童亭煤礦礦井充水條件分析及主要水害防治措施

陳陽

摘 要：文章通過收集資料并對礦井水文地質(zhì)特征綜合研究，主要從充水水源、充水通道及突水強度三個方面進行分析，并對礦井主要水害提出了相應(yīng)的防治措施，為礦井安全生產(chǎn)提供參考。

關(guān)鍵詞：充水水源；充水通道；突水強度；防治措施

中圖分類號：TD745 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）04-0155-02

Abstract： Through collecting data and synthetically studying the characteristics of mine hydrogeology， this paper mainly analyzes the water source， channel and intensity of water inrush， and puts forward the corresponding prevention and cure measures for the main water hazard of mine， in order to provide reference for mine safety production.

Keywords： water filling source； water filling channel； water inrush intensity； control measures

童亭井田屬華北型沉積，含煤地層假整合于奧陶系灰?guī)r之上。臨、海、童礦區(qū)處在淮北閘河煤田南側(cè)，童亭背斜西北端。童亭背斜位于臨渙礦區(qū)中部，童亭煤礦位于童亭背斜北部轉(zhuǎn)折端。

1 礦井充水條件分析

童亭礦水文地質(zhì)邊界條件與臨渙礦區(qū)水文地質(zhì)邊界條件一致，四周被趙口斷層、孟集斷層、F16斷層、張家斷層、露頭線及第4勘探線等大斷層包圍。由于斷層的導(dǎo)水性差，煤層頂?shù)装甯羲畬雍穸容^大時，有抑制煤層頂?shù)装迳皫r裂隙含水層突水的作用，不同組（段）地下水對礦井充水的影響程度有明顯不同[1]。

1.1 充水水源分析

該區(qū)地層中有多個含水層，同時也有多個相應(yīng)的隔水層所阻隔，不同層位的地下水對礦井充水的影響程度有明顯的不同，構(gòu)成礦井充水的水源有：（1）地表水，雨季形成內(nèi)澇，當(dāng)洪水水位高于井口標(biāo)高時，通過井口進入礦井。（2）新生界第四含水層組的地下水，可通過風(fēng)化裂隙帶和采空區(qū)冒落裂隙帶進入開采工作面，是淺部煤層的主要補給水源。（3）主采煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水是煤層開采的直接充水水源，由于砂巖裂隙發(fā)育的不均一，富水性一般較弱，以靜儲量為主，補給量不足的特點。這類水如果沒有與其它含水層連通，水量一般不大，容易進行疏干排放。（4）太原組石灰?guī)r巖溶裂隙水在正常情況下，對10煤開采無直接充水影響，但遇斷層使煤層與太灰“對口”接觸或間距縮短小于40m，突水系數(shù)大于0.1，太灰有可能對礦井產(chǎn)生直接充水。（5）奧陶系含水層（段）遠(yuǎn)離煤系地層，在正常情況下對礦井充水無影響，若井巷工程遇斷層使煤層與奧灰“對口”或遇導(dǎo)水性陷落柱，奧灰可直接涌入礦井，造成淹井，是礦井開采的重要隱患。（6）區(qū)內(nèi)多數(shù)斷層富水性弱，導(dǎo)水性較差，但由于采動使某些斷層活化，導(dǎo)水性增強，若使主采煤層與含水性較強的含水層連通，很有可能導(dǎo)致礦井突水。（7）礦井采掘工程一旦揭露或接近老空積水區(qū)，老空積水便成為礦井新的充水水源，輕則增大礦井涌水量，重則淹沒巷道、工作面或采區(qū)，甚至沖毀巷道，造成人員傷亡[2]。

