淺析我國煤礦水害防治研究現狀及展望*

高政，李波波,

(1.貴州大學 礦業學院， 貴州 貴陽 550025；2.貴州大學 喀斯特山區優勢礦產資源高效利用國家地方聯合工程實驗室， 貴州 貴陽 550025；3.貴州省非金屬礦產資源綜合利用重點實驗室， 貴州 貴陽 550025)

0 引言

水害事故是煤礦五大自然災害之一，其造成的生命財產損失十分嚴重[1]。煤礦水害事故常發生在采煤及掘進工作面等處，在開采作業中與地下水接觸就會導致透水事故，嚴重影響開采進度，同時對井下人員安全造成威脅[2]。據相關研究報道[3]，2000年至 2017年我國發生的煤礦水災事故高達一千余起，死亡人數四千七百余人。2010年3月，山西王家嶺煤礦發生透水事故，致使三十余人遇難，經濟損失嚴重。2012年蛟河市豐興煤礦發生水災事故，12人因此遇難，造成極大的社會影響。水害事故已經成為影響煤礦安全生產的主要威脅之一[4]。此外，煤礦水害還可能造成工作環境潮濕，從而對井下工作設備造成損耗。因此在煤礦開采過程中必須對水害防治予以高度重視，提前做好相關預防工作，盡可能避免煤礦水害事故發生，保證煤礦安全高效開采。

我國對煤礦水害防治已開展了大量研究，并取得了一定成效，但目前水害事故仍然威脅著煤礦生產。因此，需要對煤礦水害防治研究進行總結，并對今后的相關研究做出展望，以期為減少煤礦水害事故及提高礦山安全開采能力提供理論指導。

1 我國礦井水害防治研究現狀

1.1 煤礦水害類型分類

水源通入井下的方式可以分為滲水、滴水、淋水、突水等。根據礦井充水水源和其進入井下方式的不同，劉衛坤[5]將煤礦水害分為地表水、老窯水、孔隙水、裂隙水和巖溶水5種不同類別，同時指出在井下作業過程中，工作面與含水層、水體或含水裂隙帶接觸所造成的突水事故影響最大，屬于需高度重視的涌入方式。武強等[6]認為當前水害事故具有復雜多樣性，應對礦井水害分類展開全面系統性的討論，并以充水水源、導水通道、危害形式、經濟損失與人員傷亡和時效特點幾個方面作為構建水害分類的依據，分別提出了具體的水害分類（見圖 1）。

1.2 煤礦水害致因分析

近年來我國學者不斷探索導致煤礦水害事故發生的原因，從工作人員動作行為、儀器設備、管理和環境等多角度對事故致因進行了研究。本節回顧了相關較具代表性的研究。

圖1 煤礦水害分類

傅貴等[7]基于全國 68起煤礦重特大水害事故案例，運用 2～4模型對井下人員的不安全動作進行了分類與分析。其結果指出直接不安全動作主要涵蓋違章放炮、探放水措施未能有效開展、違章指揮、保安煤柱受損、井下人員撤離不及時和其他等6個方面；在案例樣本的所有不安全動作調查中，除了包含以上6個主要不安全行為外，還有未通過安全批準私自生產、水文地質條件信息不全、人員培訓不到位、越界開采、安全通道不足、透水隱患消除力度不夠、相關安全人員配備不足等7個大類。此外，安全管理人員的不安全行為在所有不安全動作中占比最大，最需值得注意。劉偉[8]從4個方面對導致煤礦水害發生的原因進行分析，并構建相關事故樹。其認為不同充水水源、含水層結構和地質條件是引起水害事故的環境因素；非法開采、越界開采、違章作業和不遵循探放水原則等屬于誘發煤礦水害的人為因素；設備排水能力不足、探放水設備不合理和井筒位置不當等是引起煤礦水害事故發生的物的因素；相關安全管理制度的完善及落實程度不足屬于管理因素，并強調從管理因素方面入手能夠有效減少煤礦水害事故的發生。高磊[9]將煤礦水害事故發生的主要原因歸結為水文地質條件調查不全面，越界開采，未建立相關防治措施或執行力度不夠，破壞隔水煤柱和地表水體影響等。孫悅等[10]結合FTA-AHP法，對貴州幾起典型煤礦水害事故的致因進行了分析，并構建事故樹開展定性研究。其從特定事故出發尋找基本原因，從礦井積水量過多、通道排水能力不足和防水措施3個主要原因入手，向下形成了包括施工中揭穿水體、雨季水量過大和安全監察不到位等43項基本原因。

