长治经坊煤矿矿井水源水害影响因素及防治技术

文/景剑峰冯宁

山西煤炭进出口集团经坊煤业公司井田面积30.7229km2，生产能力300万吨，批准层位3#、8#、9#、14#、15#。现开采 3# 煤层。随着矿井开采时间的延伸，南区主要水害为本煤层的采空区积水。北区水文地质条件为中等，局部带压，带压标高652m，北区主要水害类型为采空区积水及奥灰岩溶水，矿井总体水文地质条件为中等。如在生产过程中疏于防范，将给矿井安全生产造成严重的危害。

一、矿井水文地质特征

经坊煤矿大部为第四系覆盖，第四系孔隙含水层在井田范围内分布广泛，主要接受大气降水补给，受气候变化影响明显，是居民生活及工农业用水的主要水源。其下伏基岩风化带含水层在露头区及浅埋区，除可直接接收大气降水补给外，还可接受第四系含水层的补给。在不同的地段，不同时期第四系含水层与基岩风化带含水层可互为补给含水层。

井田内碎屑岩类含水层及石炭系中统岩溶裂隙含水层，由于其间有厚度不等的泥质岩层阻隔，相互间水力联系差，且主要以相互平行的层间径流为主。仅在构造部位或浅部才可能与其他含水层发生直接水力联系。

奥陶系中统石灰岩含水层是井田内主要含水层之一，井田内没有出露。其地下水位于辛安泉域南径流带上，径流方向大至由西偏南向东偏北方向径流。从井田内埋藏条件、岩溶发育情况分析，井田内岩溶发育段埋藏较深，溶蚀发育较好，一般情况随深度增加，水位埋深也不断增大，在构造部位有可能与其他含水层发生水力联系。

二、充水水源及影响因素分析

生产实践表明，大气降水、地表水、含水层水及老空水等水源均对矿井充水有一定影响，其影响程度主要取决于上述各水体的发育程度或富水性，以及水体同开采煤层的关系。

1.充水水源分析

大气降水。降水通过岩土层孔隙及长期开采条件下可相互沟通的煤层顶板垮落带下渗，是矿坑充水的主要来源。受降水的周期性及季节性变化影响，矿坑涌水量随之具有显著的动态特征。但在采区工作面附近，3号煤层埋藏深度一般为250~300m。浅层地下水及大气降水仅小部分可通过砂岩裂隙及构造裂隙等导水通道进入巷道，巷道涌水量增加不明显。

地表水。本区无常年性河流，一般无水害威胁，但在雨季应注意回填地面塌陷裂隙，预防大气降水涌入矿井造成水害威胁。矿井地面有一南北方向约20～30m宽横跨四采区的地面积水区，水位2～3m，应加强监测和必要的疏排工作，以防雨季积水增加造成渗漏引发矿井顶板淋水。

2.影响因素分析

采空区积水。井田内仅有池里1个小煤矿，暂时不会对本矿井造成大的影响，应加强对其监督管理。该矿采空区存在着积水情况，3号煤层采空区积水量总计460959.42m3，这些积水区域对下组煤的开采将构成一定的威胁，下组煤采至相应位置时，应进行相应的探测和排水工作。

含水层水。K2灰岩水含区内共有5层灰岩，据补2号孔石炭系抽水资料显示，K2灰岩水水位标高为871.62m，K2灰岩顶面标高为469.586m，3号煤底板标高为530.936m，底板隔水层厚度为61.35m，承受水头压力为4.020MPa，突水系数为0.066MPa/m，但其单位涌水量为0.0133L/s.m，属于富水性弱的含水层，且距3号煤层90多米，因此在无构造直接导水情况下对3号煤层的开采影响较小，但应加强K2灰岩水水位监测。

顶板砂岩裂隙水。煤层顶板砂岩裂隙含水层将通过矿坑顶板导水裂缝带向矿坑充水，根据山西省长治经坊煤业矿井水文地质补充勘探报告表明：井田内风化裂隙发育，部分地段富水性好，补1号孔在风化带钻进时，出现冲洗液消耗量增大，补2号孔在风化带中钻进时，出现冲洗液漏失现象。第四系堆积物厚度较大，其松散层中富水性较好，造成基岩面上积水量较大，使3号煤层顶板砂岩富水性变好。因此，在煤层浅埋区，顶板砂岩裂隙水成为矿坑充水的主要来源。

