關閉礦井老空水對相鄰生產礦井的水害威脅性分析

李修旗

（長城三礦技術部，內蒙古 鄂托克前旗 016215）

1 礦井概況

山東華泰礦業(yè)有限公司（下稱華泰公司）1971年12月投產，礦井核定生產能力48萬t/a，開采煤層為2、4、7、15層煤。華泰公司列入山東省2018年化解煤炭過剩產能關閉退出煤礦，2018年9月底井筒封閉，2018年10月順利通過了政府部門的聯(lián)合驗收。

正在生產的鄂莊煤礦為華泰公司的西鄰，1982年7月正式投產，礦井核定生產能力為90萬t/a，礦井主要開采2、4、7、15煤層。

2 華泰公司水文地質情況

2.1 主要含水層

對礦井有直接影響的含水層有：

（1）山西組砂巖（均厚15m左右），是2、4層煤的直接充水含水層，富水性弱，主要以頂板淋水形式涌入礦井，涌水量為15m3/h左右，不影響正常生產。

（2）太原組徐灰(均厚10m)和奧灰(均厚350m)，為富水性弱-中等的15層煤底板承壓含水層，每個后組煤工作面生產前都進行了物探、鉆探和安全評價，保證了安全生產。

2.2 礦井涌水量、含水層水位及積水量

華泰公司關井前礦井總涌水量為850m3/h，其中，東鄰的西港礦老空水涌水量為350m3/h，西鄰的安仙井老空水涌水量為100m3/h，其余為本井田老空水。礦井地表潛水位為+190m左右，奧灰水位為+57m(351503下巷水文探查孔)。經估算，華泰公司最大積水量可達400萬m3。

2.3 礦井主要水害類型

礦井水害類型主要包括地表水（安仙井老空水）、生產采區(qū)老空水、相鄰煤礦水（主要是對礦井影響較大的西港礦老空水）和15層煤底板灰?guī)r(徐灰和奧灰)水。根據不同的水害類型，分別采取了疏、堵、探、放、排等治理和防范措施，及時消除各類水害隱患。

2.4 礦井水文地質類型劃分

2016年修編了《礦井水文地質類型劃分報告》，根據原《煤礦防治水規(guī)定》中礦井涌水量、水害治理難易程度和水害威脅類型等劃分標準，礦井水文地質類型確定為復雜型。

3 華泰公司老空水對卾莊煤礦威脅性分析

3.1 華泰公司與鄂莊煤礦之間煤柱的安全性分析

3.1.1 華泰公司與鄂莊煤礦邊界煤柱狀況

華泰公司五采區(qū)與鄂莊煤礦三采區(qū)相鄰，邊界煤柱為80m，全部留在華泰公司一側（新煤地字〔1985〕5號文批準）。目前，兩礦之間各煤層的煤柱情況是：2層煤最小煤柱為130m，4層煤最小煤柱為90m，15層煤最小煤柱為150m。

3.1.2 安全煤柱計算

根據原《煤礦防治水規(guī)定》中“防水煤（巖）柱”計算公式

式中 ：

L-煤（巖）柱設計留設的寬度，m；

K-安全系數(shù)，取最大值5；

M-煤層采高，4層煤2.5m（2層煤和15層煤都取2.0m）；

P-煤柱最小處承受的水頭壓力：

P2層=3.1（2層煤煤柱段最小處標高為-310m）+1.9（水位升至地面時的標高為+190m）=5.0MPa。同理算得：P4層=5.65MPa，P15層=6.6MPa；

KP—巖石的抗拉強度，2層煤和4層煤為0.605MPa，15層煤為0.7634MPa。

算 得 :L2層=24.9m，L4層=33.08m，L15層=25.46m。

3.1.3 煤柱安全性結論

對比計算結果，2、4、15層煤的最小煤柱（130m、85m和150m）遠大于設計留設寬度（24.9m、33.08m和25.46m），因此，華泰公司關井后，兩井之間的煤柱是安全的。

3.2 華泰公司老空水對卾莊煤礦威脅性分析

3.2.1 邊界附近地質構造情況

華泰公司在邊界附近揭露3條落差較大的斷層，分別是：f1（落差6m），f2落差（落差10～12m），F(xiàn)21（落差30m），且f1、f2皆與F21相交。

根據卾莊煤礦提供的采掘工程資料，在邊界附近主要發(fā)育F27斷層，該斷層在4層煤所有的工作面均實際揭露（在2層煤和15層煤也實際揭露），落差55m。

華泰公司的F21斷層與卾莊煤礦的F27斷層（落差55m）相交，華泰公司的f1、f2又與F21相交，因此，這四條斷層實際上存在著相互聯(lián)通的關系（見圖1）。

