鸣西矿井水害因素分析与防治水技术探讨

徐学文，吴章毛

（1.江西乐矿能源集团有限公司沿沟煤矿，江西 景德镇 333303；2.江西新鸣煤业有限责任公司，江西 景德镇 333300）

1 概述

江西新鸣煤业有限责任公司鸣西矿井位于江西省乐平市城区西南16 km， 属乐平市乐港镇管辖。 井田位于鸣山向斜西南端的南翼，总体为一倾角缓， 走向NE、 倾向NW 的单斜构造， 地层倾角16°～29°， 一般20°。 局部地段发育次一级缓褶曲，断层发育，但展布具有一定的规律性，构造复杂。

矿区面积16.104 1 km2，开采深度+56～-1 000 m标高。 鸣西矿井设计年生产能力为300 kt/a，核定能力250 kt/a。属于低瓦斯矿井。采用立井多水平开拓，划分为2 个水平，一水平标高-650 m，二水平标高-900 m。一水平为现生产水平，回风水平标高-390 m。

井田主要含煤地层为二叠系上统龙潭组老山段， 开采老山下亚段B3煤层。 B3煤层厚0.82～5.47 m，平均厚2.16 m。煤层结构简单，含夹矸0～1 层， 厚度0.05～0.35 m。 B3煤层直接顶板多为0～4.0 m 的泥岩、粉砂岩，局部为0～1.31 m 的泥灰岩；底板一般为鲕状铝土质泥岩（局部有薄层炭质泥岩伪底），泥岩一般厚4～6 m，局部地段底板为粉砂岩。

B3煤层容易自燃，煤尘有爆炸性。 采煤工作面为走向壁式后退式采煤法，采用单体液压支柱配铰接梁支护，爆破落煤，全部垮落法管理顶板。

原鸣山煤矿位于井田东部，2016年关闭。 两井相距6 km，并且属不同井田，因此鸣山煤矿老空积水对鸣西矿井开采没有影响。

矿区属低矮丘陵地形， 一般高程+20～+40 m。矿井属于以岩溶含水层充水为主的水文地质条件中等的矿床。 根据近3年大气降雨记录、井下排水记录和实测涌水量观测台帐，矿井正常涌水量为6 m3/h，最大涌水量为22 m3/h。

2 矿井主要水害因素分析

2.1 含、隔水层

矿区位于鸣山向斜盆地的西南端，西北和东南两侧边缘有茅口灰岩组成的小山丘，总体由东北往西南地势逐渐降低，区内大面积被第四系及白垩系覆盖。 区内出露和揭露的含水层有4 个：第四系孔隙潜水、 白垩系下统下部砾岩及砂砾岩裂隙承压水、二叠系上统长兴灰岩岩溶裂隙承压水、二叠系下统茅口灰岩裂隙岩溶水； 区内的隔水层有3 组：白垩系下统（K1）的上部、三叠系下统大冶组、龙潭组。

2.2 断层富水性

区内断层发育， 施工的钻孔中屡见断层，38 个钻孔中有10 个孔见断层。三维地震勘探[1]在区内共解释断层49 条，其中落差＞20 m 的断层33 条。 根据这33 条断层切割部位的地质与水文地质特征差异，初步可把各断层分成两类，即可能导水断层和不易导水断层。 符合下列条件者，则定为可能导水断层： 一是断层切割了B3煤及长兴灰岩或茅口灰岩； 二是断层使B3煤至长兴灰岩距离＜40 m 或距茅口灰岩距离＜50 m。

区内切割B3煤层及长兴灰岩或茅口灰岩的断层共28 条， 其中可能导水的断层有F5、F6、F8、F8-1、F10、DF2、DF1、DF4、DF5、DF6、DF22、DF28、DF27等 共13条，属于张性或张扭性正断层，且都切割了B3煤及长兴灰岩或茅口灰岩。

不易导水的断层有F14、F14-1、DF18、DF34、DF35共5条，属压性逆断层。

2.3 矿井充水因素分析

（1）水源

直接充水水源：长兴灰岩岩溶水是C 煤组开采的直接充水含水层，茅口灰岩岩溶水是B 组煤开采的直接或间接充水含水层。 矿区茅口灰岩富水性整体中等偏强。

间接充水水源：大气降水、地表水、第四系底部砂砾层水， 大冶组裂隙岩溶水及白垩纪底部砾岩水。

（2）通道

①断层带

断层破碎带，导水断层与长兴灰岩和茅口灰岩含水层有水力联系时，会成为开采B3煤层时的主要突水通道。 断层两侧一般裂隙发育，往往成为富水带，并沟通上下含水层。

②封闭不良钻孔

井田勘查因施工周期较长，多家地勘单位在井田内施工过，各历史时期，各施工单位对不同地质图的钻孔或未封闭，或封闭段距偏小，有相当一部分钻孔未收集到封闭记录，封闭段距和封孔材料不清。 因此，井下采掘时，邻近老孔要提高防范意识，以避免封闭不良钻孔沟通上下含水层，成为向矿井工作面充水的直接通道。

