杜兒坪煤礦防治水中長期規(guī)劃

盧玲敏

（中國煤炭地質總局 水文地質局，河北 邯鄲 056004）

0 引言

隨著煤礦煤炭產量的增加及開采煤層逐步向深處進行，礦井生產中遇到的各種水害問題日趨增多，防治水工作量逐步增大，各開采工作面和掘進巷道均需采取相應的防治水措施，因此，急需在整體上對礦井防治水工作進行中長期規(guī)劃，以此作為煤礦開展防治水工作的總體依據(jù)，從而能夠指導礦井防治水工作。

在充分收集以往地質及水文地質資料基礎上，依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》 《煤礦防治水細則》等規(guī)范規(guī)程，依托煤礦采掘銜接計劃，對礦井水文地質條件及未來5 a 生產面臨的水害問題進行分析，對礦井受水害威脅程度進行評價，編制了《煤礦中長期防治水規(guī)劃》，提出今后礦井防治水工程進度安排和工程費用概算，礦井可依據(jù)規(guī)劃內容編制礦井年度防治水計劃，并開展相關防治水工作，達到安全生產的目的。

1 地質及水文地質特征

1.1 地質構造概況

西山煤田位于山西陸臺太岳南北經向構造帶與陽曲—盂縣東緯向構造亞聯(lián)合部位的東南隅，是鑲嵌在“祁呂賀”山字形構造東翼內帶與汾河挽近盆地之間的一個石炭、二疊系含煤盆地，古老的巖系廣布于煤田西部，北端形成西北部高高抬起，向南傾斜的不完整的盆地。前寒武系及上古生界寒武、奧陶系在煤田西側、北端廣布，構成呂梁山脈主體和煤系基底。煤田東、東南部由于斷裂抬起，奧陶系地層也有出露。煤田內石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組，二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組，上統(tǒng)上石盒子組、石千峰組，三疊系下統(tǒng)劉家溝組、和尚溝組，中統(tǒng)二馬營組出露良好。新生界第三、第四系不整合覆蓋于較老的基巖之上。

1.1.1 礦井地質概況

杜兒坪煤礦位于西山煤田東北部，區(qū)內發(fā)育地層由老到新分別為奧陶系中統(tǒng)（O2） 上馬家溝組（O2s）、峰峰組（O2f）；石炭系（C） 中統(tǒng)本溪組（C2b）、上統(tǒng)太原組（C3t）；二疊系（P） 下統(tǒng)山西組（P1s）、下統(tǒng)下石盒子組（P1x）、上統(tǒng)上石盒子組（P2s）、上統(tǒng)石千峰組（P2sh）；三疊系下統(tǒng)劉家溝組（T1l）；第四系（Q） 中、上更新統(tǒng)（Q2+3）、全新統(tǒng)（Q4）。

1.1.2 煤層概況

杜兒坪礦井主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組，共含煤19 層，含煤地層總厚151.91 m，煤層總厚19.32 m，可采煤層有1、2、3、6、7、8、9 號共7 層，平均總厚16.37 m，可采含煤系數(shù)10.8%，其中全區(qū)可采煤層為2、8、9 號煤。目前隨著煤礦開采強度和深度不斷增加，礦井采掘過程中遇到的各種水害問題日趨復雜。

1.1.3 構造概況

西山煤田大致為北大、南小，兩翼不對稱的復式向斜構造，煤田內NE—NNE 向斷裂呈束展布，將向斜東翼切割成長方形地塊，堿性二長巖則沿構造裂隙侵入向斜西翼。煤田主要受新華夏系構造體系的控制，為“多”字型雁行斜列的主要煤盆地之一。該井田位于西山煤田東北隅，受新華夏系泰山式壓扭性斷裂的影響，構造形跡西部受馬蘭向斜，東部受邊山大斷裂（風聲河斷層、圪僚溝斷層），南部受杜兒坪斷裂帶，北部受賽莊—王封斷裂的制約。井田總體地層走向NW—SE，向SW 傾斜，傾角3°～12°，一般5°左右。井田內部以褶曲構造為主，4 條向斜，5 條背斜，同時井田內發(fā)育落差較小的高角度正斷層，截止目前井田內揭露落差大于或等于5 m 的斷層主要有24 條，尤其在井田淺部地段。陷落柱也較為發(fā)育截至目前，井田內共發(fā)現(xiàn)陷落柱1533 個，地面僅見18 個陷落柱，絕大部分出露在煤系地層。陷落柱已成為影響該礦正常生產的主要地質因素，井田內未發(fā)現(xiàn)巖漿巖侵入現(xiàn)象。