3.2.2 邊界附近采掘工程與構造的位置關系

兩礦在邊界附近共采動2、4、15層煤3個煤層，其中4層煤（厚度2.5m左右）采動充分。由于兩礦邊界附近（上組煤）水文地質條件簡單，初期都未考慮留設斷層防水煤柱。F27斷層作為卾莊煤礦的邊界斷層，巷道多次直接揭露，而且鄰近采空區(qū)，3408切眼到斷層的最小煤柱僅為8m。華泰公司的f1、f2及F21也都鄰近采空區(qū)，35405采空區(qū)與F27斷層最小煤柱僅為6m（見圖1）。

圖1 兩礦邊界附近地質構造示意圖

3.2.3 華泰公司老空水涌出通道

華泰公司關井后，老空水最高水位可達到+190m(地表潛水位)。以4層煤為例，屆時，華泰公司一側老空水承受的水壓最高達5.86MPa（采空區(qū)最低標高-396m）。高承壓積水通過工作面采動裂隙和斷層（f1及f2）裂隙先期補給到F21斷層裂隙。華泰公司的F21斷層與卾莊煤礦的F27斷層相交，在持續(xù)的高水壓作用下，卾莊煤礦的F27斷層裂隙也會受到F21斷層水的強烈補給而逐漸處于飽和、承壓的積水狀態(tài)。

F27斷層裂隙充滿水后，再通過直接連通的巷道和鄰近采動裂隙涌入卾莊煤礦的采空區(qū)，進而涌入到井下相互連通各類采掘空間。

3.2.4 華泰公司老空水害預測

一般情況下，無論是斷層裂隙還是采動裂隙遇導水，起初階段是滲漏水，但隨著時間的延長，斷層帶充填物或裂隙充填物隨著水流逐漸被排出，使得裂隙的空間愈加開放，涌水通道也愈加暢通，涌水量也隨之增加，最終，由起初的滲漏水逐漸演變成涌水或突水（2009年，華泰公司351505下巷就曾出現(xiàn)過由5m3/h增大到300m3/h的斷層滯后突水）。

4 水害問題治理建議

4.1 華泰公司老空水對卾莊煤礦威脅性總結

與卾莊煤礦相鄰的華泰公司關閉停排后，因其老空水位高、積水量大和邊界條件復雜等因素的影響而成為卾莊煤礦的重要水害隱患之一。為此，從兩礦隔離煤柱的安全性、邊界附近采掘現(xiàn)狀、地質構造影響等方面進行了分析和推斷，對華泰公司老空水害威脅性進行了合理預測，并得出如下初步結論:

（1）通過對兩礦各煤層留設煤柱的分析并結合定量計算，兩礦之間的煤柱是安全、可靠的。

（2）華泰公司關井停排后，隨著老空區(qū)水位的不斷升高，逐漸改變邊界附近區(qū)域的水文地質條件，華泰公司老空水通過井下巷道、相互聯(lián)通地質構造裂隙和采動裂隙以及巖層的滲透作用等通道涌入卾莊井田。與華泰公司相鄰的三采區(qū)已停采多年，巷道年久失修，因巷道變形、底鼓、巖石及雜物淤積等原因容易堵塞疏水通道而出現(xiàn)老空區(qū)積水，當水位達水壓極限值（老空積水積累一定程度時），會突破相對薄弱帶(較小煤巖柱、防水設施、裂隙帶等)而引發(fā)老空水突出，危及卾莊煤礦的安全。

4.2 消除水害威脅的建議

（1）完善礦井東部邊界附近涌水量監(jiān)測系統(tǒng)（水量和水質）。定期監(jiān)測水質變化，分析華泰公司老空水的滲漏情況。建立華泰公司老空水水位監(jiān)測系統(tǒng),動態(tài)分析水量和水位的變化關系，分析預測華泰公司老空水的變化趨勢以及對礦井的威脅程度。

（2）對邊界附近的采掘情況和所有的地質構造重新分析、核實，分析預測并圈定可能的突水薄弱帶，重點觀測和分析這些區(qū)域的突水征兆，以便及早采取防范措施。

（3）優(yōu)化礦井（疏）排水系統(tǒng)。增加礦井排水系統(tǒng)能力，特別是應急排水能力，以保證水量異常增加狀態(tài)下的（疏）排水系統(tǒng)安全、可靠。

（4）構筑安全隔離設施。選擇合適位置構筑水閘墻或防水閘門，當出現(xiàn)涌水量異常增加或排水系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能夠實現(xiàn)危險區(qū)域與生產采區(qū)的安全隔離，保證礦井安全。

（5）編制專門的應急預案。針對可能出現(xiàn)的最嚴重水害威脅情況，制定華泰公司老空水突出應急處置預案并實際演練，以保證緊急狀態(tài)下井下人員的安全、有序撤離。