在矿井生产过程中，经常有各种水源的水涌入矿井，称之为矿水。大量的矿水威胁到矿井生产的正常运行，突发时甚至会造成工作人员的伤亡。

产生矿井涌水的两个必备条件是矿井水源和涌水通道。

矿井涌水的水源

矿井涌水的水源有地表水和地下水两大类。

(1）地表水源。地表水源主要指大气降水和地表水。

1）大气降水。大气降水是地下水的主要补给水源。降水量对矿井涌水的影响，对于分布于河谷洼地，并且煤层上部有透水层、溶洞、裂隙或塌陷的浅井较为显著，其影响具有明显的季节性。雨季矿井涌水量增大，旱季则相反。

2）地表水。河流、湖泊、水库和塌陷地积水等地表水，可以通过井筒、塌陷裂隙、断层、裂隙、溶洞和钻孔等直接进入井下，也可以作为地下水的补给水源，使地下水经过与井巷连通的通 进入井巷，造成水灾。

(2）地下水源。地下水是矿井水最经常、最主要的水源，而大气降水和地表水也是一般先补给地下水，然后再流入矿井。所以研究地下水的水量分布、补给条件、动态变化规律等，对分析矿井涌水极为重要。

水害事故破坏性大，极易造成群死群伤。2020年以来，全国矿山发生重大水害事故5起、死亡82人，分别占重特大事故起数、死亡人数的41.7%和36.3%，矿山防治水工作任务依然艰巨。

造成水害事故原因：

1、非法违法导致水害事故多发。

2、违规冒险作业时有发生。

一些企业和职工对水害征兆认知严重不足，甚至在发现明显征兆时，仍置若罔闻，违章指挥、冒险作业，酿成事故。

3、水文地质条件勘查不清。

4、探放水措施落实不到位。

有的企业防治水“三专”配备不足，探放水作业人员无证上岗，未使用专用探放水设备而弄虚作假；有的为了抢工期、赶进度，边探放水边掘进；有的物探、钻探不按设计施工，甚至不进行探放水而事后作假。

5、水害重大隐患治理不力。

有的矿山明知周边采空区有积水没有放净就擅自恢复作业；一些露天转井工矿井明知上部露天坑有积水、渗水，排查治理走过场，在隐患没有消除的情况下违规生产。

一、矿井水害的类型有以下几种：

1、地表水水害：

水源为大气降水、地表水体（江、河、湖、水库、沟渠、坑塘等）。水源通过井口、采洞冒落带、岩溶地面塌陷或熔洞、断层带及煤层顶底板封闭不良的旧钻孔充水和导水进入矿井。

2、老空水水害

水源是古井、水窑、废巷及采空区的积水。当采掘工作面接近或沟通时，老空水进入巷道或工作面，造成事故。这是我市煤矿水害的主要类型。

3、孔隙水水害

龙永煤田煤系地层岩层含水性属弱——中等，但受大气降水补给明显，受其影响，表现为季节性4-9月份涌水量明显增大。

4、岩溶水水害

龙永煤田煤系地层中无灰岩，但受构造影响，直接与栖霞灰岩接口，由断裂沟通岩溶水进入矿井造成水害。

5、裂隙水水害

水源为砂岩，砾岩等裂隙含水层的水，常受地表水或其它含水层补给，通过冒落带，断裂带，采掘巷道揭露顶板或底板砂岩水，或者封孔不良的老钻孔导水进入巷道或工作面。

二、《煤矿安全规程》对矿井防治水的主要规定

1、煤矿企业应查明矿区和矿井的水文地质条件，编制中长期防治水规划和年度防治水计划，并组织实施。

煤矿企业必须定期收集、调查和核对相邻煤矿和废弃的老窑情况，并在井上、下工程对照图上标出其井田位置，开采年限、积水情况。

2、水文地质条件复杂的矿井，必须针对主要含水层（段）建立地下水动态观测系统，进行地下水动态观测，水害预测分析，并制定相应的“查、探、防、堵、截、排”等综合防治措施。

3、煤矿企业每年雨季前必须对防治水工作进行全面检查。

雨季受水威胁的矿井，应制定雨季防治水措施，并应组织抢险队伍，储备足够的防洪抢险物资。

4、煤矿企业必须查清矿区及其附近地面水流系统的汇水、渗漏情况，疏水能力和有关水利工程情况，掌握当地历年降水量和最高洪水位资料，建立疏水、防水和排水系统。

5、相邻矿井的分界处必须留防水煤柱。矿井以断层分界时，必须在断层两侧留有防水煤柱。已经互相连通的矿井，必须在连通的地方构筑足够强度的防水墙。

防水煤柱的尺寸，应根据相邻矿井的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩性质、开采方法以及岩层移动规律等因素，在矿井设计中规定。按照《矿井水文地性规程》规定，在水淹区或在积水区下掘进时，巷道与水体之间的最小垂直距离不得小于巷道高度的10倍，防水煤岩柱的尺寸不得小于导水裂隙带的最大高度与保护层厚度之和，一般应大于30倍采厚。

