汾西煤矿水害致灾因素现状与防治建议

2014-08-15王崇林

江西煤炭科技 2014年3期

王崇林

（山西焦煤汾西矿业集团公司，山西介休 032000）

山焦汾西矿业集团现有各类矿井40座，包括本部的柳湾、水峪、高阳、贺西、双柳、河东、紫金、曙光、中兴、宜兴、香源、中盛12座生产井及灵北、中泰2座基建矿井；有资源整合的26座矿井，分别是：正晖公司5座、瑞泰公司7座、孝义公司7座、正新煤焦公司2座。受各区域煤矿致灾地质因素及去年以来煤炭经营价格急剧下滑的严重影响，2009年之后通过资源整合兼并重组的13座矿井和1座在建规划矿井（汾西中泰煤业吴家峁煤矿）也被山西焦煤集团公司列入暂缓建设矿井，目前列入生产基建计划的矿井包括本部矿井在内的26座生产（基建）矿井。

汾西矿业集团所属矿井分布于介休、平遥、灵石、孝义、柳林、交城、隰县、左权、沁源、宁武等市（县）境内。矿区横跨霍西、河东、西山、沁水、宁武五大煤田，井田总面积783.49km2。

1 煤矿水害致灾地质因素现状及其对安全生产的影响

煤矿水害致灾因素主要有：井田内老空及小煤矿采空区致灾因素，带压开采矿井致灾因素，地表水渗入、河流灌井的致灾因素等。

1.1 井田内老空及小煤矿采空区致灾因素

山焦汾西现有生产、基建（股份制）矿井都不程度受老空积水的危害。近年来水害威胁最大的是小煤矿采空区积水。目前本部矿井除双柳、贺西、中兴、曙光、紫金、灵北等6座外，其余34座矿井不同程度的存在小煤矿采空区积水影响，占矿井总数的85%。因此对煤矿老空积水形成机理、储存条件、储存位置及储存量的探测，突水条件以及防治措施的研究对煤矿安全生产具有重要意义，根据山焦汾西各矿井老空积水形成机理、储存条件、掌握准确程度分为三类：

（1）一类：本部生产矿井存在小煤矿采空区积水相对最严重的矿井有柳湾煤业、高阳煤矿及水峪煤业等生产井，受上覆2＃、3＃煤层采空积水和9＃、10＃、11＃采空积水以及各井田内存在局部老窑水和周围矿井的老窑水影响，虽然水源复杂，但各矿在生产过程中作了大量调查和分析工作，积累了丰富资料，一般情况下对矿井危害程度是可控的，不会造成大的水害事故。

（2）二类（资源整合矿井老空积水）：主要指瑞泰公司正丰、正珠、正明、正行等，孝义公司正帮、正安、正旺等，正新公司和善、贾郭以及正佳、正升、正源煤业等矿井。这些矿井都由众多小煤窑整合而来，它们的采掘情况、水文地质资料相对缺乏，虽然后期进行地面物探对采空积水进行探测，但缺少现场第一手资料，因而采空积水准确位置、积水量很难把握。因此老空积水对资源整合矿井危害较大，是防治水工作的重点。目前正源煤业、瑞泰公司正丰、孝义公司正安煤业、正晖管理分公司正升、正宏的8座矿井暂缓建设。

（3）三类（急倾斜煤层矿井老空积水）：主要指正晖公司昌达、昌瑞、昌盛、昌华、昌元五矿浅层采空积水。由于急倾斜煤层存在抽冒现象，上部采空积水对下部开采危害较大。对上部采空积水治理是正晖公司防治水重点，目前正晖公司宁武5座矿井暂缓建设。

1.2 含水层带压开采矿井致灾因素

汾西矿业集团公司现有生产、基建矿井共40座，其中有30座矿井存在带压开采，占所有矿井总数的75%。带压开采危害性大，如工作面揭露导水构造或破碎带可短时间淹没工作面或矿井，造成不同程度的人员伤亡及财产损失。因此，为了保证带压开采矿井的安全生产，规范带压开采矿井防治水工作，有必要对带压开采矿井的水文条件进行研究，并根据危害程度大小进行分类，以便采取不同治理措施。

1.3 汾西矿业集团公司带压开采矿井现状

1.3.1 汾西矿业集团公司带压开采整体情况

现有带压矿井30 座，生产矿井中带压矿井有10 座，资源整合矿井有20座。现生产矿井中目前带压开采的有贺西、双柳、高阳、水峪、香源、中兴、曙光；生产矿井中未来涉及带压开采的矿井有紫金、宜兴、河东。资源整合矿井20座中，目前带压开采的有孝义正令、平遥正和、瑞泰公司灵石正中三个矿井及宁武正晖公司所属昌元煤矿、昌瑞煤矿、昌达煤矿、昌盛煤矿、昌华煤矿。

