急倾斜煤层群开采水害防治技术探讨

蔡正华 徐学文 骆黄艳

（乐矿集团，江西 景德镇 333300）

1 概述

乐矿集团沿沟煤矿位于萍乐坳陷带的东北端，于涌山桥砂区中部为一不完整的向斜构造，向斜轴呈北东走向，自西向东逐渐向北偏转，略呈弧形。本区出露的含煤地层有上二迭统龙潭组和上三迭统安源组，为急倾斜煤层群组，煤层倾角50～75°，主要开采煤层为一、二、三、五、六、七、八煤。

2 矿井水文地质情况

沿沟煤矿属低山丘陵区，本区对各时代地层难以绝对划分含水层，特别是煤系地层和基底灰岩的富集水区在浅部（-100m以上），而深部则为零星裂隙水地段，难以区别含（隔）水层的空间位置。以地层为单位可将本区地层分为第四系孔隙水含水层、安源组煤系弱含水层、大冶组灰岩含水层、长兴组灰岩含水层、龙潭组弱含水层、茅口组灰岩含水层、栖霞组灰岩含水层七个含水层（组）。

矿区范围内仅有一条发源于大游山的小河横于本区北端，垂直地层走向流入矿区。在流入本区7线和15线之间，河宽10～20m，深2～3m，河床标高+41m左右，枯季流量很小，一般为90～60m3/h（65.1)，雨季时为35.28万m3/h（65.6.28）。河床途经煤系地层与浅部老窑贯通，穿煤系向南切割局部大冶、长兴及阳新统、壶天群等灰岩，促使浅部岩溶发育强烈。

矿井内老窑采空区较多，塌陷范围广，地面破坏严重，老窑积水丰富。矿井开采过程中，易受到老窑突水威胁。而且由于采空塌陷地面受到严重破坏形成洼地，给降水补给创造了良好的条件，井下水量大小直接受大气降水和老窑蓄水所控制。

经现场实际测量，矿井范围内汇水面积有5825600m2，历史上最大日降雨量203.3mm，最大汇水量40051m3/h，各山坞最大汇水量8010m3/h。由于煤层露头与地表水直接相通，大气降雨对矿井充水有直接影响，降雨集中期与井下涌水量关系密切，雨季期间井下涌水量明显增大，见表1。

表1 矿井涌水量

3 矿井开拓方式、采区布置及开采方法

采用立井开拓方式，开采煤层B4～15煤，计18层煤层。井田面积4.8km2。矿井分为三个水平开采，一、二水平已经开采结束，三水平自东向西分为36采区、32采区、30采区和31采区。每个采区走向长度约600m，以采区石门分东西两翼按区段布置采掘工作面。采用伪俯斜柔性掩护支架采煤法，自然垮落法管理顶板。

4 小窑调查情况

矿区内老窑密布，开采年代久远。据1993年统计，沿沟煤矿矿区内生产小井数量达215座，各煤层均有分布。由于小井开采造成河床塌陷，致使河水灌入小井巷道，溃入国有矿井，造成矿井被淹。

2002 年，江西省政府组织对涌山桥矿区进行水患调查，确认沿沟井田范围内有小井120座，最大采深-240m。其中有13座小井开采涌山河床保护煤柱，有40座小井开采国企矿矿井主要井巷保护煤柱和采区边界煤柱，有42座小井超深越界开采，有8座小井上、下煤组同时开采，沟通上下煤组水力联系。据统计估算，沿沟井田小窑采动面积约427万m2，充水空间141.4万m2。根据小窑分布情况，在本矿范围内将小窑采空区划分为7个积水区。

5 防治水技术及管理措施

（1）实施全面的地面环境治理工程，从源头减少源水补给。

① 对煤矿（主要是地方小窑）开采破坏的地表实施环境治理工程。几年来，在地面井田范围内自东向西沿五煤顶板构筑了一条2300余米主排水沟（规格2.0×2.0m），并在主排水沟两侧构筑了多条支水沟，总长度约10000m，将山地低洼处积水排入主水沟；同时充填了100余个废弃小窑井筒及开采沉陷区，并对地面进行了绿化，有效减少渗透入井下的雨水。江西省政府组织对涌山桥矿区进行水患调查所列的7个积水区已经全部消除。2010年地面治理前后集中降雨期降雨量与最大涌水量对比见表2。

