晋圣三沟鑫都煤业积水分布情况分析及涌水量预测研究

李海会

（晋煤集团晋圣三沟鑫都煤业有限公司，山西 晋城 048000）

1 引言

为了合理开发利用煤炭资源，晋圣三沟鑫都煤业需要进行全方位系统优化[1-3]。面对历年其他煤矿因煤矿涌水量突发而引起的伤亡事故，晋圣三沟鑫都煤业对矿井水害极其重视。首先依据煤矿涌水分布形式对排水系统进行合理的设计改造[4-6]。由于没有改进之前涌水量数据资料不够完善，需要对产能升级后的矿井涌水量数据进行合理的预测，从而为煤矿排水系统的建设和制定合理的防治水措施提供合理的技术依据，保证矿井的排水系统满足生产需要。

2 工程概况

2.1 地质条件

山西晋煤集团晋圣三沟鑫都煤业位于沁水县城西南，其所处地理坐标为东经112°01′32″～112°04′05″，北纬 35°38′43″～35°39′45″。井田北部和西部与山西晋煤集团晋圣亿欣煤业有限公司相接，南部、东部为沁水普查区，均尚未开发。可采2～15#煤层，生产能力为60万t/a，开采深度为1129.97～859.97 m。井田大体呈长方形，东西长3823 m，南北宽1738 m，面积约为5.3698 km2。井田大部分为基岩出露区，地形大致中部高，最高点标高+1380.6 m，最低点标高约+1040.0 m，最大相对高差为340.6 m。

2.2 积水来源

本区属于黄河流域沁河水系杏河支流，多年平均降水量795.8 mm，降水主要集中于每年的6～9月份，约占全年降水量的70%。年蒸发量为1600～1800 mm，矿区所在位置平均海拔1250 m以上。

矿井涌水量受降水的季节变化影响，具有明显的动态变化特征。井田西北部2号煤层埋深较浅，大气降水通过岩土层的孔隙、裂隙对矿井补给。大气降水入渗矿井有明显的滞后现象，一般滞后期30～45 d，具有季节性、周期性的变化规律，随开采深度的增加，影响逐渐降低。大气降水通过基岩裂隙及松散孔隙入渗岩层，形成含水岩体，在有导水裂隙或断层通道时进入开采矿井，成为矿井水的重要补给源。

井田北部2#煤层中形成一定面积的老空区，但根据实际揭露和入井查看基本无水；在井田西部和北部15#煤层中形成一定面积的积水老空区；曾开采2#煤层，但具体开采范围、位置等情况不明。因此三沟鑫都煤业今后靠近开采及开采其下部15#煤层资源时应引起高度重视，15#煤层为矿井主要开采层。

在井田西北部2、15号煤层均形成大面积的采空区或破坏区，此外，原沁水县龙港镇南岩煤矿于2004年关闭，该矿对矿井北部15号煤层有一定程度的破坏，并形成了采空区。对采空区内积水面积进行调查分析，并绘制了采空区积水面积波动曲线图，如下图1所示。

图1 采空区积水面积波动曲线图（单位：m2）

3 涌水量预算

矿井的富水系数一般是指采掘单位重量煤的过程中所涌出的矿井水量，根据经验，该参数的计算公式应为：

式中：

K-吨煤富水系数，m3/t；

Q-矿井涌水量，m3/h；

A-矿井生产能力，t/h。

计算出富水系数后，升级后的矿井涌水量采用吨煤富水系数进行预算如下：

式中：

为了确保水利工程能按时交工使用，在水利工程决策时期，业主及设计方应尽量做到如下几点：充分掌握水利工程的建设规模、整体布局及成本预算等；大量收集相关水文、地质、环境等具体资料，同时实地勘测施工现场；通过分析搜集到的及现场勘测和调查等的相关资料，同时借鉴以往的施工经验信息，科学分析工程项目的可行性；通过逆向思维展开分析，对可能引起水利工程进度延误的相关因素进行预防控制等。总之，在水利工程项目决策阶段，需要充分结合风险识别，实现对风险的预防、发现和及时转移。

Q-预计矿井涌水量，m3/h；

A-预计生产能力，t/h；

K-富水系数，m3/t。

根据如上公式可计算出矿井涌水量，具体结果如下：2号煤层矿井实际生产能力少于60万t/a，其涌水量为240m3/d，最大涌水量为360m3/d；15#煤层采用斜立双井混合开拓方式进行开拓，其生产能力为3万t/a，矿井正常涌水量为15m3/d，最大涌水量24m3/d，预计矿井达到60万t/a生产能力时，矿井正常涌水量为300 m3/d，最大涌水量为480m3/d。

