鳴西礦井水害因素分析與防治水技術(shù)探討

徐學(xué)文，吳章毛

（1.江西樂礦能源集團(tuán)有限公司沿溝煤礦，江西 景德鎮(zhèn) 333303；2.江西新鳴煤業(yè)有限責(zé)任公司，江西 景德鎮(zhèn) 333300）

1 概述

江西新鳴煤業(yè)有限責(zé)任公司鳴西礦井位于江西省樂平市城區(qū)西南16 km， 屬樂平市樂港鎮(zhèn)管轄。 井田位于鳴山向斜西南端的南翼，總體為一傾角緩， 走向NE、 傾向NW 的單斜構(gòu)造， 地層傾角16°～29°， 一般20°。 局部地段發(fā)育次一級緩褶曲，斷層發(fā)育，但展布具有一定的規(guī)律性，構(gòu)造復(fù)雜。

礦區(qū)面積16.104 1 km2，開采深度+56～-1 000 m標(biāo)高。 鳴西礦井設(shè)計年生產(chǎn)能力為300 kt/a，核定能力250 kt/a。屬于低瓦斯礦井。采用立井多水平開拓，劃分為2 個水平，一水平標(biāo)高-650 m，二水平標(biāo)高-900 m。一水平為現(xiàn)生產(chǎn)水平，回風(fēng)水平標(biāo)高-390 m。

井田主要含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M老山段， 開采老山下亞段B3煤層。 B3煤層厚0.82～5.47 m，平均厚2.16 m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，含夾矸0～1 層， 厚度0.05～0.35 m。 B3煤層直接頂板多為0～4.0 m 的泥巖、粉砂巖，局部為0～1.31 m 的泥灰?guī)r；底板一般為鮞狀鋁土質(zhì)泥巖（局部有薄層炭質(zhì)泥巖偽底），泥巖一般厚4～6 m，局部地段底板為粉砂巖。

B3煤層容易自燃，煤塵有爆炸性。 采煤工作面為走向壁式后退式采煤法，采用單體液壓支柱配鉸接梁支護(hù)，爆破落煤，全部垮落法管理頂板。

原鳴山煤礦位于井田東部，2016年關(guān)閉。 兩井相距6 km，并且屬不同井田，因此鳴山煤礦老空積水對鳴西礦井開采沒有影響。

礦區(qū)屬低矮丘陵地形， 一般高程+20～+40 m。礦井屬于以巖溶含水層充水為主的水文地質(zhì)條件中等的礦床。 根據(jù)近3年大氣降雨記錄、井下排水記錄和實(shí)測涌水量觀測臺帳，礦井正常涌水量為6 m3/h，最大涌水量為22 m3/h。

2 礦井主要水害因素分析

2.1 含、隔水層

礦區(qū)位于鳴山向斜盆地的西南端，西北和東南兩側(cè)邊緣有茅口灰?guī)r組成的小山丘，總體由東北往西南地勢逐漸降低，區(qū)內(nèi)大面積被第四系及白堊系覆蓋。 區(qū)內(nèi)出露和揭露的含水層有4 個：第四系孔隙潛水、 白堊系下統(tǒng)下部礫巖及砂礫巖裂隙承壓水、二疊系上統(tǒng)長興灰?guī)r巖溶裂隙承壓水、二疊系下統(tǒng)茅口灰?guī)r裂隙巖溶水； 區(qū)內(nèi)的隔水層有3 組：白堊系下統(tǒng)（K1）的上部、三疊系下統(tǒng)大冶組、龍?zhí)督M。

2.2 斷層富水性

區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育， 施工的鉆孔中屢見斷層，38 個鉆孔中有10 個孔見斷層。三維地震勘探[1]在區(qū)內(nèi)共解釋斷層49 條，其中落差＞20 m 的斷層33 條。 根據(jù)這33 條斷層切割部位的地質(zhì)與水文地質(zhì)特征差異，初步可把各斷層分成兩類，即可能導(dǎo)水?dāng)鄬雍筒灰讓?dǎo)水?dāng)鄬印?符合下列條件者，則定為可能導(dǎo)水?dāng)鄬樱?一是斷層切割了B3煤及長興灰?guī)r或茅口灰?guī)r； 二是斷層使B3煤至長興灰?guī)r距離＜40 m 或距茅口灰?guī)r距離＜50 m。