③采掘活动。 采掘过程可使工作面内的断层活化，增大冒落带、裂隙带高度，并改变断层导水性质。

（3）矿井充水因素分析

①茅口灰岩含水层对矿井开采影响

B3煤层底板向下依次有泥岩、 粉砂岩和细、中粒砂岩或粗砂岩，其中泥岩和粉砂岩在区内的厚度为3～24 m，一段厚10～14 m，而与其下的官山段砂岩接触。

官山段砂岩属于坚硬岩类，稳定性好。 但官山段下距茅口灰岩顶界有一定变化， 通常情况下，茅口灰岩顶部距B3煤层一般为80 m 左右，由于矿区构造复杂，使得很多地段B3煤层与茅口灰岩距离缩短，甚至直接接触。 二者间距在中部3-4-2、3-4-4、3-4-5 号孔一线附近，矿区北部、西部局部地段有所增大，4-5-1 钻孔附近二者间距减小； 在断层附近，间距变化较大、较快，间距大小取决于断层性质、落差大小等，见图1[1]。

图1 B3 煤层与茅口灰岩之间岩层等厚线[1]

根据勘探区内钻孔实际资料[2-3]，有7 个钻孔穿过B3煤层揭露到茅口灰岩，按《煤矿防治水细则》附录五[4]，计算B3煤层突水系数并对突水可能作出简易评价，见表1。

表1 B3 煤层距茅口灰岩顶界的空间关系

该井田茅口灰岩岩溶发育一般，富水性不均。B3煤与茅口灰岩间距在80 m 左右， 两者之间地层有一定的隔水作用，尽管茅口灰岩水压较大，正常地段在-1 000 m 以浅不易构成底板穿水。 但矿区切割茅口灰岩和官山段的断层较多，B3煤层底板受构造破坏的地段，由于承受水压较大，在中浅部，但仍存在着突水的危险。

在建井期间共发生2 起茅口灰岩突水事故，分别是风井-360 m 回风巷在探水时发生突水， 最大突水量为240 m3/h，-650 m 水平原中央变电所掘进时发生突水，最大突水量为120 m3/h。

相邻已关闭的原鸣山煤矿共发生6 次茅口灰岩突水，最大突水量达309 m3/h。

②长兴灰岩含水层对开采影响分析

长兴灰岩总体上讲岩溶不甚发育， 连通性差，富水性不均。 造成这一状况的原因一是长兴灰岩全部隐伏于白垩系之下， 受断层和白垩纪剥蚀的影响，分布比较零星，且盖层厚度较大，相对隔水；二是大冶灰岩底部的泥岩起到了隔水作用，大冶灰岩分布于F10断层已东的红层下， 造成长兴灰岩岩溶水补给条件很差。 再之，矿区C 煤组赋存不稳定，且含硫量严重超标，今后将难以开发利用。 如果断层与长兴灰岩和茅口灰岩不导通，B3煤层开采后形成的导水裂隙带波及不到长兴灰岩时，长兴灰岩裂隙岩溶水一般不会构成B3煤层开发的直接威胁。

③断层的导水性及其对矿井开采的影响

井田内断层构造复杂，切割了茅口灰岩或长兴灰岩、 导水断层使灰岩含水层与煤层距离缩短、甚至直接接触，特别是F11、F10、F8等大断层，断裂破碎带较宽，靠近断层易派生小断层或裂隙，破坏了断层两盘地层的完整性。 依据邻近矿井开采调查资料可知：一是井田内构造复杂，断层本身含水性一般较弱。 但部分断层可能导水，就是有些不易导水断层，在开采后，由于静水压力和矿山压力的改变，也会促使其变成导水断层；二是邻近的鸣山煤矿多次发生断层或次一级派生小断层导通茅口灰岩，造成突水事故。

总之，在开拓过程中过断层之前，应坚持超前探水，并做好疏水降压及放堵水工作，并在开采时必须留有足够保护煤柱，以防穿水。

④封闭不良钻孔对开采的影响

鸣西井田地质勘查工作分多期进行， 自1956年起至今，勘查先后施工6 次，多个单位施工，井田内钻孔共计50 多个，因早期钻孔施工质量较差，见煤钻孔较少， 封孔质量不高甚至不采取封孔措施，且大部分资料保存不全， 特别是上世纪70年代石油部门施工的石油勘探钻孔，需进一步收集，查明钻孔封闭情况。

