楊村煤礦水害及防治措施簡析

陳巖 劉強(qiáng) 張傳杰 王琪

摘要：礦井水害是我國煤礦開采遇到的三大災(zāi)害之一，是制約煤礦安全生產(chǎn)的重要因素。本文根據(jù)兗州礦務(wù)局楊村煤礦在生產(chǎn)開發(fā)中所遇到和解決的礦井水害的實(shí)際情況，總結(jié)了楊村煤礦水害的預(yù)防和治理的有效手段，并對(duì)礦井水害的預(yù)防治理提出了相關(guān)的建議，希望可以對(duì)楊村礦以及其他煤礦以后礦井水害治理起到積極的影響。

關(guān)鍵詞：水層、礦井、煤柱、防治水

水文地質(zhì)條件是科學(xué)評(píng)價(jià)煤礦開采的一個(gè)十分重要的方面，礦井涌水量是事關(guān)礦井防治水安全的大事，涉及礦井水文地質(zhì)與供水水文地質(zhì)的關(guān)系、水文地質(zhì)勘探的質(zhì)量對(duì)礦井水文地質(zhì)資料的精確掌握和礦井涌水量進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)對(duì)于防止礦井突水、淹井等礦山惡性事故、保障礦山安全生產(chǎn)具有重要意義。

一、礦井主要水害及影響程度

楊村井田中小型斷裂構(gòu)造、次級(jí)褶曲發(fā)育，十下灰和十三-十四灰富水性弱至中等，奧灰富水性不均一，尤其主要受十三-十四灰及奧灰?guī)r溶水的威脅。未來礦井開采的主要水害有第四系下組含水層、3煤層頂?shù)撞可皫r含水層、十下灰含水層、十三-十四灰含水層組、奧灰含水層，以及采空區(qū)積水、封閉不良鉆孔等。

（一）礦井開采的主要水害

1.含水層水

（1）第四系下組含水層

第四系下組平均厚度50.01m，其下段厚度22.30～33.80m，底部含水層（底含）富水性弱，大部區(qū)域連續(xù)分布，直接覆蓋在煤系基巖之上。當(dāng)導(dǎo)水裂縫帶波及底含時(shí)，底含將對(duì)工作面直接充水。故在提高開采上限區(qū)域開采，應(yīng)穩(wěn)步進(jìn)行，防止開采中發(fā)生突水潰砂事故。

（2）3煤層頂部砂巖

3煤層頂部砂巖為開采3煤層直接充水含水層，正常情況下以淋水的形式通過采動(dòng)裂隙直接涌入采掘工作面及回采工作面的采空區(qū)，為礦井正常涌水的來源。3煤層頂部砂巖富水性弱，補(bǔ)給條件不好，受礦井多年排水影響，靜儲(chǔ)量已被疏放，補(bǔ)給量較小，故對(duì)采掘影響不大。

（3）十下灰含水層

十下灰是16上煤層開采的直接充水含水層。在礦井大巷開拓時(shí)期，涌水點(diǎn)較多。井下揭露點(diǎn)最大涌水量97.8m3/h。礦井生產(chǎn)揭露情況表明，十下灰涌水量與構(gòu)造有關(guān)，斷層附近、裂隙發(fā)育地段出水量大，對(duì)生產(chǎn)有一定的影響。

（4）十三-十四灰含水層

十三-十四灰為礦井開采16上、17煤層的間接充水含水層， 富水性弱～中等。自礦井下組煤開采以來， 十三-十四灰水位持續(xù)下降。經(jīng)對(duì)靠近突水點(diǎn)的十三-十四灰觀測(cè)孔和奧灰觀測(cè)孔水位動(dòng)態(tài)進(jìn)行分析，十三-十四灰水位變動(dòng)與奧灰水位變動(dòng)不存在相關(guān)性，證實(shí)突水水源為十三-十四灰水?？傮w看，十三-十四灰含水層在構(gòu)造發(fā)育區(qū)可能向礦井充水，影響生產(chǎn)。

2.采空區(qū)積水

井田內(nèi)采空區(qū)局部低洼處存有積水。經(jīng)排查，截止2013年底，本礦采空區(qū)積水共8處，積水總量14.669萬m3，今后在積水區(qū)附近采掘施工將受其影響。

