煤礦充水因素分析及水害防治措施

田銀娥

（晉城市水務(wù)局）

煤礦充水因素分析及水害防治措施

田銀娥

（晉城市水務(wù)局）

煤礦大量突水與透水，是原煤生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的水害事件，不僅影響安全生產(chǎn)，而且極有可能危及礦工的生命安全。高平青龍同昌煤業(yè)礦井屬山西省煤炭資源整合背景下的單獨(dú)保留礦井，井田面積4.913 3 km2，批準(zhǔn)開采3-15號(hào)煤層，生產(chǎn)能力90萬t/a。為了保障安全生產(chǎn)，預(yù)防水患災(zāi)害，詳細(xì)分析了其礦坑充水來源及其影響程度，提出了隨時(shí)監(jiān)測(cè)礦坑涌水變化、在易發(fā)生水害地段預(yù)留保安煤柱與設(shè)置足額排水、加強(qiáng)安全防范教育并制定落實(shí)突發(fā)水害應(yīng)急預(yù)案等水害防治措施。

煤礦 礦井充水因素 導(dǎo)水裂隙帶 水害防治措施 高平市

煤礦大量突水與透水，是原煤生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的水害事件，不僅影響安全生產(chǎn)，而且極有可能危及礦工的生命安全?，F(xiàn)以高平青龍同昌煤業(yè)有限公司礦井為例，分析礦井可能的充水因素，探討預(yù)防水害的對(duì)策措施。

1 煤礦簡(jiǎn)況

高平青龍同昌煤業(yè)有限公司礦井位于高平市東北部的三甲鎮(zhèn)東、陳區(qū)鎮(zhèn)西區(qū)域，為貫徹山西省煤炭生產(chǎn)“資源整合、聯(lián)合改造、淘汰落后、優(yōu)化結(jié)構(gòu)”的指導(dǎo)方針，根據(jù)省政府晉政發(fā)[2008]23號(hào)《關(guān)于加快推進(jìn)煤礦企業(yè)兼并重組的實(shí)施意見》、晉政發(fā)[2009]10號(hào)《關(guān)于進(jìn)一步加快推進(jìn)煤礦企業(yè)兼并重組整合有關(guān)問題的通知》文件精神，依照晉煤重組辦發(fā)[2009]44號(hào)《關(guān)于晉城市高平市煤礦企業(yè)兼并重組整合方案的批復(fù)》，同意該煤礦為單獨(dú)保留礦井。該煤礦始建于1983年，1985年建成投產(chǎn)，斜井開拓，年生產(chǎn)能力9萬t/a；2002年進(jìn)行改擴(kuò)建，生產(chǎn)能力提高到30萬t/a；2010年整合后的井田面積為4.913 3 km2，批準(zhǔn)開采3-15號(hào)煤層，仍采用斜井開拓方式，生產(chǎn)能力增至90萬t/a。2014年10月，已完成整合改造，進(jìn)入聯(lián)合試運(yùn)行。

2 礦井充水因素及分析

2.1 充水來源及其影響程度

2.1.1 大氣降水與地表水對(duì)礦坑充水的影響

據(jù)調(diào)查收集的降水資料，高平市自1961年以來，年降水量變幅在306.9-870.7 mm之間，年均降水量為586.1 mm，主要集中在7-9月。在汛期較大暴雨時(shí)，溝谷內(nèi)可形成地表洪水。據(jù)勘查資料計(jì)算并結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)分析，15號(hào)、9號(hào)和3號(hào)煤層，礦坑頂部冒落導(dǎo)水裂隙帶之間在多數(shù)地段可相互溝通。特別是主采3號(hào)煤層，礦坑頂板冒裂帶在部分地段已與基巖風(fēng)化帶溝通，甚至發(fā)育到地表。此類地段，在汛期降水集中時(shí)，大氣降水、季節(jié)性地表水將與礦坑之間產(chǎn)生直接或間接的導(dǎo)水聯(lián)系，從而使礦坑產(chǎn)生充水。

