摘要：通过分析贵州省遵义县某煤矿现有的水文地质资料，确定了煤矿水患类型及威胁程度，计算了矿井巷道与采场安全水头值，对矿井底板“下三带”进行了分析，提出了岩溶管道发育异常的煤矿井防治水对策，为其它类似水患矿井提供参考。
关键词：煤矿水害；岩溶管道；发育异常；防治水对策
在岩溶地下管道发育地区，管道水在整个岩溶含水体中占据重要地位并控制了区域水文地质特征。由于管道含水空间较大，因此导致其水流特征完全不同于溶孔溶隙水。管道流补给集中且较为迅速，一旦管道含水与煤矿井下采掘巷道沟通，会以大泉形式排泄，给煤矿井下安全生产造成极大威胁。
贵州省遵义县某煤矿位于岩孔-松林背斜北西翼，矿井范围内含水层为二迭系下统茅口组、上统长兴组及三迭系下统夜郎组玉龙山段，水量受大气降水的影响而呈季节性变化。矿井直接充水因素为煤层顶板裂隙水，地下水岩溶管道发育异常较多，主要充水因素为岩溶水，水文地质类型属复杂类型。
随着矿井开采向深部延伸，岩溶管道含水压力会逐步增大，对矿井的防治水工作提出了新的要求与挑战，现矿井防治水措施较简单，煤矿对矿井水文地质条件调查与认识不足。因此，重新制定切实可行的防治水对策，保证矿井的安全生产。
一、水患类型及威胁程度分析
1.矿井直接充水因素为煤层顶板裂隙水，主要充水因素为茅口组岩溶水。
2.含水层主要为茅口组（P1m）含水层，是矿床主要充水含水层，地下水较为丰富，其岩溶水很容易沿岩溶管道进入矿井。
3.滑坡体是大气降水直接渗入补给的裸露松散岩体，透水性好，滑坡水将是矿床充水的重要因素之一。
4.矿井轻度水患区面积约2.07km2，该区有9条裂隙，21个含地下水岩溶管道异常。在该轻度水患区，局部地下水岩溶管道异常明显的，地层较破碎处，存在水患安全隐患，因此，在此区域开采煤矿，要特别注意地下水岩溶管道异常，更不可破坏煤层底板，防止底板突水。在该轻度水患区，有四个岩溶管道异常区域穿越煤系地层，且伴随节理发育。另外，二采区埋深较大，静水压力较大，伴随有岩溶管道发育。
5.有三个区域属中度―严重水患预测区，面积总计4.60km2，三个区共有七条节理裂隙异常，96个地下水岩溶管道异常。该区煤层埋藏深，地下水静水压力大，在节理裂隙发育处，煤层顶底板的可能性大，岩溶管道异常明显，节理裂隙异常发育，下切深度较大，少数节理裂隙切穿煤层，上覆、下伏异常有可能穿越煤系地层，形成上下沟通。
二、安全水头值[1]
安全水头即为不致造成隔水顶底板突水的承压水水头最大值，当承压含水层与开采煤层之间的隔水层能够承受的水头值大于实际水头值时，开采后，隔水层不容易被破坏，煤层底板水突然涌出可能性小，可以进行带压开采，但应当制定安全措施。在含水层的水头大于安全水头的地段进行回采时，应采取相应措施减小水压以保证安全生产。
对于该矿井而言，应计算井底车场、硐室、水仓、煤层中掘进巷道和采煤工作面安全水头值。
根据《煤矿防治水规定》附录五，安全水头压力值计算公式如下：
式中：H―底板隔水层能够承受的安全水压（MPa）t―隔水层厚度（m），井底车场和井底水仓布置于煤层顶板的岩层中，井底车场距离茅口灰岩最小距离58m。井底水仓距离茅口灰岩最小距离36m；煤层中的掘进巷道距离茅口灰岩1.5-5.0m，取1.5m。L―巷道宽度（m）；γ ―底板隔水层的平均容重（t/m3）；Kp―底板隔水层的平均抗拉强度（10-2MPa）。
由以上计算知，矿井底车场、硐室和水仓基本不受茅口组岩溶管道含水威胁，而煤层中的掘进巷道受岩溶管道中的含水压力影响较大，应随着采掘延深随时测定岩溶管道中的含水压力值。