3.封閉質(zhì)量不良鉆孔

本井田有封閉不良鉆孔41個(gè)，這些鉆孔比較均勻地分布在整個(gè)井田內(nèi)，對(duì)礦井生產(chǎn)構(gòu)成潛在威脅。

二、已開展的防治水工作

（一）礦井排水系統(tǒng)

楊村煤礦采用中央泵房直接排水法排水。中央泵房布設(shè)在井底車場(chǎng)附近，負(fù)責(zé)全礦井排水。中央水倉設(shè)有內(nèi)環(huán)水倉兩個(gè)、外環(huán)水倉一個(gè)，總?cè)莘e9120m3。中央泵房水泵單機(jī)流量450 m3/h，總裝機(jī)能力2700m3/h，滿足相關(guān)規(guī)定的要求。

（二）礦井防水（隔離）設(shè)施

1.留設(shè)防水煤柱

（1）井田邊界防隔水煤（巖）柱

楊村礦井與興隆莊煤礦、橫河煤礦、田莊煤礦、楊莊煤礦間的邊界隔離煤柱留設(shè)情況見表1。

（2）第四系防水煤（巖）柱

第四系防水煤柱：下組煤由煤層頂板至沖積層底界面的垂距30m留設(shè)防水煤柱；上組煤3煤層按興隆莊煤礦和鮑店煤礦的確定原則：煤層頂板至沖積層底界面垂高80m留設(shè)。

（3）斷層煤柱

按建井地質(zhì)報(bào)告中的煤柱留設(shè)原則，下組煤落差10～20m的斷層按30m留設(shè)；3煤層中落差為10～20m的斷層按20m留設(shè)（以上均指在斷層一側(cè)）。落差大于30m的斷層均為邊界斷層，按礦井邊界煤柱留設(shè)，落差小于10m的斷層不留設(shè)煤柱。

2.防水閘墻

興隆莊煤礦在未將鋪?zhàn)訑鄬右晕鞯?煤層劃歸楊村煤礦之前曾有4條巷道過鋪?zhàn)訑鄬?，?dāng)邊界調(diào)整后，興隆莊煤礦于1998年～2002年在本井田鋪?zhàn)訑鄬訓(xùn)|側(cè)井田邊界煤柱處共筑建了4道隔離墻，以確保井田邊界防隔水煤（巖）柱的隔離作用。

表1 楊村煤礦與相鄰礦井邊界煤柱留設(shè)情況表 單位：m

煤

層 與興隆莊礦邊界煤柱 與橫河礦邊界煤柱 與田莊礦邊界煤柱 與楊莊礦邊界煤柱

計(jì) 楊村

一側(cè) 興隆莊一側(cè) 計(jì) 楊村

一側(cè) 橫河

一側(cè) 計(jì) 楊村

一側(cè) 田莊

一側(cè) 計(jì) 楊村

一側(cè) 楊莊

一側(cè)

3 80 50 30 120 80 40 74 37 37

16上 130 100 30 120 80 40 114、68 80、34 34 68 34 34

17 150 120 30 120 80 40 116、72 80、36 36 72 36 36

3.防水閘門

（1）五采區(qū)防水閘門

1996年在五采區(qū)設(shè)立了兩座防水閘門。一座設(shè)在采區(qū)下山變坡點(diǎn)以下5m處，另一座設(shè)在皮帶下山聯(lián)絡(luò)巷以下4m處。防水閘門設(shè)置后，該采區(qū)停止生產(chǎn)，已封閉，防水閘門從未開啟。

（2）南大巷、南副巷防水閘門

2003年在南大巷、南副巷各設(shè)置一座防水閘門，規(guī)格為3.2LM-2X2.32，斷面尺寸為寬2m、高2.32m，額定壓力3.2MPa。南大巷閘門墻體長度5.5m、閘門墻體嵌入圍巖長度0.7m，南副巷閘門墻體長度6.0m、閘門墻體嵌入圍巖長度0.85m。

（三）施工探水孔和疏放水孔

1.觀測(cè)孔

為觀察奧灰水位情況，2003年在南大巷共施工奧灰水位觀測(cè)孔4個(gè)，見奧灰初始水量0.5～5m3/h，最大水量29～40 m3/h，終孔水壓2.67～3.2MPa；為觀察十四灰水位情況，2011年在十采皮帶下山JP7處施工觀測(cè)孔一個(gè)（井下L14-1號(hào)孔），工程量54.5m，見十四灰初始水量1.2m3/h，最大水量16 m3/h，終孔水壓0.98MPa。