1.3 煤礦水害防治措施

科學預防和治理可以有效減少煤礦水害事故甚至消除事故的發生。根據水害造成原因的不同，防治措施主要可以分為管理和技術2個方面，國內學者對此開展了大量研究。岳金華[11]指出對煤礦水害的防治應加強施工過程中的管理，對井下工作人員進行專業培訓，了解水害的危險并掌握突水征兆等相關知識，提升安全防范意識；不斷提升勘察技術手段，在井下施工作業前，有效全面地對水文地質條件展開勘察；不斷完善管理體系的構建，合理運用監測設備。在防治技術方面，對含水層、采空區和地表水水害提出了具體的防治措施。孫靜君[2]主要根據充水位置不同，從地表水害、砂巖水和礫巖水、石灰巖溶洞水、沖積層水等8個層次對煤礦水害的防治展開研究。吳曉玉[12]對天然充水水源和煤層與含水層相對位置所引起的水害提出了具體的技術防治措施，使用注漿和防水煤柱解決導水通道的威脅，并強調水文監測技術應用的重要性，在管理方面提出健全相關規章制度。李飛[13]通過對姜家灣水害事故進行案例分析后，提出一套防治水害的措施，具體為：對相關人員開展水災防治培訓工作，提高水文地質探測能力，完善安全生產制度，嚴格落實“三專”要求，領導層加強安全監管，提升排除水害隱患的能力，加強技術創新等。李玉春[14]分析了煤礦水文地質特征，從預測勘察工作、安全管理和防治技術等方面提出了7條防治水害措施。

1.4 水害防治體系

礦井水災防治體系的構建有助于控制水害事故的發生，能夠為煤礦安全開采及技術轉型提供相關理論指導，對防治體系的深入研究具有重要意義。目前，我國對此已進行了大量研究，大致可以分為礦井水災防治技術體系和礦井水災防治管理體系兩方面。然而由于實際礦山地質條件及考慮角度不同等因素，各體系之間存在差異。本節挑選了近年來防治水體系較具代表性的研究進行了回顧。

李偉等[15]針對閘河礦區閉坑礦井，評價了煤層抗拉強度和煤柱安全性，發現礦界煤柱寬度尚未達到實際安全需求標準，基于此種情況構建了包括探查、排水、擋水閘墻、監測在內的閉坑礦井水害綜合防控技術體系。靳德武[16]從4個方面介紹了礦井水害防治技術，并指出防治水害應遵循的三觀點和五原則，以哲學方法論層次入手，對巖溶水害的治理提出了相關技術體系。張志龍等[17]根據立體空間位置及軟件措施、系統影響要素等展開分析，主張將系統原理和立體空間思想相結合，從時間和空間上考慮構建煤礦水害立體防治體系，其框架構成詳見圖 2。其中地表水害防治技術體系和地下水害立體防治技術體系屬于兩類典型防治子體系。經過實際案例分析，該立體防治技術體系在煤礦水害防治上能得到較好的應用。岳修德[18]以山西煤炭運銷集團為研究對象，從該集團實際情況出發，提出“五分法”煤礦防治水技術體系，具體內容為“一定、二查、三專、四探、五保障”。王均才等[19]對煤礦水災的監測、預警、逃生和應急救援等進行了深入探索，在信息管理與監測的基礎上構建了煤礦防治水安全保障體系，該體系具有“預、監、報、避、隔、救”等多種功能。任占昌[20]針對奧灰水水害，以保德煤礦為研究對象，構建了與其實際工作情況相適應的綜合防治水管理體系。

