常興煤礦礦井水綜合防治技術(shù)分析

白 煒

（山西省煤炭工業(yè)廳煤炭資源地質(zhì)局 ，山西 太原 030045）

1 工程概況

常興煤礦為由6所煤礦兼并重組而成，礦井位于蒲縣縣城東北直線距離50km處的馬武村一帶，井田面積17.2378km2，生產(chǎn)規(guī)模90萬(wàn)t/a，常興煤業(yè)中央水泵房位于副斜井井底，目前，礦井實(shí)際產(chǎn)量為35.016萬(wàn)t/a，礦井正常涌水量為65.41m3/h，最大涌水量為90.3m3/h。根據(jù)涌水量預(yù)算，礦井在未來(lái)五年生產(chǎn)能力達(dá)76萬(wàn)t/a時(shí),礦井正常涌水量142m3/h；礦井最大涌水量為196m3/h，隨著礦井生產(chǎn)規(guī)模的不斷提升，涉及開(kāi)采范圍不斷擴(kuò)大，所面臨的防治水環(huán)境將會(huì)更加嚴(yán)峻，因此，做好常興煤礦礦井水綜合防治技術(shù)分析較為關(guān)鍵。

2 常興煤礦礦井水主要來(lái)源

2.1 大氣降水和地表水

1）大氣降水和地表水是常興煤礦充水的間接充水水源之一。據(jù)蒲縣氣象站近十年的觀測(cè)資料，年最大降水量899mm，年平均降水量522mm，降水量主要集中在每年的6、7、8月份，井田西部有煤層出露，因此，大氣降水會(huì)通過(guò)露頭對(duì)礦坑形成一定的補(bǔ)給。

2）在煤層埋深較淺的地段，尤其在常興煤礦西部煤層淺埋區(qū)可溝通上部基巖風(fēng)化帶含水層，發(fā)生水力聯(lián)系，對(duì)礦坑產(chǎn)生充水影響。磁窯河在井田西部流經(jīng)2、5號(hào)煤層隱伏露頭區(qū)，該河流為季節(jié)性河流，雨季地表水會(huì)沿煤層風(fēng)氧化帶及導(dǎo)水裂隙帶滲入井下，對(duì)井下采掘活動(dòng)造成影響。因此，大氣降水及地表水對(duì)礦井有一定的影響。未來(lái)5年規(guī)劃區(qū)內(nèi)5201工作面靠近煤層露頭大氣降水及地表水對(duì)其開(kāi)采影響較大。

3）歷史最高洪水位標(biāo)高為+1475m，主斜井井口標(biāo)高＋1478m，副斜井井口標(biāo)高＋1478m，回風(fēng)井井口標(biāo)高＋1490m。主斜井、副斜井及回風(fēng)立井井口標(biāo)高均高于井田內(nèi)最高洪水位標(biāo)高。在能夠正常泄洪的條件下，洪水一般不會(huì)對(duì)工業(yè)場(chǎng)地及井口造成威脅。

2.2 煤層頂板含水層水

二疊系上、下石盒子組及山西組砂巖裂隙含水層是井田主要可采煤層2號(hào)、5號(hào)煤層的直接充水含水層；第四系砂礫石孔隙含水層為井田內(nèi)主要可采煤層2號(hào)、5號(hào)煤層的間接充水含水層。

1）第四系砂礫石孔隙含水層水。井田內(nèi)第四系松散沉積物含水層分布較少，主要由砂質(zhì)粘土、粘土、砂礫石層組成，厚度在0～10m之間，該含水層地下水與大氣降水關(guān)系密切，接受大氣降水補(bǔ)給，雨季含水層富水性相對(duì)較強(qiáng)。

2）二疊系砂巖裂隙含水層水。2號(hào)煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度最高為63m，2號(hào)煤層至K8底板高度為6.8m～39.86m；5號(hào)煤層最大導(dǎo)水裂隙發(fā)育高度可達(dá)36.38m，可溝通2號(hào)煤層的采空區(qū)，部分地段可達(dá)到K8含水層。因此二疊系砂巖裂隙含水層水將是2號(hào)、5號(hào)煤層的直接充水水源。

