盂縣躍進(jìn)煤礦水災(zāi)綜合防治技術(shù)研究

韓愛忠 李全中 姜 有

（1.山西晉盂煤業(yè)有限公司，山西 陽泉045100；2.山西工程技術(shù)學(xué)院采礦工程系，山西 陽泉045000）

1 礦井概況

盂縣躍進(jìn)煤礦始建于1958年，于1960年投產(chǎn)，開采煤層主要為8#、9#和15#煤層，經(jīng)過多次擴(kuò)建和技術(shù)改造，該礦現(xiàn)生產(chǎn)能力1.2Mt/a，該礦井水文地質(zhì)條件如下。

1.1 地表水

井田位于招三河畔，招三河從井田西南部邊界外由南向北流過，招三河屬海河流域滹沱河水系溫河上游支流。井田內(nèi)溝谷縱橫，平時(shí)干涸無水，雨季為排洪通道，洪水流出井田后，在盂縣城南匯入溫河。井田內(nèi)無水庫等大型地表水體。礦井工業(yè)廣場最低標(biāo)高為+985m，井口最低標(biāo)高為+992m，礦井最高洪水位為+982m，低于井口標(biāo)高。

1.2 含水層組特征

根據(jù)以往勘探資料，本區(qū)可劃分出以下含水層組：奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r含水層組、太原組石灰?guī)r巖裂隙巖溶含水巖組、山西組石盒子組砂巖裂隙含水層組及第四系松散巖類孔隙含水層。

1.2.1 奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層。巖性主要為灰色，厚層狀石灰?guī)r，結(jié)構(gòu)致密，性脆、局部節(jié)理發(fā)育，溶孔溶隙發(fā)育，據(jù)盂縣勘探區(qū)鉆孔資料，在鉆進(jìn)至該層位時(shí)，沖洗液漏失嚴(yán)重，據(jù)調(diào)查：周邊礦井奧灰水源井取水主要目的層均為馬家溝組。據(jù)位于井田東部約5km的躍進(jìn)煤礦生活水源井，峰峰組局部巖溶裂隙發(fā)育，上馬家溝組和下馬家溝組巖溶裂隙發(fā)育，該水源井2008年成井后進(jìn)行了簡易抽水試驗(yàn)，水位降深12m時(shí)，出水量為42m3/h，單位涌水量為0.9722L/S·m，奧灰峰峰組、上馬家溝組和下馬家溝組混合水位標(biāo)高為529.4m，據(jù)此推斷躍進(jìn)井田奧灰水位約為536～539m。

1.2.2 石炭系上統(tǒng)太原組石灰?guī)r裂隙巖溶含水巖組。該巖溶裂隙含水巖組由K2、K3、K43層灰?guī)r組成，據(jù)盂縣勘探區(qū)鉆孔資料，在鉆進(jìn)至K2灰?guī)r時(shí)，沖洗液有漏失現(xiàn)象，單位涌水量0.007～2.00L/s·m，滲透系數(shù)0.053～15.8m/d，富水性一般較弱，局部中等。K2灰?guī)r為15號煤層直接頂板，據(jù)調(diào)查躍進(jìn)煤礦及周邊礦井在15號煤層采掘過程中，僅表現(xiàn)為局部滲水、淋水現(xiàn)象，未對采掘造成明顯影響，井田內(nèi)該含水層為弱富水性含水層。

1.2.3 山西組、石盒子組砂巖裂隙含水層組。該含水巖組由山西組、石盒子組砂巖組成，井田內(nèi)出露較多，但由于受地質(zhì)和自然地理?xiàng)l件的限制，一般含水性差，據(jù)以往資料，單位涌水量0.0002L/s·m，滲透系數(shù)0.0011m/d，為弱富水性含水層。

1.2.4 第四系松散巖類孔隙含水層。主要以近代河谷沖洪積層含水為主，巖性為砂、沙礫及卵石組成，夾粉砂及透鏡狀黏土層，富水性視距河床遠(yuǎn)近有所變化，是當(dāng)?shù)鼐用裆钌a(chǎn)的主要水源之一。

