晉圣誠(chéng)南煤業(yè)充水條件分析及防治水對(duì)策

張雷杰

（山西正誠(chéng)礦山安全技術(shù)研究所（有限公司），山西 晉城 048006）

1 概 況

晉圣誠(chéng)南煤業(yè)有限公司為晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉城煤炭事業(yè)部晉圣公司下屬整合礦井，該礦井中部存在大面積的無(wú)煤區(qū)，礦井采用分期建設(shè)進(jìn)行開(kāi)拓部署，以澗河為界分一、二期建設(shè)，一期開(kāi)采井田東南部，二期開(kāi)采井田西北部誠(chéng)南煤業(yè)主要開(kāi)采15號(hào)煤層，區(qū)內(nèi)15號(hào)煤層埋深較淺，北部、中部、中南部都有露頭，煤層大面積被剝蝕。該區(qū)內(nèi)原整合礦井，基本都為以往硫鐵礦整合而成，以往硫鐵礦開(kāi)采方法都為房柱式，開(kāi)采硫鐵礦兼采15號(hào)煤層，前采后填，生產(chǎn)能力也不穩(wěn)定，對(duì)區(qū)內(nèi)15號(hào)煤層破壞較大。井田內(nèi)15號(hào)煤層賦存區(qū)層位穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為賦存區(qū)穩(wěn)定的可采煤層。

地表及開(kāi)采過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)陷落柱、井田內(nèi)地層總體構(gòu)造形態(tài)為背、向斜相間的構(gòu)造，產(chǎn)狀平緩。采掘過(guò)程中所揭露的斷層多為小型斷層；三維地震解釋的斷層大部為落差較小的斷層；井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)巖漿巖侵入現(xiàn)象，本井田地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度為簡(jiǎn)單型。井田構(gòu)造如圖1所示。

圖1 構(gòu)造綱要圖Fig.1 Structure outline

2 水文情況

2.1 充水水源

誠(chéng)南煤業(yè)充水水源主要為15號(hào)煤層頂板K2灰?guī)r巖溶裂隙含水層、老空水，其次為大氣降水及地表水。

2.1.1 大氣降水和地表水

（1）大氣降水。根據(jù)礦井涌水量與降水量的動(dòng)態(tài)變化分析，礦井涌水量與降雨量關(guān)系不明顯。正常情況下，大氣降水對(duì)礦井直接充水影響小，但井田內(nèi)煤層風(fēng)氧化帶及淺埋地段，在風(fēng)化裂隙及導(dǎo)水裂隙帶的影響下，大氣降水可通過(guò)裂縫補(bǔ)給入滲到巷道及采空區(qū)。因此，大氣降水為15號(hào)煤層的間接充水水源。

（2）地表水。井田內(nèi)發(fā)育的河流為澗河，位于井田內(nèi)中南部無(wú)煤區(qū)，距工業(yè)廣場(chǎng)距離較遠(yuǎn)；河床地勢(shì)低，主斜井井口、副斜井井口、回風(fēng)斜井井口標(biāo)高比澗河最高水位高，且距離河流較遠(yuǎn)，工業(yè)廣場(chǎng)及各井口不受其洪水影響。且一期開(kāi)采區(qū)內(nèi)15號(hào)煤層標(biāo)高高于澗河。另外，井田內(nèi)地表徑流條件較好，地表水接受大氣降水補(bǔ)給條件有限，正常情況下地表水不會(huì)對(duì)礦井產(chǎn)生直接影響。但是，井田內(nèi)煤層風(fēng)氧化帶及淺埋地段，風(fēng)化裂隙及導(dǎo)水裂隙帶會(huì)成為大氣降水及地表水補(bǔ)給地下水的充水通道，地表水為15號(hào)煤層的間接充水水源。

總的來(lái)說(shuō)，地表水及大氣降水對(duì)采掘工程影響程度小。

2.1.2 地下水（煤層頂板水）

（1）第四系松散巖類孔隙含水層及基巖風(fēng)化帶裂隙含水層。

主要分布于河谷，由砂、卵礫石等組成。結(jié)構(gòu)松散、厚度不一，一般在10.00 m左右。該含水層主要接受大氣降水的補(bǔ)給，局部可得到地表水或砂巖裂隙水的補(bǔ)給。該含水層富水性不一，富水性受大氣降水季節(jié)影響明顯，局部富水性較好；為富水性弱的孔隙含水層。