⑤地表水对开采的影响

矿区内地表水体主要有区内西南端乐安江老河道及东北侧的凤凰水库， 其次是常年蓄水的45个小水库， 由于区内主采的B3煤层埋深在460 m以深，煤厚约2 m，开采形成的冒裂带高度远远小于460 m，因此，在开采过程中地表水直接充入矿坑的可能性很小。

其次，区内大部分断层为隐伏断层，地表有2～30 m 的第四系粉质粘土， 地表水通过断层进入矿坑的可能性也很小。但在区内中部F10、F11、F8断层切割B3煤及上覆岩层、断层破碎带导水性较强，因此开采时，必须留设相应的隔水煤柱，以防导通地表水体。

⑥老窑水对矿井充水的影响

区内4 线南部有一对已经关闭的长山煤矿井筒，主、副井筒深分别为470 m 和464 m，副井穿过B3煤层，未开水平巷道，积水约1 800 m3；主井未见煤，有岩巷约120 m，积水约2 500 m3。 因此，在此区域开采时穿水的可能性很大，必须采取探放水措施。

鸣西矿井与长山煤矿以DF27断层为分界，长山煤矿最近点副井距DF27断层以东约120 m，鸣西矿井11 采区东部以DF27断层为边界， 已开采的1101采面边界距DF27断层以西30 m。 即两矿以断层为分界，两侧留设的防隔水煤（岩）柱总宽度为150 m。

3 矿井防治水技术

1）加强矿井防治水基础工作。 一是加强断层导水性、含水性的研究；二是利用好三维地震勘探资料，加强对深部长兴灰岩、茅口灰岩的富水性、分布规律的研究；三是利用好勘探钻孔资料，加强B3煤层与底部灰岩间距的分析。 为矿井防治水工作提供科学、有效的依据。

2）严格按照《煤矿防治水细则》及设计要求留设防水煤（岩）柱，并在采掘工程平面图、矿井充水性图中标明。 在巷道掘进通过断层之前，必须制定防治涌水、突水的具体措施。 严禁破坏防水煤（岩）柱或在防水煤柱内进行采掘活动。

3）根据钻孔资料，B3煤层下距底部茅口灰岩顶界较近（大多小于100 m）、开采深度深，灰岩水水压大，开拓、开采主要巷道应布置在煤层与煤层顶板中，不宜布置在B3煤层底板，如确需布置在B3煤层底板，须进行专项水害论证，确保无突水风险。

4）当煤层底板以下赋存高水压、岩溶裂隙含水层(组)时，必须编制隔水层或相对隔水层等厚线图(包括水文地质实际材料) ，进行底板突水性分析，对有突水可能的区域进行预测， 并制定防治水措施，合理选择开采方案。 具备带压开采条件的煤层，应编制开采区域防范底板含水层出（突）水安全技术措施。

5）特别加强防范断层导水的水害，导水断层必须留设防隔水煤柱。 生产过程中严格落实地质预测预报工作，及时掌握煤层赋存、地质构造、顶底板岩性变化等情况，特别要加强对断层、次生小断层的探测、控制，查明断层、次生小断层的含水性、导水性，以防断层透水。 对于断层构造薄弱带，必要时进行惟幕注浆，隔断水源，然后疏水降压。 不具备疏水降压条件时，可酌情采用局部注浆加固底板隔水层或改造含水层为隔水层的方法。

6）坚持“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”的防治水原则，采掘工作面超前探放水采用物探、钻探两种方法，做到相互验证。 探放水前必须编制探放水设计，探放水接近水体前，必须采取控制放水量的措施。

7）加强对排水设备、设施的维护、保养，确保排水设备、供电电源运行可靠。

8）加强职工水害防治的安全知识培训，每年组织一次水害应急救援现场演练，强化职工应对矿井突发水灾事故的自救和抢险技能。

4 结语

1）鸣山矿井属于以岩溶含水层充水为主的水文地质类型中等的矿井。 由于矿井地质构造复杂，断层发育，因此，矿井在今后防治水工作中，应认真吸取建井期间2 起茅口灰岩突水事故的经验教训，利用好现有的地质勘探、物探资料，必要时进行矿井水文地质补充勘探， 进一步查明茅口灰岩富水性、富水区域分布范围、 及富水区与B3煤层的空间关系， 在生产过程中严格落实地质预测预报工作，及时掌握煤层赋存、地质构造、顶底板岩性变化等情况，特别要加强对断层、次生小断层的探测、控制，查明断层、次生小断层的含水性、导水性，以防断层透水。

2）进一步收集地勘钻孔资料，查明钻孔封闭情况，采掘工作面接近地勘探钻孔之前，必须制定防治涌水、突水的具体措施，留没防水煤（岩）柱，施工超前探放水钻孔。