古河流冲刷区探找7煤水文地质条件及水害防治措施

刘安传

（华润天能徐州煤电有限公司 柳新煤矿，江苏 徐州221142）

1 矿井概况

柳新煤矿于1971 年由南通市煤炭工业公司开始建井，1978 年正式投入生产， 设计生产能力30 万吨/年，1983 年达到设计生产能力。1984 年起，矿井进行改扩建，1990 年，江苏省煤炭工业总公司批准改扩建规模为40 万吨/年，最高年产量达48 万吨。1998 年11 月23 日江苏天能集团公司接管柳新煤矿。 现核定生产能力为25 万吨/年。 井田面积10.7km2。 矿井为立井多水平分区式开拓，开采上限-90m，批准的最大采深-1200m。

截止2012 年12 月31 日， 柳新煤矿剩余资源储量1938.5 万吨，其中基础储量1184.1 万吨。 井田内有三个含煤岩层，即下石盒子组、山西组和太原组地层，主要可采煤层为7 层，总厚度为7.68m，分别为1 煤、2 煤、7 煤、8 煤、9 煤、20 煤、21 煤。 2006 年委托中国矿业大学对南翼部分村庄下压煤进行了条带开采可行性研究， 确定采40 米，留50 米，走向条带布置工作面，使全矿可采储量达到722 万吨。

2 深部扩储找煤

柳新煤矿已生产40 多年，资源逐渐枯竭，截至2012 年底全矿井可采储量已不足200 万吨。自2009 年以来产量逐年下降，主采2 煤深部开采构造较多，造成煤层变薄牵引较长，煤质较差，给设计、回采工作面带来较大影响，导致矿井接续失调严重，效益持续下滑。 因此，柳新矿急需采区深部探找山西组7 煤，以增加矿井储量，最大可能的延长矿井服务年限。 同时作为2 煤配采资源，提高经济效益。 所以，扩储探找山西组7 煤便成为当前最突出的重点工作。

山西组整合于太原组之上，以一层灰岩顶界与太原组分界，与上覆下石盒子组为逐渐过渡（以分界砂岩为界）。 根据岩性、岩相、旋徊、含煤性等主要沉积特征，将山西组含煤地层自下而上分成三个层段。7煤位于中段顶部， 煤层厚度实际揭露资料-430m 以上2.5～3.20m，-430m 以下0.65～3.40m。 7 煤沉积环境是自9 煤形成后发育起来的浅水三角洲水下平原到水上平原，由于长期的分流河道沉积充填，陆源物质供应较充分，易形成沼泽化时间长和有利成煤的地形条件，从而形成了水上平原广泛的大面积泥炭沼泽，因此，7 煤具有煤层厚，较稳定，大面积可采的特点。 7 煤形成后，自顶板向上其沉积环境已由水上三角洲体系过渡到内陆冲积平原体系，河湖共存，曲流河发育，必然侵蚀冲刷7 煤， 显然成煤后的环境演化不利7 煤的保存。 因此， 本矿-600m 以下7 煤出现古河流冲刷无煤区、孤岛煤与薄煤带，揭示了7 煤成煤后的环境演化和煤厚变化的原因（见图1）。

图1 7 煤古河流冲刷区顶板砂岩冲蚀煤层素描剖面图

进入深部古河流冲刷区探找7 煤，必须要查清山西组7 煤的水文地质条件， 经过748 工作面回采、-520 探煤巷及-600 探煤巷的施工，掌握了采区的水文地质特征，分析排查水害类型，开展矿井防治水工作的安全技术研究，制定了安全措施，消除了采掘过程中的水害隐患，并做好了煤柱工作面的防、排等方面的防治水工作。

3 7 煤古河流冲刷区水文地质条件

该区地下水类型分为第四系孔隙含水层、 二叠系砂岩裂隙含水层、太原组灰岩溶隙含水层和奥陶系灰岩溶洞含水层。 其中山西组砂岩裂隙含水层，对7 煤深部开采影响较大。 山西组露头区被厚度42m的第四系冲积层覆盖， 盖层中有20～38m 粘土层阻隔了大气降水，地面水及孔隙水与矿井无直接水力联系。 因此，本区基本处于一个相对封闭的倾斜水文地质构造中，具有地下水循环缓慢，补给不良，排泄不畅，单位涌水量小的特点。