奥陶系岩溶水。据以往补充勘探资料和区内水源井资料数据显示，奥灰水为井田内主要的含水层，单位涌水量0.3129～4.722L/s.m，富水性中等偏强。井田内奥灰岩溶水水位标高在652m左右，可采煤层均有部分地段低于奥灰岩溶水水位标高，3#煤层底板突水系数为0.010~0.031MPa/m。因此加强地质构造及导水性的探测，坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则，制定有效的防治水措施，防止水灾事故的发生。

三、矿井水害防治技术方法

1.地表水、老空水、裂隙水的防治措施

严格执行“有掘必探、有采必探、先探后掘、先治后采”和“物探先行、化探跟进、钻探验证”的防治水原则，采取“防、堵、疏、排、截”综合治理措施。在井田外围修筑防洪泄洪渠道，在采空区外围挖沟排（截）洪；填堵地面塌陷及裂隙区域等地表水下渗渠道；堵水截流，在井下留设放水煤（岩）柱，设置防水闸门或直接对突水点进行注浆封堵；疏干降压，在井下施工专门的疏水钻孔对水体进行疏干、排放，以减少积水量，降低水压。

2.奥灰水的防治措施

井田北区属于部分带压开采区域，受到奥灰水的威胁，需要研究制定专门的安全防治措施。

（1）带压开采区的采掘工作面如发生底板出水或煤层淋水等情况时，应及时调查出水点的出水时间、位置、标高、出水范围，以及出水形式、水量、水温、水质等实际情况，如有顶板岩石露出，调查其岩性与裂隙发育情况，断层构造情况等并分析判断水源，水量大于3m3/h时，应每日观察其水量。

（2）受底板岩溶水的威胁在开采前必须进行疏水降压，使灰岩岩溶的水压降到安全水压值以下，采煤后底板移动破坏带以下，否则，不准开采。

（3）在带压开采过程中，虽然疏水降压到安全水压值以下，还应特别注意工作面范围内的小断层和小褶曲，当这些小构造和含水灰岩或切割灰岩的较大断层相通过时，往往形成突水通道，矿井水文人员及综采队工作人员发现构造，遇到出水征兆要及时汇报，以便处理。

（4）为防治带压开采区段煤底板岩溶水，矿井水文人员及有关领导要研究灰岩突水机理，研究“下三带”（即底板采后导水破坏带，有效保护带和地下水导升带）在煤层开采后的发育规律，指导煤矿安全生产。

（5）根据水文地质条件差异，分别采用不同方法防治底板水害的发生。在地质构造复杂程度高的区块，突发事故极易发生：当底板隔水岩厚度较大时，采用大面积注浆加固底板隔水层的方法来解决；当底板隔水岩厚度较小时，采用大降深疏降的方法；当底板高承压含水层为薄层灰岩时，采用帷幕疏的方法，实现大降深疏降；当底板隔水层厚度处于中间状态时，采用大面积加固底板隔水层，小面积开导相结合的方法。在地质构造复杂程度低的区块：当底板隔水层厚度较大时，采用构造地段局部注浆加固的方法；当底板隔水层厚度较中等时，采用构造地段局部注浆加固和小面积开采相结合的方法；当底板隔水层厚度较小时，除以上方法外，还应考虑岩石充填法。

总之，经坊煤矿的水文地质条件较为复杂，随着开采深度的不断加深将变得更加复杂。矿井只有树立“水患不除心不安，水害不治矿不宁”“水害事故是可防可控”的意识，实践“严标准、建体系、精勘探、细预报、强技术、控过程、慎评价、重总结”的工作态度，形成“加强基础工作是前提、先进技术的应用是条件、严格监管是保障”的矿井防治水综合管理模式，才能不断提高矿井水害防治技术和管理水平，实现安全生产。