采煤工作面安全水头压力值计算公式如下：
P = T S×M=0.06×1.5=0.09MPa
式中：M―底板隔水层厚度（m）；P―安全水压（MPa）；Ts―突水系数（MPa/m），一般情况下，在具有构造破坏的地段Ts按0.06MPa/m计算，隔水层完整无断裂构造破坏地段Ts按0.1MPa/m计算。该煤矿矿区范围内有数个断层，故Ts取0.06MPa/m。
由以上计算知，矿井采煤工作面安全水头压力值过小，必须采取技术措施降低岩溶管道中的含水压力值，或增大底板隔水层抗拉强度以提高安全水头压力值。
三、矿井“下三带”分析[2]
开采煤层时底板存在“下三带”，即底板破坏带、完整岩层带和承压水导高带。矿井“下三带”分析如下：
A、底板破坏带h1：
由经验公式计算如下：
h1=1.86+0.11L=1.86+0.11×120=15.06m
式中L为工作面斜长，m。
由以上计算知，矿井底板破坏带理论厚度为15.06m。
B、完整岩层带（保护层带）h2：
未获得矿井承压水导高带厚度，矿井可采煤层1层，编号为M12，下距茅口灰岩1.5-5.0m，小于底板破坏理论厚度。因此矿井不存在保护层带。
C、承压水导高带（隐伏水头带）h3：
承压水导高带指含水层中的承压水沿隔水底板中的断裂破碎带上升的高度，即由含水层顶面到承压水导升上限之间的部分。受采动影响和裂隙发育的不均匀性，导高带的上界是参差不齐的。
以上仅为理论分析，煤矿在开采过程中应当观测“三带”发育高度，必须超前探放水并建立疏排水系统。
四、防治水对策
1.严格探放水措施
采掘工程必须坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先探后采”以及“有疑必停”的原则，巷道在掘进过程中采用物探、钻探相结合的探测方法，掌握前方岩溶管道发育和含水情况，控制与岩溶管道的距离，若探测岩溶管道含水，应及时采取探放措施，待确认安全后才向前掘进。井巷揭露的主要出水点或地段，必须进行水温、水量、水质等地下水动态和松散含水层涌水含砂量综合观测和分析，防止突发透水事故。 2.疏水降压措施[3]
矿井在生产过程中如发现承压含水层水压超过煤层开采安全临界水压或有突水威胁时，采取以下疏水降压措施：
（1）疏水设备
与井下探放水设备共用。
（2）疏水地点
在煤层采面运输巷掘进过程中施工疏水钻孔进行疏水。
（3）管路敷设
井下疏水不铺设专门管道，涌水通过排水沟流入井底水仓中。
（4）疏水方法
①疏干勘探
疏干勘探目的是进一步查明矿区疏干所需要的水文地质资料，确定疏干的可能性，提出疏干方案。
②试验性疏干
采用试验性疏干能降低水位，过程中视干扰效果及残余水头的状况，进行工程调整。
③经常性疏干
经常性疏干是生产矿井日常性的疏干工作，随着开采范围的扩大和水平延伸，疏干工作要不断地进行调整、补充。
3.注浆堵水
矿井在建井和生产过程中如发现承压含水层水压超过煤层开采安全临界水压或有突水威胁时，布置在煤层中的巷道和采场采取注浆加固底板措施。
4.建立完善的排水系统
矿井采用斜井开拓，三条井筒延伸至一采区底部，工作面淋水通过排水泵排出；一采区下部车场附近分别布置主副水仓和水泵房等排水设施设备；水泵房有管子道和副斜井相通；矿井开采至二采区时，二采区下部车场附近分别布置主副水仓和水泵房等排水设施设备；水泵房有管子道和二采区轨道下山相通。
配备矿用防爆潜水电泵作为水灾抢险救灾设备，潜水泵有独立供电系统，当矿井发生水灾时，其它生产设备停止运行，由地面变压器专供潜水泵排水。
