矿山井下涌水水源判别与防治水工程技术对策研究

姓名：徐尧欣

身份证：230305197803254630

摘要：井下涌水是矿山开采过程中最常见、危害最严重的安全隐患之一，精准判别涌水水源、制定科学的防治水技术方案，是防范矿井突水事故、保障矿山安全生产的核心关键。本文结合矿山水文地质特征，系统梳理井下涌水主要水源类型与涌水通道成因，总结水化学特征判别、数理统计判别、智能模型判别等主流水源识别技术的应用要点与优势短板，针对不同涌水类型提出疏干、封堵、拦截、监测一体化的防治水工程技术对策。研究表明，多技术耦合判别可有效提升复杂水文地质条件下涌水水源识别精度，适配性防治技术体系能够从源头管控水害风险，可为矿山井下防治水工程施工与安全管控提供技术参考。

关键词：矿山井下；涌水水源；水源判别；防治水技术；水害防控

1 引言

随着矿山开采深度不断增加，井下水文地质条件愈发复杂，地压升高、裂隙发育、含水层贯通等问题加剧，导致井下涌水、突水事故频发，不仅会造成巷道积水、设备损毁、开采中断，严重时还会引发人员伤亡、矿井淹没等重大安全事故，制约矿山安全生产与可持续发展。矿山井下涌水具有突发性、隐蔽性、复杂性的特点，不同水源的涌水机理、危害程度、防控方式差异较大，传统单一的探测与判别方法难以适配深部矿山复杂涌水场景。

水源精准判别是防治水工作的前置基础，只有明确涌水来源、补给路径、水量变化规律，才能针对性制定防控方案，避免盲目施工造成的资源浪费与防控失效。现阶段部分矿山存在水源判别手段单一、判别精度不足、防治水技术适配性差、长效监测机制缺失等问题，水害防控被动性较强。基于此，本文系统研究矿山井下涌水水源判别核心技术，结合工程实际优化防治水工程技术对策，构建“精准判别、分级防控、动态监测、综合治理”的水害防控体系，助力矿山井下水害防控标准化、精细化发展。

2 矿山井下涌水主要水源及涌水机理

结合国内矿山水文地质勘探资料与工程实践，井下涌水水源主要分为四大类，各类水源的赋存特征与涌水机理存在明显差异，是水源判别与防控的重要依据。

一是松散层孔隙水。该水源主要赋存于第四系松散沉积物中，埋藏浅、补给速度快，受大气降水、地表水渗透补给明显，多分布于浅部开采巷道。涌水特点是水量季节性变化显著，雨季涌水量大幅激增，水质含盐量低、杂质少，水流稳定性较差，易通过地表裂隙、巷道围岩孔隙渗入井下，引发持续性淋水、渗水问题。

二是基岩裂隙水。作为矿山井下最普遍的涌水水源，其赋存于砂岩、页岩等基岩裂隙中，含水层分布广泛、裂隙发育不均。开采扰动会破坏岩体结构，扩大裂隙通道，导致地下水涌入巷道。该类涌水水量相对稳定，但局部裂隙导通后易突发涌水，水质矿化度中等，是中小型涌水事故的主要诱因。

三是岩溶含水层水。主要为奥陶系、寒武系灰岩岩溶水，赋存于岩溶溶洞、溶隙中，水量大、水压高、补给充足、导水性强，是矿山重特大突水事故的核心诱因。该类水源隐蔽性极强，常规勘探难以精准探明岩溶通道，一旦开采揭露岩溶构造，会瞬间产生大规模突水，破坏性极强，防控难度最大。

四是老空区积水。废弃巷道、采空区积存的地下水汇集形成老空积水，水体静态储量大、分布无规律，无固定补给通道。矿山采掘作业贯通老空区后，积水会快速涌入工作面，具有突发性强、水量集中、裹挟泥沙矸石的特点，极易造成巷道堵塞、设备损毁，是井下隐蔽性水害的主要类型。

3 井下涌水水源精准判别核心技术

当前矿山涌水水源判别技术已从传统定性判别发展为“化学分析+数理统计+智能识别”的多维度耦合判别模式，不同技术适配场景不同，精准度逐级提升。

水化学特征判别法是应用最广泛的基础技术。不同含水层水体的离子组分、矿化度、pH值、同位素特征存在显著差异，通过采集井下涌水水样与各含水层标准水样，检测分析K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl⁻、SO₄²⁻等离子指标，结合Piper三线图、离子比例系数等手段，可快速定性判别涌水水源类型。该技术操作简便、成本低廉，适用于常规涌水快速判别，但对于水化学特征相似的含水层水体，存在判别精度不足、易误判的问题。

