煤矿充水因素分析及水害防治措施

2017-04-22田银娥

山西水土保持科技 2017年1期

关键词：水害矿坑导水

田银娥

（晋城市水务局）

煤矿充水因素分析及水害防治措施

田银娥

（晋城市水务局）

煤矿大量突水与透水，是原煤生产过程中经常遇到的水害事件，不仅影响安全生产，而且极有可能危及矿工的生命安全。高平青龙同昌煤业矿井属山西省煤炭资源整合背景下的单独保留矿井，井田面积4.913 3 km2，批准开采3-15号煤层，生产能力90万t/a。为了保障安全生产，预防水患灾害，详细分析了其矿坑充水来源及其影响程度，提出了随时监测矿坑涌水变化、在易发生水害地段预留保安煤柱与设置足额排水、加强安全防范教育并制定落实突发水害应急预案等水害防治措施。

煤矿矿井充水因素导水裂隙带水害防治措施高平市

煤矿大量突水与透水，是原煤生产过程中经常遇到的水害事件，不仅影响安全生产，而且极有可能危及矿工的生命安全。现以高平青龙同昌煤业有限公司矿井为例，分析矿井可能的充水因素，探讨预防水害的对策措施。

1 煤矿简况

高平青龙同昌煤业有限公司矿井位于高平市东北部的三甲镇东、陈区镇西区域，为贯彻山西省煤炭生产“资源整合、联合改造、淘汰落后、优化结构”的指导方针，根据省政府晋政发[2008]23号《关于加快推进煤矿企业兼并重组的实施意见》、晋政发[2009]10号《关于进一步加快推进煤矿企业兼并重组整合有关问题的通知》文件精神，依照晋煤重组办发[2009]44号《关于晋城市高平市煤矿企业兼并重组整合方案的批复》，同意该煤矿为单独保留矿井。该煤矿始建于1983年，1985年建成投产，斜井开拓，年生产能力9万t/a；2002年进行改扩建，生产能力提高到30万t/a；2010年整合后的井田面积为4.913 3 km2，批准开采3-15号煤层，仍采用斜井开拓方式，生产能力增至90万t/a。2014年10月，已完成整合改造，进入联合试运行。

2 矿井充水因素及分析

2.1 充水来源及其影响程度

2.1.1 大气降水与地表水对矿坑充水的影响

据调查收集的降水资料，高平市自1961年以来，年降水量变幅在306.9-870.7 mm之间，年均降水量为586.1 mm，主要集中在7-9月。在汛期较大暴雨时，沟谷内可形成地表洪水。据勘查资料计算并结合地区经验分析，15号、9号和3号煤层，矿坑顶部冒落导水裂隙带之间在多数地段可相互沟通。特别是主采3号煤层，矿坑顶板冒裂带在部分地段已与基岩风化带沟通，甚至发育到地表。此类地段，在汛期降水集中时，大气降水、季节性地表水将与矿坑之间产生直接或间接的导水联系，从而使矿坑产生充水。

2.1.2 冒落导水裂隙带的裂隙水对矿坑充水的影响

据该矿勘查资料，按相关规范分别计算导水裂隙带高度。

《矿区水文地质工程地质勘探规范》给出的导水带计算公式为：

式中：Hf——导水裂隙带高度，m；

M——累计采厚，m；

n——煤分层层数。

《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》给出的导水带计算公式为：

3号煤层按一次采全高，据（1）式计算，冒落导水裂隙带高度为56.76-130.09 m，平均高度为94.76 m；按（2）式计算，冒（垮）落带与导水裂隙带高度之和为63.80-101.53 m，平均高度为82.60 m。3号煤层在井田北部及东南部埋深较浅处仅20 m左右，小于导水裂隙带的高度，因此导水裂隙带会在该区域的大部地段导通基岩顶部风化带及煤层、采区，甚至发育至地表，从而受到地表水及浅层地下水的影响。

