盂县跃进煤矿水灾综合防治技术研究

2015-08-28韩爱忠李全中

河南科技 2015年3期

关键词：导水井田积水

韩爱忠李全中姜有

（1.山西晋盂煤业有限公司，山西阳泉045100；2.山西工程技术学院采矿工程系，山西阳泉045000）

1 矿井概况

盂县跃进煤矿始建于1958年，于1960年投产，开采煤层主要为8#、9#和15#煤层，经过多次扩建和技术改造，该矿现生产能力1.2Mt/a，该矿井水文地质条件如下。

1.1 地表水

井田位于招三河畔，招三河从井田西南部边界外由南向北流过，招三河属海河流域滹沱河水系温河上游支流。井田内沟谷纵横，平时干涸无水，雨季为排洪通道，洪水流出井田后，在盂县城南汇入温河。井田内无水库等大型地表水体。矿井工业广场最低标高为+985m，井口最低标高为+992m，矿井最高洪水位为+982m，低于井口标高。

1.2 含水层组特征

根据以往勘探资料，本区可划分出以下含水层组：奥陶系中统灰岩含水层组、太原组石灰岩岩裂隙岩溶含水岩组、山西组石盒子组砂岩裂隙含水层组及第四系松散岩类孔隙含水层。

1.2.1 奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层。岩性主要为灰色，厚层状石灰岩，结构致密，性脆、局部节理发育，溶孔溶隙发育，据盂县勘探区钻孔资料，在钻进至该层位时，冲洗液漏失严重，据调查：周边矿井奥灰水源井取水主要目的层均为马家沟组。据位于井田东部约5km的跃进煤矿生活水源井，峰峰组局部岩溶裂隙发育，上马家沟组和下马家沟组岩溶裂隙发育，该水源井2008年成井后进行了简易抽水试验，水位降深12m时，出水量为42m3/h，单位涌水量为0.9722L/S·m，奥灰峰峰组、上马家沟组和下马家沟组混合水位标高为529.4m，据此推断跃进井田奥灰水位约为536～539m。

1.2.2 石炭系上统太原组石灰岩裂隙岩溶含水岩组。该岩溶裂隙含水岩组由K2、K3、K43层灰岩组成，据盂县勘探区钻孔资料，在钻进至K2灰岩时，冲洗液有漏失现象，单位涌水量0.007～2.00L/s·m，渗透系数0.053～15.8m/d，富水性一般较弱，局部中等。K2灰岩为15号煤层直接顶板，据调查跃进煤矿及周边矿井在15号煤层采掘过程中，仅表现为局部渗水、淋水现象，未对采掘造成明显影响，井田内该含水层为弱富水性含水层。

1.2.3 山西组、石盒子组砂岩裂隙含水层组。该含水岩组由山西组、石盒子组砂岩组成，井田内出露较多，但由于受地质和自然地理条件的限制，一般含水性差，据以往资料，单位涌水量0.0002L/s·m，渗透系数0.0011m/d，为弱富水性含水层。

1.2.4 第四系松散岩类孔隙含水层。主要以近代河谷冲洪积层含水为主，岩性为砂、沙砾及卵石组成，夹粉砂及透镜状黏土层，富水性视距河床远近有所变化，是当地居民生活生产的主要水源之一。

1.3 隔水层

1.3.1 本溪组隔水层。太原组15号煤层底至本溪组底部主要由泥岩、铝质泥岩、砂质泥岩等组成，夹不稳定地薄煤线、薄层石灰岩等，系奥陶系中统岩溶水与太原组煤层及石灰岩裂隙岩溶水间的良好隔水层。

1.3.2 石炭系太原组和二叠系山西组层间隔水层。本隔水层由泥岩、砂质泥岩、泥岩及煤层等组成。分布于各层石灰岩和各层砂岩含水层之间，构成平行复合结构，起到层间隔水作用。