5.设立专门的防治水机构
配备满足工作需要的防治水专业技术人员，明确责任，确保排水系统完好通畅，安全避灾路线畅通无阻。并制定应急处置预案，解决防治水所需的人、财、物等，组织调查摸清本矿水文地质资料，掌握矿区内水患情况。全体成员负责监督执行，安监科重点检查，技术科负责防治方法的指导及详细安排，防治水人员要依照安全措施要求，严格进行防治水工作。
五、结论
茅口组是矿区内主要的碳酸盐岩含水岩组，为富水性强的碳酸盐岩岩溶裂隙、溶洞水含水层，是含煤岩系直接底板含水层，其所含岩溶水可能通过岩溶管道直接进入矿井之中，通过地质勘探，煤矿共发现117个含地下水岩溶管道异常，给煤矿井下安全生产造成极大威胁，是煤矿的主要充水因素。
计算矿井安全水头值后可知，矿井底车场、硐室和水仓基本不受茅口组岩溶管道含水威胁。煤层中的掘进巷道受岩溶管道中的含水压力影响较大，应随着采掘延深随时测定岩溶管道中的含水压力值。矿井采煤工作面安全水头压力值过小，必须采取技术措施降低岩溶管道中的含水压力值，或增大底板隔水层抗拉强度以提高安全水头压力值。
通过对煤层底板“下三带”分析知，矿井底板破坏带理论厚度远大于煤层与茅口组距离，不存在保护层带，矿井受底板岩溶水威胁较大。
针对该矿井受岩溶水威胁较大、岩溶管道发育异常较多的特点，提出了采取严格探放水、疏水降压、注浆堵水、建立完善的排水系统、设立专门的防治水机构等措施，以解决岩溶管道发育异常对矿井带来的威胁，最终达到矿井的防治水目标。
参考文献：
[1]国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局，编.煤矿防治水规定[M].煤炭工业出版社，2009.
[2]施龙青，韩进，著.底板突水机理及预测预报[M].中国矿业大学出版社，2004.
[3]何学秋，主编.中国煤矿灾害防治理论与技术[M].中国矿业大学出版社，2006.
关键词：煤矿水害；岩溶管道；发育异常；防治水对策
在岩溶地下管道发育地区，管道水在整个岩溶含水体中占据重要地位并控制了区域水文地质特征。由于管道含水空间较大，因此导致其水流特征完全不同于溶孔溶隙水。管道流补给集中且较为迅速，一旦管道含水与煤矿井下采掘巷道沟通，会以大泉形式排泄，给煤矿井下安全生产造成极大威胁。
贵州省遵义县某煤矿位于岩孔-松林背斜北西翼，矿井范围内含水层为二迭系下统茅口组、上统长兴组及三迭系下统夜郎组玉龙山段，水量受大气降水的影响而呈季节性变化。矿井直接充水因素为煤层顶板裂隙水，地下水岩溶管道发育异常较多，主要充水因素为岩溶水，水文地质类型属复杂类型。
随着矿井开采向深部延伸，岩溶管道含水压力会逐步增大，对矿井的防治水工作提出了新的要求与挑战，现矿井防治水措施较简单，煤矿对矿井水文地质条件调查与认识不足。因此，重新制定切实可行的防治水对策，保证矿井的安全生产。
一、水患类型及威胁程度分析
1.矿井直接充水因素为煤层顶板裂隙水，主要充水因素为茅口组岩溶水。
2.含水层主要为茅口组（P1m）含水层，是矿床主要充水含水层，地下水较为丰富，其岩溶水很容易沿岩溶管道进入矿井。
3.滑坡体是大气降水直接渗入补给的裸露松散岩体，透水性好，滑坡水将是矿床充水的重要因素之一。
4.矿井轻度水患区面积约2.07km2，该区有9条裂隙，21个含地下水岩溶管道异常。在该轻度水患区，局部地下水岩溶管道异常明显的，地层较破碎处，存在水患安全隐患，因此，在此区域开采煤矿，要特别注意地下水岩溶管道异常，更不可破坏煤层底板，防止底板突水。在该轻度水患区，有四个岩溶管道异常区域穿越煤系地层，且伴随节理发育。另外，二采区埋深较大，静水压力较大，伴随有岩溶管道发育。