1.3 隔水層

1.3.1 本溪組隔水層。太原組15號煤層底至本溪組底部主要由泥巖、鋁質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖等組成，夾不穩(wěn)定地薄煤線、薄層石灰?guī)r等，系奧陶系中統(tǒng)巖溶水與太原組煤層及石灰?guī)r裂隙巖溶水間的良好隔水層。

1.3.2 石炭系太原組和二疊系山西組層間隔水層。本隔水層由泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖及煤層等組成。分布于各層石灰?guī)r和各層砂巖含水層之間，構(gòu)成平行復(fù)合結(jié)構(gòu)，起到層間隔水作用。

1.4 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

井田西南部邊界處分布于近代河谷中的第四系沙礫巖層，接受大氣降水及河水直接補(bǔ)給。補(bǔ)、徑、排條件相對較好。石炭、二疊系含水層地下水的補(bǔ)、徑、排條件較差，富水性不均，淺部接受補(bǔ)給條件相對較好。奧陶系巖溶地下水豐富，補(bǔ)、徑、排條件很好。

井田構(gòu)造形態(tài)總體為一寬緩的背斜，采掘過程中發(fā)現(xiàn)18個(gè)陷落柱及2條斷層，未發(fā)現(xiàn)因遇見斷層和陷落柱而出現(xiàn)水文動態(tài)的異常。構(gòu)造對井田水文地質(zhì)條件的影響不明顯。

2 礦井充水因素分析

2.1 大氣降水和地表水

井田內(nèi)無水庫等大型水體。井田內(nèi)溝谷平時(shí)無水，雨季為排洪通道。礦井涌水量雨季較旱季有所增加。礦井井口未受洪水威脅。

井田內(nèi)溝谷發(fā)育，有利于大氣降水的匯集，在煤層埋深小于煤層開采后形成的導(dǎo)水裂隙帶區(qū)域，溝谷匯集的大氣降水可能會從煤層開采后形成的裂隙灌入井下。因此在今后開采過程中，必須采取相應(yīng)防范措施，防止雨季溝谷匯集的洪水灌入井下，釀成水災(zāi)事故。

2.2 小窯水

據(jù)調(diào)查周邊礦井與躍進(jìn)煤礦相鄰區(qū)域，目前9號煤層采空積水共有12處，積水面積共計(jì)8.94×105（m2），積水量共計(jì)8.34×104（m3），目前15號煤層采空積水共有4處，積水面積共計(jì)2.52×105（m2），積水量共計(jì)3.02×104（m3）。在今后生產(chǎn)過程中，開采至礦界附近時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)探放水工作，并按設(shè)計(jì)留足保安煤柱，以防其采空區(qū)積水、積氣進(jìn)入巷道，對礦井產(chǎn)生影響，造成事故。

2.3 采空區(qū)積水

據(jù)調(diào)查躍進(jìn)煤礦目前9號煤層采空積水共有5處，積水面積共計(jì)8.69×105（m2），積水量共計(jì)1.24×104（m3）。井田構(gòu)造形態(tài)總體為寬緩的背向斜褶曲，目前采掘工作主要在井田中部背斜軸部一帶進(jìn)行，各積水區(qū)分布于背斜兩翼或向斜軸部，采空區(qū)積水對目前9號煤層采掘工程無影響。隨著采煤工藝的改進(jìn)，煤炭回采率的提高，煤層開采后導(dǎo)水裂隙帶高度也將增加，部分區(qū)域可達(dá)到風(fēng)化基巖段和地表，采空區(qū)積水范圍、積水量將會比以往有加快增加趨勢。隨著時(shí)間的推移，以及積水區(qū)、積水范圍、積水量的增加，采空區(qū)積水會對采掘工程造成影響。