區(qū)內(nèi)切割B3煤層及長興灰?guī)r或茅口灰?guī)r的斷層共28 條， 其中可能導(dǎo)水的斷層有F5、F6、F8、F8-1、F10、DF2、DF1、DF4、DF5、DF6、DF22、DF28、DF27等 共13條，屬于張性或張扭性正斷層，且都切割了B3煤及長興灰?guī)r或茅口灰?guī)r。

不易導(dǎo)水的斷層有F14、F14-1、DF18、DF34、DF35共5條，屬壓性逆斷層。

2.3 礦井充水因素分析

（1）水源

直接充水水源：長興灰?guī)r巖溶水是C 煤組開采的直接充水含水層，茅口灰?guī)r巖溶水是B 組煤開采的直接或間接充水含水層。 礦區(qū)茅口灰?guī)r富水性整體中等偏強(qiáng)。

間接充水水源：大氣降水、地表水、第四系底部砂礫層水， 大冶組裂隙巖溶水及白堊紀(jì)底部礫巖水。

（2）通道

①斷層帶

斷層破碎帶，導(dǎo)水?dāng)鄬优c長興灰?guī)r和茅口灰?guī)r含水層有水力聯(lián)系時，會成為開采B3煤層時的主要突水通道。 斷層兩側(cè)一般裂隙發(fā)育，往往成為富水帶，并溝通上下含水層。

②封閉不良鉆孔

井田勘查因施工周期較長，多家地勘單位在井田內(nèi)施工過，各歷史時期，各施工單位對不同地質(zhì)圖的鉆孔或未封閉，或封閉段距偏小，有相當(dāng)一部分鉆孔未收集到封閉記錄，封閉段距和封孔材料不清。 因此，井下采掘時，鄰近老孔要提高防范意識，以避免封閉不良鉆孔溝通上下含水層，成為向礦井工作面充水的直接通道。

③采掘活動。 采掘過程可使工作面內(nèi)的斷層活化，增大冒落帶、裂隙帶高度，并改變斷層導(dǎo)水性質(zhì)。

（3）礦井充水因素分析

①茅口灰?guī)r含水層對礦井開采影響

B3煤層底板向下依次有泥巖、 粉砂巖和細(xì)、中粒砂巖或粗砂巖，其中泥巖和粉砂巖在區(qū)內(nèi)的厚度為3～24 m，一段厚10～14 m，而與其下的官山段砂巖接觸。

官山段砂巖屬于堅硬巖類，穩(wěn)定性好。 但官山段下距茅口灰?guī)r頂界有一定變化， 通常情況下，茅口灰?guī)r頂部距B3煤層一般為80 m 左右，由于礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，使得很多地段B3煤層與茅口灰?guī)r距離縮短，甚至直接接觸。 二者間距在中部3-4-2、3-4-4、3-4-5 號孔一線附近，礦區(qū)北部、西部局部地段有所增大，4-5-1 鉆孔附近二者間距減??； 在斷層附近，間距變化較大、較快，間距大小取決于斷層性質(zhì)、落差大小等，見圖1[1]。

圖1 B3 煤層與茅口灰?guī)r之間巖層等厚線[1]

根據(jù)勘探區(qū)內(nèi)鉆孔實(shí)際資料[2-3]，有7 個鉆孔穿過B3煤層揭露到茅口灰?guī)r，按《煤礦防治水細(xì)則》附錄五[4]，計算B3煤層突水系數(shù)并對突水可能作出簡易評價，見表1。

表1 B3 煤層距茅口灰?guī)r頂界的空間關(guān)系

該井田茅口灰?guī)r巖溶發(fā)育一般，富水性不均。B3煤與茅口灰?guī)r間距在80 m 左右， 兩者之間地層有一定的隔水作用，盡管茅口灰?guī)r水壓較大，正常地段在-1 000 m 以淺不易構(gòu)成底板穿水。 但礦區(qū)切割茅口灰?guī)r和官山段的斷層較多，B3煤層底板受構(gòu)造破壞的地段，由于承受水壓較大，在中淺部，但仍存在著突水的危險。

在建井期間共發(fā)生2 起茅口灰?guī)r突水事故，分別是風(fēng)井-360 m 回風(fēng)巷在探水時發(fā)生突水， 最大突水量為240 m3/h，-650 m 水平原中央變電所掘進(jìn)時發(fā)生突水，最大突水量為120 m3/h。