6、矿井必须做好水害分析预报，坚持有疑必探，先探后掘的探放水原则。

探水或接近积水地区掘进前或排放被水淹井巷的积水前，必须编制探放水设计，并采取防止瓦斯和其他有害气体危害等安全措施。

探水眼的布置的超前距离，应根据水头高低、煤（岩）层厚度和硬度以及安全措施等在探放水设计中具体规定。

正确确定探水线，探水线就是探水的起点，应根据积水区的位置、范围、水文地质条件及资料的可靠程度，以及采空区、巷道受矿山压力的破坏情况等因素来确定探水线。

三、矿井透水前主要有几种预兆：

（1）挂汗。积水区的水，在自身压力作用下，通过煤岩裂隙而在采掘工作面的煤岩壁上聚结成许多水珠的现象，叫挂汗。井下空气中的水分遇到低温的煤体，有时也可能聚结成许多水珠的现象。区别真假挂汗的方法是，仔细观察新暴露的煤壁面上是否潮湿，若潮湿则是透水预兆。

（2）挂红。矿井水中含有铁的氧化物，在它通过煤岩裂隙而渗透到采掘工作面的煤岩体表面时，会呈现暗红色水锈，这种现象叫挂红。挂红是一种出水信号。

（3）水叫。含水层或积水区内的高压水，向煤壁裂隙挤压时，与两壁磨擦会发出“嘶嘶”叫声，这就说明采掘工作面距积水区或其他水源已经很近了若是煤巷掘进，则透水即将发生，这时必须立即发出警报，撤出所有受水威胁的人员。

（4）天气变冷。采掘工作面接近积水区域时，空气温度会下降，煤壁发凉，人一进入工作面就有凉爽、阴冷的感觉；但应注意，受地热影响较大的矿井地下水的温度偏高，当采掘工作面接近积水区时，气温反而升高。

（5）出现雾气。当采掘工作面气温较高时，从煤壁渗出的积水，就会被蒸发而形成雾气。

（6）顶板淋水加大。

（7）顶板来压，底板鼓起。

（8）水色发浑，有臭味。

（9）采掘工作面有害气体增加，积水区向外散发出瓦斯、二氧化碳和硫化氢等有害气体。

（10）裂隙出现渗水。如果出水清净，则离积水区较远；若浑浊，则离积水区已近。

四、矿井水害的预防措施：

预防水害的预防措施可以概括为防、排、探、放、疏、截、堵7个字。

防：即井上下防水设施及防水措施；

排：即井下排水设施和排水能力；

探：即井巷探水；

放：即对老空区积水、可疑水源采取放水，或超前放出顶板水；

疏：即疏水降压或疏干有害含水层；

截：即留设各种防水煤柱隔阻有害水源；

堵：即注浆堵住水口，或加固裂隙带，充填溶改造含水层，加固底板度。

煤矿井下水泵房是煤矿六大系统之一，其主要作用是将井下水仓积水输送至地面处理，是煤矿开采重要的安全保障。传统煤矿排水系统主要通过人力完成排水需求，无论排水量、排水速度、操作速度等均已难以适应现代煤矿排水需求，基于此需对传统排水系统进行改造，引进自动排水系统，提高煤矿井下水泵房排水效率的同时提高安全性。

煤矿井下排水系统是保证煤矿安全生产的关键环节，承担着排除井下所有涌出水的任务。目 很多煤矿的排水系统采用传统的人工控制方式，该方式存在着耗电量大等缺点，文章介绍了一种以 P LC 为核心的井下主排水自动控制系统。

煤矿井下排水系统主要结构

　　 煤矿井下排水系统的结构主要包括离心泵、射流泵、闸阀、止回阀、管道和压力表，另外排水电气控制系统则主要包括防爆电动机、磁力启动器、高低压开关柜以及软启动器等。

　　（1）离心式水泵：煤矿井下排水系统中主要排水设备有很多种，其中我国矿井中最为常用的是离心式水泵。离心式水泵的主要工作原理是叶片在电动机的带动下进入高速旋转模式，此时矿井下的液体就会顺着排水管排出水仓，在开启电动机之前应该确保其吸水管和叶轮内部都已灌满液体，开启电动机后液体跟随叶轮做高速旋转运动，高速旋转的液体在离心力的作用下做离心运动脱离泵体，最后在出水口聚集沿出水口流出矿井。