1.2 含水層特征

杜兒坪煤礦位于晉祠泉域巖溶水系統(tǒng)的東緣中段，地下水由北而南流過，屬于地下水徑流區(qū)，奧陶系地層在井田東北部邊界少量出露，向西及西南埋藏漸深，因此奧灰含水層富水性東部強于西部。

含水巖組是按地下水含水介質以及賦存條件、水動力特征以及地層界線劃分的，井田內主要含水層為二疊系下統(tǒng)砂巖裂隙含水層、太原組灰?guī)r裂隙含水層與奧陶系灰?guī)r含水層。其中上馬家溝組富水性強，峰峰組局部富水性強，其余富水性弱。

1.2.1 峰峰組

峰峰組分上下兩段。上段（O2f2） 巖性以深灰、灰色厚層狀石灰?guī)r為主，夾黃、灰白色泥灰?guī)r，頂部為古風化殼充填物，厚一般小于70 m；下段（O2f1） 為泥質灰?guī)r夾石膏層，厚約60 m。上段灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育，巖溶多呈蜂窩狀、串珠狀、局部可見溶洞。無統(tǒng)一承壓水面，含水性不均一，不同地段水位、水量相差很大，單位涌水量1 ～5 L/s·m，水位標高802.8 m，井田內局部區(qū)域峰峰組不含水。

1.2.2 上馬家溝組

上馬家溝組（O2s） 巖性以厚層質純石灰?guī)r為主，夾薄層泥質灰?guī)r、白云質灰?guī)r，底部豹皮灰?guī)r相對隔水層，全組厚200 m。淺部巖溶裂隙發(fā)育，由于富水而成為西山煤田與該井田最主要的含水層，單位涌水量0.04 ～138.91 L/ s·m（礦井杜1號、2 號深水井單位涌水量分別為138.91 L/s·m、134.73 L/s·m，但都是一次降深0.4 m、0.5 m 所得，不能進行涌水量預測計算，所以還不能代表真正最大涌水量，比實際最大涌水量?。话?.4 ～9 L/s·m，滲透系數(shù)70.11 m/d，水位標高810—820 m。

隔水層為石炭系中統(tǒng)本溪組泥質巖類隔水層（C2b）、奧陶系中統(tǒng)峰峰組下段隔水層（O2f1）、上馬家溝組下段隔水層（O2s1）。

2 充水因素分析

2.1 充水水源分析

根據(jù)礦井內及周邊水文孔的水位標高數(shù)據(jù)顯示，結合整個當?shù)氐貐^(qū)水位變化趨勢，確定礦井奧灰水水位標高810—820 m，低于9 號煤最低底板標高825 m，礦井各煤層均不存在帶壓開采，因此奧灰水不是該礦井充水水源。因此礦井充水水源主要有地表水、大氣降水、煤系圍巖含水層水與老空積水。

2.1.1 地表水

杜兒坪井田地形復雜，坡陡溝深，共有虎峪溝、南峪溝、井兒溝、麻皮溝、偏橋溝等12 條季節(jié)性河流，但蓋層普遍較厚，只麻皮溝、井兒溝、南峪溝、虎峪溝中，有些地段蓋層較薄。開采后河溝水直接或間接地（沿斷層） 微弱補給下部弱含水層，轉化為地下水。弱含水層中地下水再沿導水裂隙補給采空區(qū)，造成礦井充水，地表水是該礦井主要的充水水源。

2.1.2 大氣降水

西山煤田地處我國內陸，干燥少雨，蒸發(fā)量大于降水量，降水量隨季節(jié)變化較大，屬大陸性氣候。在該礦井淺部開采區(qū)，大氣降水通過采空導水裂隙直接滲入井下或補給含水層再滲入井下造成礦井充水。且也有隨季節(jié)變化的特點，在礦井東翼淺部開采區(qū)與東平峒相連接的盤區(qū)口都是豐水月涌水而枯水月干枯，但礦井充水具有一定的滯后現(xiàn)象，說明大氣降水是礦井充水水源之一，但影響面積小，涌水量有限，對礦井現(xiàn)生產區(qū)、備用區(qū)等蓋層較厚區(qū)（＞300 m） 沒有直接影響。

