关闭矿井老空水对相邻生产矿井的水害威胁性分析

李修旗

（长城三矿技术部，内蒙古 鄂托克前旗 016215）

1 矿井概况

山东华泰矿业有限公司（下称华泰公司）1971年12月投产，矿井核定生产能力48万t/a，开采煤层为2、4、7、15层煤。华泰公司列入山东省2018年化解煤炭过剩产能关闭退出煤矿，2018年9月底井筒封闭，2018年10月顺利通过了政府部门的联合验收。

正在生产的鄂庄煤矿为华泰公司的西邻，1982年7月正式投产，矿井核定生产能力为90万t/a，矿井主要开采2、4、7、15煤层。

2 华泰公司水文地质情况

2.1 主要含水层

对矿井有直接影响的含水层有：

（1）山西组砂岩（均厚15m左右），是2、4层煤的直接充水含水层，富水性弱，主要以顶板淋水形式涌入矿井，涌水量为15m3/h左右，不影响正常生产。

（2）太原组徐灰(均厚10m)和奥灰(均厚350m)，为富水性弱-中等的15层煤底板承压含水层，每个后组煤工作面生产前都进行了物探、钻探和安全评价，保证了安全生产。

2.2 矿井涌水量、含水层水位及积水量

华泰公司关井前矿井总涌水量为850m3/h，其中，东邻的西港矿老空水涌水量为350m3/h，西邻的安仙井老空水涌水量为100m3/h，其余为本井田老空水。矿井地表潜水位为+190m左右，奥灰水位为+57m(351503下巷水文探查孔)。经估算，华泰公司最大积水量可达400万m3。

2.3 矿井主要水害类型

矿井水害类型主要包括地表水（安仙井老空水）、生产采区老空水、相邻煤矿水（主要是对矿井影响较大的西港矿老空水）和15层煤底板灰岩(徐灰和奥灰)水。根据不同的水害类型，分别采取了疏、堵、探、放、排等治理和防范措施，及时消除各类水害隐患。

2.4 矿井水文地质类型划分

2016年修编了《矿井水文地质类型划分报告》，根据原《煤矿防治水规定》中矿井涌水量、水害治理难易程度和水害威胁类型等划分标准，矿井水文地质类型确定为复杂型。

3 华泰公司老空水对卾庄煤矿威胁性分析

3.1 华泰公司与鄂庄煤矿之间煤柱的安全性分析

3.1.1 华泰公司与鄂庄煤矿边界煤柱状况

华泰公司五采区与鄂庄煤矿三采区相邻，边界煤柱为80m，全部留在华泰公司一侧（新煤地字〔1985〕5号文批准）。目前，两矿之间各煤层的煤柱情况是：2层煤最小煤柱为130m，4层煤最小煤柱为90m，15层煤最小煤柱为150m。

3.1.2 安全煤柱计算

根据原《煤矿防治水规定》中“防水煤（岩）柱”计算公式

式中 ：

L-煤（岩）柱设计留设的宽度，m；

K-安全系数，取最大值5；

M-煤层采高，4层煤2.5m（2层煤和15层煤都取2.0m）；

P-煤柱最小处承受的水头压力：

P2层=3.1（2层煤煤柱段最小处标高为-310m）+1.9（水位升至地面时的标高为+190m）=5.0MPa。同理算得：P4层=5.65MPa，P15层=6.6MPa；

KP—岩石的抗拉强度，2层煤和4层煤为0.605MPa，15层煤为0.7634MPa。

算 得 :L2层=24.9m，L4层=33.08m，L15层=25.46m。

3.1.3 煤柱安全性结论

对比计算结果，2、4、15层煤的最小煤柱（130m、85m和150m）远大于设计留设宽度（24.9m、33.08m和25.46m），因此，华泰公司关井后，两井之间的煤柱是安全的。