数理统计判别法可实现水源定量识别。依托层次聚类分析、灰色关联度、可拓判别、Bayes判别等数理算法，对多组水化学数据进行多维统计分析，量化涌水水样与各含水层水体的关联度，精准区分同源、近源水体，有效解决传统化学分析法对相似水源判别模糊的问题。该技术数据处理严谨、定量性强，适配中等复杂水文地质条件的水源判别。

智能模型判别法是现阶段高精度判别核心技术。基于BP神经网络、SSA-BP优化模型、IPFA极限学习机等智能算法，筛选核心水化学特征指标，构建水源识别模型，通过海量样本训练提升判别准确率，测试识别精度可达95%以上。同时，结合紫外－可见光光谱检测、水动力场数值模拟技术，可实现涌水路径可视化溯源，适配深部矿山、多含水层混杂补给的复杂涌水场景，是未来水源判别技术的主要发展方向。

4 矿山井下防治水工程技术对策

基于涌水水源类型与涌水特征，遵循“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的矿山防治水原则，构建疏、堵、拦、监一体化的综合治理技术体系，分级分类管控水害风险。

针对松散层孔隙水、基岩裂隙水等常态涌水，采用超前疏干防控技术。采掘施工前通过钻探超前探明含水层分布、水量、水压特征，精准布置疏放水钻孔，制定分区疏干方案，提前释放围岩水体、降低含水层水压，从源头减少巷道淋水、渗水问题。开采过程中同步布设排水系统，优化排水设备配置，保障涌水及时排出，避免积水隐患，适用于水量稳定、风险等级较低的常规涌水防控。

针对岩溶水、老空区积水等高风险突水水源，采用注浆封堵加固技术。对于岩溶裂隙、导水断层、破碎带等涌水通道，采用超前注浆封堵工艺，选用高强度、渗透性好的注浆材料，填充岩体裂隙、封闭导水通道，加固围岩结构，阻断地下水补给路径。针对老空区积水，先精准探测积水范围、积水量，采用探放水钻孔泄压排水，再通过注浆充填、密闭隔离的方式封堵积水区域，杜绝采掘作业贯通引发突水事故。该技术防控强度高、稳定性强，可有效规避重特大突水风险。

针对季节性地表水、浅层地下水渗透补给，采用拦截防渗工程技术。在井下巷道围岩、工作面周边铺设防渗支护结构，封堵浅表渗水通道；在矿山地表开展整治工程，封堵地表裂隙、塌陷坑，修建截水沟、排水沟，阻断大气降水、地表水入渗通道，实现地表、井下联动防渗，从源头削减涌水补给来源。

构建智能化动态监测预警体系，实现长效防控。在井下关键涌水点位、含水层区域布设在线监测设备，实时采集涌水量、水压、水质、围岩位移等数据，依托大数据平台实现数据实时分析、异常预警。结合采掘进度动态更新水文地质资料，定期开展水源复核与水害风险评估，动态优化防治水方案，解决传统防控滞后性问题，实现水害主动防控。

5 结论

矿山井下涌水水源复杂多样，不同水源的涌水机理、危害程度差异显著，精准判别水源类型、针对性实施防控技术是规避水害事故的核心关键。单一水源判别技术存在局限性，采用水化学分析、数理统计与智能模型耦合的判别模式，可有效提升复杂水文地质条件下涌水溯源精度，为防治水工程提供精准数据支撑。工程防控中需摒弃单一治理模式，结合涌水水源类型、风险等级，集成疏干、封堵、拦截、智能监测技术，构建全方位、全流程的综合治理体系。未来需进一步推广智能化、精准化水源判别技术，优化绿色高效防治水工艺，完善动态防控机制，全面提升矿山井下水害安全管控水平，保障矿山安全生产稳定推进。

参考文献

[1] 潘军. 基于Piper-层次聚类-灰色关联度的突水水源识别技术[J]. 煤炭科学技术,2024,52(02):112-118.

[2] 刘伟韬,张磊. 改进SSA-BP神经网络的矿井突水水源识别模型[J]. 工矿自动化,2023,49(10):89-94.

[3] 朱承敏. 矿山疏堵避一体化防治水技术应用研究[J]. 中国矿业,2023,32(05):156-160.

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