2.1.3 煤系圍巖水

煤系圍巖中影響采掘生產的含水層太原組灰?guī)r含水層與山西組砂巖含水層均為弱含水層，含水量小，掘進時僅有淋水現(xiàn)象，采后賦存于采空區(qū)內，形成采空區(qū)積水。但多年來礦井排水對煤系圍巖含水層水起到一種人為的疏降作用。因此，煤系圍巖含水層水不會對礦井開采造成大的威脅。

2.1.4 奧灰水

根據(jù)井田內杜1 號、2 號深水井及周邊礦西銘礦水文孔XS-1、官地礦的GDS-1、GDS-2 水文孔水位標高，以及整個西山地區(qū)水位變化趨勢，確定礦井奧灰水水位標高810—820 m，距離9 號煤最低底板標高825 m 還有5 ～15 m 的高差，不存在帶壓開采。

2.1.5 老空積水

（1） 自采形成的采空區(qū)。

截至2021 年10 月底，根據(jù)最新的采空積水臺賬以及充水性圖顯示，2 號煤層采空區(qū)積水面積539140 m2，積水量1044469.2 m3；3 號煤層采空區(qū)積水面積505658 m2，積水量949836.8 m3；6 號煤層采空區(qū)積水面積447637 m2，積水量892704.2 m3；8 號煤層采空區(qū)積水面積601191 m2，積水量395696 m3；9 號煤層采空區(qū)積水面積83500 m2，積水量240600 m3。采空區(qū)的積水直接影響著下伏煤層及下山方向煤層的安全生產。

（2） 周邊煤礦采空區(qū)積水。

經過調查統(tǒng)計周邊生產礦井和周邊小窯積水情況，分析得出周邊小窯積水是礦井的主要安全隱患。

該礦井附近小煤窯主要分布在東部、東南部、東北部的井兒溝、南峪溝、老西溝、虎峪溝附近等的老窯破壞范圍內，通過實地調研和資料收集，井田及周邊總共有小煤窯64 個，其中礦界外11 個，現(xiàn)已全部關閉。從收集調查資料看，這些關閉的小煤窯生產期間主要開采2、3、8、9 號煤層，只開采6 號煤層的有新牛頭嘴、牛頭嘴七尺煤礦。這些小窯位置清楚，但積水位置、面積、積水量部分小窯清楚。查明小窯上組煤2 號煤層采空區(qū)積水面積251600 m2，積水量509420 m3，下組煤8 號煤層采空區(qū)積水面積335200 m2，積水量702310 m3，小窯積水面積共計586800 m2，積水量共計1211730 m3。

通過對南五、北二采區(qū)小煤窯破壞區(qū)全覆蓋探測，探測總面積3.97 km2，測出積水異常區(qū)64 個，積水面積586800 m2。從采掘工作面角度分析，該礦井小窯大都位于60 ～70 年代舊采區(qū)東部和南、北大巷等主要巷道附近，即井田東部煤層破壞區(qū)以外的煤層露頭區(qū)，現(xiàn)采盤區(qū)遠離小窯分布區(qū)，不受小窯水的影響，但小窯的越界開采、私挖亂采，歷史上曾發(fā)生與該礦舊采空區(qū)巷道溝通的現(xiàn)象，仍有可能增加礦井排水壓力，故小窯水仍對該礦有一定的安全隱患。

2.2 充水通道

杜兒坪礦井在規(guī)劃期內開采2、3、6、8 號煤層時，礦井主要水害為地表水及采空區(qū)積水，充水途徑主要以構造通道（斷層、陷落柱） 和采礦形成的導水裂隙帶為主。

3 分析礦井水害問題及評價受水害威脅程度

3.1 主要水害問題

通過杜兒坪礦井充水因素分析，影響原生產礦井充水因素的有大氣降水、地表水、開采煤層上覆含水層水、老空積水。其中地表水、采空區(qū)積水是該礦井的主要水害，也是礦井防治水工作的重點和難點。由于井田開采年限較長，井田內原生產礦井遺留有較大面積的采空區(qū)。在采空區(qū)低洼處存有大量積水。隨著時間推移，采空區(qū)積水量還會增加。礦井規(guī)劃期內設計開采的煤層與其上部煤層層間距不大，導水裂隙發(fā)育高度可溝通上部采空區(qū)積水。特別是在發(fā)育有隱伏斷層等導水構造處，地表水、采空積水對礦井安全生產的威脅更大，是礦井水害的主要隱患水源。