3.1 含水层及富水性

该区山西组7 煤顶底板赋存4 层砂岩，矿物成分以长石、石英为主，致密坚硬，泥质与硅质胶结，裂隙发育明显受构造控制，构造附近裂隙发育，富水性强，其它地段裂隙发育较弱，含水性弱，根据748 首采面及-520、600 探煤巷施工过程中实测水文资料， 其涌水量为5～10m3/h，属含水量小的含水层。

该7 煤古河流冲刷区顶底板主要赋存四层砂岩含水层。

（1）Ⅰ层砂岩：厚度平均4.1m，为7 煤老顶砂岩，岩性为浅灰色细-中粒砂岩，裂隙局部发育，出水点特点是水来的猛，去的快，补给水有限，以消耗静储量为主。

（2）Ⅱ层砂岩：平均厚度12.98m，距7 煤顶板28m，上部以细砂为主，中部为中粒砂岩夹小砾石，矿物成分以石英长石为主，局部坚硬，分选性中等，裂隙充填方解石脉，硅质胶结，该层为含水量小的含水层，采掘过程中在构造裂隙带有滴淋水。

（3）Ⅲ层砂岩（分界砂岩）：厚度平均4.85m，为下石盒子组与山西组分界砂岩，距7 煤顶板49m，岩性为中粗粒砂岩含砾，灰～杂色，致密、坚硬，泥质胶结，裂隙不发育，在构造附近含水性明显增强，属含水量小的含水层，对煤层开采影响较小。

（4）Ⅳ层砂岩：厚度平均4.85m，为7 煤老底砂岩，距7 煤底板12.5m，浅灰色-灰色，细粒，石英砂岩，胶结坚硬，裂隙局部发育，属含水量小的含水层。

根据导水裂隙带最大高度的经验公式计算为：H 裂=100M/（3.3n+3.8）+5.1=13.9m（M 取平均采高1.7m,n=1），即正常回采情况下可能影响到顶板Ⅰ层砂岩。

3.2 煤层顶底板砂岩裂隙水涌水特征

（1）水质：水质类型为HCO3-（K+Na）型水，矿化度M=0.874g/L。

（2）突水点水量来的快，消失的快。 该区砂岩涌水表现为突发性，来势较猛，涌水量较大，特别是冲蚀区表现更为突出。 但是，释放的顶板砂岩水以静储量为主，3～10 天后水量逐渐变小最后消失，具有可疏干性。

（3）间歇性涌水，水量逐渐递减。顶板砂岩裂隙水富水部位多发生在煤岩层倾角急剧变化的地段、次一级背向斜发育部位、次一级背向斜与断裂带交汇处。 在该部位的采掘工作面，涌水表现为出水点水量大，有的呈间歇性涌水，出水后水量逐渐衰减。

（4）砂岩裂隙水与开采深度的关系。 古河流冲刷区探找7 煤工程最大开采深度达-750m 水平， 主要突水水源为顶底板砂岩裂隙水，因冲积层含水层的补给与浅部水平关系密切，浅部水平水量大，向深部涌水量总体逐渐减少，但特殊区域涌水量相对较大，影响安全生产。

4 矿井排水

矿井有三个生产水平，-260、-430 及-600 水平各设中央水仓泵房。 其中-260m 水平泵房是矿井主要排水基地，安装3 台200D-43×9型多级离心泵， 扬程为387 米， 每台排水量280m3/h， 水仓总容积3500m3。 -430m 水平单泵排水能力280m3/h。 -600 水平单泵排水能力155m3/h。 目前矿井正常涌水量55m3/h，最大涌水量65m3/h。 古河流冲刷区探找7 煤工程位于-600 水平以下，正常总涌水量20m3/h，最大涌水量403/h。各水平水泵的排水能力远超过实际水量的需要，-600 水平水仓能够满足探找7 煤最大涌水量排水的需要。