9号煤层按一次采全高，据（1）式计算，冒落导水裂隙带高度为40.09-46.76 m，平均高度为42.53 m；按（2）式计算，冒（垮）落带与导水裂隙带高度之和为53.65-58.71 m，平均高度为55.55 m。9号煤层与3号煤层间距为48.22-59.10 m，按计算结果，9号煤层顶板冒（垮）落导水裂隙带，在大部分地段内可与3号煤矿坑沟通产生导水联系，从而使矿坑产生充水。

15号煤层按一次采全高，据（1）式计算，冒落导水裂隙带高度为62.76-127.20 m，平均高度88.70 m；按（2）式计算，冒（垮）落带与导水裂隙带高度之和为69.31-100.40 m，平均高度为82.57 m。15号煤层与9号煤层间距为32.90-61.99 m，按计算结果，在井田大部地段内大于9号煤层至15号煤层之间的间距，从而使15号、9号煤的采煤矿坑在相应地段内沟通产生导水联系。因此，在大部分地段开采15号煤层时，各煤层矿坑顶板冒落导水裂隙带将沟通其发育范围内的各含水层，与其有关的各类地下水可通过冒裂带间接向15号煤矿坑充水，成为矿坑充水的主要来源。

2.1.3 构造对矿坑充水的影响

井田内发育有褶皱构造，也有断层存在。在生产过程中，应对已查明的断层及未发现的断层或陷落柱等可能对矿坑产生的充水影响予以重视。在断裂构造附近等危险地段作业时，应采取相应预防措施，如在断层附近采煤时留设足够的保安煤柱等，以提高警惕，预防水害事故。另外，在褶皱构造的轴部，矿坑涌水量也会有一定程度的增大，也应引起重视。

2.1.4 井筒水对矿坑充水的影响

井筒开凿将揭露15号煤层之上的所有含水层，相关地下水将沿井筒流下，不论哪一煤层开采时，都是矿坑充水的来源之一。

2.1.5 生产井及老窑对矿坑充水的影响

本井田内3号煤已开采多年，形成了大面积的采空区。在以后3号煤矿井关闭停止排水的封闭条件下，采空区冒落导水裂隙带水位以下部分，将由矿坑充水通道转化为真正意义上的含水层（带），使采空区逐渐形成积水区。即使是利用原有井筒作为延伸矿井的一部分，在3号煤关闭采区通过溢流孔向外排水，流至水仓最终排出地表的情况下，采空区内也可能积蓄一定量的地下水。上部矿坑采（古）空区内的积水，就像一个个地下“水库”一样，分布在井田下部煤层矿坑的上方或侧方。据采（古）空区积水、积气、火区调查报告及3号煤矿井充水性图，井田内共调查到3号煤采空积水区13处，单处矿坑积水量约为2 037-26 642 m3，总积水量约为13.36万m3。另据调查到的一处井下出水点，出水量为3.0 m3/h。各煤层矿坑顶板冒裂带与其上煤层采空积水区沟通进入生产矿井后，就可能造成水患事故。因此，在矿山采掘生产过程中，应对已大致查明的各采空区积水与其他可能存在水患风险的地段，皆应予以高度重视，切实做好矿坑涌水量及其变化趋势的监测、探水与放水等工作，尽最大努力预防或避免突水、透水重大水患事故的发生。

2.2 矿坑充水通道分析

据井田水文地质条件分析，矿坑充水通道主要为矿坑之上的岩石裂隙、冒落导水裂隙带与井筒。另外，断层、隐伏的陷落柱是另一类导水性不同的矿坑充水通道。

2.3 奥灰水对矿坑充水的可能性分析

据有关资料，井田内区域奥灰岩溶含水层水位最高标高为624-629 m，15号煤层最低底板标高为667 m（据底板等高线图），奥灰水位普遍低于9号、15号煤层底板。因此，不存在奥灰水对9号、15号煤层底板突水而形成矿坑充水的可能性。