰色厚层—块状生物屑白云质泥灰岩、生物屑泥灰岩及蜓灰岩组成，厚度大于 100 m。是区域性岩溶含水层，为矿层间接底板，距矿层厚度大于300 m，对矿床充水影响程度较小。
（2）上二叠统吴家坪组（P3w）：地层厚度 425~550 m，平均 485 m。根据岩性组合特征分为三段，自下而上为P3w1、P3w2、P3w3，其中第一段及第三段为岩溶含水层。
第一段（P3w1）：出露于矿区北部，为灰、深灰色中厚层夹薄层泥晶-微晶灰岩、生物屑燧石灰岩夹浅灰色、黄色薄层泥质粉砂岩、长石粉砂岩。区内中上部夹 2 层煤线，厚 174. 00~205. 05 m，平均厚度 189.53 m。收集机井 1个（JJ1），位于矿区北部狗场村茅草坝组，其单位涌水量为0.1633 L/（s·m），渗透系数为 0.1319 m/d。地下水水质类型为 HCO3-Ca2+ 型水。该层为矿层间接底板岩溶含水层，其顶部距矿层厚度大于 150 m，且有相对隔水的吴家坪组第二段相隔，对矿层充水影响程度较小。
第三段（P3w3）：为灰、深灰色中厚层、厚层生物屑燧石灰岩及灰、灰褐及黄褐色薄层—中厚层粉砂质泥岩、粉砂岩、钙质砂岩、泥岩、硅质岩及煤层，夹煤层 2~4 层（M6、M7、M8、M9），厚 205~270 m，平均厚度254 m。其中含主采煤层1层，编号为M8煤层，位于吴家坪组第三段（P3w3）中下部。调查地下河出入口3个，岩溶大泉1个，流量9.12~430 L/s，均分布于矿区北东部，结合矿山生产实际情况，反应该层浅部（矿区北部、北东部）岩溶现象异常发育，而深部岩溶现象相对较少。深部揭露 ZK101 孔注水试验成果，其单位涌水量0. 0055 L/（s·m），渗透系数为 0. 00292 m/d。据 S1 水质化验成果，其 pH 值为 7.54，地下水水质类型为 HCO3-Ca2+ 型水。该层为矿层直接顶、底板岩溶含水层，对矿层充水影响程度较大。
（3）下三叠统罗楼组（T1l）：岩性为灰色薄—中厚层泥晶灰岩、灰岩为主，夹同色薄层泥灰岩、泥岩，局部夹少量角砾状砾屑灰岩；底部 10~20 m 为灰、灰绿色薄—中层钙质泥岩、泥灰岩夹粉砂质泥岩及页岩。厚 16. 03~97.26 m，平均厚 51.62 m，为矿层间接顶板岩溶含水层，对矿层充水影响程度较小。
（4）下三叠统紫云组（T1z）：下部以深灰、灰色中厚层—块状角砾状砾屑灰岩、薄层灰岩、泥晶灰岩及肉红色薄层泥质条带灰岩为主，夹钙质泥岩，厚 83.38~104.99 m，平均厚 97. 03 m。为矿层间接顶板岩溶含水层，对矿层充水影响程度较小。
（5）中三叠统新苑组第一段（T2x1）：下部为灰、深灰色薄层硅质岩、燧石灰岩、泥质条带灰岩及瘤状灰岩，夹粉砂质泥岩、泥岩；上部以灰、灰黄色薄层钙质泥岩为主，夹薄—中厚层泥灰岩及瘤状灰岩。厚 17. 01~97.37 m，平均厚 65.83 m，为矿层间接顶板岩溶含水层，对矿层充水影响程度较小。
（6）中三叠统呢罗组（T2n）：岩性为一套灰及紫色薄—中厚层瘤状灰岩及泥灰岩，夹灰色及紫红色薄层钙质泥岩，厚30.39~41.86 m，平均厚36.13 m。为矿层间接顶板岩溶含水层（张恩柱，2018①），对矿层充水影响程度较小。
1.6 断层构造水
狗场煤矿位于牛场坡背斜南端，构造总体呈南北向展布，褶皱以宽缓状的背斜为主。背斜轴走向近 350°，区内轴部出露最老地层为吴家坪组（P3w），翼部出露最新地层为边阳组（T2b），轴部附近地层产状变化较大，节理、揉皱发育。