从井田面积来说，全部（或大部分）带压开采的有：离柳矿区的双柳和贺西煤矿，交城矿区的中兴和香源煤业，中阳中泰煤业、平遥正和煤业、灵石正通煤业下组煤、宁武正晖公司五矿、交城正源煤业。突水系数局部超过临界值的矿井有：水峪宜兴东区下组煤、孝义正令煤业下组煤、孝义正城煤业下组煤、双柳、贺西、中泰下组煤以及左权瑞泰公司正珠煤业15＃煤层。

另外，从奥灰水带压的大小情况来说，最大带压1 MPa以下的矿井有：河东煤矿、紫金煤业、高阳煤矿、曙光煤业；最大带压1～3 MPa的矿井有：水峪煤业宜兴区、中兴煤业、香源煤业、孝义公司正令煤业、正佳煤业、瑞泰公司正和煤业、正太煤业；最大带压大于3 MPa的矿井有：双柳煤矿（接近7 MPa），贺西煤矿（5 MPa），正晖公司五座（3.5～8.3 MPa）、左权瑞泰公司正明煤业（4 MPa）。

1.3.2 本部矿井带压开采情况分析

双重带压矿井（双柳、贺西、中兴、香源）目前都回采上组煤3＃、4＃或2＃（2＃下）煤层。四矿上组煤太灰、奥灰突水系数都在安全范围之内，且隔水层厚度相对较厚，除局部构造可能导水外，一般情况对安全开采影响不大。下组煤开采前对太灰带压应采取积极的疏放措施，且必须制定具体操作方案。未来对下组煤的开采，由于奥灰岩隔水层较薄（40～70m），水头压力（2～7 MPa）局部大于安全值。建议各矿组建注浆队伍，双柳、贺西（香源、中兴虽地质构造复杂，但富水性弱，故应根据情况而定）下组煤开采揭露地质构造时必须提前注浆封堵；充分研究煤层底板“下三带”的岩性特征，特别是底板扰动带深度以及工作面的回采工艺，进入下组煤后，应提前建好强排系统。

水峪、曙光煤业：目前开采上组煤2＃煤，虽带压但隔水层较厚（120m 左右），奥灰突水系数小于安全值。一般情况下除局部构造导水外，奥灰水对开采影响不大。

高阳煤矿：目前开采新二采区，奥灰水局部带压1.0 MPa，且隔水层厚度30～40m，相对较薄且构造发育，奥灰突水系数局部大于安全值，加之区域奥灰水富水性较强，对奥灰水的防治是重中之重。

1.3.3 资源整合矿井带压开采的分析

正晖公司5座矿井都属于急倾斜煤层带压开采，奥灰水头压力3.5～8.3 MPa，目前急倾斜煤层带压开采防治水技术在国内还是空白，应与科研部门积极合作，加强对防治水技术的研究。

瑞泰公司正中煤业、孝义公司正令矿两个矿都开采上组煤2＃煤层，隔水层厚度100 多米，水头压力1～3.7 MPa，奥灰突水系数小于安全值，除局部构造有可能导水外，一般情况下奥灰水对开采影响不大。

瑞泰公司的正明、正行，正新公司的和善煤矿、贾郭煤矿，以及正通等五矿井都属于下组煤带压开采，目前，首采区基本不涉及带压开采问题。

瑞泰正和煤业：目前开采下组煤9＃、10＃煤层，奥灰水头最大压力达3 MPa，隔水层厚度40m，奥灰突水系数小于安全值，虽该矿井的储量不大，但奥灰水危害较大，建议对构造断裂陷落柱（裂隙）注浆封堵，利用物探技术查清底板下三带的情况，完善排水系统。

孝义公司正城、正令两矿处于白壁关断层东翼，煤层埋藏较深，属低凹地带，根据白壁关勘探资料及高阳井下实见水文地质资料推测，正城、正令两矿地质构造相对复杂，太灰、奥灰富水性强对下组煤开采影响较大。另外，从带压开采突水系数估算，两矿下组煤突水系数大于安全值属不安全区域，从目前技术条件看，开采难度较大，有待深入研究。

1.4 地表水渗入、河流灌井的致灾因素

地表水、河流通过导水裂隙带、地面裂隙、地面裂缝、塌陷坑、断层和陷落柱、采空区等导水通道很容易渗入矿井。高阳煤矿、水峪煤业、柳湾煤业放顶煤工艺开采相对影响较大，同时，也受采（古）空区影响，洪水会从浅部溃入井下。高阳煤矿2007年7月29日，曾发生洪水灌井事故，大量洪水沿高阳河床塌陷坑进入井下，涌水量达1200m3／h以上，险些造成淹井事故。事故原因主要为小煤矿私采河床保安煤柱，造成洪水溃入而殃及大矿。此外，由于河床等地表水体底部渗漏而增大矿井涌水量者更为常见，因此地表裂缝塌陷治理尤为重要。