1.2 充水通道及特點分析

（1）以原生裂隙及采動裂隙為通道。這類突水事故在該礦開采初期表現(xiàn)較為突出，一般水量5～85.3m3/h不等，其規(guī)律是81采區(qū)初期水量大，易于疏干，32采區(qū)水量大，比較穩(wěn)定，且多發(fā)生于回采工作面，造成煤水混雜，對生產(chǎn)影響較大。目前生產(chǎn)采區(qū)主要集中于中煤組，出水水源為煤層頂?shù)装迳皫r水，由于該含水層富水性弱，以靜儲量為主，易疏干，不會對工作面造成大的突水，以局部淋水為主。（2）礦山壓力作用底板被破壞為通道。這類事故在礦井投產(chǎn)初期較為明顯，共發(fā)生3次，主要發(fā)生于322首采工作面內(nèi)，其特點是：突水量不大，一般5～12m3/h，延續(xù)時間長，影響正?；夭?，礦壓對底板的破壞深度HD=18.36m。（3）以斷層、破碎帶為導(dǎo)水通道。據(jù)統(tǒng)計以斷層、破碎帶突水且水量較大的共發(fā)生9次，大多數(shù)發(fā)生于掘進巷道中，其特點是初期水量大，易疏干，突水的同時，往往伴隨冒頂，主要集中于32采區(qū)上部。（4）以井下探放水孔為導(dǎo)水通道。一是83采區(qū)-265東翼總回風(fēng)巷施工的92-觀1孔；二是83采區(qū)1011風(fēng)巷施工的94-觀4孔，當(dāng)時兩孔的水量達100m3/h，水源為太灰水。（5）以封閉不良鉆孔為導(dǎo)水通道。礦區(qū)范圍內(nèi)封孔不良鉆孔總計23個，目前生產(chǎn)過程中沒有發(fā)生過因鉆孔封閉不良導(dǎo)致的突水事故，但也有少數(shù)鉆孔封閉不良或未封孔，導(dǎo)致鉆孔突水，這類鉆孔七十年代以前施工的較多。（6）以巖溶陷落柱為導(dǎo)水通道。目前該礦采掘及生產(chǎn)過程中未發(fā)現(xiàn)巖溶陷落柱，但地震資料顯示109采區(qū)內(nèi)有二處地震波變差區(qū)。巖溶陷落柱可導(dǎo)致煤層與地表水及下伏高壓含水體產(chǎn)生水力聯(lián)系，一旦揭露或接近，易引發(fā)突水事故。

1.3 突水強度分析

2010～2015年礦井涌水量97.7～399m3/h，2012～2015年礦井涌水量平均181.1m3/h。屬涌水量中等的礦井。

（1）煤層頂板砂巖裂隙水組。3煤突水點計發(fā)生16次，出水點位置主要在掘進巷道和回采工作面，水量一般為12.3～85.3m3/h。7、8煤類突水點計發(fā)生5次，出水點位置主要在掘進巷道和回采工作面，水量一般為5～9.6m3/h。10煤類突水點計發(fā)生4次，出水點位置主要在軌道巷及風(fēng)巷，水量一般為5～25m3/h。（2）第四含水層組。第四含水層組與基巖直接接觸，雖然留有足夠的防水煤柱，但通過井下突水點水化學(xué)資料分析，其水質(zhì)類型與四含基本相同，均為SO4-Ca·Mg型，說明四含水正通過導(dǎo)水通道進入礦井。第四含水層組突水主要特點是：東部初期水量大、易于疏干；西部總水量一般50～80m3/h，水量穩(wěn)定。（3）采空區(qū)積水。童亭井田內(nèi)主要采空區(qū)集中于32、34、81、83、82下、107、109采區(qū)，其中32與34采空區(qū)水量70m3/h，81與83采空區(qū)水量20m3/h，共占礦井涌水量的40%左右，是礦井的主要出水水源。82下、107、109采區(qū)若遇到上部采空區(qū)積水時，下部巷道施工時需要進行探放水，在積水放完后才能進行下一步施工。（4）太灰含水層。1993年1月18日-265東翼總回風(fēng)巷底板破碎，太灰水滲入突水，最大突水水量為48m3/h。endprint

2 礦井主要水害防治措施

礦井防治水工作應(yīng)堅持預(yù)測預(yù)報、有疑必探、先探后掘、先治后采的原則，采取防、堵、疏、排、截的綜合治理措施[3]。

2.1 四含水的防治措施

（1）由于井田內(nèi)可采煤層露頭均被四含所覆蓋，在回采時必須查明開采范圍內(nèi)四含沖積層的巖性、厚度、含隔水層特征及基巖界面起伏等情況，合理留設(shè)防水（砂）煤巖柱，大井側(cè)-265m，陳樓塊段-250m。（2）查清四含水分布規(guī)律，突水可能性及補徑排條件，建立四含水位觀測網(wǎng)。（3）實施正規(guī)循環(huán)作業(yè)，保證工作面正常生產(chǎn)，加強工作面頂板管理，使工作面排水暢通，為工作面創(chuàng)造一個良好的作業(yè)條件和生產(chǎn)環(huán)境。（4）工作面回采施工“兩帶”觀測孔，與高校合作，進一步查明松散層底部含（隔）水層、基巖風(fēng)氧化帶的水文工程地質(zhì)條件、覆巖巖性結(jié)構(gòu)，進行“兩帶”發(fā)育高度觀測研究。

