保安煤矿充水条件分析及水害防治对策

2021-04-12王耀辉

当代化工研究 2021年13期

＊王耀辉

（山西省煤炭工业厅煤炭资源地质局山西 030045）

1.矿井基本情况

山西煤炭运销集团保安煤业有限公司生产规模150万t/a，开采深度由459.93m至219.93m标高。目前开采15号煤层，水文地质条件为中等。井田各可采煤层均属奥灰水带压开采。由于本井田构造发育，奥陶系中统岩溶裂隙含水层厚度大，富水性弱—中等，水压高，在带压范围内，奥灰水有可能沿构造薄弱带、底鼓裂隙进入矿井，可能对矿井安全生产构成威胁。因此，分析矿井的充水因素对矿井生产安全显的十分重要。

2.矿井充水条件分析

(1)充水水源

①大气降水及地表水

本井田各可采煤层埋藏较深，井田内最上一层3号煤层埋深约在450～750m，并且其上覆盖有巨厚的二叠系砂泥岩和新生界松散层，在正常情况下大气降水和地表水，不可能直接成为矿井充水水源。对深部岩层的补给很小，对矿井充水影响不大。

②含水层

A.顶板充水含水层。各煤层顶板导水裂缝带将沟通其发育范围内各含水层间水力联系，通过导水裂缝带向矿井充水，为矿井充水的主要来源。二叠系下统下石盒子组及山西组砂岩裂隙含水层和石炭系上统太原组砂岩裂隙夹石灰岩岩溶裂隙含水层中的砂岩和灰岩含水层都会成为煤层顶板充水含水层。由于3、6、8、9号煤层上覆砂岩含水层富水性弱，补给条件差，易于疏干，一般不会影响矿井正常生产。

15、15下号煤层的顶板直接充水含水层为太原组砂岩裂隙夹石灰岩岩溶裂隙含水层，富水性弱，结合矿井近年来开采15号煤层充水情况分析，总体上矿井涌水量小，局部地段有一定的补给来源，涌水量一直稳定，但水量不大，可见井田内太原组含水层整体上动、静储量不大，富水性弱，主要接受侧向径流补给，补给条件差，易于疏干，一般不会影响矿井正常生产。

B.底板充水含水层。井田内各煤层底板间接充水水源来自奥陶系中统岩溶水，其中奥陶系峰峰组岩溶裂隙不发育，含水层富水性弱，而上马家沟组中段岩溶裂隙发育，含大量峰窝状溶洞，为上马家沟组主要含水层段。上马家沟组岩溶裂隙含水层富水性弱—中等，是煤系地层下伏最具威胁的含水层。

井田内奥灰水水位标高520-531m，各可采煤层均低于奥灰水水位标高，各可采煤层均属奥灰水带压开采。由于奥陶系中统岩溶裂隙含水层厚度大，富水性弱—中等，水压高，在带压范围内，奥灰水有可能沿构造薄弱带、底鼓裂隙进入矿井，可能对矿井安全生产构成威胁。

C.采空区（老窑）积水。井田内煤层埋藏较深，无小煤矿开采，井田内无古空区分布。

保安煤业现开采15号煤层，其它煤层尚未开采，无采空区分布。现阶段15号煤层一采区南翼相邻15102、15104、15106工作面采空区内，在标高280m以下范围存在大面积积水，一采区北翼各工作面均属上山回采，采空区内的积水会从密闭墙留设的放水口流出采空区，经调查和后期打钻探测核实，15103、15105和15107工作面采空区内无积水。

井田东部相邻的新景煤矿属生产矿井，现开采3、8、15号煤层，与本井田之间无越界开采现象，其采掘活动区域与本井田相距较远，且井田现开采的15号煤层一采区与井田东部边界仍相距570m以上，其间为村庄及其它保护煤柱。因此，新景煤矿采空区积水对本井田目前开采15号煤层无影响。井田北、西、南部相邻的七元煤矿，现处于基建阶段，尚未投产，故对本井田目前开采15号煤层无影响。

(2)充水通道

①煤层开采后形成的导水裂隙带。井田内3号、6号、8号、9号煤层顶板以砂岩、砂质泥岩和泥岩为主，属中硬岩石；15号、15下号煤层的的直接顶板或老顶均为石灰岩，属坚硬岩石。