2.1.2 冒落導(dǎo)水裂隙帶的裂隙水對(duì)礦坑充水的影響

據(jù)該礦勘查資料，按相關(guān)規(guī)范分別計(jì)算導(dǎo)水裂隙帶高度。

《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》給出的導(dǎo)水帶計(jì)算公式為：

式中：Hf——導(dǎo)水裂隙帶高度，m；

M——累計(jì)采厚，m；

n——煤分層層數(shù)。

《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》給出的導(dǎo)水帶計(jì)算公式為：

3號(hào)煤層按一次采全高，據(jù)（1）式計(jì)算，冒落導(dǎo)水裂隙帶高度為56.76-130.09 m，平均高度為94.76 m；按（2）式計(jì)算，冒（垮）落帶與導(dǎo)水裂隙帶高度之和為63.80-101.53 m，平均高度為82.60 m。3號(hào)煤層在井田北部及東南部埋深較淺處僅20 m左右，小于導(dǎo)水裂隙帶的高度，因此導(dǎo)水裂隙帶會(huì)在該區(qū)域的大部地段導(dǎo)通基巖頂部風(fēng)化帶及煤層、采區(qū)，甚至發(fā)育至地表，從而受到地表水及淺層地下水的影響。

9號(hào)煤層按一次采全高，據(jù)（1）式計(jì)算，冒落導(dǎo)水裂隙帶高度為40.09-46.76 m，平均高度為42.53 m；按（2）式計(jì)算，冒（垮）落帶與導(dǎo)水裂隙帶高度之和為53.65-58.71 m，平均高度為55.55 m。9號(hào)煤層與3號(hào)煤層間距為48.22-59.10 m，按計(jì)算結(jié)果，9號(hào)煤層頂板冒（垮）落導(dǎo)水裂隙帶，在大部分地段內(nèi)可與3號(hào)煤礦坑溝通產(chǎn)生導(dǎo)水聯(lián)系，從而使礦坑產(chǎn)生充水。

15號(hào)煤層按一次采全高，據(jù)（1）式計(jì)算，冒落導(dǎo)水裂隙帶高度為62.76-127.20 m，平均高度88.70 m；按（2）式計(jì)算，冒（垮）落帶與導(dǎo)水裂隙帶高度之和為69.31-100.40 m，平均高度為82.57 m。15號(hào)煤層與9號(hào)煤層間距為32.90-61.99 m，按計(jì)算結(jié)果，在井田大部地段內(nèi)大于9號(hào)煤層至15號(hào)煤層之間的間距，從而使15號(hào)、9號(hào)煤的采煤礦坑在相應(yīng)地段內(nèi)溝通產(chǎn)生導(dǎo)水聯(lián)系。因此，在大部分地段開采15號(hào)煤層時(shí)，各煤層礦坑頂板冒落導(dǎo)水裂隙帶將溝通其發(fā)育范圍內(nèi)的各含水層，與其有關(guān)的各類地下水可通過冒裂帶間接向15號(hào)煤礦坑充水，成為礦坑充水的主要來源。

2.1.3 構(gòu)造對(duì)礦坑充水的影響

井田內(nèi)發(fā)育有褶皺構(gòu)造，也有斷層存在。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)對(duì)已查明的斷層及未發(fā)現(xiàn)的斷層或陷落柱等可能對(duì)礦坑產(chǎn)生的充水影響予以重視。在斷裂構(gòu)造附近等危險(xiǎn)地段作業(yè)時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)預(yù)防措施，如在斷層附近采煤時(shí)留設(shè)足夠的保安煤柱等，以提高警惕，預(yù)防水害事故。另外，在褶皺構(gòu)造的軸部，礦坑涌水量也會(huì)有一定程度的增大，也應(yīng)引起重視。

