朱家店煤矿充水来源及控制对策研究

石 伟

（山西地宝能源有限公司，山西 太原 030045）

1 工程概况

朱家店煤矿井田南北长约4.5km，东西宽约4.2km，面积为17.1518km2，批准开采03-10号煤层，生产规模120万t/a，批准开采深度1099.99～459.99m标高，井田内赋存含煤地层为二叠系下统山西组、石炭系上统太原组，总厚度159.59m，含煤达18层，煤层总厚约15.14m，含煤系数为9.14%。区域上主要含水层有第四系全新统冲积砾石含水层、上第三系上新统砾石含水层、二叠系下统下石盒子组砂岩含水层、二叠系下统山西组砂岩含水层、石炭系上统太原组灰岩、砂岩含水层、奥陶系中统石灰岩含水层。

2 朱家店煤矿充水来源分析

2.1 地表水

井田地表水属黄河流域，三川河水系。井田内无常年性水流，仅在雨季沟谷中有短暂洪水向西流入南川河，最后汇入黄河。井田内沟谷纵横，均为季节性沟谷，在雨季有短暂洪水流过，干旱时干涸无水。据近年来煤矿观测记录资料显示，井田内工业广场附近最高洪水位993.00m，该矿主斜井井口标高997.416m，副斜井井口标高999.345m，人行斜井井口标高999.160m，高于最高洪水位，回风立井井口处最高洪水位991.00m，井口标高1070.836m，高于最高洪水位，其他井口也均高于最高洪水位，本区雨季多暴雨，强度大，来势猛，在雨季应做好防洪、防汛工作。

2.2 采（古）空区积水

通过分析朱家店煤矿煤层采掘图，当前朱家店煤矿井田范围内主要有一处采空积水区，采空区位于井田中北部井底车场的北侧，面积为11785m2，积水量为4118m3。从底板等高线上看井田内东西两头高，中间低，中部采空区易于积水。采空区内底板等高线东高西低，积水应在采空的西部区。

井田内共发现5个古空区，古空区全部位于井田西部矿界处朱家店村内，其中开采03号煤层的2个，斜井开拓，掘进长度分别为100m、250m。开采6号煤层1个，立井开拓，开采长度70m，采空区面积约为4758m2。开采10号煤层2个，斜井开拓，开采长度分别为100m、200m，采空区面积约为13468m2，从底板等高线上看采空区内底板等高线西高东低，积水应在采空的东部区。表1为朱家店煤矿周边停废小窑调查表。

表1 朱家店煤矿周边停废小窑调查表

2.3 地质构造导水

井田呈不对称的向斜构造，已发现4条落差大于10m的断层，由于构造具有一定的导水作用，其中朱家店断层（即F3断层）是井田西南天然边界，断距最大80m。野外调查显示白草沟内浅层孔隙水在断层附近大量漏失，反映该断层存在导水的可能性。此外，断层的错动使得开采煤层与对盘的岩溶含水层接近或对接，并使得煤系地层各含水层与奥陶系岩溶含水层形成水力联系，导致断层附近矿床水文地质条件复杂化。井田内暂未揭露陷落柱，据调查，周边矿井也未揭露陷落柱，可认为本区陷落柱不甚发育。但本区奥陶系地层盛产石膏，较易形成陷落柱，容易引发隐伏构造导水事故的发生。

2.4 奥灰岩溶水

本井田奥灰水水位标高为805.5～808m左右。井田内各可采煤层最低底板标高均不同程度低于奥灰水水位标高，现利用下述公式来计算井田内各可采煤层最低点的突水系数，突水系数计算公式:

T=P/M

式中：

T-突水系数，MPa/m；

P-底板隔水层承受的水头压力，MPa；

M-底板隔水层厚度，m。

结合朱家店煤矿的实际条件，各煤层奥灰最大突水系数计算结果见表2所示。

表2 朱家店煤矿各煤层奥灰最大突水系数计算结果

根据表2中数据，由于朱家店井田内为构造简单类型，因而突水系数临界值采用0.10MPa/m，除10号煤层突水系数0.062MPa/m，03、4、5上、6、9号煤层底板突水系数均小于突水系数0.06MPa/m。