表2 地面治理前后降雨量与最大涌水量对比

② 根据涌山河床保护煤柱破坏程度分析，1～5煤层破坏严重。为防止汛期河水渗漏入井，对涌山河保护煤柱实施围幕注浆，使各孔中注浆体相互搭接以形成一道类似帷幕的混凝土防渗墙，以此截断水流。共施工注浆孔31个，注浆1500m3，并对河道穿过煤层段实施人工钢网混凝土河床，有效拦截了地面降雨通过空洞渗入井下。

③ 常态巡查，与地方政府联手打击盗挖盗采（打非治违），避免形成新的积水区。

（2）绘制详细的矿井水文地质图，将所有影响开采安全的积水区全部标注上图，分别颜色标注小窑积水区与矿井下的水力联系，实行红绿线管理，并在采掘工程图上详细标注，以指导生产。

（3）根据矿井采掘方案，优先安排探放水工程（方案、设计、批复、验收），消除全部有关联的积水区。在拟划定的采掘区域，先行施工覆盖全部采掘范围的探放水系统工程（为了一巷多用，充分与后期瓦斯抽采工程结合布置），井巷工程主要为施工煤层顶底板探放水顺层岩巷和边界放水上山，在岩巷中每隔50m布置探水小石门（探水钻场），在距煤层10m处施工煤层探放水钻孔，查清并放干水后再揭开煤层。按“三专两探一报告”（三专：专业防治水技术人员、专用探水钻机、专业探水队伍；两探：物探先行，钻探验证；一报告：探放水结论报告）要求，彻底消除水患，在有水患区域开展采掘活动必须严格执行“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”的原则（有静水压头的要采取措施控制放水）。探清放干不等于消除了隐患，有动态补给水源的，必须采取稳定可靠的截引排水措施，不能认为水量小，流入采空区不会形成安全隐患。将红线区变成绿线区后，再安排采掘工程，实施探放水工作时，所有影响区域必须撤人。

（4）对已探通、掘通、放净水的老巷，如有常态补给水源的必须施工巷道工程，进行源头拦截引水。通常在采区的边界预留放水上山，在补给源头拦截，消除动态流水遇上不可预测的因素，形成新的危险源。

（5）完善采煤工作面的防治水措施。

完成探放水工程的采煤工作面，虽然不受承压水的威胁，但其上区段采空区及上覆层顶板的淋水，对采面安全生产仍有较大影响，导致作业条件变差，严重影响煤质，管理不善时可能形成工作面煤泥流，威胁安全。因此，采煤工作面治水也是十分重要的环节。

① 对采煤工作面涌水量实行分级管理。当涌水量达到3m3/h时，工作面必须采取措施，只安排一个点作业；当工作面涌水量达到5m3/h时，停止作业。

② 工作面回采过程中不准设档，且工作面不得留余煤交班，杜绝产生煤泥流。

③ 采取拦、引、接等多种方式手段，最大限度地减少渗入工作面的水量。

④ 建立完善的脱水系统，减少含水煤量，如机巷脱水、高低位排沉淀池设置，对脱水系统实施专业队伍管理等。

6 结语

沿沟煤矿经历多年开采，接受几次水害事故血的教训，进一步规范和强化了矿井水患治理工作，更新了水患治理理念，水患治理技术逐步提高，管理措施不断完善，矿井防治水工作取得全面突破。实践证明，只要从思想上高度重视，并针对性地从技术和管理上认真做好防治水的每一项工作，如水文地质资料收集、水患潜在致灾因素普查、地面源头治理、井下疏排、涌水点的日常观测管理等措施到位，就能有效防范矿井水害事故。