（2）二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層。

二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層主要由K7砂巖組成，井田內(nèi)山西組地層殘留厚度不等，多分布于山梁或山脊頂部，殘留平均厚約8.40 m，3號(hào)煤層缺失，該含水層屬弱富水性含水層。

（3）石炭系上統(tǒng)太原組石灰?guī)r巖溶裂隙含水層。

含水層主要由太原組K2、K3、K4、K5等灰?guī)r層組成?；?guī)r層局部段裂隙發(fā)育、巖溶不發(fā)育，其中15號(hào)煤層頂板K2灰?guī)r垂直裂隙發(fā)育，裂隙面具水蝕痕跡，該含水層屬弱富水性含水層。

經(jīng)計(jì)算15號(hào)煤層開(kāi)采產(chǎn)生的最大導(dǎo)水裂隙帶高度為86.76 m，可溝通上述各含水層，成為礦井開(kāi)采15號(hào)煤層的充水水源。其中15號(hào)煤層頂板灰?guī)r溶裂隙含水層是礦井15號(hào)煤層的直接充水水源，是礦井充水的主要來(lái)源之一，對(duì)未來(lái)15號(hào)煤層的開(kāi)采影響較大。

根據(jù)礦井以往井下頂板富水異常區(qū)探測(cè)、驗(yàn)證及涌水量臺(tái)賬資料，15號(hào)煤層頂板水生產(chǎn)中常以頂板淋水的形式進(jìn)入礦井，涌水量較小，易于疏干，對(duì)采掘活動(dòng)有一定的影響。

2.1.3 采空區(qū)積水

根據(jù)現(xiàn)有資料，井田范圍內(nèi)15號(hào)煤層存在16處采空積水區(qū)，估算采空積水區(qū)面積877 866 m2，總積水量約204 438 m3。其中，一期開(kāi)采區(qū)內(nèi)共存在4處采空積水區(qū)，總積水面積約267 554 m2，總積水量約77 711 m3。

據(jù)調(diào)查，井田周邊現(xiàn)無(wú)相鄰礦井。井田西北部原分布有一個(gè)相鄰礦井，批準(zhǔn)開(kāi)采15號(hào)煤層，2006年資源整合時(shí)已關(guān)閉。該公司內(nèi)原有9個(gè)礦廠，開(kāi)采15號(hào)煤層下部黃鐵礦，巷道內(nèi)存有一定量的積水，積水量約11 534 m3。

結(jié)合未來(lái)采掘計(jì)劃，一期開(kāi)采生產(chǎn)系統(tǒng)位于井田東南部，因此原采空積水區(qū)對(duì)一期15號(hào)煤層的開(kāi)采無(wú)影響，一期開(kāi)采區(qū)內(nèi)共存在的4處采空積水區(qū)對(duì)未來(lái)采掘活動(dòng)有影響。15號(hào)煤層采空區(qū)及積水如圖2所示。

圖2 1 5號(hào)煤層采空區(qū)及積水分示意圖Fig.2 Goaf and water accumulated area of No.15 coal seam

2.2 礦井水患分析

根據(jù)采掘規(guī)劃、礦井生產(chǎn)資料、水文地質(zhì)條件、礦井水患調(diào)查資料等進(jìn)行綜合分析，未來(lái)采掘范圍內(nèi)15號(hào)煤層主要水患為采空區(qū)積水、煤層頂板水、大氣降水及地表水、廢棄井筒及封閉不良鉆孔水、構(gòu)造水。其中采空區(qū)積水、煤層頂板水、大氣降水及地表水上文已提及，不再贅述。

根據(jù)以往水文地質(zhì)資料，結(jié)合此次調(diào)查，井田南部一期開(kāi)采區(qū)內(nèi)存在15個(gè)廢棄井筒和2個(gè)封閉不良鉆孔，其中嶺南ZK1鉆孔已揭露，未發(fā)現(xiàn)封閉不良情況?？刹蓞^(qū)內(nèi)廢棄井筒和封閉不良鉆孔位置清楚，未來(lái)采掘活動(dòng)范圍距廢棄井筒及封閉不良鉆孔均較遠(yuǎn)，對(duì)礦井未來(lái)幾年采掘活動(dòng)無(wú)影響。

3 防治水對(duì)策

3.1 采空區(qū)積水的防治措施

礦井采掘過(guò)程中應(yīng)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，加強(qiáng)對(duì)老空水的探放工作。