2.基巖探查孔

為查清基巖厚度，保障提高上限開采工作面安全試采，1998年至2011年，先后在幾個(gè)工作面及北總回、3煤皮帶集中巷等地點(diǎn)施工了工作面泄水孔34個(gè)。

3.十四灰探放孔

為查明16上、17煤層下伏含水層十四灰的富水性及工作面水文地質(zhì)條件，2002年～2013年，先后在各個(gè)工作面施工了十四灰探放水孔51個(gè)，其中9個(gè)鉆進(jìn)揭露十四灰無水，其余鉆孔終孔水量0.5～60 m3/h，為制定工作面防治水措施提供可靠依據(jù)。

4.探放老空水孔

為解除老空區(qū)積水對(duì)采掘工作面的威脅，2001至2012年，先后對(duì)部分采空區(qū)施工老空水疏放水孔24個(gè)，確保了安全生產(chǎn)。

5.3煤頂板砂巖探放水

為保證工作面正常生產(chǎn)，2002～2013年，先后在幾個(gè)工作面施工了頂板砂巖超前疏放水孔11個(gè)。

（四）井下水文地質(zhì)勘探

楊村煤礦自建井以來，為查明采掘工作面地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件，應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)、瞬變電磁、直流電法、音頻電透、坑透、井下三維電法等技術(shù)先后對(duì)18個(gè)工作面及開拓巷道進(jìn)行了井下物探探測(cè)23次。井下物探完成后，對(duì)物探圈定的富水區(qū)分別進(jìn)行打鉆驗(yàn)證，取得了良好效果。

（五）啟封封閉不良鉆孔

1990年以來，結(jié)合生產(chǎn)接續(xù)，共啟封對(duì)生產(chǎn)有影響的封閉不良鉆孔27個(gè)，均采用水泥砂漿全孔重新封閉，質(zhì)量較好。

（六）建立地下水位長期觀測(cè)系統(tǒng)

為了查清楊村井田水文地質(zhì)條件，建立主要含水層水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)網(wǎng)，實(shí)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)。投產(chǎn)后留設(shè)主要含水層水位觀測(cè)孔31個(gè)。至2013年，仍在使用的長觀孔14個(gè)，各觀測(cè)孔均采用遙測(cè)法進(jìn)行觀測(cè)。剩余17個(gè)孔中，有16個(gè)鉆孔已啟封完畢，剩余 O-1號(hào)孔在相鄰楊莊煤礦范圍內(nèi)，距離礦井邊界650m，2000年3月堵塞，對(duì)楊村煤礦安全生產(chǎn)無影響。

（七）防治水科研攻關(guān)

1.水文地質(zhì)條件研究和復(fù)雜條件下組煤開采防治水技術(shù)研究

礦井水文地質(zhì)類型的確定，對(duì)指導(dǎo)礦井有效地開展水文地質(zhì)工作具有重要的意義。對(duì)楊村煤礦水文地質(zhì)類型的確定有一個(gè)逐步認(rèn)識(shí)過程。1990年對(duì)礦井水文地質(zhì)條件進(jìn)行了分類，確定為水文地質(zhì)條件中等的礦井，即二類礦井；1996年，2602工作面開采時(shí)發(fā)生底板突水，在專家論證會(huì)上，對(duì)礦井水文地質(zhì)條件進(jìn)行了分析，確定為大水隱患礦區(qū)。1997年礦井地質(zhì)報(bào)告修編，將楊村礦水文地質(zhì)類型確定為三類，即水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井。1994年～1997年間，楊村井田進(jìn)行了水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探，建立了地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，對(duì)井田內(nèi)主要含水層實(shí)行了動(dòng)態(tài)觀測(cè)，為礦井防治水工作提供了保障，也對(duì)分析礦井水文地質(zhì)條件，合理評(píng)定礦井的水文地質(zhì)類型提供了條件。

2.提高開采上限研究

（1）3煤層防水煤柱留設(shè)及提高開采上限研究

針對(duì)3層煤防水煤柱留設(shè)及提高開采上限自1996年開始便進(jìn)行了一系列的研究，至2008年5月，最終確定楊村煤礦3煤層C區(qū)按留設(shè)防砂煤柱進(jìn)行管理，即：在煤巖柱厚度大于38.6m范圍內(nèi)，采高7.7m，采用綜放開采；煤巖柱大于31.6m小于38.6m范圍內(nèi)，采高7.7m，采用網(wǎng)下綜放開采；煤巖柱大于21.3m，小于31.6m范圍內(nèi)，采高7.7m，采用綜采分三個(gè)分層開采。