1.4 地下水补给、径流、排泄条件

井田西南部边界处分布于近代河谷中的第四系沙砾岩层，接受大气降水及河水直接补给。补、径、排条件相对较好。石炭、二叠系含水层地下水的补、径、排条件较差，富水性不均，浅部接受补给条件相对较好。奥陶系岩溶地下水丰富，补、径、排条件很好。

井田构造形态总体为一宽缓的背斜，采掘过程中发现18个陷落柱及2条断层，未发现因遇见断层和陷落柱而出现水文动态的异常。构造对井田水文地质条件的影响不明显。

2 矿井充水因素分析

2.1 大气降水和地表水

井田内无水库等大型水体。井田内沟谷平时无水，雨季为排洪通道。矿井涌水量雨季较旱季有所增加。矿井井口未受洪水威胁。

井田内沟谷发育，有利于大气降水的汇集，在煤层埋深小于煤层开采后形成的导水裂隙带区域，沟谷汇集的大气降水可能会从煤层开采后形成的裂隙灌入井下。因此在今后开采过程中，必须采取相应防范措施，防止雨季沟谷汇集的洪水灌入井下，酿成水灾事故。

2.2 小窑水

据调查周边矿井与跃进煤矿相邻区域，目前9号煤层采空积水共有12处，积水面积共计8.94×105（m2），积水量共计8.34×104（m3），目前15号煤层采空积水共有4处，积水面积共计2.52×105（m2），积水量共计3.02×104（m3）。在今后生产过程中，开采至矿界附近时，应加强探放水工作，并按设计留足保安煤柱，以防其采空区积水、积气进入巷道，对矿井产生影响，造成事故。

2.3 采空区积水

据调查跃进煤矿目前9号煤层采空积水共有5处，积水面积共计8.69×105（m2），积水量共计1.24×104（m3）。井田构造形态总体为宽缓的背向斜褶曲，目前采掘工作主要在井田中部背斜轴部一带进行，各积水区分布于背斜两翼或向斜轴部，采空区积水对目前9号煤层采掘工程无影响。随着采煤工艺的改进，煤炭回采率的提高，煤层开采后导水裂隙带高度也将增加，部分区域可达到风化基岩段和地表，采空区积水范围、积水量将会比以往有加快增加趋势。随着时间的推移，以及积水区、积水范围、积水量的增加，采空区积水会对采掘工程造成影响。

井田内有陷落柱、断层发育，虽然目前未发现有明显导水现象的断层、陷落柱，但断层破碎带、陷落柱内的岩性比较复杂，且胶结程度较差，加之受采动影响，不导水构造可以转变为导水构造，上部9号煤层采空积水也可能沿断层、陷落柱进入15煤层，对15号煤层的开采造成影响。如15号煤层D-238号钻孔南部一带，陷落柱发育，该地段左有采空积水，上有9号煤层采空积水，除煤层开采形成的导水裂隙带外，对陷落柱的导水也决不容轻视，在该地段开采前要抽排采空积水，并对陷落柱采取注浆加固等防治水措施，以确保矿井安全生产。

2.4 奥灰水

据跃进煤矿生活水源井，奥灰水位标高为536.4m，据此推断井田奥灰水位约为536～539m。井田内各可采煤层均位于奥灰水水位之上，奥灰水对煤层开采无影响。

3 矿井水水灾防治措施

3.1 矿井充水通道

据生产矿井充水情况与矿区水文地质条件来看，本矿煤层充水通道主要为煤层顶板以上岩石的裂隙、陷落柱、断层及开采后形成的导水裂隙带，其他因素居次。

3.1.1 断裂构造带。在采掘过程中，未发现有明显导水现象的断层、陷落柱，仅顶板有淋水现象。

断层破碎带、陷落柱内的岩性比较复杂，且胶结程度较差，附近岩层裂隙较发育，往往能导致与其他含水层和上部煤层采空积水沟通，一旦导通，则对矿井开采影响较大。加之阻水、不导水构造在采矿等因素的影响下，可转化为透水、导水构造。所以对陷落柱和断层的导水性和富水性绝不可低估，在矿井开采过程中应密切关注这些构造的导富水情况。