在矿区中部见断裂构造（F4断层），位于矿区范围内中部半坡与木叶寨之间，断层延伸约900 m，倾向 285°~295°，倾角 65°~70°。断层落差约 15 m，见破碎及变形现象，破碎带宽 5~15 m（张恩柱， 2018①）。
矿山主要开采及先期开采地段位于牛场坡背斜及F4断层西翼。由于矿层直接顶、底板和间接顶底板均为岩溶含水层，F4 断层附近、牛场坡背斜核部附近岩石破碎、变形及节理、柔皱发育，将形成岩溶地下水天然径流通道。在矿山未来开采接近 F4 断层区域以及牛场坡背斜核部周边时，需特别防范岩溶构造中的裂隙储水带可能发生的突水现象，并警惕这些构造裂隙作为水流径流通道向矿坑内充水的风险。因此，断层构造水对矿层充水影响程度较大。
1.7 陷落柱水
目前矿区尚未发现岩溶陷落柱，因此，陷落柱水对矿井危害程度较小。
1.8 钻孔水
矿区勘查过程中业主未要求进行钻孔启封试验。如果有封闭不良钻孔存在，可能成为沟通地表水、地下水与矿井的通道（唐娟，2015）。因此，钻孔水对矿井危害程度较大。
1.9 顶板水和底板水
顶板水和底板水包括矿层直接顶板水、底板水或间接顶板水、底板水。中二叠统茅口组（P2m）岩溶水为矿层间接底板水，对矿床充水影响程度较小；上二叠统吴家坪组第一段（P3w1）岩溶水为矿层间接底板水，对矿层充水影响程度较小；上二叠统吴家坪组第三段（P3w3）岩溶水为矿层直接顶、底板水，对矿层充水影响程度较大；下三叠统罗楼组 （T1l）岩溶水为矿层间接顶板水，对矿床充水影响程度较小；下三叠统紫云组（T1z）岩溶水为矿层间接顶板水，对矿床充水影响程度较小；中三叠统新苑组第一段（T2x1）岩溶水为矿层间接顶板水，对矿床充水影响程度较小；中三叠统呢罗组（T2n）岩溶水为矿层间接顶板水，对矿床充水影响程度较小。
2 矿井防治水工作难易程度评价
2.1 地表水防治
在地面修筑截排水沟，增设排水设备；在落水柱周围修筑防水沟渠，保证地表水流入排水沟，可能引起地表水渗入井下的各种通道，如地裂缝、废弃小窑、井筒等，用黏土或水泥进行堵填，防止地表水的渗入；雨季和洪水季节按雨季三防要求，专人专管，采取排、截、疏水措施，防止地表水流入井下。其防治水工作难度高，工程量大。
2.2 老空水防治
针对老空区积水，设计在积水区域相邻区段及下伏煤层进行采掘作业前，主要防水措施：（1）采用探放水措施对上述积水进行疏放，疏放泄压后再进行采掘作业；（2）留设防隔水煤（岩）柱，掘进期间要严格按照规定执行探放水工作，加强对老空区实际情况的探查，进一步查清老空区的分布情况和积水情况，及时采取有效的防治水措施。其防治水工作难度较高，工程量较大。
2.3 钻孔水防治
矿区范围内共施工钻孔13个，这些钻孔虽然都按施工规范要求封孔，但也可能存在封闭效果不良的情况，有可能导通地表水及上、下含水层成为矿井的直接充水通道。因此，在开采过程中，接近钻孔时，应严格规范操作，进行探水，防止意外事故的发生。其防治水工作难度较低，工程量较小。
2.4 顶、底板水防治措施
矿井内主要含煤地层含风化岩溶水，富水性强，为矿井的直接充水含水层。矿床充水通道主要以岩溶裂隙为主，因此矿井充水方式主要以顶板淋水、渗水为主，主要防水措施是采取超前疏放。防治水工作难度较高，工程量较大。
2.5 断层构造水防治措施
