保安煤礦充水條件分析及水害防治對策

＊王耀輝

（山西省煤炭工業(yè)廳煤炭資源地質(zhì)局 山西 030045）

1.礦井基本情況

山西煤炭運銷集團保安煤業(yè)有限公司生產(chǎn)規(guī)模150萬t/a，開采深度由459.93m至219.93m標(biāo)高。目前開采15號煤層，水文地質(zhì)條件為中等。井田各可采煤層均屬奧灰水帶壓開采。由于本井田構(gòu)造發(fā)育，奧陶系中統(tǒng)巖溶裂隙含水層厚度大，富水性弱—中等，水壓高，在帶壓范圍內(nèi)，奧灰水有可能沿構(gòu)造薄弱帶、底鼓裂隙進入礦井，可能對礦井安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅。因此，分析礦井的充水因素對礦井生產(chǎn)安全顯的十分重要。

2.礦井充水條件分析

(1)充水水源

①大氣降水及地表水

本井田各可采煤層埋藏較深，井田內(nèi)最上一層3號煤層埋深約在450～750m，并且其上覆蓋有巨厚的二疊系砂泥巖和新生界松散層，在正常情況下大氣降水和地表水，不可能直接成為礦井充水水源。對深部巖層的補給很小，對礦井充水影響不大。

②含水層

A.頂板充水含水層。各煤層頂板導(dǎo)水裂縫帶將溝通其發(fā)育范圍內(nèi)各含水層間水力聯(lián)系，通過導(dǎo)水裂縫帶向礦井充水，為礦井充水的主要來源。二疊系下統(tǒng)下石盒子組及山西組砂巖裂隙含水層和石炭系上統(tǒng)太原組砂巖裂隙夾石灰?guī)r巖溶裂隙含水層中的砂巖和灰?guī)r含水層都會成為煤層頂板充水含水層。由于3、6、8、9號煤層上覆砂巖含水層富水性弱，補給條件差，易于疏干，一般不會影響礦井正常生產(chǎn)。

15、15下號煤層的頂板直接充水含水層為太原組砂巖裂隙夾石灰?guī)r巖溶裂隙含水層，富水性弱，結(jié)合礦井近年來開采15號煤層充水情況分析，總體上礦井涌水量小，局部地段有一定的補給來源，涌水量一直穩(wěn)定，但水量不大，可見井田內(nèi)太原組含水層整體上動、靜儲量不大，富水性弱，主要接受側(cè)向徑流補給，補給條件差，易于疏干，一般不會影響礦井正常生產(chǎn)。

B.底板充水含水層。井田內(nèi)各煤層底板間接充水水源來自奧陶系中統(tǒng)巖溶水，其中奧陶系峰峰組巖溶裂隙不發(fā)育，含水層富水性弱，而上馬家溝組中段巖溶裂隙發(fā)育，含大量峰窩狀溶洞，為上馬家溝組主要含水層段。上馬家溝組巖溶裂隙含水層富水性弱—中等，是煤系地層下伏最具威脅的含水層。

井田內(nèi)奧灰水水位標(biāo)高520-531m，各可采煤層均低于奧灰水水位標(biāo)高，各可采煤層均屬奧灰水帶壓開采。由于奧陶系中統(tǒng)巖溶裂隙含水層厚度大，富水性弱—中等，水壓高，在帶壓范圍內(nèi)，奧灰水有可能沿構(gòu)造薄弱帶、底鼓裂隙進入礦井，可能對礦井安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅。

C.采空區(qū)（老窯）積水。井田內(nèi)煤層埋藏較深，無小煤礦開采，井田內(nèi)無古空區(qū)分布。

保安煤業(yè)現(xiàn)開采15號煤層，其它煤層尚未開采，無采空區(qū)分布?，F(xiàn)階段15號煤層一采區(qū)南翼相鄰15102、15104、15106工作面采空區(qū)內(nèi)，在標(biāo)高280m以下范圍存在大面積積水，一采區(qū)北翼各工作面均屬上山回采，采空區(qū)內(nèi)的積水會從密閉墻留設(shè)的放水口流出采空區(qū)，經(jīng)調(diào)查和后期打鉆探測核實，15103、15105和15107工作面采空區(qū)內(nèi)無積水。

井田東部相鄰的新景煤礦屬生產(chǎn)礦井，現(xiàn)開采3、8、15號煤層，與本井田之間無越界開采現(xiàn)象，其采掘活動區(qū)域與本井田相距較遠，且井田現(xiàn)開采的15號煤層一采區(qū)與井田東部邊界仍相距570m以上，其間為村莊及其它保護煤柱。因此，新景煤礦采空區(qū)積水對本井田目前開采15號煤層無影響。井田北、西、南部相鄰的七元煤礦，現(xiàn)處于基建階段，尚未投產(chǎn)，故對本井田目前開采15號煤層無影響。