根據(jù)礦井回采計劃，未來礦井開采2、3、6、8 號煤層，分別為2 號煤層的62517、62707、62519、62705、72911 工作面，3 號煤層的73907、73908 工作面，6 號煤層的76902、76903 工作面，8 號煤層的68307、68311、68506、68501 工作面。本文重點對首先開采的2 號煤工作面水害進行舉例分析。

（1） 62517 工作面面臨水害及防治措施。

地表水：工作面上覆地表有北石溝，該溝谷屬季節(jié)性河流，在暴雨季節(jié)，受地形地貌影響，溝谷中大氣降水易形成集中補給，可能通過塌陷裂縫可以進入礦井，從而間接形成礦井充水，對礦井生產有一定影響，應加強地表低洼區(qū)段易積水部位的工程治理工作。

頂板水：頂板充水水源為山西組和下石盒子組砂巖裂隙水，導水裂縫可導通上覆含水層，含水層富水性較弱，措施主要以排水為主。

（2） 62519 工作面面臨水害及防治措施。

地表水：工作面上覆地表有北石溝，該溝谷屬季節(jié)性河流，在暴雨季節(jié)，受地形地貌影響，溝谷中大氣降水易形成集中補給，可能通過塌陷裂縫可以進入礦井，從而間接形成礦井充水，對礦井生產有一定影響，應加強地表低洼區(qū)段易積水部位的工程治理工作。

頂板水：頂板充水水源為山西組和下石盒子組砂巖裂隙水，導水裂縫可導通上覆含水層，含水層富水性較弱，措施主要以排水為主。

通道：工作面內有杜2 鉆孔，回采前應查清含、導水情況，同時應注意隱伏構造的探查。通道：工作面內有杜89-1 鉆孔，回采前應查清含、導水情況，同時應注意隱伏構造的探查。

（3） 62707 工作面面臨水害及防治措施。

地表水：工作面上覆地表有窯子溝，該溝谷屬季節(jié)性河流，在暴雨季節(jié)，受地形地貌影響，溝谷中大氣降水易形成集中補給，可能通過塌陷裂縫可以進入礦井，從而間接形成礦井充水，對礦井生產有一定影響，應加強地表低洼區(qū)段易積水部位的工程治理工作。

頂板水：頂板充水水源為山西組和下石盒子組砂巖裂隙水，導水裂縫可導通上覆含水層，含水層富水性較弱，措施主要以排水為主。

通道：工作面內有杜16 鉆孔，目前發(fā)現(xiàn)工作面內發(fā)育有3 條小于1.5 m 的斷層，注意進行含、導水性探查，軌道巷揭露1 個陷落柱，應注意隱伏構造的探查。

（4） 62705 工作面面臨水害及防治措施。

地表水：工作面上覆地表有窯子溝，該溝谷屬季節(jié)性河流，在暴雨季節(jié)，受地形地貌影響，溝谷中大氣降水易形成集中補給，可能通過塌陷裂縫可以進入礦井，從而間接形成礦井充水，對礦井生產有一定影響，應加強地表低洼區(qū)段易積水部位的工程治理工作。

頂板水：頂板充水水源為山西組和下石盒子組砂巖裂隙水，導水裂縫可導通上覆含水層，含水層富水性較弱，措施主要以排水為主。

通道：工作面內有杜98-2 鉆孔，回采前應查清含、導水情況，同時應注意隱伏構造的探查。

（5） 72911 工作面面臨水害及防治措施。

地表水：工作面上覆地表有川道峪、新華溝，該溝谷屬季節(jié)性河流，在暴雨季節(jié)，受地形地貌影響，溝谷中大氣降水易形成集中補給，可能通過塌陷裂縫可以進入礦井，從而間接形成礦井充水，對礦井生產有一定影響，應加強地表低洼區(qū)段易積水部位的工程治理工作。

頂板水：頂板充水水源為山西組和下石盒子組砂巖裂隙水，導水裂縫可導通上覆含水層，含水層富水性較弱，措施主要以排水為主。

采空積水：同層相鄰721001 工作面存在1 處積水JS2-35，水量1350 m3，對工作面回采有一定影響，應注意探放。

物探異常區(qū)：該工作面有3 處物探異常區(qū)，回采時應注意驗證。

通道：工作面內有杜11 鉆孔，目前發(fā)現(xiàn)工作面內發(fā)育有1 條落差為1.4 m 的斷層，注意進行含、導水性探查，巷道揭露2 個陷落柱，應注意隱伏構造的探查。

