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矿山地下水灾害及其防治
作者：黄邦杰 伍超 蒋慧超 来源：《中华建设科技》2013年第03期
【摘 要】本文介绍了矿山地下水害的主要表现形式，简略论述了矿山地下水害的防治方法。这些水害防治技术已在多个水害严重矿山得到有效应用，值得国内类似矿山借鉴。 【关键词】矿山水害；矿井突水；地面塌陷；防治水 1. 引言
我国是矿山水害的高发地区。各种类型的地表水或地下水，通过一定的渗透通道，涌入或突入采掘工作空间，影响矿井的正常生产，甚至造成淹井、淹中段水平的重大事故，在我国目前各类地下矿山的开采过程中还时有发生。矿井突水是严重威胁井下工作人员生命安全的矿井灾害之一。据统计，我国受水害威胁的矿井，仅煤炭矿井就有200多个，核定生产能力超过1000×104t/a。这些矿井大多集中分布在河北、河南、山东、安徽等6省的开滦、焦作、淄博、淮南等矿区。这些矿区大多属石炭二叠系煤系地层，基岩为奥陶纪或寒武纪石灰岩的富水岩层，水文地质条件复杂，而且这些矿区的开发历史悠久，浅部煤层开采的老煤窑星罗棋布，加上近年来新出现的小煤窑，给矿区的防治水工作带来了极大的困难。因此，划分矿山地下水害类型，并针对不同类型的矿山水害提出相应的防治措施对防治矿山防水工作有一定的意义。 2. 矿山地下水灾害的主要表现形式
矿山地下水灾害的表现形式主要有以下几种：
2.1 矿井突水。矿井突水是因井巷、工作面与含水层溶洞、溶穴、陷落柱、构造破碎带等接近或沟通而突然产生的出水事故。矿井在掘进或工作面回采过程中，破坏了岩层天然平衡，周围水体在静水压力和矿山压力作用下，通过断层、隔水层和岩层的薄弱处进入采掘工作面，形成矿井突水。矿井突水这一现象的发生与发展有一个逐渐变化的过程，有的表现很快一、二天，有的表现较慢采掘后半个月或数日，这与工作面具体位置、采场地质情况、水压力、矿井压力大小有关。在采矿过程中，由于地下水大量涌入矿山坑道，往往使施工复杂化和采矿成本增高，严重时甚至威胁矿山工程和人身安全。由于其发生突然和出水量大的特点常常影响生产或淹井，而且突水后还要负担巨大排水费用，采矿和矿井安全都受到严重威胁，有时候甚至会造成直接的矿区报废，不能继续开采，给经济和资源利用方面造成严重的损失。
2.2 地面塌陷。岩溶矿床疏干排水后，地表往往产生塌陷，煤炭、金属、化工及核工业等矿山都存在这样的例单个塌陷的空间体积最大达5万m3，塌陷影响范围大者可达数十平方公里；塌陷点数量一般在数百个以上，多者可达数千个。塌陷对矿山建设及周围环境的危害极大，塌陷发展到水域区，会增加矿井地下水的补给，影响采矿作业正常、安全进行；塌陷还会
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造成大面积范围内的工民用建筑、交通、农田、水利设施和区域环境破坏，并呈日趋严重之势。水口山铅锌矿、凡口矿、铜录山矿、安庆铜矿、新桥硫铁矿大广山铁矿等均遭受过塌陷之苦。
2.3 破坏水资源。疏干排水为矿山主要防治水手段时，矿坑即成为所处地下水单元的最低排泄区，从而改变了天然地下水流场，不仅补给区的地下水不断补给矿坑，而且排泄区的地下水或地表水又反向补给矿坑。同时，通过地下水分水岭外移及地面塌陷等又产生新的补给源，当矿坑排水量大于地下水单元的补给量时，矿区地下水流场平衡关系即被打破，导致地下水位不断下降，甚至水资源枯竭（停采后也很难恢复）。其后果是地貌景观改变，泉、河断流，矿区工农业生活用水得不到保证。如济南铁矿疏干奥灰水，曾使泉城的趵突泉断流；王凤煤矿对奥灰水进行大口径群孔抽水，造成矿区缺水，居民用水十分紧张。
2.4 井下泥石流。矿床疏干或巷道揭露破碎带时，常伴有泥砂随水涌入矿井，发生泥石流事故，它不仅摧毁设备甚至可能造成人身事故。如煤炭坝矿多次发生泥砂冲溃现象，最大一次泥砂量达8000m3；高峰锡矿、三山岛金矿也因巷道直接揭露断裂破碎带而发生流砂溃入矿井事故。大水孔隙矿床也易发生流砂冲溃，如姑山铁矿在一次突水管涌以后，曾产生流量达300m3/h的泥石流。 2.5 其它水害形式。