井田內(nèi)有陷落柱、斷層發(fā)育，雖然目前未發(fā)現(xiàn)有明顯導(dǎo)水現(xiàn)象的斷層、陷落柱，但斷層破碎帶、陷落柱內(nèi)的巖性比較復(fù)雜，且膠結(jié)程度較差，加之受采動影響，不導(dǎo)水構(gòu)造可以轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)水構(gòu)造，上部9號煤層采空積水也可能沿?cái)鄬?、陷落柱進(jìn)入15煤層，對15號煤層的開采造成影響。如15號煤層D-238號鉆孔南部一帶，陷落柱發(fā)育，該地段左有采空積水，上有9號煤層采空積水，除煤層開采形成的導(dǎo)水裂隙帶外，對陷落柱的導(dǎo)水也決不容輕視，在該地段開采前要抽排采空積水，并對陷落柱采取注漿加固等防治水措施，以確保礦井安全生產(chǎn)。

2.4 奧灰水

據(jù)躍進(jìn)煤礦生活水源井，奧灰水位標(biāo)高為536.4m，據(jù)此推斷井田奧灰水位約為536～539m。井田內(nèi)各可采煤層均位于奧灰水水位之上，奧灰水對煤層開采無影響。

3 礦井水水災(zāi)防治措施

3.1 礦井充水通道

據(jù)生產(chǎn)礦井充水情況與礦區(qū)水文地質(zhì)條件來看，本礦煤層充水通道主要為煤層頂板以上巖石的裂隙、陷落柱、斷層及開采后形成的導(dǎo)水裂隙帶，其他因素居次。

3.1.1 斷裂構(gòu)造帶。在采掘過程中，未發(fā)現(xiàn)有明顯導(dǎo)水現(xiàn)象的斷層、陷落柱，僅頂板有淋水現(xiàn)象。

斷層破碎帶、陷落柱內(nèi)的巖性比較復(fù)雜，且膠結(jié)程度較差，附近巖層裂隙較發(fā)育，往往能導(dǎo)致與其他含水層和上部煤層采空積水溝通，一旦導(dǎo)通，則對礦井開采影響較大。加之阻水、不導(dǎo)水構(gòu)造在采礦等因素的影響下，可轉(zhuǎn)化為透水、導(dǎo)水構(gòu)造。所以對陷落柱和斷層的導(dǎo)水性和富水性絕不可低估，在礦井開采過程中應(yīng)密切關(guān)注這些構(gòu)造的導(dǎo)富水情況。

3.1.2 覆巖層破壞后形成的導(dǎo)水裂隙帶。影響覆巖破壞的主要因素有煤層頂板的巖性組合、開采厚度和采煤方法。井田內(nèi)可采煤層上覆巖性組合多為灰?guī)r、砂巖、砂質(zhì)泥巖，煤層開采采用一次性采煤層全高，頂板管理方法采用全部垮落法。煤層開采后，頂板導(dǎo)水裂隙帶根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》（煤行管字［2000］第81號）中的公式進(jìn)行計(jì)算［1］。

采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算其導(dǎo)水裂隙帶高度：

式中：HLi—導(dǎo)水裂隙帶高度m；

∑M—累計(jì)采厚m。

8號煤層厚度為1.10～1.60m，計(jì)算結(jié)果為41.46～49.72m。

9號煤層厚度為3.90～6.10m，計(jì)算結(jié)果為69.25～84.09m。

15號煤層厚度為6.95～8.60m，計(jì)算結(jié)果為89.09～97.98m。

8號煤層下距9號煤層僅1.18～4.42m，平均2.92m，同一鉆孔見煤點(diǎn)8、9號煤層累計(jì)厚度為5.95～7.60m，聯(lián)合開采后，導(dǎo)水裂隙帶計(jì)算結(jié)果為83.18～92.70m。

8號煤層與9號煤層間距小于9號煤層開采后形成的導(dǎo)水裂隙帶高度，8號煤層開采后,其采空積水會直接滲入9號煤層，成為9號煤層充水水源；9號煤層下距15號煤層74.90～81.90m，由以上計(jì)算可知，8、9號煤層采空區(qū)位于15號煤層導(dǎo)水裂隙帶范圍之內(nèi)，后期開采15號煤層時(shí)，其上部8、9號煤層采空區(qū)積水會沿導(dǎo)水裂隙進(jìn)入下伏15號煤層采區(qū)巷道，對15號煤層的開采造成影響。井田內(nèi)8、9號煤層埋深小于8、9號煤層導(dǎo)水裂隙帶區(qū)域，煤層開采后，大氣降水、地表水會沿導(dǎo)水裂隙帶導(dǎo)入8、9號煤層，對礦井開采造成影響。在今后開采過程中，必須采取相應(yīng)防范措施，防止雨季洪水灌入井下，釀成水災(zāi)事故。