4 保护措施

4.1 大气降水与地表水防治措施

由于2号煤层可采区位于煤层露头附近，大气降水与地表水将会给2号煤层的开采带来危害。

（1）继续完善疏水、防水、排水系统，每年汛期前必须将井筒周围的导水沟渠挖好疏通，并由专人负责。

（2）对关闭报废的井筒，要组织人员进行彻底的排查，并按照煤矿防治水规定及时进行填实封堵和登记存档，以防地表水灌入井下。

（3）对地表存在的地面塌陷、裂缝或其他导水通道，应及时回填夯实，防止洪水溃入井下。

（4）在地面低洼地带或漏水地段上游垂直水流方向修筑排（截）水沟渠。

（5）保持沟谷排水畅通，矸石和弃渣等固体废弃物存放不得妨碍正常排水，经常检查沟谷渗漏情况，井下留设河流保安煤柱。

（6）与气象、水利、防汛等部门沟通合作，建立灾害性天气水害预警和预防机制。

（7）每次降大到暴雨的前后，应安排专人对井田内及周边废弃老窑、报废井筒、地面塌陷、采动裂隙以及可能影响矿井生产安全的水库、河流、堤防工程等重点部位进行巡查，比如煤层露头等。同时派专业人员及时观测矿井涌水量的变化情况。当发现可能引发淹井时，应当立即撤出井下作业人员到安全地点。

4.2 采空区积水防治措施

（1）扎实做好井下超前探测工作，采用物探、钻探相结合的方法，严格执行“预测预报、有掘必探、有采必探、先探后掘、先探后采”的防治水原则，对其采取探放水措施，包括坑透、物探、钻探、采空区积水疏放等，做好采空区的探测工作。

（2）在临近采空积水区进行采掘时，必须对采空积水进行探放。

4.3 其他水患防治措施

（1）老窑井筒积水防治措施

老窑井筒、封闭不良钻孔作为矿井的致灾因素，是因为井筒和钻孔沟通了各含水层，形成了导水通道，由于封闭不良极易造成矿井充水形成水害。

本矿井废弃井筒8个，井田范围内共施工19个钻孔，且钻孔封闭均合格。但是本矿井所有钻孔暂时未进行封孔质量检查，因此，开采到钻孔附近时必须做好探放水工作，做好防涌水、突水事故预案，防治封闭不良地质钻孔造成涌水、突水事故。

表1 废弃井筒封闭情况调查表

确定钻孔在采掘工作面的位置，查阅钻孔封孔报告书或资料，核实其封孔质量。对无封孔资料可查的钻孔，应视为封孔情况不清钻孔。对于封闭不良或封孔情况不清的钻孔，应圈出警戒范围，采用井下钻探的方法查清其导水情况，并采取提前注浆封闭含水层段或留设防隔水煤柱等相应措施。井下揭露出的钻孔，要及时封堵，防止滞后突水。

（2）断层防治措施

依据对断层发育特征分析，结合采掘生产揭露情况，近期生产区域内可能遇到主要是F3、F3-3、F12、F4、F5断层，其他断层规模小，裂隙不甚发育，褶皱宽缓，对瓦斯赋存、导水性及煤层顶底板稳定性影响均较弱，但由于小型断层对巷道与工作面连续推进有一定影响，在巷道掘进过程中应采取超前探测措施，准确查明断层位置、落差及导水性，为采掘生产提供可靠的地质依据。

根据井田地质资料，本井田区内主要发育有1条逆断层和5条正断层，另外矿方在近三年的开采中揭露了一些小型断层，目前断层对煤层的开采影响不大。在煤矿近期开采中要注意查明特别是F2、F3两条正断层的导水性。生产中必须采用井下物探和钻探结合的方法，加强对构造导水性探测工作，若探测或采掘到导水构造需按照规定留设防水隔离煤柱。

（3）封闭不良钻孔

据调查，井田内存在以往施工的19个钻孔。根据资料，每个钻孔施工验收结束后，均按照钻探规程要求进行了钻孔封闭，煤系地层均采用水泥砂浆进行封闭，封孔质量较好，但均未进行启封检查封孔层段。施工时封孔质量良好的钻孔及井筒，不排除在矿山开采后，矿山压力重新分布，破坏其封闭质量，应防备封闭不良的钻孔、水井及井筒构成导水通道。