2.3 采空區(qū)（小窯）積水

兼并重組整合前礦井開(kāi)采2號(hào)煤層，井田范圍內(nèi)老空區(qū)數(shù)量較多，主要分為兩部分：一是常興煤業(yè)整合前各個(gè)礦井自身采掘2號(hào)煤時(shí)的采空區(qū)積水；二是小窯先前挖掘淺部煤層時(shí)候遺留的老窯水。根據(jù)2016年11月山西地寶能源有限公司編制的《山西潞安集團(tuán)蒲縣常興煤業(yè)有限公司礦井防治水中長(zhǎng)期規(guī)劃》及礦方提供的2017年6月的充水性圖，井田內(nèi)2號(hào)煤層開(kāi)采多年，形成大面積的采空區(qū)，在采空區(qū)低洼處存有一定量的積水。井田內(nèi)2號(hào)煤層采空積水區(qū)19處，在生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)原積水區(qū)進(jìn)行過(guò)探放水工程，依據(jù)放水記錄，可以取消或縮小積水區(qū)范圍，根據(jù)探放水成果表，井田內(nèi)2號(hào)煤層總積水面積為1172000m2，總積水量為748304m3。井田內(nèi)2號(hào)煤層已基本采空，開(kāi)采5號(hào)煤層時(shí)，5號(hào)煤層開(kāi)采時(shí)的導(dǎo)水裂隙帶可溝通2號(hào)煤層采空區(qū)。所以，2號(hào)煤層采空積水將會(huì)是5號(hào)煤層的充水水源。

2.4 奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r巖溶裂隙含水層

常興煤礦主要富水含水層為中奧陶統(tǒng)峰峰組上段及上馬家溝組二、三段，以厚層狀石灰?guī)r及泥巖為主，巖溶裂隙發(fā)育，奧灰頂部具古風(fēng)化殼，鉆孔沖洗液消耗量達(dá)15m3/h，根據(jù)102、304孔及井田內(nèi)1#水源井、2#水源井資料，1#水源井奧灰水位標(biāo)高886.48m，2#水源井奧灰水位標(biāo)高886.62m，單位涌水量為0.3354～0.3648 L/s.m，滲透系數(shù)為0.65m/d，考慮到井田整體流場(chǎng)特征，綜上推測(cè)井田內(nèi)奧灰地下水水位總體為由北向南逐漸降低，奧灰?guī)r溶水位標(biāo)高為+870～+940m。具體結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 鉆孔揭露奧陶系地層統(tǒng)計(jì)表

3 常興煤礦水文地質(zhì)勘查

圖1 煤層頂板及存在采空區(qū)含水性異常區(qū)分布圖

考慮到常興煤礦水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，選擇使用瞬變電磁對(duì)煤層頂板含水層及存在采空區(qū)的含水異常區(qū)進(jìn)行了探測(cè)。查明了2號(hào)煤層頂板K8砂巖及存在的采空區(qū)的含水性，解釋出2號(hào)煤層頂板K8砂巖及存在的采空區(qū)的含水異常區(qū)66個(gè)，其中強(qiáng)富水性區(qū)15個(gè)，中等富水性區(qū)16個(gè)，其余均為弱富水區(qū)；查明了5號(hào)煤層s頂板K7砂巖含水的含水性，解譯出含水異常區(qū)53個(gè)，其中強(qiáng)富水性區(qū)10個(gè)，中等富水性區(qū)29個(gè)，其余14個(gè)均為弱富水區(qū)。具體探測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2所示。

4 常興煤礦礦井水綜合防治技術(shù)分析

4.1 地表水防治措施

考慮到地表水對(duì)常興煤礦涌水量帶來(lái)的影響，在具體的生產(chǎn)實(shí)踐中采取了如下控制措施，矸石和爐渣等固體廢物不得棄于溝谷中，以免淤塞河道，造成行洪不暢；在雨季前，組織有關(guān)人員踏勘井田是否有采空塌陷裂隙、裂縫、塌陷洞，并用黃土、粘土、碎石及時(shí)填封，用粘土夯實(shí)。同時(shí)還做好井口防洪措施，避免洪水季節(jié)地表水涌入礦井，影響煤礦安全生產(chǎn)。

4.2 地下水防治措施

1）采空區(qū)防治水對(duì)策。井田內(nèi)小窯眾多，應(yīng)按照“有掘必探、先探后掘”的要求進(jìn)行專門(mén)的超前探放水工作，避免在未查明積水的情況下，盲目冒險(xiǎn)掘進(jìn)，且考慮到采空區(qū)積水是一動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，隨著時(shí)間的推移，現(xiàn)無(wú)積水的采空區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)積水，原采空區(qū)積水可能會(huì)增大。因此，生產(chǎn)過(guò)程中亦要堅(jiān)持“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有掘必探、有采必探、先探后掘，先探后采”的原則，做好采空區(qū)積水的探放工作，以確保安全生產(chǎn)。