　　（2）闸阀：闸阀的位置位于止回阀的右下方，是排水管路上的重要结构。对于闸阀来说，作用主要包括：

　　第一，控制通过离心泵排出井下水的相关参数，例如单位时间的排水流量以及离心泵排水扬程等。

　　第二，在将离心泵开启时，应该保证闸阀是关闭状态，这样在启动电机时，通过电机的电流会降低，电机运转负载相应下降，泵轴功率也会相应下降。闸阀在开启和关闭时所受压力较小，且在安装过程中不需要核对方向问题，安装简单，不存在安反等情况，如果有必要排水量和扬程还可以随意调节。但闸阀也存在一些劣势问题：例如闸阀的体积通常较大，且闸阀内部密封面较易受损，闸阀的内部结构十分复杂，一旦出现问题，维修成本相对较高。

　　（3）逆止阀：排水系统中安装逆止阀能够有效防止水在下落过程中降速过快，导致下降时高速流水对水泵和管路产生过大的冲击力。如果水泵在运行过程中突然停转，逆止阀会迅速感应并自动返回到关闭状态，这样管路中的水不会形成高压，降低了水泵和管路受破坏的可能性。

　　（4）压力表与真空表：安装在排水系统中排水管路上的表是压力表，通常来说排水系统中主排水管路和分排水管路都会安装一个压力表，这样能够及时的测量出各个管路中水压的大小。而安装在水泵和吸水管上的是真空表，真空表的主要作用是监测排水系统运行过程中吸水管的真空度。

　　（5）射流泵与真空泵：在排水系统进行水下排水时，首先要保证泵腔内和吸水管内都已注满水后才能启动离心泵，只有这样才能保证水泵能被正常启动。相反，如果泵腔内和吸水管内没有注满水，还存在空气，吸水管内部与水仓的压力就是相同的，吸水管内水压较大，外部的水就不会被压入吸水管内部。水泵运行时候就会出现水量不足的情况，产生的热量就会影响到水泵的正常使用寿命。另外在对真空泵进行抽空时通常使用射流泵，具体操作过程是在主排水管路上加开一条旁路，利用射流泵带动泵内空气流动，在高速射流的带动下，会形成“虹吸”，水流会逐渐由水仓被吸入到吸水管和泵腔内部。值得注意的是，真空泵和射流泵的工作原理存在一定的差异，通常情况下，人们选择使用射流泵为排水系统进行抽真空，而选择真空泵为辅助抽空装置。

　　以上五部分为煤矿自动排水系统的主要组成部分，并且当前为了实现节约能源以及降低排水系统水泵停止时管路中的水流以过快的速度流向底阀，造成事故现象，大多数煤矿都选择使用无底阀排水系统。

传统煤矿排水系统存在的问题：

1、效率低，可靠性不强

传统矿井排水系统人为因素占据主导地位，当矿井需要排水时工人需按照预先设定好的顺序进行设备操作，结合排数实际状况选择相应参数，大多操作通过经验完成。排水泵开关台数也由经验决定。此种方法不仅可靠性不强，还会影响排水效率。操作排水设备人员必须具备一定责任心和吃苦耐劳精神。若在排水中出现差池则会对整个煤矿的生产造成威胁。

2、排水劳动强度大，工作人员多

传统煤矿井下排水主要由人工操作，操作人员需要根据水位变化实时调整相关参数，因此操作人员需要一直在水泵房工作。操作人员需要完成关闭闸阀、开关水泵、观察水位、调整水压等工作，尤其是阀门转动过程需要较大力矩才能实现，因此往往需要数人配合才可完成阀门的开关。由此可见传统煤矿井下排水工作强度较大。

3、排水设备维护检修困难

传统排水系统组成较为复杂，由多个设备组合而成，当排水系统出现故障时需要对其进行原因分析，此时需要对所有设备进行逐个排查，工作强度大，维修效率低。其次在日常维护保养中需对所有组成部分进行维护，不仅工作强度较大，还易导致一些问题未被及时发现而导致不良后果。

煤矿井下水泵房自动排水系统：

1、选择排水设备

煤矿井下排水系统的排水设备是设备核心，我国相关规定中对排水设备及其排水管路等有一定要求。煤矿井下排水需要将水输送至地面，因此对排水设备功率有一定要求。在进行控制系统的设置前需对排水设备选型进行计算◇其次结合市场选择合适信号的水泵，对管路进行设计和布置，同时计算允许吸水高度及排水时间，结合现有电机容量及需求，设计水箱大小。

