長(zhǎng)治經(jīng)坊煤礦礦井水源水害影響因素及防治技術(shù)

文/景劍峰馮寧

山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)經(jīng)坊煤業(yè)公司井田面積30.7229km2，生產(chǎn)能力300萬噸，批準(zhǔn)層位3#、8#、9#、14#、15#?，F(xiàn)開采 3# 煤層。隨著礦井開采時(shí)間的延伸，南區(qū)主要水害為本煤層的采空區(qū)積水。北區(qū)水文地質(zhì)條件為中等，局部帶壓，帶壓標(biāo)高652m，北區(qū)主要水害類型為采空區(qū)積水及奧灰?guī)r溶水，礦井總體水文地質(zhì)條件為中等。如在生產(chǎn)過程中疏于防范，將給礦井安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重的危害。

一、礦井水文地質(zhì)特征

經(jīng)坊煤礦大部為第四系覆蓋，第四系孔隙含水層在井田范圍內(nèi)分布廣泛，主要接受大氣降水補(bǔ)給，受氣候變化影響明顯，是居民生活及工農(nóng)業(yè)用水的主要水源。其下伏基巖風(fēng)化帶含水層在露頭區(qū)及淺埋區(qū)，除可直接接收大氣降水補(bǔ)給外，還可接受第四系含水層的補(bǔ)給。在不同的地段，不同時(shí)期第四系含水層與基巖風(fēng)化帶含水層可互為補(bǔ)給含水層。

井田內(nèi)碎屑巖類含水層及石炭系中統(tǒng)巖溶裂隙含水層，由于其間有厚度不等的泥質(zhì)巖層阻隔，相互間水力聯(lián)系差，且主要以相互平行的層間徑流為主。僅在構(gòu)造部位或淺部才可能與其他含水層發(fā)生直接水力聯(lián)系。

奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r含水層是井田內(nèi)主要含水層之一，井田內(nèi)沒有出露。其地下水位于辛安泉域南徑流帶上，徑流方向大至由西偏南向東偏北方向徑流。從井田內(nèi)埋藏條件、巖溶發(fā)育情況分析，井田內(nèi)巖溶發(fā)育段埋藏較深，溶蝕發(fā)育較好，一般情況隨深度增加，水位埋深也不斷增大，在構(gòu)造部位有可能與其他含水層發(fā)生水力聯(lián)系。

二、充水水源及影響因素分析

生產(chǎn)實(shí)踐表明，大氣降水、地表水、含水層水及老空水等水源均對(duì)礦井充水有一定影響，其影響程度主要取決于上述各水體的發(fā)育程度或富水性，以及水體同開采煤層的關(guān)系。

1.充水水源分析

大氣降水。降水通過巖土層孔隙及長(zhǎng)期開采條件下可相互溝通的煤層頂板垮落帶下滲，是礦坑充水的主要來源。受降水的周期性及季節(jié)性變化影響，礦坑涌水量隨之具有顯著的動(dòng)態(tài)特征。但在采區(qū)工作面附近，3號(hào)煤層埋藏深度一般為250~300m。淺層地下水及大氣降水僅小部分可通過砂巖裂隙及構(gòu)造裂隙等導(dǎo)水通道進(jìn)入巷道，巷道涌水量增加不明顯。

地表水。本區(qū)無常年性河流，一般無水害威脅，但在雨季應(yīng)注意回填地面塌陷裂隙，預(yù)防大氣降水涌入礦井造成水害威脅。礦井地面有一南北方向約20～30m寬橫跨四采區(qū)的地面積水區(qū)，水位2～3m，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和必要的疏排工作，以防雨季積水增加造成滲漏引發(fā)礦井頂板淋水。

2.影響因素分析

采空區(qū)積水。井田內(nèi)僅有池里1個(gè)小煤礦，暫時(shí)不會(huì)對(duì)本礦井造成大的影響，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)其監(jiān)督管理。該礦采空區(qū)存在著積水情況，3號(hào)煤層采空區(qū)積水量總計(jì)460959.42m3，這些積水區(qū)域?qū)ο陆M煤的開采將構(gòu)成一定的威脅，下組煤采至相應(yīng)位置時(shí)，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的探測(cè)和排水工作。

含水層水。K2灰?guī)r水含區(qū)內(nèi)共有5層灰?guī)r，據(jù)補(bǔ)2號(hào)孔石炭系抽水資料顯示，K2灰?guī)r水水位標(biāo)高為871.62m，K2灰?guī)r頂面標(biāo)高為469.586m，3號(hào)煤底板標(biāo)高為530.936m，底板隔水層厚度為61.35m，承受水頭壓力為4.020MPa，突水系數(shù)為0.066MPa/m，但其單位涌水量為0.0133L/s.m，屬于富水性弱的含水層，且距3號(hào)煤層90多米，因此在無構(gòu)造直接導(dǎo)水情況下對(duì)3號(hào)煤層的開采影響較小，但應(yīng)加強(qiáng)K2灰?guī)r水水位監(jiān)測(cè)。

頂板砂巖裂隙水。煤層頂板砂巖裂隙含水層將通過礦坑頂板導(dǎo)水裂縫帶向礦坑充水，根據(jù)山西省長(zhǎng)治經(jīng)坊煤業(yè)礦井水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探報(bào)告表明：井田內(nèi)風(fēng)化裂隙發(fā)育，部分地段富水性好，補(bǔ)1號(hào)孔在風(fēng)化帶鉆進(jìn)時(shí)，出現(xiàn)沖洗液消耗量增大，補(bǔ)2號(hào)孔在風(fēng)化帶中鉆進(jìn)時(shí)，出現(xiàn)沖洗液漏失現(xiàn)象。第四系堆積物厚度較大，其松散層中富水性較好，造成基巖面上積水量較大，使3號(hào)煤層頂板砂巖富水性變好。因此，在煤層淺埋區(qū)，頂板砂巖裂隙水成為礦坑充水的主要來源。

