韩家洼煤矿煤层防治水评价与措施研究

房小夏

（山煤集团煤业管理有限公司，山西 太原 030006）

0 引 言

我国煤炭资源赋存丰富，且赋存形式多样，不同地区矿井的水文地质类型千差万别[1]。在水文地质条件简单的区域，煤矿在设计开拓、准备以及回采系统布置时比较简单，不需要着重考虑矿井防治水工作[2]。然而当矿井水文地质条件复杂时，在煤矿初步设计时，必须考虑矿井水灾的影响，在布置采掘系统以及工作面回采时，必须做好相关矿井防治水工作，以避免矿井水灾的发生，造成煤炭生产企业的重大财产损失与人员伤亡[3]。所以，合理、科学的矿井水文地质类型划分与详实、严谨的矿井防治水作业，是保障煤炭生产企业安全、高效回采的重要基础[4]。

本文严格遵照《煤矿防治水规定》[5]中相关要求，以韩家洼煤矿22#、25#近距离煤层开采时的水文地质类型划分与防治水措施为实际工程背景，利用现场调研的方法对韩家洼煤矿含水层、隔水层以及矿井充水因素进行了分析，利用现场实测与工程类比的方法对矿井涌水量进行了计算，从多个角度出发，判定了韩家洼煤矿22#、25#煤层的矿井水文地质类型，并针对韩家洼煤矿的生产实际提出了行之有效的防治水措施，以期能够有效避免工作面回采以及巷道掘进时发生突水事故。同时，也为韩家洼后续煤层开采设计的矿井水文地质类型划分与防治水作业提供了理论与实践基础，也为该地区条件相似的矿井提供了借鉴。

1 矿井概况

表1 22#、25#煤层特征一览表

韩家洼煤矿位于大同市左云县。井田面积4.5056km2，生产规模为90万t/a。交通运输条件十分方便。井田范围内属黄土高原平缓丘陵区，地势较为平坦，黄土冲沟发育。区内地形总体上东南高西北低，地貌形态类型属低中山区。本井田内22#、25#煤层总体形态为单斜构造。全井田未揭露较大断层，现主要对近距离22#、25#煤层进行回采，22#、25#煤层特征见表1。

2 矿井水文地质条件

2.1 地表水体

韩家洼煤矿井田范围内，不存在地表水体，大气降水均沿着地表沟壑流出，雨季在沟壑中产生洪流，但由于洪流湍急，流速较快难以对地下水进行有效补给，井田属于神头泉域补给径流区。

2.2 主要含水层

1）奥陶系灰岩含水层。根据岩性划分下马家沟组和下统亮甲山组。下马家沟组灰岩厚度22～60m，岩性为厚层状灰色石灰岩。亮甲山组灰岩厚度100～128m，岩性主要为灰色厚层状石灰岩。奥灰水位标高在1165～1172.5m之间。

2）太原组含水层。系砂岩裂隙承压含水层。岩石裂隙不发育，埋藏深，补给条件差，富水性弱。

3）山西组砂岩含水层。裂隙不发育，埋藏深，补给条件差，富水性弱，系砂岩裂隙承压水。

4）下石盒子组砂岩含水层。系砂岩裂隙承压水，裂隙不发育，埋藏较深，补给条件差。

5）风化壳。不分地层时代。但与地形、岩性有关，在河谷低洼处埋藏浅，一般40～50m处，与地表水、冲积潜水有水力联系，水量较大。

6）第四系冲积层。分布于乔鱼河河床，岩性为砾石混砂，含水层厚2.5m，静止水位标高1444m，最大出水量604.8m3/d。

2.3 主要隔水层

1）本溪组主要由泥岩、砂质泥岩和铝土泥岩组成，厚度平均35m左右，岩性细腻致密，具有良好的隔水作用，为井田主要隔水层。

2）太原组及山西组中相间于各砂岩含水层之间的泥岩，砂质泥岩厚度平均26m左右，一般为相对隔水层，可起到良好的层间相对隔水作用。但近地表处，因风化作用影响，裂隙发育，其隔水性能较差。

3 矿井充水条件分析

3.1 大气降水

大气降水通过不同成因的基岩裂隙及松散堆积物孔隙在裂隙沟通的情况下进入矿井，成为矿井充水的间接但重要的补充来源。

3.2 地表水的渗入

该矿属低山丘陵区，大部分地区为黄土覆盖，无地表水体。地表经流主要来原于时间短暂的雨季山洪暴发，雨后排泄很快，入渗量小。洪峰流量380m3/s，对矿井影响小。

3.3 地下水

1）第四系松散岩类孔隙潜水。矿区内第四系松散岩类孔隙潜水含水层总体埋藏较浅，主要由砂质粘土、砂土、粉砂组成，其富水性取决于砂砾大小及厚度，富水程度差异较大，涌水量的大小受大气降水的补给明显，属中等-弱含水层。

2）二叠系砂岩含水层组。裂隙不发育，埋藏深，补给条件差，富水性弱，系砂岩裂隙承压水。

3）石炭系太原组。主要为砂岩、灰岩层间裂隙、岩溶裂隙含水层系砂岩裂隙承压含水层。岩石胶结致密，裂隙不发育，埋藏深，补给条件差，富水性弱，为开采煤层直接充水含水层，对煤矿开采造成一定影响。

