丰城山西煤矿水害因素分析及建议

2020-11-16刘地福李贤飞李金燕

江西煤炭科技 2020年4期

刘地福，李贤飞，李金燕

（江西省煤田地质勘察研究院，江西南昌 330001）

1 矿井概况

山西煤矿是江西煤业集团有限责任公司的主力矿井之一，位于丰城市洛市镇境内，位于洛市矿区的北部；开采三叠系上统安源组煤层，为多煤层开采，主要开采23 号煤层。矿井设计生产能力0.33 Mt/a，矿井为斜井阶段石门开拓方式，采煤方法采用走向长臂后退式，设计生产水平为-150 水平及-300 水平，目前采矿活动集中在-300 m 水平。

2 矿区自然地理及周边小井分布

2.1 矿区自然地理

山西煤矿地处萍乐凹陷中部南缘，属低矮丘陵区；地势北东高，南西低，最高点为矿区南东的仙林观山峰，海拔标高+81.8 m，最低点为矿区西南城上一带，海拔标高约+38 m，相对高差43 m 左右。

区内植被较发育，水土保持良好，属亚热带湿润季风气候，年降水量1 200～1 500 mm，多集中在3～7月，年蒸发量1 400 mm 左右，雨量充沛。

矿区内水系不发育，主要为小冲沟，在矿区西部边缘发育一条洛市河，由南向北流出矿区，常年流水，流量0.16～120.13 m3/s，另在矿区东部边缘南有龙溪河，常年流水，由南向北流出矿区。大气降水主要以地表片流形式汇入沟谷，排泄到西部洛市和东部龙溪河中。

2.2 周边小井分布

山西煤矿开采历史久远，周边小井及老窑密布，西面有洛市三矿、欣欣煤矿，南面为腾达煤矿、丰顺煤矿，东面分布有座山煤矿、洲上三矿，北东面还有剑光煤矿和荣胜煤矿。其西南尚有江西煤业有限公司的主力矿井之一的生产井—流含煤矿（但与山西矿不连通），这几年，因去产能政策，小井均已关停（山西煤矿与周边煤矿关系，见图1）。

图1 山西煤矿周边小井分布

3 矿区水文地质条件

3.1 含、隔水层

（1）第四系孔隙含水层

主要为洪积、坡积层，分布于沟谷、山间盆地、缓坡和山麓地带，厚度7 m 左右。上部为1～3 m 厚的粉质粘士，中下部为粘土质砂砾层，含水性较强。据水源勘探4 次群孔抽水试验：q=0.086-2.528 l/s.m，K=3.09-25.73 m/d，R=130 m，水质为HCO3-CI-Ca-Mg 型，PH 值5.7～6.05，水温16℃～17℃，矿化度69～70.5 mg/l。第四系孔隙水由大气降水补给，水量随季节变化。

（2）安源组砂岩、砾岩含水层

该含水层主要分布于安源组砂岩、砾岩中，分布于煤系地层上部，距离煤层约200 m，厚度近100 m，裂隙发育，具承压性。据勘查阶段的抽水试验，q=0.016 l/s.m-0.032 l/s.m，k=0.070 2-0.094 3 m/d，属弱含水层。

（3）安源组粉砂岩和泥岩隔水层

全层厚约600 m，岩性致密，裂隙不发育，除浅部露头含风化含裂隙水外（分布于三家冲地层与紫家冲地层中）。其基岩钻孔简易水文观测均无异常现象，冲洗液消耗量小，局部砂、砾岩夹层含水性弱，井下观测只见少量滴水、小淋水点，补给和排泄条件极差，视为隔水岩组。

3.2 矿坑涌水量

山西煤矿涌水量主要由中央采区、西五采区及东翼采区构成（主要包括山西三小井、原东五采区），矿井两个水平（-150、-300）水量均通过排水管路，由山西矿副井排出地表；东翼采区积水由山西三小井主立井排出地表。矿井涌水量经多年实测，见表1。

表1 矿井实测涌水量

4 矿井水害因素

4.1 地表水

矿区内水系不发育，主要为小冲沟，山西煤矿矿井范围无河流、水库等地表水体分布，仅矿区北西侧外围的洛市河，对山西矿的开采无直接影响；东部外围发育的龙溪河距离山西煤矿亦2 km 远，对山西矿开采无直接影响。