(2)充水通道

①煤層開采后形成的導(dǎo)水裂隙帶。井田內(nèi)3號、6號、8號、9號煤層頂板以砂巖、砂質(zhì)泥巖和泥巖為主，屬中硬巖石；15號、15下號煤層的的直接頂板或老頂均為石灰?guī)r，屬堅硬巖石。

15下號煤層開采后，形成的導(dǎo)水裂隙帶高度介于72.28～90.61m之間，可達太原組上段頂部，導(dǎo)通8號、9號、15號煤層，使15下號煤層之上的太原組砂巖夾石灰?guī)r巖溶裂隙含水層成為15下號煤層的充水水源。保安煤業(yè)現(xiàn)采用上行式開采，先期開采15號煤層，其他各可采煤層尚未動用，以礦井充水因素而言，目前僅太原組砂巖夾石灰?guī)r巖溶裂隙含水層會向礦井15號煤層進行充水，且根據(jù)前述內(nèi)容，太原組含水層富水性弱，一般不會影響礦井正常生產(chǎn)。

②構(gòu)造導(dǎo)水通道。截止目前井田內(nèi)發(fā)現(xiàn)正、逆斷層上百條，其中發(fā)現(xiàn)落差在5.0m以上的斷層6條，落差在1.0-5.0m之間的斷層150條以上，其余斷層落差均在1.0m以下。其中井田西部邊界附近發(fā)育的F27正斷層，落差大于50m（6-9鉆孔處落差大于10m），向上錯斷太原組及山西組以上地層，使奧陶系峰峰組地層與15下號煤對接，據(jù)6-9號鉆孔沖洗液消耗量推測，該斷層導(dǎo)水性較弱，對目前礦井充水無影響。主要表現(xiàn)為破壞了地層的完整性，減少了煤層底板隔水巖柱的厚度和力學(xué)強度。但是斷層導(dǎo)水性并不是一成不變的，隨著采空塌落面積的不斷擴大，礦山壓力重新分布，斷層有可能活化，原來不導(dǎo)水的斷層也有可能轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)水構(gòu)造。

截止目前在井田內(nèi)共發(fā)現(xiàn)陷落柱45個，揭露的陷落柱規(guī)模一般較小，多在30m以下。從實際揭露陷落柱的情況來看：陷落柱導(dǎo)水性均弱，無明顯涌水現(xiàn)象。根據(jù)東部臨近礦井新景礦資料，陷落柱有導(dǎo)水現(xiàn)象，陷落柱出水4次，突水量為1-50m3/h，突水水源為底板奧灰?guī)r溶水。井巷或采掘工作面，接近陷落柱時，可構(gòu)成煤系地層與巖溶水的垂直通道，有可能發(fā)生巖溶水突水事件；保安煤業(yè)開采中尚未發(fā)生巖溶陷落柱突水事例。但隨著采掘工程不斷進行，受采動影響，地應(yīng)力重新分布，陷落柱仍有可能發(fā)生突水，即在礦壓作用下滯后突水的可能性不可忽視。特別當(dāng)陷落柱與斷裂構(gòu)造或裂縫帶聯(lián)合作用時，有可能成為底板巖溶水的通道。

③底板突水。井田3號煤層為局部可采煤層，可采范圍位于井田東部，可采范圍內(nèi)奧灰水帶壓開采最大突水系數(shù)為0.015MPa/m；6號煤層為大部可采煤層，可采區(qū)主要分布于井田中西部-北部、東南部，奧灰水帶壓開采最大突水系數(shù)為0.021MPa/m；8、9號煤層為全區(qū)可采煤層，奧灰水帶壓開采最大突水系數(shù)分別為0.022MPa/m和0.024MPa/m。

保安煤業(yè)為煤與瓦斯突出礦井，現(xiàn)開采15號煤層，各工作面順槽掘進前均先施工底抽巷，底抽巷位于15號煤層下20m，位于15號下煤層下16m?？紤]底抽巷的影響下，在計算15及15下號煤層奧灰水帶壓開采突水系數(shù)時，15、15下號煤層底板有效隔水層厚度相同，均取各孔15號煤底板隔水層厚度減去20m，在考慮底抽巷影響的情況下，15號煤層奧灰水帶壓開采最大突水系數(shù)為0.055MPa/m。15下號煤層為局部可采煤層，可采范圍分布于井田中西部（北側(cè)）、中東部、東南部，15下號煤層可采范圍內(nèi)帶壓開采最大突水系數(shù)取0.050MPa/m。