（1）生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行老空積水的“三線”管理制度，綜合分析采空區(qū)分布范圍，劃出積水線、探水線和警戒線。首先根據(jù)井下探放水資料，結(jié)合實(shí)際調(diào)查情況核實(shí)老空積水區(qū)的范圍，確定積水線。探水線應(yīng)根據(jù)積水區(qū)的位置、范圍、水文地質(zhì)條件及其資料的可靠程度，以及采空區(qū)、巷道受礦山壓力的破壞情況等因素確定，對(duì)有圖紙資料可查的老窯，探水線至老窯邊界的最小距離不得小于60 m，當(dāng)采掘工作面接近探水線時(shí)就要采取探放水措施；有一定圖紙資料參考的由探水線外推不少于50 m作為警戒線，當(dāng)采掘工作面接近警戒線時(shí)，應(yīng)警惕積水威脅，注意采掘工作面水情變化，如發(fā)現(xiàn)有透水征兆，立即停止鉆井，但不得拔出鉆桿，立即撤出所有受水威脅區(qū)域的人員。根據(jù)誠(chéng)南煤業(yè)實(shí)際情況，確定井田內(nèi)采空積水區(qū)的積水線外推60 m為探水線、探水線外推50 m為警戒線。

（2）未來(lái)采掘活動(dòng)接近采空積水區(qū)時(shí)，需進(jìn)行井下物探超前探測(cè)工作，并依據(jù)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，對(duì)老空水進(jìn)行探查疏放，必要時(shí)留設(shè)足夠的安全保護(hù)煤柱。采掘工作面探水前，應(yīng)先編制專項(xiàng)的探放水設(shè)計(jì)，確定允許掘進(jìn)距離和超前距，并采取防止瓦斯和其他有害氣體危害等安全措施。探放水鉆孔的布置和超前距離，應(yīng)當(dāng)根據(jù)水頭高低、煤（巖）層厚度和硬度等確定，探放水鉆孔布置時(shí)應(yīng)遵循《煤礦防治水細(xì)則》第四十三條規(guī)定。探放水鉆機(jī)的選擇和安裝前應(yīng)注意的事項(xiàng)嚴(yán)格按照《煤礦防治水細(xì)則》第四十五條至四十六規(guī)定執(zhí)行。探水鉆孔超前距離和止水套管長(zhǎng)度選取應(yīng)遵循《煤礦防治水細(xì)則》第四十八條規(guī)定。

（3）按照規(guī)定對(duì)采空區(qū)及廢巷進(jìn)行密閉，留設(shè)導(dǎo)水孔，加強(qiáng)觀測(cè)，及時(shí)將采空區(qū)積水排出；留設(shè)觀察孔，觀測(cè)采空區(qū)內(nèi)的溫度和有害氣體情況。

（4）生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)指定專人對(duì)采空區(qū)進(jìn)行經(jīng)常性巡視，對(duì)采空區(qū)地表產(chǎn)生的裂縫和塌陷區(qū)進(jìn)行回填或開(kāi)挖溢洪道，疏通水道，防止大氣降水及地表水沿塌陷裂縫灌入井下造成災(zāi)害事故。

3.2 頂板水的防治措施

煤層頂板水為礦井井下涌水量的主要來(lái)源，主要以頂板淋水的形式進(jìn)入礦井，但該含水層一般富水性弱，生產(chǎn)中容易疏干。

（1）首先對(duì)頂板水富水性探測(cè)。采用瞬變電磁勘探探查頂板含水層的分布及其富導(dǎo)水條件，對(duì)物探未覆蓋區(qū)適時(shí)補(bǔ)充勘探，查清含水層的局部富水地段。

（2）對(duì)于地面瞬變電磁勘探解釋的煤層頂板含水層的富水異常區(qū)，應(yīng)通過(guò)井下瞬變電磁勘探進(jìn)一步核實(shí)，然后通過(guò)井下鉆探驗(yàn)證。

（3）在現(xiàn)有排水設(shè)備能夠滿足排水要求時(shí)，需定期檢修礦井排水設(shè)備，及時(shí)清理排水溝道和水倉(cāng)，保證排水通暢。

3.3 大氣降水及地表水的防治措施

（1）與氣象、水利、防汛等部門(mén)進(jìn)行聯(lián)系，建立災(zāi)害性天氣預(yù)警和預(yù)防機(jī)制。及時(shí)掌握可能危及煤礦安全生產(chǎn)的暴雨洪水災(zāi)害信息，密切關(guān)注災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警信息；及時(shí)掌握汛情水情，采取安全防范措施；加強(qiáng)與周邊相鄰礦井信息溝通，發(fā)現(xiàn)礦井出現(xiàn)異常情況時(shí)，立即向周邊相鄰礦井進(jìn)行預(yù)警。