3.1.3 井田內(nèi)不良的鉆孔。井田內(nèi)以往施工鉆孔3個(gè)，由于施工年代已久，封孔情況不清，應(yīng)防備鉆孔構(gòu)成導(dǎo)水通道。

3.2 礦井水災(zāi)防治

井田開采8、9、15號煤層主要水害為大氣降水入滲補(bǔ)給，通過巖層裂隙、斷層、陷落柱等入滲補(bǔ)給煤層頂板以上含水層，含水層水通過裂隙、導(dǎo)水裂隙帶滲進(jìn)采空區(qū)或巷道。井田煤層處于淺-中埋區(qū)，煤系及其以上鄰近基巖含水層，接受補(bǔ)給條件差，富水性弱。井田內(nèi)最低部15號煤層最低底板標(biāo)高為810m，而井田奧灰水水位標(biāo)高為536～539m，井田內(nèi)各可采煤層均處于奧灰水水位標(biāo)高之上，奧灰水對煤層開采無影響，綜上所述，礦井水文地質(zhì)條件屬中等類型。根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》的相關(guān)條文［2-3］，根據(jù)躍進(jìn)煤礦實(shí)際情況，參考一些礦井水災(zāi)防治措施［4-6］，制訂躍進(jìn)煤礦水災(zāi)防治措施如下：

3.2.1 井口附近構(gòu)筑排水渠，以防雨季來臨時(shí)洪水涌入礦井。

3.2.2 樹立防水意識，重視防水工作，對工人進(jìn)行有關(guān)水害知識的教育和有關(guān)出水征兆的識別。加強(qiáng)對礦井涌水量的觀測記錄，及時(shí)掌握有關(guān)涌水量的變化情況，對突然增大的涌水量，要查明水源及水量變化情況，分析其原因，采取有效措施，制止水害事故發(fā)生。

3.2.3 必須經(jīng)常檢查礦區(qū)地表是否存在導(dǎo)水裂隙或其他導(dǎo)水通道，發(fā)現(xiàn)裂隙及其他導(dǎo)水通道，應(yīng)及時(shí)將其回填密實(shí)，避免雨季洪水灌入井下。

3.2.4 必須了解相鄰礦井情況，掌握其采空范圍、涌（積）水現(xiàn)象，防止越界開采造成巷道相互貫通，采空區(qū)積水涌入礦井，導(dǎo)致涌（突）水事故的發(fā)生。

3.2.5 在巷道掘進(jìn)接近采空區(qū)、陷落柱、斷層、鉆孔時(shí)，要進(jìn)行探放水工作，尤其要對采空區(qū)積水、積氣進(jìn)行探測排放。

4 結(jié)論

本文通過分析盂縣躍進(jìn)煤礦水文地質(zhì)條件和礦井充水因素，查明了盂縣水害主要為小窯水和采空區(qū)積水，根據(jù)煤礦實(shí)際情況，制定了合理的水災(zāi)防治措施，保障了礦井的安全生產(chǎn)，為類似礦井的水災(zāi)防治提供了重要的借鑒。

［1］國家煤炭工業(yè)局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采教程［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2000.

［2］國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦防治水規(guī)定［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

［3］武強(qiáng)，趙蘇啟，李竟生，等.《煤礦防治水規(guī)定》編制背景與要點(diǎn)［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2011，36（1），70-74.

［4］趙蘇啟，武強(qiáng)，尹尚先.廣東大興煤礦特大突水事故機(jī)理分析［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2006，31（5）：618-622.

［5］武強(qiáng)，金玉潔.華北型煤田礦井防治水決策系統(tǒng)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1995.

［6］尹尚先，吳文金，李永軍，等.華北煤田巖溶陷落柱及其突水研究［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2008.

［7］趙蘇啟，武強(qiáng)，尹尚先.廣東大興煤礦特大突水事故機(jī)理分析［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2006，31（5）：618-622.