在矿山开采至F4断层附近、牛场坡背斜核部附近时，应防范岩溶构造裂隙储水带突水及构造裂隙作为径流通道向矿坑进行充水，主要防水措施是留设防隔水煤柱。其防治水工作难度较低，工程量较小。
3 结论及建议
3.1 结论
矿井受水害影响程度大的有老空水和地表水，防治水工作难度高，工程量大；对矿层充水影响程度较大的有断层构造水、钻孔水、上二叠统吴家坪组第三段（P3w3）岩溶水及矿层直接顶、底板水，防治水工作难度较高，工程量较大；其他水害对矿层充水影响程度较小，防治水工作难度较低，工程量较小。
3.2 建议
（1）矿井应编制矿区水害防治中长期规划、年度水害防治规划和水害应急预案，建立水害预测预报制度。
（2）持续观测“三带”发育高度。当导水裂隙带范围内的含水层或老空积水影响安全开采时，必须超前探放水并建立疏排水措施（曾广斌，2011）。
（3）开展水害预测分析，并制定相应综合防治水措施。
（4）严禁在各种防隔水煤柱中采掘。
（5）矿井雨季前必须对水仓进行清理、水泵排水联合试运转，并编制联合试运转报告。
（6）矿井在采掘过程中应定期收集、调查和核对废弃的采空区情况，并在井上、下对照图上标出其位置、开采范围、积水情况等，查清采空区分布范围、积水情况，按要求留设保安煤柱。
（7）矿井应当与气象、水利、防汛等部门进行联系，建立灾害性天气预警和预防机制。煤矿应当及时掌握可能危及煤矿安全生产的暴雨洪水灾害信息，密切关注灾害性天气预报预警信息，及时掌握汛情水情，采取安全防范措施（李博和余敏，2012）。
（8）矿井应当安排专人负责对本井田范围内涉及的周边关闭矿井、地面塌陷坑、采动裂隙以及可能影响采区安全生产的地表水体等重点部位进行巡视检查。当接到暴雨灾害预警信息和警报后，应当实施 24 h不间断巡查，在矿区每次降大到暴雨的前后，派专业人员及时观测采区涌水量变化情况 （李博和余敏，2012）。
（9）矿井在雨季前全面检查防范暴雨洪水引发事故灾难防范措施的落实情况，对检查出的事故隐患，落实责任，并限定在汛期前完成整改（李博和余敏，2012）。
（10）矿井的采区及井田边界均留设隔离防水煤柱。
（11）对因采动影响而可能导水的断层留设断层防水煤柱。
（12）井下设水沟等排水系统，并确保足够的排水能力，配备足够的探放水设备及注浆堵水设备。
（13）对未封闭好的钻孔根据具体情况采取重封、留设防水煤柱、探放水等措施。
（14）采掘工作面或其他地点发现挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底板鼓起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等突水预兆时，必须停止作业、采取措施，立即报告矿调度室，发出警报，撤出所有受水害威胁的人员至安全地点后，再通过各安全出口到达地面。
致谢 衷心感谢同作者一道开展狗场煤矿受水害影响程度研究及防治水工作难易程度评价工作的项目组全体成员和审稿人提出的修改建议！
注释
① 张恩柱.2018. 贵州万峰矿业有限公司紫云县猫营镇狗场煤矿 （预留）资源储量核实及勘探报告[R]. 北京：中矿鑫航（北京） 矿业咨询有限公司，89‒90，92‒95，97‒98，100，101.
② 蒲霞.2020. 贵州万峰矿业有限公司安顺市紫云县猫营镇狗场煤矿（兼并重组）初步设计[R]. 贵阳：贵州欣鼎盛矿山技术咨询有限责任公司，220‒221.