2.2 主采煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水的防治措施

（1）開采工作面期間對可能存在砂巖裂隙富水的塊段（如K3砂巖含水層），進行物探勘探，查明前方的相對富水區(qū)并鉆探疏放。（2）采區(qū)首個工作面回采前施工物探工程探明頂板砂巖富水情況，并針對物探異常區(qū)施工探放水鉆孔超前疏放。（3）采煤工作面頂板導(dǎo)水裂隙帶或底板破壞帶范圍內(nèi)分布有砂巖含水層，回采過程中出現(xiàn)較大的涌（淋）水時，必須探查疏放，確認(rèn)無影響后方可開采。

2.3 灰?guī)r水的防治措施

由于10煤底板灰?guī)r水富水性強、水壓大，是礦井水文地質(zhì)工作的重點、難點，凡是開采10煤層的工作面，必須預(yù)防底板突水，做好底板灰?guī)r水的防治工作，建議受太灰突水威脅的工作面要盡可能利用大巷、底抽等巷道充分疏放，盡可能減小水壓，同時回采前采取物探探查賦水異常區(qū)并對異常點鉆探驗證及注漿加固措施。

（1）全面整理已有資料，分析研究底板灰?guī)r含水層的含水特征和突水規(guī)律。（2）摸清太灰含水層的含水性規(guī)律，建立太灰水位監(jiān)測系統(tǒng)，定期觀測地下水動態(tài)變化。（3）通過探放水孔進行放水試驗，評價太灰水富水性、水壓、水量、原始導(dǎo)高及隔水厚度。（4）通過直流電法、瞬變電磁等方法，查明10煤底板突水性，對底板隔水層異常段，采取注漿加固等措施。

2.4 斷層水害的防治措施

（1）針對落差較大斷層的兩側(cè)，以探查為主，按《煤礦防治水規(guī)定》和《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)和壓煤開采規(guī)程》留設(shè)防隔水煤（巖）柱[3]。（2）在通過導(dǎo)水?dāng)鄬踊蚩赡軐?dǎo)水?dāng)鄬又?，?wù)必在工作面或巷道正前方施工探水孔和物探超前，查明斷層的富水性，確保正常生產(chǎn)。（3）嚴(yán)格控制斷層面的展布方向，分析評價斷層帶的富（導(dǎo)）水性及與開采工作面的空間幾何關(guān)系。

2.5 采空區(qū)積水的防治措施

新工作面準(zhǔn)備期間受老空水影響的，優(yōu)先采用（遠(yuǎn)距離）集中探放水，優(yōu)先采用巖巷集中探放措施，沿空掘進期間檢驗放水效果，確保采掘安全生產(chǎn)。

（1）查明有積水的采空區(qū)位置，繪制在充水性圖上，并標(biāo)明積水區(qū)范圍大小和預(yù)測積水量，積水線外50m用紅線圈出積水警戒線。（2）開采工作面接近警戒線時必須先探后掘，在距實際積水邊界30m處停止掘進，然后通過打鉆進行放水，經(jīng)確認(rèn)積水排放完畢，并由地測部門提出復(fù)工通知，經(jīng)礦總工程師簽字后，施工單位方可按復(fù)工通知要求進行施工。

2.6 對封閉不良鉆孔水害的防治措施

（1）根據(jù)不同情況，在開采工作面還未到達前，需采取超前物探、鉆探等驗證是否存在潛在危害，若有應(yīng)重新啟封孔或留設(shè)防水煤柱等進行處理。（2）增強井下揭露灰?guī)r含水層的探放水鉆孔施工技術(shù)和保護技術(shù)研究，規(guī)范鉆孔的安全使用，并對廢棄不用或受采動影響的鉆孔在未被破壞之前，必須注漿封閉。

2.7 巖溶陷落柱

堅持“三維地震普查、地面鉆探查治、井下探查驗證”的陷落柱治理原則，查明陷落柱發(fā)育情況，留設(shè)防隔離安全煤柱。

實現(xiàn)三維地震勘探全覆蓋，必要時進行精細(xì)解釋。針對疑似陷落柱采取地面定向鉆超前查治措施；物探異常體采取地面鉆孔超前查治措施；反射波異常區(qū)采取井下“鉆探為主，物探為輔”超前探查措施[4]。

3 結(jié)束語

本文通過充水水源、充水通道、突水強度進行分析，認(rèn)為主要礦井水害為老空水、砂巖裂隙水、四含水、斷層水，并對主要水害提出了相應(yīng)的防治措施，為礦井安全生產(chǎn)提供參考。

參考文獻：

[1]王志榮，石明生.礦井地下水害與防治[M].鄭州：黃河水利出版社，2003.

[2]鄭世書，陳江中，等.專門水文地質(zhì)學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1999.

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

[4]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.endprint