（2）下組煤提高開采上限的研究

自1997年開始，對(duì)楊村煤礦進(jìn)行了“楊村煤礦薄煤層提高開采上限”的研究。2013年5月，確定楊村煤礦16上、17煤層二、四、六采區(qū)淺部設(shè)計(jì)防水煤柱在30m范圍內(nèi)，按11.0mm防砂煤巖柱留設(shè)，采用一次全厚開采。

（八）兩帶觀測(cè)

為探測(cè)3煤層薄基巖柱條件條帶開采冒落帶和導(dǎo)水裂縫帶（兩帶）發(fā)育的最大高度與形態(tài)，合理確定3煤層防砂安全煤巖柱尺寸，2003～2006年委托地質(zhì)工程公司在TD304、305兩個(gè)工作面施工了4個(gè)兩帶觀測(cè)孔并通過對(duì)觀測(cè)資料的分析匯總?cè)〉靡欢ǖ某晒?/p>

（九）泗河河堤治理

1.313工作面開采后沉陷治理

313工作面開采后實(shí)測(cè)河堤最大下沉6.0m。為恢復(fù)其防洪功能，實(shí)行了泗河堤防修復(fù)加固治理工程，完成土石方8.6萬m3，其中煤矸石量2.2萬m3，灘地填筑土方2.7萬m3，堤防填筑土方1.8萬m3，清基1.3萬m3，土石方整理0.6萬m3。堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到五十年一遇，堤防比二十年一遇的高程高1.8m。

2.3煤區(qū)段工作面泗河備土一期工程

為給采煤影響的泗河?xùn)|岸段堤防、護(hù)堤地以及后期泗河治理儲(chǔ)備土源，繼續(xù)施行了楊村煤礦3煤區(qū)段泗河備土工程。

三、結(jié)論及防治水工作建議

楊村煤礦目前所做的水害防治措施較為齊全，對(duì)于水害防治起到了十分積極的作于，結(jié)合之前工作的經(jīng)驗(yàn)和今后五年開采區(qū)充水條件，對(duì)今后防治水工作提出如下建議：

1.做好提高開采上限工作面第四系底含水的防治工作。對(duì)基巖柱高度、下組底部含（隔）水層分布及厚度、構(gòu)造發(fā)育情況等局部控制不夠的區(qū)域，開采前尚需做一些必要的探測(cè)和研究工作，為制定防治水措施提供可靠的依據(jù)。

2.提高開采上限的工作面回采前要委托有資質(zhì)的機(jī)構(gòu)對(duì)工作面開采可行性進(jìn)行論證，編制《開采方案》，按程序進(jìn)行報(bào)批，并嚴(yán)格按審批意見落實(shí)各項(xiàng)防治水措施。

3.對(duì)位于泗河下采煤工作面或開采對(duì)泗河有影響的工作面，要做好河堤下沉預(yù)計(jì)、治理措施和開采設(shè)計(jì)的報(bào)批。開采中做好河堤下沉段復(fù)堤加固，確保泗河防洪能力。

4.老空水探放工作。隨著礦井采掘活動(dòng)范圍的擴(kuò)大，造成老空區(qū)積水地點(diǎn)逐步增多，新采掘地點(diǎn)施工時(shí)老空水成為最大的水害隱患，對(duì)今后沿空掘進(jìn)巷道生產(chǎn)有一定的影響，應(yīng)慎重對(duì)待。

5.繼續(xù)啟封封閉質(zhì)量不良的鉆孔。根據(jù)生產(chǎn)安排，對(duì)回采工作面內(nèi)及影響范圍內(nèi)的封閉質(zhì)量不良的鉆孔超前啟封處理，防止鉆孔導(dǎo)水事故的發(fā)生。

6.楊村煤礦在靠近田莊煤礦越界開采的采空區(qū)附近進(jìn)行巷道掘進(jìn)前，應(yīng)按照“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原則，進(jìn)行水情探測(cè)與水害分析，并根據(jù)水害分析預(yù)測(cè)報(bào)告，制定并落實(shí)防治水措施，防止老空突水事故發(fā)生。

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