4.2 断层水

矿区断裂构造较发育，山西煤矿东翼采区与北部剑光、荣胜煤矿以F04正断层为边界，可能成为东翼采区与这两个矿山的水力联系通道；F05逆断层造成煤层重复，同时拉近了上部24 号煤与23 号煤层的间距，上部采空区积水被该断层串通可能性很大，对23 号煤层开采有一定影响；F18正断层在采区东部，是山西煤矿和洲上三矿的边界，同时也可能成为这两个矿山的水力联系通道，在F18正断层上盘开采山西矿东翼采区煤层时，洲上三矿采空区积水也可能通过断层进入山西矿东翼采区。

4.3 自身采空区积水

（1）中央采区、西五采区

山西矿经过多年开采，自身采空区范围分布较广。其中24 号煤层采空区分布面积731 555 m2，开采标高为-80～-285 m；23 号煤层采空区分布面积546 746 m2，开采标高为-150～-320 m；21 号煤层采空区分布面积27 174 m2，开采标高为-50～-140 m。上部24 号煤层已全部采完，中央采区23 号煤层-300 m 标高也基本采完。据矿山资料，矿井涌水量主要为大气降水及小井水通过中央采区、西五采区渗入矿坑，采空区自身积水较小。

（2）东翼采区

东翼采区23 号煤层距上覆的24 号煤层约35 m，24 号煤层已采完，开采标高-99.35～-247.8 m 左右，采区内山西三小井原采用巷柱式采煤方法，21号煤开采标高-172.1～-297 m，23 号煤采标高-200～-279 m，13 号煤开采标高下至-283 m。山西三小井2001年关闭，存有大量的采空区积水，采空区面积17.36 万m3，积水量约19.35 万m3，对东翼采区开采影响较大。

4.4 周边关闭小井积水

（1）腾达煤矿

开采限标高为-218～-279 m。据了解，该矿在掘23 号煤层工作面切眼时，标高-270.4～-280.4 m出现顶板淋水。因淋水不断增大，在-297 m 巷道及21 号煤巷道施工了挡水墙。挡水墙内积水约5 万m3，山西矿于2017年5月份通过放水巷将积水放至-330 水仓。目前证实已放干，并与山西三小井23 号煤留有50 m 左右隔离煤柱。

（2）座山煤矿

开采标高-318～-140 m。座山煤矿与洲三矿在-225 m 标高通过上山巷道贯通，山西矿东翼采区与座山矿、洲三矿水力联系密切。

（3）荣胜、剑光煤矿

荣胜煤矿开采标高为-90～-180 m。该矿通过-130～-170 下山与山西矿东采区五2331 工作面连通，积水全部进入东五采区。

剑光煤矿开采标高-85～-175 m，井下水位标高估计在-130 m，与荣胜煤矿（-140 m 及-120 m）23 号、13 号煤层联通，与洲三煤矿23 号（-175 m）、24 号、33 号煤层都有联通，无排水点。剑光矿通过-144 上山巷连通山西矿东五采区-150 上山石门，然后与山西三小井在-170 m 标高与23 号煤层联通，深部采空区积水全部通过联通巷道进入山西矿东五大巷。

（4）洲上三矿

开采标高为-260 m。在-175 水平23 号煤与原丰城市河东煤矿采空区贯通。洲上三矿与剑光、座山、河东煤矿存在水力联系。河东煤矿淹井关闭，-110 水平丧失排水能力后，矿井水经-120 水平贯通点进入，再从-100 水平沿下山巷进入丰纪果园13 号煤层-197 m 标高，连通喻家矿-201 大巷，进入座山煤矿27 号煤层，座山煤矿有一条煤层上山在-225 m 标高通往洲上三矿。

据矿山证实，洲上三矿23 号煤巷下山-190 水平平巷、-210 水平平巷联通，与山西矿东五2357 工作面贯通，水位满至-150 水平，进入-150 m 东大巷，对山西矿开采影响较大。

（5）丰城市河东煤矿

位于洲上三矿以东。开采水平在-90 m 以上，与洲上二矿、洲发煤矿连通，洲上二矿开采浅部，地表裂隙多，渗水面积大，总体水量大。河东煤矿关停后，地表水和井下积水直接进入座山、剑光、荣胜矿，再进入山西煤矿。从区域上讲，河东矿关闭后的积水构成山西矿东翼采区的补给源，河东矿积水通过洲上三矿进入山西矿东翼采区，对山西矿的开采形成间接影响。