3.2 华泰公司老空水对卾庄煤矿威胁性分析

3.2.1 边界附近地质构造情况

华泰公司在边界附近揭露3条落差较大的断层，分别是：f1（落差6m），f2落差（落差10～12m），F21（落差30m），且f1、f2皆与F21相交。

根据卾庄煤矿提供的采掘工程资料，在边界附近主要发育F27断层，该断层在4层煤所有的工作面均实际揭露（在2层煤和15层煤也实际揭露），落差55m。

华泰公司的F21断层与卾庄煤矿的F27断层（落差55m）相交，华泰公司的f1、f2又与F21相交，因此，这四条断层实际上存在着相互联通的关系（见图1）。

3.2.2 边界附近采掘工程与构造的位置关系

两矿在边界附近共采动2、4、15层煤3个煤层，其中4层煤（厚度2.5m左右）采动充分。由于两矿边界附近（上组煤）水文地质条件简单，初期都未考虑留设断层防水煤柱。F27断层作为卾庄煤矿的边界断层，巷道多次直接揭露，而且邻近采空区，3408切眼到断层的最小煤柱仅为8m。华泰公司的f1、f2及F21也都邻近采空区，35405采空区与F27断层最小煤柱仅为6m（见图1）。

图1 两矿边界附近地质构造示意图

3.2.3 华泰公司老空水涌出通道

华泰公司关井后，老空水最高水位可达到+190m(地表潜水位)。以4层煤为例，届时，华泰公司一侧老空水承受的水压最高达5.86MPa（采空区最低标高-396m）。高承压积水通过工作面采动裂隙和断层（f1及f2）裂隙先期补给到F21断层裂隙。华泰公司的F21断层与卾庄煤矿的F27断层相交，在持续的高水压作用下，卾庄煤矿的F27断层裂隙也会受到F21断层水的强烈补给而逐渐处于饱和、承压的积水状态。

F27断层裂隙充满水后，再通过直接连通的巷道和邻近采动裂隙涌入卾庄煤矿的采空区，进而涌入到井下相互连通各类采掘空间。

3.2.4 华泰公司老空水害预测

一般情况下，无论是断层裂隙还是采动裂隙遇导水，起初阶段是渗漏水，但随着时间的延长，断层带充填物或裂隙充填物随着水流逐渐被排出，使得裂隙的空间愈加开放，涌水通道也愈加畅通，涌水量也随之增加，最终，由起初的渗漏水逐渐演变成涌水或突水（2009年，华泰公司351505下巷就曾出现过由5m3/h增大到300m3/h的断层滞后突水）。

4 水害问题治理建议

4.1 华泰公司老空水对卾庄煤矿威胁性总结

与卾庄煤矿相邻的华泰公司关闭停排后，因其老空水位高、积水量大和边界条件复杂等因素的影响而成为卾庄煤矿的重要水害隐患之一。为此，从两矿隔离煤柱的安全性、边界附近采掘现状、地质构造影响等方面进行了分析和推断，对华泰公司老空水害威胁性进行了合理预测，并得出如下初步结论:

（1）通过对两矿各煤层留设煤柱的分析并结合定量计算，两矿之间的煤柱是安全、可靠的。

（2）华泰公司关井停排后，随着老空区水位的不断升高，逐渐改变边界附近区域的水文地质条件，华泰公司老空水通过井下巷道、相互联通地质构造裂隙和采动裂隙以及岩层的渗透作用等通道涌入卾庄井田。与华泰公司相邻的三采区已停采多年，巷道年久失修，因巷道变形、底鼓、岩石及杂物淤积等原因容易堵塞疏水通道而出现老空区积水，当水位达水压极限值（老空积水积累一定程度时），会突破相对薄弱带(较小煤岩柱、防水设施、裂隙带等)而引发老空水突出，危及卾庄煤矿的安全。

4.2 消除水害威胁的建议

（1）完善矿井东部边界附近涌水量监测系统（水量和水质）。定期监测水质变化，分析华泰公司老空水的渗漏情况。建立华泰公司老空水水位监测系统,动态分析水量和水位的变化关系，分析预测华泰公司老空水的变化趋势以及对矿井的威胁程度。

（2）对边界附近的采掘情况和所有的地质构造重新分析、核实，分析预测并圈定可能的突水薄弱带，重点观测和分析这些区域的突水征兆，以便及早采取防范措施。

（3）优化矿井（疏）排水系统。增加矿井排水系统能力，特别是应急排水能力，以保证水量异常增加状态下的（疏）排水系统安全、可靠。

（4）构筑安全隔离设施。选择合适位置构筑水闸墙或防水闸门，当出现涌水量异常增加或排水系统出现故障时，能够实现危险区域与生产采区的安全隔离，保证矿井安全。

（5）编制专门的应急预案。针对可能出现的最严重水害威胁情况，制定华泰公司老空水突出应急处置预案并实际演练，以保证紧急状态下井下人员的安全、有序撤离。