3.1.2 覆岩层破坏后形成的导水裂隙带。影响覆岩破坏的主要因素有煤层顶板的岩性组合、开采厚度和采煤方法。井田内可采煤层上覆岩性组合多为灰岩、砂岩、砂质泥岩，煤层开采采用一次性采煤层全高，顶板管理方法采用全部垮落法。煤层开采后，顶板导水裂隙带根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（煤行管字［2000］第81号）中的公式进行计算［1］。

采用经验公式计算其导水裂隙带高度：

式中：HLi—导水裂隙带高度m；

∑M—累计采厚m。

8号煤层厚度为1.10～1.60m，计算结果为41.46～49.72m。

9号煤层厚度为3.90～6.10m，计算结果为69.25～84.09m。

15号煤层厚度为6.95～8.60m，计算结果为89.09～97.98m。

8号煤层下距9号煤层仅1.18～4.42m，平均2.92m，同一钻孔见煤点8、9号煤层累计厚度为5.95～7.60m，联合开采后，导水裂隙带计算结果为83.18～92.70m。

8号煤层与9号煤层间距小于9号煤层开采后形成的导水裂隙带高度，8号煤层开采后,其采空积水会直接渗入9号煤层，成为9号煤层充水水源；9号煤层下距15号煤层74.90～81.90m，由以上计算可知，8、9号煤层采空区位于15号煤层导水裂隙带范围之内，后期开采15号煤层时，其上部8、9号煤层采空区积水会沿导水裂隙进入下伏15号煤层采区巷道，对15号煤层的开采造成影响。井田内8、9号煤层埋深小于8、9号煤层导水裂隙带区域，煤层开采后，大气降水、地表水会沿导水裂隙带导入8、9号煤层，对矿井开采造成影响。在今后开采过程中，必须采取相应防范措施，防止雨季洪水灌入井下，酿成水灾事故。

3.1.3 井田内不良的钻孔。井田内以往施工钻孔3个，由于施工年代已久，封孔情况不清，应防备钻孔构成导水通道。

3.2 矿井水灾防治

井田开采8、9、15号煤层主要水害为大气降水入渗补给，通过岩层裂隙、断层、陷落柱等入渗补给煤层顶板以上含水层，含水层水通过裂隙、导水裂隙带渗进采空区或巷道。井田煤层处于浅-中埋区，煤系及其以上邻近基岩含水层，接受补给条件差，富水性弱。井田内最低部15号煤层最低底板标高为810m，而井田奥灰水水位标高为536～539m，井田内各可采煤层均处于奥灰水水位标高之上，奥灰水对煤层开采无影响，综上所述，矿井水文地质条件属中等类型。根据《煤矿防治水规定》的相关条文［2-3］，根据跃进煤矿实际情况，参考一些矿井水灾防治措施［4-6］，制订跃进煤矿水灾防治措施如下：

3.2.1 井口附近构筑排水渠，以防雨季来临时洪水涌入矿井。

3.2.2 树立防水意识，重视防水工作，对工人进行有关水害知识的教育和有关出水征兆的识别。加强对矿井涌水量的观测记录，及时掌握有关涌水量的变化情况，对突然增大的涌水量，要查明水源及水量变化情况，分析其原因，采取有效措施，制止水害事故发生。

3.2.3 必须经常检查矿区地表是否存在导水裂隙或其他导水通道，发现裂隙及其他导水通道，应及时将其回填密实，避免雨季洪水灌入井下。

3.2.4 必须了解相邻矿井情况，掌握其采空范围、涌（积）水现象，防止越界开采造成巷道相互贯通，采空区积水涌入矿井，导致涌（突）水事故的发生。

3.2.5 在巷道掘进接近采空区、陷落柱、断层、钻孔时，要进行探放水工作，尤其要对采空区积水、积气进行探测排放。