科兴米山煤业采空区积水分析及水害防治

田银娥

（晋城市水利局，山西 晋城 048000）

1 概况

高平科兴米山煤业有限公司是由原山西高平米山煤业有限公司兼并果则沟煤矿、冯庄煤矿、下冯庄煤矿、王家庄煤矿、石桥口煤矿、米西煤矿、泰鑫煤矿等7个煤矿重组整合而成的单独保留矿井。重组后批准开采煤层为3号、9号、15号，井田范围向西、东北扩界由原来的5.220 2 km2扩至7.946 km2，矿山名称变更为山西高平科兴米山煤业有限公司（简称科兴米山煤业），矿井生产能力由原来的15万t/a提升为90万t/a，是兼并重组后山西科兴能源发展（集团）有限公司主体企业之一。

原果则沟煤矿、冯庄煤矿、下冯庄煤炭、王家庄煤矿、石桥口煤矿、米西煤矿、泰鑫煤矿批准开采3号煤层，目前均已关闭，煤矿兼并重组整合后，井下资源归属科兴米山煤业，目前井田内有采空面积1.27 km2。

2 积水调查

2.1 排水系统

本次整合的主体矿井米山煤矿井下建有独立完善的排水系统，矿坑涌水采用一级排水，具体如下：

井下距井底600 m设主水仓（容量200 m3）和副水仓（容量200 m3）；主水泵房安装有3台3D-A8×7型水泵，两趟排水管路由中央水泵房经巷道及井筒敷设至地面工业广场排水沟，其中一趟（100 mm，680 m）钢管沿主井敷设，作为工作排水管，一趟（100 mm，720 m）钢管沿风井敷设，作为备用排水管。

2.2 积水分析

整合前各矿内3号煤层中存在大面积的采空区和采空破坏区，采空区中原有生产巷道留有排水出口，位置高于采空区的积水可由排水口自巷道导入水仓后集中排出，但低于排水口凹处的存在积水。

根据《煤炭安全手册》，矿井防治水中的采空区、古空区、老采破坏区及采空破坏区积水量选用下列公式进行估算：

式中：Q采——相互连通的各积水区总积水量，m3；

K——充水系数，采空区、采空破坏区取0.1；

M——采空区的平均采高或煤厚，m，3号煤层取4.01；

F——采空区积水的投影面积，m2；

α——煤层倾角，度。

各采空区及采空破坏区预测积水量统计结果见表1。

表1 采空区及采空破坏区预测积水量统计表

经估算，3号煤层中采空区和采空破坏区积水面积为1.27 km2，积水量511 555 m3，故该矿在生产中仍应坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则加强防范。

2.3 四邻矿井积水对矿井下部开采的影响分析

区内西部和北部有关闭及被整合的川起煤矿、石桥口煤矿、赵庄煤矿及酒务煤矿，原均开采3号煤。井下主要充水来源有3号煤层顶板砂岩含水层及因采空产生的沟通与上覆含水层间的水力联系，其井下涌水量动态变化因季节性不同而增减，雨季及延后的半月内较大，其他季节较小，同时随开采面积不断扩大，而涌水量相应增加。结合四邻矿井采掘工程平面图，依据《煤炭安全手册》，采用公式（1）对影响整合后科兴米山煤业开采的采空区及采空破坏区积水进行估算，估算结果见表2。

表2 采空区及采空破坏区预测积水量统计表

经估算，其周边矿井3号煤层中采空区和采空破坏区积水面积约1.56 km2，积水量626 434 m3。其中王家庄越界采空破坏区中的积水对科兴米山煤业3号煤层的开采可造成威胁（王家庄煤矿越界开采造成科兴赵庄煤业南部与科兴米山煤业北部连通）。而川起、石桥口、酒务煤矿采空区及赵庄煤矿越界采空破坏区中的积水与整合后的科兴米山煤业井田间由村庄保安煤柱、铁路保安煤柱、无煤区、各矿边界及采空区间留有保安煤柱隔开，正常情况下对该井田3号煤层开采可造成威胁。

另外，科兴米山煤业下部开采15号时所产生的最大导水裂隙带达不到上述采空区及采空破坏区水平高度，故其3号煤层采空积水在无导水构造存在的情况下对科兴米山煤业开采下部15号煤层无影响。

2.4 冒落带及倒水裂隙带计算

根据《三下采煤规程》，3号，15号煤层冒落带、导水裂隙带最大高度分别选用如下公式：

3号煤层以上顶板岩性为砂质泥岩、泥岩，选用公式如下：

式中：H——预测冒落带最大高度，m；

Hli——导水裂隙带最大高度，m；

∑M——累计采厚，m，3号煤层取4.01。

经计算可知，3号煤层冒落带最大高度为12.8 m，导水裂隙带最大高度为45.6 m。

井田内批采的15号煤层以上顶板岩性为石灰岩，计算公式为：

式中：H——预测冒落带最大高度，m；

Hli——导水裂隙带最大高度，m；

∑M——累计采厚，m，15号煤层取2.96。

经计算可知，15号煤层冒落带最大高度为15.8 m，导水裂隙带最大高度为62.2 m。

据导水裂隙带最大高度及导水裂隙带最大高度计算，3号煤层可沟通地表水体，故其充水含水层为该煤层之上的山西组及石盒子组下部砂岩裂隙及第四系孔隙含水层及地表水体，但其含水性较弱，对开采影响不大。

15号煤层开采时产生的塌陷裂隙带，其坍塌高度及范围，除影响煤层顶板K2含水层直接向矿井充水外，尚有 K3，K4，K5等含水层，其富水性均较弱，但不排除局部K2~K5等灰岩岩溶裂隙发育，局部富水性大，对15号煤层开采造成影响。

3 综合分析及建议

综上分析，在开采3号、15号煤层时，矿方应高度重视周边采空区、小窑积水对开采的影响，同时应注意雨季洪水沿导水裂隙渗入矿井。为防止水害事故的发生，建议矿方做好以下防治工作：

一是及时清理排水沟道和水仓，保证排水通畅。二是定时检修排水设备，配备足够的排水设备，预备突发水害时抢险工作。三是严格执行探放水制度，必须做到“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”。四是定期检查采空区地表，一旦发现塌陷、裂缝，及时回填处理，以防雨水渗入井下。五是加强与相邻矿井的联系，及时掌握其生产采掘位置，并了解矿井积水位置、范围、水量，与相邻各矿、河流及其他水体之间留足防隔水煤柱，以防发生水害事故。