（2）安排專人對(duì)井田范圍內(nèi)可能波及的周邊廢棄老窯、地面塌陷坑、采動(dòng)裂隙以及可能影響礦井安全生產(chǎn)的河流、堤防工程等重點(diǎn)部位進(jìn)行巡視檢查。當(dāng)接到暴雨災(zāi)害預(yù)警信息和警報(bào)后，應(yīng)當(dāng)實(shí)施24 h不間斷巡查。在礦區(qū)每次降大到暴雨的前后，及時(shí)觀測(cè)礦井涌水量變化情況。

（3）雨季加強(qiáng)地面塌陷及地裂縫的填充工作，防止雨季地表洪水潰入礦井造成水害。

（4）地面廣場(chǎng)要定期檢查疏通各排水系統(tǒng)，確保地面無(wú)積水，遇有外水時(shí)不能流向井口方向。在礦井井筒附近儲(chǔ)備防洪（雨）水粘土袋，在礦區(qū)內(nèi)應(yīng)采取填坑、補(bǔ)凹、整平地表等措施，定期清理礦井工業(yè)廣場(chǎng)以及周邊地點(diǎn)的水溝。

3.4 封閉不良鉆孔、廢棄井筒防治措施

（1）井田內(nèi)所有鉆孔必須全部標(biāo)注在采掘工程平面圖上，建立臺(tái)賬。煤礦根據(jù)鉆孔臺(tái)賬的記錄，逐孔檢查，特別是打穿多層含水層、煤層的鉆孔處理，要查清歷史資料；無(wú)資料的，必須在一定區(qū)域內(nèi)采用相應(yīng)的預(yù)防措施。

（2）收集井田范圍內(nèi)廢棄立井坐標(biāo)、填埋方式等信息，標(biāo)繪在充水性圖和采掘工程平面圖上，采掘活動(dòng)接近此類井巷工程時(shí)，編制專項(xiàng)探測(cè)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證探測(cè)。

（3）及時(shí)對(duì)廢棄井口進(jìn)行填埋、封堵，雨季之前，礦井工作人員應(yīng)檢查井口的封閉情況，若出現(xiàn)裂縫等情況，及時(shí)進(jìn)行再填埋、封堵，以免造成突水事故。

（4）對(duì)其他資料不清或封孔質(zhì)量不好的鉆孔，要現(xiàn)場(chǎng)檢查落實(shí)，防止此類鉆孔導(dǎo)水誘發(fā)礦井水害。當(dāng)巷道及工作面接近廢棄老窯（井筒）及鉆孔時(shí)，應(yīng)先采用物探方法檢測(cè)，再采用鉆探方法驗(yàn)證，以超前探測(cè)其導(dǎo)水性為主。嚴(yán)格執(zhí)行探放水作業(yè)，在必要時(shí)按規(guī)定留設(shè)保安煤柱，以確保安全生產(chǎn)。

3.5 斷層、陷落柱防治措施

根據(jù)以往采掘揭露情況，可采區(qū)采掘范圍內(nèi)揭露的斷層均不導(dǎo)水，但不排除存在隱伏導(dǎo)水?dāng)鄬?、陷落柱存在的可能?/p>

在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，巷道前方如揭露構(gòu)造，采用井下超前探進(jìn)行探查工作，如探明斷層富水，需進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，必要時(shí)編制探放水設(shè)計(jì)，由專業(yè)探放水隊(duì)伍依據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范進(jìn)行探放工作。

4 結(jié) 語(yǔ)

以誠(chéng)南煤業(yè)為研究對(duì)象，全面分析了該礦地質(zhì)、水文情況，對(duì)礦井充水水源進(jìn)行分類調(diào)查分析，總結(jié)了該礦15號(hào)煤層開(kāi)采主要水患，即采空區(qū)積水、煤層頂板水、大氣降水及地表水、廢棄井筒及封閉不良鉆孔水、構(gòu)造水，并針對(duì)每種水患給出了專門(mén)的防治措施。采取這些防治措施后，誠(chéng)南煤業(yè)未發(fā)生水害事故，保障了礦井安全高效生產(chǎn)。