相鄰已關(guān)閉的原鳴山煤礦共發(fā)生6 次茅口灰?guī)r突水，最大突水量達(dá)309 m3/h。

②長興灰?guī)r含水層對開采影響分析

長興灰?guī)r總體上講巖溶不甚發(fā)育， 連通性差，富水性不均。 造成這一狀況的原因一是長興灰?guī)r全部隱伏于白堊系之下， 受斷層和白堊紀(jì)剝蝕的影響，分布比較零星，且蓋層厚度較大，相對隔水；二是大冶灰?guī)r底部的泥巖起到了隔水作用，大冶灰?guī)r分布于F10斷層已東的紅層下， 造成長興灰?guī)r巖溶水補(bǔ)給條件很差。 再之，礦區(qū)C 煤組賦存不穩(wěn)定，且含硫量嚴(yán)重超標(biāo)，今后將難以開發(fā)利用。 如果斷層與長興灰?guī)r和茅口灰?guī)r不導(dǎo)通，B3煤層開采后形成的導(dǎo)水裂隙帶波及不到長興灰?guī)r時，長興灰?guī)r裂隙巖溶水一般不會構(gòu)成B3煤層開發(fā)的直接威脅。

③斷層的導(dǎo)水性及其對礦井開采的影響

井田內(nèi)斷層構(gòu)造復(fù)雜，切割了茅口灰?guī)r或長興灰?guī)r、 導(dǎo)水?dāng)鄬邮够規(guī)r含水層與煤層距離縮短、甚至直接接觸，特別是F11、F10、F8等大斷層，斷裂破碎帶較寬，靠近斷層易派生小斷層或裂隙，破壞了斷層兩盤地層的完整性。 依據(jù)鄰近礦井開采調(diào)查資料可知：一是井田內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，斷層本身含水性一般較弱。 但部分?jǐn)鄬涌赡軐?dǎo)水，就是有些不易導(dǎo)水?dāng)鄬樱陂_采后，由于靜水壓力和礦山壓力的改變，也會促使其變成導(dǎo)水?dāng)鄬?；二是鄰近的鳴山煤礦多次發(fā)生斷層或次一級派生小斷層導(dǎo)通茅口灰?guī)r，造成突水事故。

總之，在開拓過程中過斷層之前，應(yīng)堅持超前探水，并做好疏水降壓及放堵水工作，并在開采時必須留有足夠保護(hù)煤柱，以防穿水。

④封閉不良鉆孔對開采的影響

鳴西井田地質(zhì)勘查工作分多期進(jìn)行， 自1956年起至今，勘查先后施工6 次，多個單位施工，井田內(nèi)鉆孔共計50 多個，因早期鉆孔施工質(zhì)量較差，見煤鉆孔較少， 封孔質(zhì)量不高甚至不采取封孔措施，且大部分資料保存不全， 特別是上世紀(jì)70年代石油部門施工的石油勘探鉆孔，需進(jìn)一步收集，查明鉆孔封閉情況。

⑤地表水對開采的影響

礦區(qū)內(nèi)地表水體主要有區(qū)內(nèi)西南端樂安江老河道及東北側(cè)的鳳凰水庫， 其次是常年蓄水的45個小水庫， 由于區(qū)內(nèi)主采的B3煤層埋深在460 m以深，煤厚約2 m，開采形成的冒裂帶高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于460 m，因此，在開采過程中地表水直接充入礦坑的可能性很小。

其次，區(qū)內(nèi)大部分?jǐn)鄬訛殡[伏斷層，地表有2～30 m 的第四系粉質(zhì)粘土， 地表水通過斷層進(jìn)入礦坑的可能性也很小。但在區(qū)內(nèi)中部F10、F11、F8斷層切割B3煤及上覆巖層、斷層破碎帶導(dǎo)水性較強(qiáng)，因此開采時，必須留設(shè)相應(yīng)的隔水煤柱，以防導(dǎo)通地表水體。

⑥老窯水對礦井充水的影響

區(qū)內(nèi)4 線南部有一對已經(jīng)關(guān)閉的長山煤礦井筒，主、副井筒深分別為470 m 和464 m，副井穿過B3煤層，未開水平巷道，積水約1 800 m3；主井未見煤，有巖巷約120 m，積水約2 500 m3。 因此，在此區(qū)域開采時穿水的可能性很大，必須采取探放水措施。

鳴西礦井與長山煤礦以DF27斷層為分界，長山煤礦最近點(diǎn)副井距DF27斷層以東約120 m，鳴西礦井11 采區(qū)東部以DF27斷層為邊界， 已開采的1101采面邊界距DF27斷層以西30 m。 即兩礦以斷層為分界，兩側(cè)留設(shè)的防隔水煤（巖）柱總寬度為150 m。

3 礦井防治水技術(shù)