奧陶系巖溶水。據(jù)以往補(bǔ)充勘探資料和區(qū)內(nèi)水源井資料數(shù)據(jù)顯示，奧灰水為井田內(nèi)主要的含水層，單位涌水量0.3129～4.722L/s.m，富水性中等偏強(qiáng)。井田內(nèi)奧灰?guī)r溶水水位標(biāo)高在652m左右，可采煤層均有部分地段低于奧灰?guī)r溶水水位標(biāo)高，3#煤層底板突水系數(shù)為0.010~0.031MPa/m。因此加強(qiáng)地質(zhì)構(gòu)造及導(dǎo)水性的探測(cè)，堅(jiān)持“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原則，制定有效的防治水措施，防止水災(zāi)事故的發(fā)生。

三、礦井水害防治技術(shù)方法

1.地表水、老空水、裂隙水的防治措施

嚴(yán)格執(zhí)行“有掘必探、有采必探、先探后掘、先治后采”和“物探先行、化探跟進(jìn)、鉆探驗(yàn)證”的防治水原則，采取“防、堵、疏、排、截”綜合治理措施。在井田外圍修筑防洪泄洪渠道，在采空區(qū)外圍挖溝排（截）洪；填堵地面塌陷及裂隙區(qū)域等地表水下滲渠道；堵水截流，在井下留設(shè)放水煤（巖）柱，設(shè)置防水閘門或直接對(duì)突水點(diǎn)進(jìn)行注漿封堵；疏干降壓，在井下施工專門的疏水鉆孔對(duì)水體進(jìn)行疏干、排放，以減少積水量，降低水壓。

2.奧灰水的防治措施

井田北區(qū)屬于部分帶壓開采區(qū)域，受到奧灰水的威脅，需要研究制定專門的安全防治措施。

（1）帶壓開采區(qū)的采掘工作面如發(fā)生底板出水或煤層淋水等情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)查出水點(diǎn)的出水時(shí)間、位置、標(biāo)高、出水范圍，以及出水形式、水量、水溫、水質(zhì)等實(shí)際情況，如有頂板巖石露出，調(diào)查其巖性與裂隙發(fā)育情況，斷層構(gòu)造情況等并分析判斷水源，水量大于3m3/h時(shí)，應(yīng)每日觀察其水量。

（2）受底板巖溶水的威脅在開采前必須進(jìn)行疏水降壓，使灰?guī)r巖溶的水壓降到安全水壓值以下，采煤后底板移動(dòng)破壞帶以下，否則，不準(zhǔn)開采。

（3）在帶壓開采過程中，雖然疏水降壓到安全水壓值以下，還應(yīng)特別注意工作面范圍內(nèi)的小斷層和小褶曲，當(dāng)這些小構(gòu)造和含水灰?guī)r或切割灰?guī)r的較大斷層相通過時(shí)，往往形成突水通道，礦井水文人員及綜采隊(duì)工作人員發(fā)現(xiàn)構(gòu)造，遇到出水征兆要及時(shí)匯報(bào)，以便處理。

（4）為防治帶壓開采區(qū)段煤底板巖溶水，礦井水文人員及有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)要研究灰?guī)r突水機(jī)理，研究“下三帶”（即底板采后導(dǎo)水破壞帶，有效保護(hù)帶和地下水導(dǎo)升帶）在煤層開采后的發(fā)育規(guī)律，指導(dǎo)煤礦安全生產(chǎn)。

（5）根據(jù)水文地質(zhì)條件差異，分別采用不同方法防治底板水害的發(fā)生。在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度高的區(qū)塊，突發(fā)事故極易發(fā)生：當(dāng)?shù)装甯羲畮r厚度較大時(shí)，采用大面積注漿加固底板隔水層的方法來解決；當(dāng)?shù)装甯羲畮r厚度較小時(shí)，采用大降深疏降的方法；當(dāng)?shù)装甯叱袎汉畬訛楸踊規(guī)r時(shí)，采用帷幕疏的方法，實(shí)現(xiàn)大降深疏降；當(dāng)?shù)装甯羲畬雍穸忍幱谥虚g狀態(tài)時(shí)，采用大面積加固底板隔水層，小面積開導(dǎo)相結(jié)合的方法。在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度低的區(qū)塊：當(dāng)?shù)装甯羲畬雍穸容^大時(shí)，采用構(gòu)造地段局部注漿加固的方法；當(dāng)?shù)装甯羲畬雍穸容^中等時(shí)，采用構(gòu)造地段局部注漿加固和小面積開采相結(jié)合的方法；當(dāng)?shù)装甯羲畬雍穸容^小時(shí)，除以上方法外，還應(yīng)考慮巖石充填法。

總之，經(jīng)坊煤礦的水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，隨著開采深度的不斷加深將變得更加復(fù)雜。礦井只有樹立“水患不除心不安，水害不治礦不寧”“水害事故是可防可控”的意識(shí)，實(shí)踐“嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)、建體系、精勘探、細(xì)預(yù)報(bào)、強(qiáng)技術(shù)、控過程、慎評(píng)價(jià)、重總結(jié)”的工作態(tài)度，形成“加強(qiáng)基礎(chǔ)工作是前提、先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用是條件、嚴(yán)格監(jiān)管是保障”的礦井防治水綜合管理模式，才能不斷提高礦井水害防治技術(shù)和管理水平，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。