5.有三个区域属中度―严重水患预测区，面积总计4.60km2，三个区共有七条节理裂隙异常，96个地下水岩溶管道异常。该区煤层埋藏深，地下水静水压力大，在节理裂隙发育处，煤层顶底板的可能性大，岩溶管道异常明显，节理裂隙异常发育，下切深度较大，少数节理裂隙切穿煤层，上覆、下伏异常有可能穿越煤系地层，形成上下沟通。
二、安全水头值[1]
安全水头即为不致造成隔水顶底板突水的承压水水头最大值，当承压含水层与开采煤层之间的隔水层能够承受的水头值大于实际水头值时，开采后，隔水层不容易被破坏，煤层底板水突然涌出可能性小，可以进行带压开采，但应当制定安全措施。在含水层的水头大于安全水头的地段进行回采时，应采取相应措施减小水压以保证安全生产。
对于该矿井而言，应计算井底车场、硐室、水仓、煤层中掘进巷道和采煤工作面安全水头值。
根据《煤矿防治水规定》附录五，安全水头压力值计算公式如下：
式中：H―底板隔水层能够承受的安全水压（MPa）t―隔水层厚度（m），井底车场和井底水仓布置于煤层顶板的岩层中，井底车场距离茅口灰岩最小距离58m。井底水仓距离茅口灰岩最小距离36m；煤层中的掘进巷道距离茅口灰岩1.5-5.0m，取1.5m。L―巷道宽度（m）；γ ―底板隔水层的平均容重（t/m3）；Kp―底板隔水层的平均抗拉强度（10-2MPa）。
由以上计算知，矿井底车场、硐室和水仓基本不受茅口组岩溶管道含水威胁，而煤层中的掘进巷道受岩溶管道中的含水压力影响较大，应随着采掘延深随时测定岩溶管道中的含水压力值。
采煤工作面安全水头压力值计算公式如下：
P = T S×M=0.06×1.5=0.09MPa
式中：M―底板隔水层厚度（m）；P―安全水压（MPa）；Ts―突水系数（MPa/m），一般情况下，在具有构造破坏的地段Ts按0.06MPa/m计算，隔水层完整无断裂构造破坏地段Ts按0.1MPa/m计算。该煤矿矿区范围内有数个断层，故Ts取0.06MPa/m。
由以上计算知，矿井采煤工作面安全水头压力值过小，必须采取技术措施降低岩溶管道中的含水压力值，或增大底板隔水层抗拉强度以提高安全水头压力值。
三、矿井“下三带”分析[2]
开采煤层时底板存在“下三带”，即底板破坏带、完整岩层带和承压水导高带。矿井“下三带”分析如下：
A、底板破坏带h1：
由经验公式计算如下：
h1=1.86+0.11L=1.86+0.11×120=15.06m
式中L为工作面斜长，m。
由以上计算知，矿井底板破坏带理论厚度为15.06m。
B、完整岩层带（保护层带）h2：
未获得矿井承压水导高带厚度，矿井可采煤层1层，编号为M12，下距茅口灰岩1.5-5.0m，小于底板破坏理论厚度。因此矿井不存在保护层带。
C、承压水导高带（隐伏水头带）h3：
承压水导高带指含水层中的承压水沿隔水底板中的断裂破碎带上升的高度，即由含水层顶面到承压水导升上限之间的部分。受采动影响和裂隙发育的不均匀性，导高带的上界是参差不齐的。
以上仅为理论分析，煤矿在开采过程中应当观测“三带”发育高度，必须超前探放水并建立疏排水系统。
四、防治水对策
1.严格探放水措施
采掘工程必须坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先探后采”以及“有疑必停”的原则，巷道在掘进过程中采用物探、钻探相结合的探测方法，掌握前方岩溶管道发育和含水情况，控制与岩溶管道的距离，若探测岩溶管道含水，应及时采取探放措施，待确认安全后才向前掘进。井巷揭露的主要出水点或地段，必须进行水温、水量、水质等地下水动态和松散含水层涌水含砂量综合观测和分析，防止突发透水事故。 2.疏水降压措施[3]
