煤矿防治水评价与措施分析

陈郭静

(阳泉煤业集团有限公司 二矿， 山西 阳泉 045000)

我国煤矿水文地质条件复杂，目前约有18%待开采的煤炭储量受到较为严重的水害威胁，井下水害的有效防治对于实现整个矿井的安全生产具有极其重要的意义。水文地质环境较为简单的矿井,开采系统设计及布置过程都相对简单，然而，当矿井所处区域地质条件较为复杂时，在考虑满足生产需求的同时还应当充分研判水害对于矿井安全生产的影响，并做好相对应的防治水工作。本文对目标矿井的富导水性进行了分析，运用多种手段计算了矿井的涌水量，针对矿井的突水危险程度制定了切实可行的综合防治水措施。

1 工程概况

目标矿井生产能力为120万t/a，井田面积为5.324 km2。目标矿井所处区域交通便利，属于整体地势较为平缓的丘陵区，存在部分黄土冲沟发育，整体呈现西北侧偏低的地势结构，为低中山区[1]。目标矿井目前主采的23号与29号煤层，从地质构造结构来说均属于结构较为简单的单斜构造，采掘期间并未出现变化较为明显的断层结构。现阶段主要对上述煤层进行回采。其中，23号煤层结构较为复杂，平均厚度为12 m，全区稳定可采，其顶板岩性主要以细砂岩为主；29号煤层整体结构较为稳定，煤层平均厚度为4 m，其顶板岩性为中砂岩。

2 水文地质概况

2.1 地表水

目标矿井井田范围内不存在明显地表水流动迹象，雨水主要沿着地表裂隙流出，当降雨量较大时便会产生较大水流。由于水流较大且在短时间内很难对地下水进行补充，井田属于目标矿井水流补给区。

2.2 含水层

目标矿井奥陶系灰岩含水层平均厚度约为25～65 m，主要岩石性状以灰色石灰岩为主，其中，对应奥灰水标高在1 150～1 170 m之间。砂岩裂隙内的含水层以太原组含水层为主，岩石节理及裂隙较不发育，对于水资源的赋存能力较差。煤体中的砂岩裂隙承压水属于下石盒子组砂岩含水层，整个岩层埋深较深且水资源补给能力较弱。在地表河流较低位置，一般为45 m左右深度范围内存在风化壳，该层由于受外界水流影响，相对含水量较高。

2.3 隔水层

目标煤矿的隔水层主要包含两组，其中，本溪组的平均厚度为35 m，岩性组成以砂质泥岩为主，结构较为致密，隔水效果较为理想，可以作为隔水层。其次，太原组与山西组之间的岩石以泥岩为主且平均厚度可达25 m，也能起到较为良好的隔水作用。然而，靠近地表的岩层受气候影响，一般较为疏松，因此不可作为隔水层。

3 充水条件

矿井充水的水源主要来自大气降水、地表水及地下水三部分[2]。大气降水通过岩层之间的裂隙相互沟通而进入矿井深部，形成充水的主要来源之一。目标矿井属于低山丘陵区域，短暂的洪水爆发将会导致入渗量较大，最终对矿井含水量产生影响。地下水对于整个矿井含水量影响是最为严重的，目标矿井的含水岩层埋藏深度较浅且以砂岩为主。因此，其含水量很容易受到大气降水干扰。其部分区域裂隙发育不完整且赋水性较弱，因此仅可储存部分承压水。目标矿井主要为砂岩以及灰岩，胶结能力较强且埋藏较深，这一区域范围内水的补给一般较差，一般不会作为含水层，也不会对矿井安全生产造成影响。

4 矿井涌水量变化规律

4.1 工程类比

目标矿井所处区域较为干旱，降水量较少，属于资源整合新矿，原有的矿井经多年开采后已有大量地下水排出，因此，目标矿井涌水量相对较低且与目标区域降雨量成正比。根据已有的统计数据可知，在降水量较少的时间范围内矿井涌水量仅为400 m3/d，而当处于雨季时，最大涌水量可达600 m3/d。当降水较不明显时，矿井的平均涌水量可达500 m3/d，相比于资源整合之前的矿井涌水量呈现明显降低趋势。同时，在矿井生产过程中发现，顶板淋水是目标矿井主要的涌水方式，且涌出水大多数属于停滞型水。

4.2 涌水量预算

按照工程类比法进行涌水量计算可通过含水系数法[3]获得相关参数，见式(1)所示：

Q=F·q

(1)

式中：Q为计算涌水量，m3/d；F为目标煤矿年产量，万t/a；q为区域含水系数。

结合目标矿井实际生产情况，目标矿井对应年份的涌水量为30万t/a，经过核算后的矿井涌水量Q为500 m3/d，对应可计算目标矿井的涌水系数q=500/30=16.66 。目标矿井经过资源整合后，目标矿井对应的生产能力可达120万t/a，预计正常涌水量可达2 000 m3/d，而实际生产过程中发现目标矿井的实际涌水量可达2 500 m3/d。综合分析目标矿井近年来矿井涌水量变化，采掘过程中的涌水量基本维持在20 m3/h左右，该数值可以有效满足矿井的日常生产。

5 矿井防治水建议[4]

1) 针对矿井防治水，首先应当设置较为完善的矿井排水系统，其中水泵、水仓等应当集中布置于中央水仓并加强对排水系统的维护。为了有效防止矿井发生透水事故，应当针对排水系统设置专用排水预案，包含用水量监测、紧急避灾路线以及矿井突水防治方案等。

2) 由于目标矿井所处地层的特殊性，在大气降水较为严重的情况下很容易出现地下水聚集。因此，在雨季前应当对整个矿井的防排水系统进行提前检测以保证排水畅通，满足矿井生产需求，由于目标矿井采空区范围较大，应当及时收集附近区域老窑积水相关资料，积极进行钻探并严格封堵废弃巷道，对于已探明的积水应加强观测，针对性地提出防治水措施。

3) 由于目标矿井所处区域的太原组岩石以砂岩为主，而该岩层作为主采煤层的主要含水层，富水能力较弱，很容易出现含水量过大导致其垮落而影响正常生产。因此，对于目标煤层应当采取合理开采方式，保证开采高度不会影响到含水层的稳定性，同时加强掘进过程中的巷道顶板的支护。

6 结 语

本文结合相关法规规定，对目标矿井煤层的水文地质情况进行综合分析，采用工程类比以及理论计算的方式对目标矿井含水层以及隔水层进行探究，通过科学方式对矿井涌水量进行有效预测。研究结果表明，目标矿井的水文地质条件符合日常生产需求。