3.2 水害威脅程度評價

杜兒坪礦井未來五年采掘活動主要受采空區(qū)積水和小窯積水、地表水的影響，其次為大氣降水、煤系圍巖含水層水。本礦井屬偶有透水，采掘工程受水害影響，但不威脅礦井安全。根據(jù)《煤礦防治水細則》，該礦開采受水害影響程度為中等。

4 編制礦井防治水中長期規(guī)劃

4.1 礦井防治水采用的方法

地表水水害防治：地面防洪、地表水體調查工作；加強雨季“三防”（防洪、防排水、防雷電） 工作。

頂板水水害防治：頂板富水性探測；頂板水的預疏放。

構造的探測及防治：地面瞬變電磁和直流電測深等方法探查斷層及陷落柱含、導水性。井下超前探測。

采空水水害防治：探查等對老空水防治應該嚴格執(zhí)行探放水制度，進行合理控制疏放或密閉墻隔離監(jiān)測。

4.2 防治水措施及工程

根據(jù)礦井2022 年掘進和回采計劃制定相應防治水工程。本年度掘進進尺為27000 m，回采工作面 為 62517、 62707、 68307、 68311、 73907、72911 工作面。

4.2.1 地面防治水工作計劃

（1） 本年度開采區(qū)62517、62707、72911 工作面上部有溝谷分布，地表會有塌陷、裂隙，在雨季洪水、地表水有可能通過裂隙潰入井下，影響井下安全生產，因此需對該區(qū)域地面定期巡查，并對塌陷及裂縫要進行填埋。

（2） 收集小窯采掘資料，完善礦井防治水圖件，加強現(xiàn)場水文地質觀測分析，做好超前探測預報工作。同時要及時與周邊礦井交換圖紙，掌握其采掘情況。

4.2.2 井下防治水工作計劃

（1） 有掘必探、有采必探工作。本年度掘進進尺27000 m，按有掘必探要求對井下掘進工作面進行超前電法物探，并開展掘進面物探異常區(qū)鉆探驗證探查工作，對62707、68311 工作面開展坑透、瞬變電磁勘探及鉆探工作。

（2） 采空區(qū)水探放工作。68311 回采工作面上部有1 處積水區(qū)，72911 同層相鄰工作面存在一處積水，需進行采空區(qū)積水超前探查，并對積水進行探放。

（3） 編制掘進巷道水文地質情況分析報告和水害防治措施、探放水設計、地質與水文地質預報。編制回采工作面水文地質情況分析評價報告及水害隱患治理措施。

（4） 地質編錄，完善防治水臺帳及修編水文地質圖紙。

（5） 每月開展一次地測防治水隱患排查，召開地測防治水預測預報預警會議，安排隱患整改，督促防治水措施的落實；對各類檢查中發(fā)現(xiàn)的隱患要及時整改，短期不能完成整改的隱患要制定安全措施和預案。

（6） 構造探測，對含水性、富水性不明確的構造進行探查，以及隱伏構造的探測。

4.2.3 其他防治水工作計劃

（1） 加強技術人員培訓。

（2） 加大防治水各類裝備投入及探放水設備維護、保養(yǎng)。

（3） 編制《水文地質類型報告》《防治水分區(qū)管理論證報告》《礦山儲量年報》《儲量核實報告》《3、6、7、9 號沖擊地壓鑒定報告》《煤炭資源開發(fā)利用、地質環(huán)境保護與土地復墾方案》。

4.3 礦井防治水工程費用概算

項目經費預算根據(jù)項目設計工作量及《工程勘察收費標準》（2002 年版） 和地質調查項目預算標準（2021）》的規(guī)定標準制定，未來5 a 防治水工程所需費用約為3034.09 萬元。

5 結語

編制防治水中長期規(guī)劃報告，依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》《煤礦防治水細則》 及山西地方政策要求，結合礦井采掘銜接計劃，分析礦井水文地質條件、未來5 a 生產面臨的水害問題并制定相應防治措施。為礦井今后生產中依據(jù)《規(guī)劃》內容編制礦井年度防治水工程措施、開展相關防治水工作和煤礦安全生產提供保障。