2）開(kāi)展探放水工作；掘進(jìn)工作面接近斷層、采（古）空區(qū)時(shí)必須按礦井設(shè)計(jì)留設(shè)防水煤柱；發(fā)現(xiàn)透水預(yù)兆必須停止作業(yè)，采取措施，并向調(diào)度室報(bào)告；經(jīng)常清挖井下水倉(cāng)，保證水倉(cāng)有足夠容量；要做到“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有掘必探、先探后掘、先防后治”原則進(jìn)行。

3）常興煤礦涌水量預(yù)測(cè)及排水設(shè)計(jì)。礦井現(xiàn)聯(lián)合開(kāi)采2、5號(hào)煤層，目前，礦井實(shí)際產(chǎn)量35.016萬(wàn)t/a，礦井正常涌水量為65.41m3/h，最大涌水量為90.3m3/h?，F(xiàn)根據(jù)富水系數(shù)比擬法預(yù)算當(dāng)?shù)V井達(dá)產(chǎn)時(shí)的礦井涌水量。

計(jì)算公式為：

式中：P0為現(xiàn)礦井生產(chǎn)能力，kt；Q0為現(xiàn)礦井涌水量，m3/h；P為擴(kuò)大后的生產(chǎn)能力，kt；Q為擴(kuò)大后的涌水量，m3/h。

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)?shù)V井生產(chǎn)能力達(dá)90萬(wàn)t/a時(shí)，預(yù)算的礦井正常涌水量為168m3/h，最大涌水量為232m3/h。因此，為了確保涌水量能夠被正常排出，設(shè)計(jì)常興煤礦井底水倉(cāng)容量為3240m3（主水倉(cāng)1860m3、副水倉(cāng)1380m3，水倉(cāng)能容納8h的正常涌水量），主泵房安裝MD280-43×3離心泵三臺(tái)，水泵功率160kW，揚(yáng)程129m，工作水泵設(shè)計(jì)流量為273.17m3/h，備用泵設(shè)計(jì)流量為252.48m3/h（不小工作水泵能力的70%），檢修泵設(shè)計(jì)流量為215.72m3/h（不小于工作水泵能力的25%）。3臺(tái)主排水泵正常涌水時(shí)為1臺(tái)工作，1臺(tái)備用，1臺(tái)檢修；最大涌水時(shí)為2臺(tái)工作，1臺(tái)檢修。

4.3 主要涌水點(diǎn)位置分析及處理措施

目前常興煤礦井下主要有以下七個(gè)涌水點(diǎn)：52-5#聯(lián)巷處涌水量為7.9m3/h；主斜井涌水量為1.0 m3/h；21巷聯(lián)絡(luò)巷涌水量為20m3/h。井田南部有四處正常涌水 5103-1、5103-2、5103-3 和 5103-4，涌水量分別為3.8、4.0、4.1、4.3m3/h。針對(duì)性采取的處理措施為：

1）井下涌水點(diǎn)、擋水設(shè)施等重點(diǎn)部位進(jìn)行24小時(shí)不間斷巡視檢查。出(突)水量達(dá)到3m3/h或長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)到1m3/h及以上的井下各類出(突)水點(diǎn)，均要建立出(突)水點(diǎn)臺(tái)帳，詳細(xì)調(diào)查登記初始出水時(shí)間、水量、出水過(guò)程與水量變化、水溫、水質(zhì)、出水點(diǎn)層位和巖性，分析登記出水原因、出水通道和水源，登記對(duì)生產(chǎn)影響情況和處理情況等。

2）對(duì)于井下新揭露的出水點(diǎn)，在涌水量尚未穩(wěn)定或尚未掌握其變化規(guī)律前，應(yīng)當(dāng)每日觀測(cè)1次，并記入水質(zhì)分析臺(tái)賬及樣品庫(kù)。帶壓開(kāi)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、出水范圍和出水形式、水量、水溫、水質(zhì)，如有頂?shù)装鍘r石露出，則應(yīng)調(diào)查其巖性與裂隙發(fā)育情況、斷層構(gòu)造情況等，并應(yīng)分析判斷水源，當(dāng)水量大于3m3/h時(shí)，則應(yīng)每日觀測(cè)其出水量。

5 結(jié)束語(yǔ)

常興煤礦在生產(chǎn)的的過(guò)程中通過(guò)采取上述礦井防治水綜合控制技術(shù)取得了較好的防治水控制效果，未發(fā)生一起礦井水害事故，較好確保了礦井生產(chǎn)的安全性。同時(shí)也可以看出，在對(duì)礦井水害進(jìn)行控制時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取多方面綜合性控制策略，才能有效煤礦生產(chǎn)所面臨的復(fù)雜地質(zhì)條件。