2 煤矿水害致灾地质因素防治对策

围绕采空区、小断层、陷落柱、煤层变化等煤矿隐蔽致灾地质因素的探查，国内外已经形成了较为完备的探测技术。从探查手段上，分为物探、化探与钻探；从物探方法上，分为重力、磁法、电法、地震、放射性等；从探测空间上，分为地面探查、井下探查和井-地联合探查等。在这些方法手段中，钻探是最直接的技术手段，具有精度高、直观性强、适应面宽等优点，其不足是周期长、费用高等。地球物理探测技术具有成本低、信息量大、快速便捷等优势，其缺点在于物探手段是间接探测，探测结果存在一定的多解性。

2.1 地面探查技术与装备

目前，山焦汾西地面探查主要依靠外委队伍施工。从地面开展隐蔽地质灾害探查的技术手段包括二维／三维地震勘探、瞬变电磁法、高密度电法、直流电法、可控源音频大地电磁测深、地质雷达、瑞雷波、孔间透视等，其中三维地震与地面电磁法已经得到了广泛的应用。三维地震勘探是煤矿隐伏地质构造、不良地质体探查的最佳手段，在地震地质条件有利地区，它可以查明落差5 m 以上的断层、长轴直径大于30m 的陷落柱等，但是三维地震对小型陷落柱、小断层、采掘巷道等探测精度不高，对地层的富水性没有反映，受地震地质条件的制约较大，随着探测深度增加，其探测精度相应降低；地面电磁法在探测地下含水低阻地质体方面具有独特优势，如充水采空区、含水陷落柱等，其中高密度电法在100 m 以内探测效果较好，地面瞬变电磁法探测深度大，但其探查成果受地形影响较大。近年来，地面定向钻进新技术与新装备的出现，将为煤矿隐伏断层、陷落柱、采空区精细探测和物探成果验证提供有效手段。

采用地面三维地震与瞬变电磁法相联合、井下电磁法与槽波地震（矿井地震）相结合、井地联合勘探，开展地下构造、富水区域的综合探测这一技术模式，已经在山焦汾西各煤矿得到普遍的推广应用，取得了较好的示范效果。受探测距离、地形影响等，地面物探手段的探测精度相对较低，而矿井物探的分辨率较高，因此需要在地面普查的基础上开展井下近距离的超前探查与预测预报。

2.2 井下探查技术与装备

山焦汾西各存量矿井井下物探从2012年以后基本属于各矿井地测部门自主开展。物探手段包括无线电波透视、瞬变电磁法、直流电法、高密度电法、地质雷达、音频电透视等电磁波探测技术以及槽波地震、瑞雷波勘探等弹性波探测技术。上述方法手段中，井下直流电法、无线电坑透、瞬变电磁、地质雷达、瑞雷波、矿井远距离地震探测技术与装备的应用较广。在掘进工作面超前探测中，地质雷达、瑞雷波对构造探测的分辨率较高，但是探测距离一般不超过50m；井下直流电法与瞬变电磁法的探测距离80 m 左右，其探测效果受电磁干扰影响较大；无线电波透视、槽波地震适于工作面内部构造的精细探测，音频电透视适应于回采工作面底板以下的低阻体探测，远距离超前地震可以达到地质构造超前探测150m；微震监测主要用于对冲击地压、煤与瓦斯突出和矿震等煤岩动力灾害评价和顶板“三带”高度的预测等。

另外，煤矿井下近水平千米定向钻进技术与装备的研制成功，提升了隐蔽致灾地质因素的探查精度和治理能力。通过长期研究与生产实践，山焦汾西已经初步总结出“煤矿井下直流电法、瞬变电磁法与无线电坑透联合，辅以地质雷达、音频电透视、高密度电法和弹性波探测”的综合探测模式，在一些煤矿实施取得显著成效。但是，现有的技术手段主要是针对煤矿隐蔽致灾地质因素在静态状况下的探测，且其探测的精度有局限性。

2.3 目前煤矿隐蔽水害致灾因素普查情况

煤矿隐蔽致灾探查专业队伍主要以探测构造及探放水（采空区、积水区、小煤窑破坏区底板导水构造）为主：一是所有生产建设矿井全部组建自己的专职探放水队伍，二是具备条件的矿井成立物探技术小组。资源整合矿井孝义公司、瑞泰公司、正新公司由于组建时间较短，技术人员及装备暂时短缺，井下物探超前探测主要依托区域公司地测部物探小组3～4人自主开展。