5 预测古河流冲刷区探找7 煤存在的水害因素

柳新煤矿进入深部古河流冲刷区探找7 煤，受采掘破坏或影响的水害因素有：煤层顶底板砂岩裂隙水、封闭不良钻孔水、断层水。

5.1 煤层顶底板砂岩裂隙水

根据揭露资料分析，开采古河流冲刷区7 煤时，顶板冒落将波及顶板覆岩Ⅰ层砂岩含水层，工作面将出现淋水或突水现象，正常涌水量5m3/h，最大涌水量10m3/h，冲蚀区有增大情况。在正常地质条件下，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ层砂岩含水量较小，不发生补给关系，对开采7 煤无影响。

5.2 封闭不良钻孔水

古河流冲刷区内施工的勘探钻孔共有8 个钻孔， 均穿过山西组，没有穿过太原组的钻孔，在7 煤浅部及2 煤开采区域均未发生不良钻孔出水情况。但是，这些钻孔能够贯穿若干含水层，有的穿过老空积水区及含水断层，若钻孔封孔质量差，则人为地沟通了原来没有水力联系的含水层，发生钻孔突水事故。

5.3 断层水

柳新煤矿断裂构造较发育，大中型断层16 条，正断层13 条，逆断层3 条，小断层也较发育。在多年生产中揭露的大中型断层中，断层紧闭，含水性、导水性差，无出水现象，仅有少数断层在浅部水平上盘涌水，最大水量151.8m3/h。7 煤古河流冲刷区断层富水性相对较强，今后矿井采掘工程揭露或影响导水断层或断层上盘富水时，易发生或滞后发生涌水。

6 水害防治安全措施

6.1 防煤层顶底板砂岩裂隙水

研究开采煤层工作面顶板“导水裂隙带”和底板“扰动带”范围内砂岩含水层层数、厚度、富水性以及疏干降压情况，分析顶底板砂岩涌水规律，判断砂岩富水区的位置，实行超前探放水，孔深要超过导水裂隙带范围。工作面回采前要预计古河流冲刷区每个工作面的正常涌水量与最大涌水量，建立排水系统，以便突水时及时排出。 748 首采工作面在位于古河流冲蚀顶板位置探放了砂岩水工作， 三个探孔共放出200m3水。

6.2 防封闭不良钻孔水

核查古河流冲刷区的钻孔封孔资料， 建立钻孔封孔质量台账，特别核实是否有穿过太原组的钻孔。 在采掘工作面与钻孔相遇之前，根据钻孔封孔质量分别采取扫孔重新封孔、井下探水或留设防隔水煤柱等措施。

6.3 防断层水

每个煤柱工作面在过大中型断层前，应核准原实测揭露的断层产状、位置，综合分析断层的含水、导水性，在平面图、剖面图上确定断层的空间几何关系，确定断层不导水，方可正常施工。确定巷道与工作面过含水或导水断层时，必须加强支护，按规定探放水或留设防水煤柱。

7 结语

7.1 柳新煤矿矿区构造形态总体为一单斜构造，具有单向充水特征，煤系地层露头含水层为矿井充水的进水口，受采掘破坏或影响的含水层有第四系冲积层孔隙含水层和可采煤层顶底板砂岩裂隙含水层。 7煤层露头被厚度42m 的第四系冲积层覆盖。 地面水通过冲积层含水层垂直渗透补给，另外通过煤层顶底板外缘高水位砂岩裂隙水越流补给。

4.2 古河流冲刷区探找7 煤工程位于井田深部， 在矿井多年疏干开采形成的降落漏斗边缘，煤层顶底板砂岩水处于半疏干状态，表现在出水点少，水量小，但不能掉以轻心，-520 及600 探煤巷在老区煤柱中掘进，老空（硐）水也是防治水患的重中之重，生产中必须坚持“有疑必探，先探后掘（采）”的探放水原则，按照探放水工程设计及施工安全技术措施，认真组织施工，满足矿井安全生产的需要。

7.3 矿井进入古河流冲刷区探找7 煤期间， 开展了防治水技术研究工作，进一步查明该区的水文地质条件，分析排查煤层顶板冲蚀区的水害隐患，制定有针对性的防治水害安全技术措施，保证了矿井安全生产。 古河流冲刷区目前已回采了两个工作面，取得了良好的经济效益和社会效益。

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