井田內(nèi)各煤層可采范圍內(nèi)最大突水系數(shù)均小于底板受構(gòu)造破壞塊段臨界突水系數(shù)0.06MPa/m，正常情況下，發(fā)生突水的可能性小，但在導(dǎo)水?dāng)嗔褬?gòu)造及封閉不良鉆孔附近存在發(fā)生突水的可能。

④封閉不良鉆孔。井田內(nèi)以往施工的各鉆孔，均按同期規(guī)范要求進行了水泥封孔，封孔質(zhì)量均為合格，但均未進行啟封檢查，該礦今后在鉆孔附近開采時應(yīng)采取相應(yīng)防范措施，以防煤層上、下含水層沿鉆孔涌入巷道造成水害事故。

3.礦井受水害類型

綜合以上分析，對礦井今后開采受水害影響嚴(yán)重的主要有：采空區(qū)積水、奧灰水、頂板水及構(gòu)造導(dǎo)水。

4.礦井水害防治原則及措施

(1)水害防治原則

①必須堅持“預(yù)測預(yù)報、探掘分離、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原則，采用“物探先行、化探跟進、鉆探驗證”的綜合探測手段。②加強地質(zhì)及水文地質(zhì)補充性探查，井上探查手段以物探為主，鉆探為輔；井下探測手段為物探先行，鉆探驗證。井上下探測、監(jiān)測與水文地質(zhì)實驗緊密結(jié)合。③建立地下水位、水質(zhì)及水情動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，開展水位、水質(zhì)及水情動態(tài)實時監(jiān)測。④對奧灰水防治以合理受控疏放為主，掘進巷道必須進行超前探，工作面開采前進行瞬變電磁勘探或坑透，必要時采取堵水工程措施。

(2)水害防治措施

①在雨季特別要做好地表水的疏排工作，并針對采掘范圍內(nèi)河溝滲漏、河床塌陷地段回填并鋪設(shè)人工河床；對以后河床下采煤區(qū)段進行隔水煤柱的檢查與修整；對井上排水系統(tǒng)、地表防隔水密閉不定期的巡查等。

②回采期間加大排水設(shè)備，保證礦井安全生產(chǎn)。對局部富水性強的松散含水層應(yīng)進行疏水降壓，減小水壓力，防止發(fā)生涌水災(zāi)害；對導(dǎo)水裂縫帶可能波及的頂板上部砂巖裂隙含水層水，在掘進、回采前必須采取探放水措施徹底疏干；對煤層底板破壞帶可能波及的或?qū)﹂_采有影響的太原組局部富水性強含水層水，可采取疏水降壓等措施，將水位降到煤層底板以下。

③加強對帶壓區(qū)內(nèi)斷層和陷落柱富導(dǎo)水性探測與研究工作，可通過注漿封堵切斷其與奧陶系灰?guī)r含水層的水力聯(lián)系，也可通過留設(shè)防隔水煤柱進行隔離。

④各巷道掘進及工作面回采前，應(yīng)結(jié)合掌握的情況，運用物探手段進一步查明相鄰工作面采空區(qū)積水范圍、積水量等情況，并根據(jù)探測結(jié)果合理有效地布置探放水孔，待具有威脅的積水全部疏放完畢后再進行掘進及回采。對同層采空區(qū)積水提前進行探放后，采空積水不會威脅礦井的安全生產(chǎn)。

⑤掘進底抽巷時嚴(yán)格按照《煤礦防治水細(xì)則》有關(guān)帶壓開采的要求掘進，發(fā)現(xiàn)突水（透水、潰水，下同）征兆、可能導(dǎo)致淹井等重大險情，立即撤出所有受水患威脅地點的人員，在原因未查清、隱患未排除之前，不得進行任何采掘活動。礦方以紅頭文件形式下發(fā)了水害隱患應(yīng)急處理授權(quán)書，并將礦井透（突）水征兆和水害隱患應(yīng)急處理授權(quán)書以牌板形式懸掛于各工作面。

5.結(jié)語

通過對保安煤業(yè)井田充水因素分析，得出結(jié)論：保安煤業(yè)礦井主要受采空區(qū)積水、太原組石灰?guī)r巖溶裂隙及砂巖裂隙含水巖組的水和奧灰水的威脅，在此基礎(chǔ)上提出了針對性的防治水措施和原則，為該區(qū)相似水文地質(zhì)條件礦井的水害防治積累了工作經(jīng)驗。