2.1.4 井筒水對(duì)礦坑充水的影響

井筒開鑿將揭露15號(hào)煤層之上的所有含水層，相關(guān)地下水將沿井筒流下，不論哪一煤層開采時(shí)，都是礦坑充水的來源之一。

2.1.5 生產(chǎn)井及老窯對(duì)礦坑充水的影響

本井田內(nèi)3號(hào)煤已開采多年，形成了大面積的采空區(qū)。在以后3號(hào)煤礦井關(guān)閉停止排水的封閉條件下，采空區(qū)冒落導(dǎo)水裂隙帶水位以下部分，將由礦坑充水通道轉(zhuǎn)化為真正意義上的含水層（帶），使采空區(qū)逐漸形成積水區(qū)。即使是利用原有井筒作為延伸礦井的一部分，在3號(hào)煤關(guān)閉采區(qū)通過溢流孔向外排水，流至水倉最終排出地表的情況下，采空區(qū)內(nèi)也可能積蓄一定量的地下水。上部礦坑采（古）空區(qū)內(nèi)的積水，就像一個(gè)個(gè)地下“水庫”一樣，分布在井田下部煤層礦坑的上方或側(cè)方。據(jù)采（古）空區(qū)積水、積氣、火區(qū)調(diào)查報(bào)告及3號(hào)煤礦井充水性圖，井田內(nèi)共調(diào)查到3號(hào)煤采空積水區(qū)13處，單處礦坑積水量約為2 037-26 642 m3，總積水量約為13.36萬m3。另據(jù)調(diào)查到的一處井下出水點(diǎn)，出水量為3.0 m3/h。各煤層礦坑頂板冒裂帶與其上煤層采空積水區(qū)溝通進(jìn)入生產(chǎn)礦井后，就可能造成水患事故。因此，在礦山采掘生產(chǎn)過程中，應(yīng)對(duì)已大致查明的各采空區(qū)積水與其他可能存在水患風(fēng)險(xiǎn)的地段，皆應(yīng)予以高度重視，切實(shí)做好礦坑涌水量及其變化趨勢(shì)的監(jiān)測(cè)、探水與放水等工作，盡最大努力預(yù)防或避免突水、透水重大水患事故的發(fā)生。

2.2 礦坑充水通道分析

據(jù)井田水文地質(zhì)條件分析，礦坑充水通道主要為礦坑之上的巖石裂隙、冒落導(dǎo)水裂隙帶與井筒。另外，斷層、隱伏的陷落柱是另一類導(dǎo)水性不同的礦坑充水通道。

2.3 奧灰水對(duì)礦坑充水的可能性分析

據(jù)有關(guān)資料，井田內(nèi)區(qū)域奧灰?guī)r溶含水層水位最高標(biāo)高為624-629 m，15號(hào)煤層最低底板標(biāo)高為667 m（據(jù)底板等高線圖），奧灰水位普遍低于9號(hào)、15號(hào)煤層底板。因此，不存在奧灰水對(duì)9號(hào)、15號(hào)煤層底板突水而形成礦坑充水的可能性。

3 煤礦水害防治措施

3.1 隨時(shí)監(jiān)測(cè)礦坑涌水變化

在煤礦生產(chǎn)過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原則，高度警惕采空區(qū)地下水對(duì)礦坑的影響，隨時(shí)監(jiān)測(cè)礦坑涌水的變化趨勢(shì)。

3.2 在易發(fā)生水害地段預(yù)留保安煤柱與設(shè)置足額排水

在易發(fā)生水害地段采煤時(shí)，應(yīng)采取預(yù)留足夠的保安煤柱，配置足夠排水能力的設(shè)施，并在井口及工業(yè)場(chǎng)地修建符合要求的防洪排水溝渠。

3.3 加強(qiáng)安全防范教育，制定并落實(shí)突發(fā)水害應(yīng)急預(yù)案

在生產(chǎn)管理上，應(yīng)教育全體職工提高安全防范意識(shí)，發(fā)現(xiàn)異常決不放過，一定要追根問底，消除一切僥幸心理，以杜絕水害隱患。同時(shí)，要制定針對(duì)突發(fā)水害事件切實(shí)可行的應(yīng)急預(yù)案，抓好實(shí)施保障能力落實(shí)，以防止水患事故的發(fā)生，保證礦工安全與生產(chǎn)安全。

TD745；TD82

A

1008-0120（2017）01-0031-02

2017-01-15

田銀娥（1970-）：女，高級(jí)工程師；山西省晉城市澤州路1 195號(hào)，048000