1）加強(qiáng)礦井防治水基礎(chǔ)工作。 一是加強(qiáng)斷層導(dǎo)水性、含水性的研究；二是利用好三維地震勘探資料，加強(qiáng)對深部長興灰?guī)r、茅口灰?guī)r的富水性、分布規(guī)律的研究；三是利用好勘探鉆孔資料，加強(qiáng)B3煤層與底部灰?guī)r間距的分析。 為礦井防治水工作提供科學(xué)、有效的依據(jù)。

2）嚴(yán)格按照《煤礦防治水細(xì)則》及設(shè)計要求留設(shè)防水煤（巖）柱，并在采掘工程平面圖、礦井充水性圖中標(biāo)明。 在巷道掘進(jìn)通過斷層之前，必須制定防治涌水、突水的具體措施。 嚴(yán)禁破壞防水煤（巖）柱或在防水煤柱內(nèi)進(jìn)行采掘活動。

3）根據(jù)鉆孔資料，B3煤層下距底部茅口灰?guī)r頂界較近（大多小于100 m）、開采深度深，灰?guī)r水水壓大，開拓、開采主要巷道應(yīng)布置在煤層與煤層頂板中，不宜布置在B3煤層底板，如確需布置在B3煤層底板，須進(jìn)行專項(xiàng)水害論證，確保無突水風(fēng)險。

4）當(dāng)煤層底板以下賦存高水壓、巖溶裂隙含水層(組)時，必須編制隔水層或相對隔水層等厚線圖(包括水文地質(zhì)實(shí)際材料) ，進(jìn)行底板突水性分析，對有突水可能的區(qū)域進(jìn)行預(yù)測， 并制定防治水措施，合理選擇開采方案。 具備帶壓開采條件的煤層，應(yīng)編制開采區(qū)域防范底板含水層出（突）水安全技術(shù)措施。

5）特別加強(qiáng)防范斷層導(dǎo)水的水害，導(dǎo)水?dāng)鄬颖仨毩粼O(shè)防隔水煤柱。 生產(chǎn)過程中嚴(yán)格落實(shí)地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作，及時掌握煤層賦存、地質(zhì)構(gòu)造、頂?shù)装鍘r性變化等情況，特別要加強(qiáng)對斷層、次生小斷層的探測、控制，查明斷層、次生小斷層的含水性、導(dǎo)水性，以防斷層透水。 對于斷層構(gòu)造薄弱帶，必要時進(jìn)行惟幕注漿，隔斷水源，然后疏水降壓。 不具備疏水降壓條件時，可酌情采用局部注漿加固底板隔水層或改造含水層為隔水層的方法。

6）堅持“預(yù)測預(yù)報，有疑必探，先探后掘，先治后采”的防治水原則，采掘工作面超前探放水采用物探、鉆探兩種方法，做到相互驗(yàn)證。 探放水前必須編制探放水設(shè)計，探放水接近水體前，必須采取控制放水量的措施。

7）加強(qiáng)對排水設(shè)備、設(shè)施的維護(hù)、保養(yǎng)，確保排水設(shè)備、供電電源運(yùn)行可靠。

8）加強(qiáng)職工水害防治的安全知識培訓(xùn)，每年組織一次水害應(yīng)急救援現(xiàn)場演練，強(qiáng)化職工應(yīng)對礦井突發(fā)水災(zāi)事故的自救和搶險技能。

4 結(jié)語

1）鳴山礦井屬于以巖溶含水層充水為主的水文地質(zhì)類型中等的礦井。 由于礦井地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層發(fā)育，因此，礦井在今后防治水工作中，應(yīng)認(rèn)真吸取建井期間2 起茅口灰?guī)r突水事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，利用好現(xiàn)有的地質(zhì)勘探、物探資料，必要時進(jìn)行礦井水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探， 進(jìn)一步查明茅口灰?guī)r富水性、富水區(qū)域分布范圍、 及富水區(qū)與B3煤層的空間關(guān)系， 在生產(chǎn)過程中嚴(yán)格落實(shí)地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作，及時掌握煤層賦存、地質(zhì)構(gòu)造、頂?shù)装鍘r性變化等情況，特別要加強(qiáng)對斷層、次生小斷層的探測、控制，查明斷層、次生小斷層的含水性、導(dǎo)水性，以防斷層透水。

2）進(jìn)一步收集地勘鉆孔資料，查明鉆孔封閉情況，采掘工作面接近地勘探鉆孔之前，必須制定防治涌水、突水的具體措施，留沒防水煤（巖）柱，施工超前探放水鉆孔。