唐安煤矿3号煤层开采对地表水体影响分析

胡正义

（山西兰花同宝煤业有限公司，山西 高平 048400）

1 井田概况

高平市唐安煤矿原属山西省高平市的市营煤矿，现为山西兰花集团下属矿井，批准开采3-15号煤层，开采深度870～510 m标高，矿区面积约24.74 km2，井田内煤炭储量312.63 Mt（其中3号煤层166.14 Mt），可采储量205.51 Mt（其中3号煤层68.84 Mt），批准年产规模150万t。

2 导水裂隙带对地表水的影响

2.1 采煤沉陷导水裂隙带高度预测

开采煤层后，由于矿山压力，使煤层上履岩层形成冒落带、裂隙带、缓慢下沉带“三带”。通过对裂隙带最大高度的预计，可以预测井下采煤对地下含水层、地表水体等产生的破坏及影响。因此，根据《煤矿防治水规定》中的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》确定，选用不同覆岩类型破坏移动计算公式，进行导水裂隙带发育高度计算，并按下列公式的最大值确定导水裂隙带发育高度：

覆岩中硬型：

覆岩坚硬型：

式中：Hli为导水裂隙带发育高度，m；ΣM为累计采厚，m。

根据井田地质钻孔岩石力学性质试验测试结果，本矿3号煤覆岩为砂岩，属中硬型，选用中硬型公式计算，3号煤层导水裂隙带最大高度采用62.00m。

2.2 导水裂隙带对地表水的影响

煤矿开采中，对地质环境造成一定影响，可分为冒落带、裂隙带、整体移动带，其中重要影响的是冒落带和裂隙带。当煤层开采后，其上部岩层被破坏时，若产生的裂隙带达到地表，就会使地表水与井下连通，引起地表水渗漏至井下；若地下含水层破坏，也将造成矿井水的增加，形成以煤矿采区为中心的降落漏斗，其范围内的地表水、地下水将会改变原有水平流动变为垂直流动，使得地表水量减少、浅层地下水位下降。

根据计算，3号煤层最大导水裂隙带高度为62.00 m，3号煤层埋藏深度35.20～447.20 m。井田西边缘的721号钻孔位于马村河北部，根据地层揭露情况分析，3号煤层顶板埋深35.20m，导水裂隙带高度59.32m；井田西北部的Y23号、Y24号、Y41号钻孔位于原村河周围，3号煤层顶板埋深分别为49.26 m、39.98 m、51.73 m，导水裂隙带高度分别为59.76m、60.64m、58.87m。因此，这两条河流周围3号煤层开采后，导水裂隙带势必会沟通地表，影响河道流量。为防止地表水向下渗漏，应在井田西部、北部的原村河、马村河附近留设一定的保安煤柱。

根据掌握水库东西两侧719号、747号钻孔揭露情况分析，3号煤层顶板埋深分别为282.04 m、209.21 m，预测导水裂隙带高度分别为58.74m、62.00m，掌握水库留设足够的保安煤柱；又据调查，水库北3404工作面位于掌握水库北，停采线距掌握水库100 m，已于2007年6月回采结束；水库南、西、东各留设263 m、310 m、370 m为实体煤柱没有开采。水库周围地面无任何塌陷、裂缝、位移等变形现象。因此，3号煤开采对掌握水库影响很小。

目前，章庄水库保护区内没有采掘工作面，根据章庄水库东北侧714号钻孔分析，3号煤层顶板埋深206.44 m，导水裂隙带高度60.40 m，导水裂隙带不会沟通地表，但为避免导水裂隙可能沟通风化带裂隙，引起地表水向下渗漏，报告提出该矿必须在章庄水库区范围内留设一定的保安煤柱，防止因煤层开采造成防洪设施的破坏。

3 地表沉陷对地表水的影响

3.1 地表变形预测

在煤炭开采过程中，采场周围岩体应力将重新分布，使上覆岩体产生变形、位移和破坏，并出现冒落带、导水裂隙带和下沉带。地表移动变形受很多因素的制约。依据煤炭部《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的经验公式，预测煤层开采后的地表最大移动、变形、倾斜值如下：

1）最大下沉值：Wmax=M·q.

2）最大曲率值：Kmax=±1.52Wmax/r2.

3）最大倾斜值：Imax=Wmax/r2.

4）最大水平移动值：Umax=b·Wmax.

5）最大水平变形值：εmax=±1.52bWmax/r.

式中：q为下沉系数;M为煤层开采厚度，m；r为主要影响半径，其值为采深与主要影响角正切值tgβ之比，m；b为水平移动系数。

本次评价根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》并结合矿井地质情况，确定本煤矿评价区主采各煤层采空后地表移动基本参数，如表1所示。

按照上述公式，本次计算取地层厚度平均值，计算本区开采各煤层后的地表变形值，如表2所示。

表1 煤层采空后地表移动基本参数表

表2 煤层采空后地表变形值预测表

3.2 地表沉陷对地表水的影响

煤矿开采对该区域地表形态和自然景观有一定的影响，由于本矿区域为丘陵地带、地形较复杂，井田内沟谷呈树枝状纵横交错，因此，开采沉陷引起的地表起伏与原有的地表自然起伏相比甚小，一般来说对丘陵、山地的地形、地貌影响甚微，开采不会改变区域总体地形地貌类型。

3号煤层开采，全井田内的最大下沉值为3814.82 mm，因此地形地貌发生变化，地表汇流条件发生改变，井田汇水量可能因此减小。但由于井田地处山区，坡度较大、蒸发强烈，且地表下沉后井田内地面高程总体上仍比丹河支流的地面高程高，故不会因地表下沉在井田形成地表水滞流，不会对井田汇水总量产生较大影响。

4 结束语

据上分析，本井田范围内导水裂隙带会沟通地表，出于采矿安全角度，煤矿开采时必须在河流及水库周围留设足够的保安煤柱；煤矿开采后，地表沉陷最大下沉值为3 814.82 mm，下沉高度大，但由于其高程高于丹河支流，故不会引起地表水倒流井田、不会造成突水事故。