2、管路及管路布置

根据矿井排水实际情况，某煤矿井在排水时采用三条管路展开工作，正常排水情况下需使用2台排水泵同时作业，每台排水泵均占据一条排水管路。剩余一条排水管路作为备用。当矿井出现大量涌水时采用3台排水泵作业，三条管路同时排水，排水量达到最大，可满足排水需求。

3、自动控制系统

煤矿井下水泵房自动排水系统可由多种系统进行控制，当前应用最广的是 PLC 技术为基础，结合计算机控制技术，以煤矿井水位参数为数据基础实现对排水系统的智能控制。控制系统包括数据收集系统、设备监控系统、自动保护系统、数据处理系统等部分。从功能上来看主要包括控制部分、监控部分、自动报警等，功能模块由众多设备结合软件组成，系统可良好运行后选择操作模式，共有自动、半自动、手动三种模式，在保证系统稳定性基础上选择自动控制模式。正常情况下可选择自动控制，仅需值班人员即可，其他操作部分均可自动完成，且完成效果远好于传统排水系统，真正实现"减员增效"。

煤矿井下泵房是煤矿要害场所，该处排水是否良好将直接影响到矿山生产安全性。通过自动化控制系统可有效解决系统运行存在的监管问题。在设置自动化控制系统时需保证系统可满足水泵机组自动开关、故障处理、数据处理等需求，这些过程无需人员干预便可达到排水需求。针对煤矿实际需求，在建立水泵房自动排水系统时可保证实现以下内容：

(1）系统可自动控制排水过程，并可应对一些自发状况；

(2）控制中心设置于地面，通过地面控制中心可对煤矿井下水泵房排水过程进行实时监控，并可调阅各项参数，实现远程控制；

(3）可通过地面控制中心对井下工作部分进行实时控制，实现井下无人的远程控制，同时提高了矿井排水安全性。当 PLC 自动控制系统出现故障时可通过手动操作避免出现安全事故，同时保证煤矿井下水泵房排水过程稳定性；

(4）为进一步保证系统运行可靠性，在 PLC 自动控制和地面远程控制基础上，还应保留现场手动控制功能，同时设定 PLC自动控制系统核心部件被损坏情况下的备选方案，保证排水系统运行不中断；

(5）系统会自动对每台水泵的运行时间进行调控， PLC 设置单台水泵在正常情况下其运行超出12H便会被另一台水泵取代，该水泵将进入"休息"状态。特殊情况下可通过人为控制改变这一控制状态。

煤矿井下水泵房自动排水系统需根据实际情况实现水泵的自动切换，该过程主要通过自动控制程序实现。该程序中分别采用两个存储器作为泵组系统当前控制字，轮换后顺序控制字变化。以此类推。控制信号为相关参数（水涌高度、水压、流速等）。若在循环过程中水泵程序出现异常则在允许范围内启动备用泵，并将相关信息发送至地面控制中心，技术人员将根据系统自动监测到的数据判断故障原因，如有必要工作人员可下井观察，及时解决问题。

煤矿井下自动化排水系统组成：

1、地面控制中心

　　地面控制中心是煤矿井下自动化排水系统的重要组成部分，它通常设置在调度中心内部，并选择高性能的工控机作为自身的操控台对煤矿井下的所有水仓和相关设备进行监控。另外，地面控制中心还负责向控制器中传达相应的参数和命令，以及数据图形报表的储存和展示等。

2、以太网络控制中心

　　以太网络控制中心是为了适应数字化矿山建设和自动化排水需要建设的控制中心，当前我国一些矿山中的以太网络控制中心以太环网带宽已经可以达到千兆以上，各个不同的监测分站能够通过光纤工业以太网实现与地面控制中心的通信与连接。

3、水仓检测控制系统

　　我国煤矿井下排水水仓按照水仓类型划分可以分为小水仓和中转水仓，其中小水仓内部的积水可以通过水泵作用排入到中转水仓内，中转水仓中水积攒到一定程度后可以使用大功率的水泵，将水排入到主水仓中。

煤矿对我国经济发展和社会稳定有重要作用，提高煤矿井下水泵房排水系统稳定性和安全性是煤矿生产前提，基于此需实现煤矿井下水泵房自动化排水系统，通过自动控制提高排水安全性、可靠性、稳定性，为煤矿排水及安全生产奠定坚实基础。