圖2 煤礦水害立體防治體系[17]

2 討論與展望

不同類型的水害決定著不同防治措施的選取和實施。在煤礦水害分類研究方面，前人的分類依據多集中于充水水源不同，相關依據尚需完善。礦井水害分類屬于系統分類工程。類型劃分離不開對相關案例和現場數據的統計分析以及相關科學理論指導[6]。因此，加強對分類依據的基礎理論研究和相關數據統計研究，將定性與定量方法相結合，同時考慮劃分類別的全面性和系統性，將有助于今后的礦井水害分類研究。此外，目前對礦井突水機理分析尚不完全，無法很好解釋井下的突水現象[21]，限制了對水害類型的劃分。今后可考慮將物理模擬方法與突水研究相結合，更深入研究解釋礦井突水機制，為水害分類提供理論依據。

井下水害發生原因復雜多樣，相關原因分析對于后續的防治措施具有關鍵性作用。在煤礦水害致因的研究方面，前人多采用定性分析和事故樹理論，而事故樹的構建受到較多客觀因素影響，因人而異。今后對此方面的研究可進一步結合數學分析方法，從定性轉為定量或將兩者相結合，更進一步探索煤礦水害事故發生的原因。

前人對水害防治措施的研究已有很多，且大多集中在技術和管理兩個方面。但一些技術的適用性不強，新型技術的發展仍有待進一步提高。目前我國部分地區，礦井水害防治技術仍然停留在十幾年前水平，尤其以中小型煤礦企業居多。因此，發展通用性高新技術對于提升我國煤礦開采安全性具有重要意義。今后的水害防治技術研究可從以下幾個方面開展。

（1）加強勘探技術的研究與開發。目前的勘探技術不能直接反映突水狀況，且精準性仍有待提高，可在高精度三維定位基礎上改善現有勘探技術，發展精細探查技術。

（2）注漿堵水技術研究。采取人工造縫技術可以實現對注入量的控制，因此對壓裂技術的推廣及應用研究，可促進我國煤礦水害防治技術的發展。

（3）水害預警系統研發。隨著信息技術的不斷進步，可構建礦井水害預警系統，通過量化相關征兆指標，實現在水害來臨前的預報警示。

（4）將水害防治信息與計算機技術相結合，建立礦井水害防治數據庫，共享防治技術。在擁有可觀數據量后，可通過大數據技術更進一步研究礦井水害防治措施。

在礦井水害防治體系的研究方面，目前防治技術體系仍存在被動性，在整體性和系統性方面還有待加強。此外，在現有防治體系的構建上，大多數研究人員都是圍繞技術方面開展，對管理體系的構建考慮較少。通過對國內近二十年煤礦發生的重特大水害事故原因分析[3]，發現管理因素、人為因素和環境因素為引起水害事故的主要原因，物的因素排至最后，安全管理缺陷所引起的煤礦水害占比較多。因此，應從管理與技術兩方面共同著手，構建綜合性防治體系，改變以往防治體系的不足，變被動為主動。

3 結論

水害事故嚴重影響著煤礦安全開采，對水害事故防治的研究能為煤礦安全開采提供理論指導。從煤礦水害類型分類、水害致因、水害防治措施和水害防治體系4個方面，對我國煤礦水害防治現狀進行了分析。盡管相關研究工作已取得了較多進展，但仍有些許不足。在已取得的成果的基礎上，今后可重點圍繞以下幾個方面開展煤礦水害防治研究。

（1）加強對分類依據的基礎理論研究，結合相關數據和案例，全面系統地對水害類型進行分類。

（2）結合定量分析方法，對煤礦水害的致因因素進行定性、定量化研究。

（3）與計算機等其他學科相結合，研究通用性高新技術并實現現場應用。

（4）進一步構建以技術和管理為核心的水害綜合防治體系。