由于煤层与奥灰岩溶水之间有较厚的隔水层存在，理论上奥灰岩溶裂隙水对煤层影响不大。还应指出受炭窑村正断层影响，井田西部边界以外9、10号煤层及太原组灰岩与对盘奥陶系岩溶含水层对接，使得煤系地层各含水层与奥陶系岩溶含水层形成水力联系，导致断层附近矿床水文地质条件复杂化。由于本区处于岩溶水系统径流带上，岩溶含水层富水性强，一旦发生突水，危害性较大。

3 朱家店煤矿防治水对策

朱家店煤矿开采以来，尚未发生水害事故。但随着开采面积的扩大，向深部延伸，以及降水量等自然因素变化的影响，朱家店煤矿涌水量明显增大，因此，做好对朱家店矿井水控制较为关键。

3.1 煤矿采空区积水计算及控制

根据《煤炭安全手册》第五篇矿井防治水中的采空积水可按下列公式估算其积水量。根据采空积水公式：

Q采=(K·M·F)/cosα

其中：

Q采-相互连通的各积水区总积水量，m3；

K-采空区的充水系数，一般采用0.25～0.5；

M-采空区的平均采高或煤厚，m；

F-采空区积水的投影面积，m2；

α-煤层倾角，（°）。

采空区的充水系数采用0.25，则4号煤层采空区积水量为：Q=(0.25×1.26×11785)/cos9°=4118m3

6号古空区积水量为：

Q=(0.25×1.65×4758)/cos17°=2052m3

10号古空区积水量为：

Q=(0.25×4.98×13468)/cos17°=17534m3

经计算采空区积水约为23704m3。因此，要加强采空区管理和积水探放工作，始终坚持“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”的原则，密切注视井下水文地质条件变化和隐伏断层等构造现象的出现，对井下逐日排水量作好观测、记录，若发现异常，立即采取有效措施，防止水害发生。

3.2 奥灰水防治

（1）采煤工作面奥灰水防治

考虑到影响朱家店煤矿防治水的重要因素之一是断层及相关的隐伏构造，在采煤工作面开采的过程中，选择使用了煤巷与岩巷连续跟踪观测、钻探、旁站、现场观测等方式，确保工作面开采过程中地质资料的连续性，尤其是对煤岩层突变、隐伏构造、地质构造等位置，选择使用了槽探、物探、钻探等方式，将其中存在的不确定位置的富水性、充填性、延伸方向、发育深度等全面勘察清楚，防止出现断层活突水、滞后突水的情况。

（2）掘进工作面奥灰水防治

对朱家店煤矿掘进工作开掘时，选择使用瞬变电磁超前勘探对开掘过程中突水的危险性进行探测，具体方式为“探测100m、掘进70m”，通过该种方式全面了解掘进前方的情况，同时结合实际掘进揭露面，掌握前方地质情况，并做好提前防治，确保矿井生产的安全性。

（3）物探富水异常区探测

在对朱家店煤矿物探富水异常区进行探测时，选择使用了钻探查证、注浆加固的具体方法，在使用电法勘探时，发现了1处低阻异常区，对应的区域有1个高角度逆断层，落差为3.4m～3.8m，∠65°，根据“有疑必探”，设计了3组9个钻孔，对富水异常区进行深入的探查，根据探查结果发现有突水危险，设计采用了疏堵结合的方式，进行了注浆加固，工作面安全通过这一区域。

3.3 对不良钻孔进行封闭

考虑到降低地表水等水源给开采安全性带来的影响，对朱家店煤矿井田范围内不良钻孔进行了全面查找，对发现的不良钻孔进行了注浆封堵，共封堵钻孔12个，较好地提升了朱家店煤矿生产的安全性。

4 结语

通过本文分析，朱家店煤矿在生产过程中面临的充水来源较多，影响到朱家店煤矿生产的安全性。因此，在具体生产实践活动中，除采取上述措施之外，还应当结合实际生产情况，多方面分析研究，提出更好的防治水策略。