4 矿井涌水量变化规律

4.1 矿井涌水量变化工程类比

韩家洼煤矿位于我国的较为干旱的区域，年降雨量较少，加之韩家洼煤矿属于整合矿井，在原有小矿以及小煤窑多年开采后，已经将地下水排出，故可以认为矿井井下涌水量在不断减少，这就说明在该区域内矿井涌水量的大小与降雨量是明显呈现正相关的关系的。据原韩家洼煤矿2008年统计可知，在大气降水较少的时期，矿井涌水量为400m3/d，在大气降水较多的时期，矿井涌水量为600m3/d，则可知，在平水期期间，矿井涌水量为500m3/d。整合前原韩家洼煤矿，30万吨/年，矿井的正常涌水量为500m3/d，最大涌水量为600m3/d。

顶板淋水是原韩家洼煤矿的主要涌水方式，经测验，淋出水为停滞型水。

4.2 矿井涌水量预算

矿井涌水量的预算应当成分利用工程类比法，即含水系数法，见式（1）。

式中：Q为预计矿井涌水量（m3/d）；Q为区域含水系数（m3/d·t）；F 为矿井日产量（t）。

通过原韩家洼煤矿2008年井下涌水量，确定该矿井含水系数：

2008年10月30万 t/a，相应的矿井涌水量Q1=500m3/d，则涌含水系数为q1=500/30=16.66m（3a/万 t·d）。

重组后，矿井生产能力提高到90万t/a，

则可预计正常涌水量为1500m3/d，最大涌水量为丰水期期间，达到了1800m3/d。

但从近几年的采掘情况分析看，矿井采掘期间的总涌水量在17～19m3/h之间，基本不影响正常的掘进和回采。

5 矿井充水条件分析

根据《煤矿防治水规定》中的矿井水文地质类型划分标准，结合韩家洼煤矿22#、25#煤层的具体地质条件与生产实际进行评价，矿井水文地质类型划分采用就高不就低的原则，将22#、25#煤层的矿井水文地质类型为中等类型，见表2。

表2 22#、25#煤层水文地质类型划分表

6 防治水工作建议

1）加大雨季及后期防排水工作。井田大面积出露二叠系上、下石盒子组地层，接受大气降水和地表水补给，地下水易于集聚。因此，在雨季之前要对全矿井的防排水设施进行严密的排查，对隐患处及时进行处理，保障矿井排水系统的通畅，确保排水系统能够满足矿井生产需求。在雨季及后续的几个月是矿井防治水的重要时期，特别要注意井田内河流的防洪。

2）加强对老窑采空区积水的探放工作。煤矿及周边矿井采（古）空区面积较大。今后应及时收集相邻矿井采掘资料及老窑采空区积水资料，积极开展22#煤层采空积水区的钻探验证工作，进一步圈定积水范围，核实积水量；严格封堵（填）废弃井巷；对探明的采空区积水，在井田巷道掘进或工作面回采时应引起高度注意，加强水情观测工作。根据查明的实际情况采用探放水或留设保护煤（岩）柱等具体防治水措施。

3）做好下组煤层顶板的输放水工作。太原组K2砂岩是22#、25#煤层的直接充水含水层，由于补给条件较差的原因富水性弱，太原组含水层和上组煤层采空区积水极易通过垮落带和导水裂缝带等通道渗入下组煤层回采工作面，对下组煤的开采构成一定的威胁。因此，必须做好22#、25#煤层顶板的放水工作。同时对22#、25#煤层时应采用合理的开采方法，按有关规定控制煤层的开采高度，加强煤层顶板的支护管理。

4）完善井下排水系统。矿井下布设有较完善的排水系统，主要巷道或工作面淋水由区域排水管道、水仓、水泵集中于中央水仓，然后由中央水仓水泵至副斜井排水管路排出井外。同时，应当对矿井排水系统进行经常性的维护，保障矿井排水系统的高效、可靠运行，并保证一定的富裕量，防止突发事件的发生。

5）制定矿井防治水预案。为有效预防矿井发生突水事故，必须制定一些行之有效的防治水预案，以降低矿井突水事故所带来的财产损失与人员伤亡。防治水预案必须包括：水情预探测组织与管理、矿井涌水量与排水系统的管理与监测以及发生突水事故后的紧急避灾路线与处置措施，对矿井防治水工作应做到事前有预报、事中有方法，事后有措施。派遣专业人员规范工人操作避免悲剧发生。

6）对构造进行超前探测。从井下工作面的采掘情况看，井田内断层比较发育，所以，在今后的采掘过程中，要在地面和井下对断层及其它构造进行超前探测，一方面通过对构造的准确预报和判定，可以进行采掘工作面的优化和安全技术措施的制定，保证采掘工作面能够安全、顺利施工，另一方面可以预测断层的含水、导水性，并且尽可能提高煤炭资源的回收利用率。

通过以上构造探测和防治水措施制定，可有效化解灾害性透水事故的发生。但要真正搞好防治水工作，必须从思想上重视、制度上完善，真正认识到水害的危险性，组建强有力的防治水队伍，加大防治水费用的投入，坚持“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”防治水原则，不断总结经验，完善防治水措施，以达到安全生产之目的。

7 结论

本文结合《煤矿防治水规定》中相关要求，在对韩家洼煤矿22#、25#近距离煤层的水文地质烈性划分与防治水措施进行了研究，利用现场调研的方法，对韩家洼煤矿的含水层、隔水层与充水条件进行里面理论分析，利用工程类比的方法对矿井涌水量进行了预测，并结合矿井生产实际过程中的涌水量观测，确定韩家洼煤矿矿22#、25#的水文地质条件为中等。同时，针对该矿的具体情况，制定了相应的防治水对策，有效避免了矿井突发水灾的可能性。同时，也为韩家洼后续煤层开采设计的矿井水文地质类型划分与防治水作业提供了理论与实践基础，也为该地区条件相似的矿井提供了借鉴。