（1）滑坡。露天采矿时，由于流砂、淤泥层、断裂等软弱结构面的存在，在地下水渗流潜蚀作用下，易导致边坡不稳，产生滑坡。如姑山铁矿、石录铜矿均发生过滑坡事故。 （2）片帮、崩落。巷道、采场遇含水的松散岩体或有软弱结构面的岩体时，在地下水的动水压力作用下，巷道侧帮、顶板易发生片帮、崩落事故。
（3）海水入侵。海边采矿时，在含水构造的导通下，易发生海水入侵现象，从而破坏水源地。如三山岛金矿总涌水量中，海水即占60%以上。其它如酸水、热水涌入矿井导致的水害，也应引起高度重视。 3. 矿山地下水灾害措施
3.1 矿井突水防治措施。矿井突水的防治，应该从地面和井下两个方面采取措施。 3.1.1 地面防治水。 为了防止或减少大气降水和地表水涌入工业场地，通过渗漏区或井口进入井下，必须认真做好防治水工作。地面防治水是预防矿井水灾的第一道防线，对于以大气降水和地表水为主要涌水水源的矿井来说尤为重要。要做好地面防治水工作，首先要掌握地表水的性质、特点及变化规律，其次要掌握本矿区的地形地貌及当地气候条件，要研究确定防治水措施及防排水工程。地面防治水有以下六种措施：排泄山洪、排放积水；疏干或迁移地表水源；加固河床堵渗漏，灌注浆液堵通道；充填、平整注地；在井口和工业场地上游的有利地形建筑水库，雨季前把水放到最低水位，以争取最大蓄洪量，减少降雨对矿井的威胁；加强地面
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防水工程的检查。在雨季到来之前，对地面防水工程应做全面检查，发现问题及时处理。此外，在雨季期间还应做好防洪宣传组织工作，充分发动群众，以便有领导、有组织、有计划地同洪水做斗争。 3.1.2 井下防治水。
（1）查明水源和通道。为了查明水源和可能涌水的通道，应掌握以下情况：冲击层的组成及厚度，各分层的含水性及透水性；裂隙和断层的位置、错动距离、延伸长度、破碎带范围、含水情况和导水性能；含水层与隔水层的位置、数量、厚度，各含水的涌水量、透水情况及其与开采煤层的距离；老窑和现在正开采的小煤窑的位置分布、开采范围、开采深度和积水情况，废弃钻孔和处理情况等；开采过程中，围岩破坏及地表塌陷情况，观测岩层垮落带、断裂带、沉降弯曲带的高度及其对涌水的影响。
（2）做好水文观测工作：收集当地气象、降水量和河流水文资料；查明地表水体的分布、水量的补给、排泄条件：通过探水钻孔和水文观测孔，观测各种地下水源的水位、水压和水量变化，分析水质查明矿井水的来源及其补给关系；观测矿井涌水量及其季节性变化规律等。
（3）井下探水。坚持“有疑必探，先探后掘”的探放水原则。
（4）疏放水。疏放水就是在探明矿井水源之后根据水源的类型采取不同的疏放水方法，有计划、有准备地将威胁矿井安全的水源疏放干，它是防止矿井水灾最积极、最有效的措施。 （5）截水。在探到水源后，由于条件所限无法放水，或者虽能放水但不合理时，便利用防水墙、防水闸门、防水煤柱或岩柱等设施，永久地或临时性地截住水源，将采掘区与水隔开，使局部地点涌水不至于威胁其它区域。
（6）注浆堵水。将专门制备的浆液（堵水材料）通过钻孔压入地层的裂隙、溶洞或断层破碎带，使浆液扩散、凝固、硬化，达到充填堵塞涌水通道、隔离水源之目的。注浆堵水方法简便，效果较好，是防止矿井涌水行之有效的措施。
3.2 地面塌陷防治措施。地面塌陷是岩溶矿山疏干排水后普通出现的现象，有条件的矿山，如采用帷幕注浆截流或对井下浑水点进行注浆封堵的方案，则可控制塌陷范围，降低塌陷发生的频率或规模，如水口山铅锌矿、安庆铜矿、业庄铁矿等矿山采用上述措施，成功地减弱甚至消除了塌陷。如无法实施帷幕堵水或井下浑水点封闭，则只能对地面塌陷区进行防治，而该技术一直是矿山防治水界的一大难题，往往不能从根本上解决塌陷的复发问题。近几年，长沙矿山研究院通过安庆铜矿、凡口矿塌陷防治研究，已摸索出了一套塌陷防治措施，择其要点介绍如下：
（1）塌陷的预防。主要有：控制水位下降速度、放水孔下入过滤器拦砂滤水、水田改旱地、河床防渗、河流改道、塌陷区静压注浆等。