矿井在生产过程中如发现承压含水层水压超过煤层开采安全临界水压或有突水威胁时，采取以下疏水降压措施：
（1）疏水设备
与井下探放水设备共用。
（2）疏水地点
在煤层采面运输巷掘进过程中施工疏水钻孔进行疏水。
（3）管路敷设
井下疏水不铺设专门管道，涌水通过排水沟流入井底水仓中。
（4）疏水方法
①疏干勘探
疏干勘探目的是进一步查明矿区疏干所需要的水文地质资料，确定疏干的可能性，提出疏干方案。
②试验性疏干
采用试验性疏干能降低水位，过程中视干扰效果及残余水头的状况，进行工程调整。
③经常性疏干
经常性疏干是生产矿井日常性的疏干工作，随着开采范围的扩大和水平延伸，疏干工作要不断地进行调整、补充。
3.注浆堵水
矿井在建井和生产过程中如发现承压含水层水压超过煤层开采安全临界水压或有突水威胁时，布置在煤层中的巷道和采场采取注浆加固底板措施。
4.建立完善的排水系统
矿井采用斜井开拓，三条井筒延伸至一采区底部，工作面淋水通过排水泵排出；一采区下部车场附近分别布置主副水仓和水泵房等排水设施设备；水泵房有管子道和副斜井相通；矿井开采至二采区时，二采区下部车场附近分别布置主副水仓和水泵房等排水设施设备；水泵房有管子道和二采区轨道下山相通。
配备矿用防爆潜水电泵作为水灾抢险救灾设备，潜水泵有独立供电系统，当矿井发生水灾时，其它生产设备停止运行，由地面变压器专供潜水泵排水。
5.设立专门的防治水机构
配备满足工作需要的防治水专业技术人员，明确责任，确保排水系统完好通畅，安全避灾路线畅通无阻。并制定应急处置预案，解决防治水所需的人、财、物等，组织调查摸清本矿水文地质资料，掌握矿区内水患情况。全体成员负责监督执行，安监科重点检查，技术科负责防治方法的指导及详细安排，防治水人员要依照安全措施要求，严格进行防治水工作。
五、结论
茅口组是矿区内主要的碳酸盐岩含水岩组，为富水性强的碳酸盐岩岩溶裂隙、溶洞水含水层，是含煤岩系直接底板含水层，其所含岩溶水可能通过岩溶管道直接进入矿井之中，通过地质勘探，煤矿共发现117个含地下水岩溶管道异常，给煤矿井下安全生产造成极大威胁，是煤矿的主要充水因素。
计算矿井安全水头值后可知，矿井底车场、硐室和水仓基本不受茅口组岩溶管道含水威胁。煤层中的掘进巷道受岩溶管道中的含水压力影响较大，应随着采掘延深随时测定岩溶管道中的含水压力值。矿井采煤工作面安全水头压力值过小，必须采取技术措施降低岩溶管道中的含水压力值，或增大底板隔水层抗拉强度以提高安全水头压力值。
通过对煤层底板“下三带”分析知，矿井底板破坏带理论厚度远大于煤层与茅口组距离，不存在保护层带，矿井受底板岩溶水威胁较大。
针对该矿井受岩溶水威胁较大、岩溶管道发育异常较多的特点，提出了采取严格探放水、疏水降压、注浆堵水、建立完善的排水系统、设立专门的防治水机构等措施，以解决岩溶管道发育异常对矿井带来的威胁，最终达到矿井的防治水目标。
参考文献：
[1]国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局，编.煤矿防治水规定[M].煤炭工业出版社，2009.
[2]施龙青，韩进，著.底板突水机理及预测预报[M].中国矿业大学出版社，2004.
[3]何学秋，主编.中国煤矿灾害防治理论与技术[M].中国矿业大学出版社，2006.