15下号煤层开采后，形成的导水裂隙带高度介于72.28～90.61m之间，可达太原组上段顶部，导通8号、9号、15号煤层，使15下号煤层之上的太原组砂岩夹石灰岩岩溶裂隙含水层成为15下号煤层的充水水源。保安煤业现采用上行式开采，先期开采15号煤层，其他各可采煤层尚未动用，以矿井充水因素而言，目前仅太原组砂岩夹石灰岩岩溶裂隙含水层会向矿井15号煤层进行充水，且根据前述内容，太原组含水层富水性弱，一般不会影响矿井正常生产。

②构造导水通道。截止目前井田内发现正、逆断层上百条，其中发现落差在5.0m以上的断层6条，落差在1.0-5.0m之间的断层150条以上，其余断层落差均在1.0m以下。其中井田西部边界附近发育的F27正断层，落差大于50m（6-9钻孔处落差大于10m），向上错断太原组及山西组以上地层，使奥陶系峰峰组地层与15下号煤对接，据6-9号钻孔冲洗液消耗量推测，该断层导水性较弱，对目前矿井充水无影响。主要表现为破坏了地层的完整性，减少了煤层底板隔水岩柱的厚度和力学强度。但是断层导水性并不是一成不变的，随着采空塌落面积的不断扩大，矿山压力重新分布，断层有可能活化，原来不导水的断层也有可能转变为导水构造。

截止目前在井田内共发现陷落柱45个，揭露的陷落柱规模一般较小，多在30m以下。从实际揭露陷落柱的情况来看：陷落柱导水性均弱，无明显涌水现象。根据东部临近矿井新景矿资料，陷落柱有导水现象，陷落柱出水4次，突水量为1-50m3/h，突水水源为底板奥灰岩溶水。井巷或采掘工作面，接近陷落柱时，可构成煤系地层与岩溶水的垂直通道，有可能发生岩溶水突水事件；保安煤业开采中尚未发生岩溶陷落柱突水事例。但随着采掘工程不断进行，受采动影响，地应力重新分布，陷落柱仍有可能发生突水，即在矿压作用下滞后突水的可能性不可忽视。特别当陷落柱与断裂构造或裂缝带联合作用时，有可能成为底板岩溶水的通道。

③底板突水。井田3号煤层为局部可采煤层，可采范围位于井田东部，可采范围内奥灰水带压开采最大突水系数为0.015MPa/m；6号煤层为大部可采煤层，可采区主要分布于井田中西部-北部、东南部，奥灰水带压开采最大突水系数为0.021MPa/m；8、9号煤层为全区可采煤层，奥灰水带压开采最大突水系数分别为0.022MPa/m和0.024MPa/m。

保安煤业为煤与瓦斯突出矿井，现开采15号煤层，各工作面顺槽掘进前均先施工底抽巷，底抽巷位于15号煤层下20m，位于15号下煤层下16m。考虑底抽巷的影响下，在计算15及15下号煤层奥灰水带压开采突水系数时，15、15下号煤层底板有效隔水层厚度相同，均取各孔15号煤底板隔水层厚度减去20m，在考虑底抽巷影响的情况下，15号煤层奥灰水带压开采最大突水系数为0.055MPa/m。15下号煤层为局部可采煤层，可采范围分布于井田中西部（北侧）、中东部、东南部，15下号煤层可采范围内带压开采最大突水系数取0.050MPa/m。

井田内各煤层可采范围内最大突水系数均小于底板受构造破坏块段临界突水系数0.06MPa/m，正常情况下，发生突水的可能性小，但在导水断裂构造及封闭不良钻孔附近存在发生突水的可能。

④封闭不良钻孔。井田内以往施工的各钻孔，均按同期规范要求进行了水泥封孔，封孔质量均为合格，但均未进行启封检查，该矿今后在钻孔附近开采时应采取相应防范措施，以防煤层上、下含水层沿钻孔涌入巷道造成水害事故。

3.矿井受水害类型

综合以上分析，对矿井今后开采受水害影响严重的主要有：采空区积水、奥灰水、顶板水及构造导水。

4.矿井水害防治原则及措施

(1)水害防治原则

①必须坚持“预测预报、探掘分离、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则，采用“物探先行、化探跟进、钻探验证”的综合探测手段。②加强地质及水文地质补充性探查，井上探查手段以物探为主，钻探为辅；井下探测手段为物探先行，钻探验证。井上下探测、监测与水文地质实验紧密结合。③建立地下水位、水质及水情动态监测系统，开展水位、水质及水情动态实时监测。④对奥灰水防治以合理受控疏放为主，掘进巷道必须进行超前探，工作面开采前进行瞬变电磁勘探或坑透，必要时采取堵水工程措施。

(2)水害防治措施

①在雨季特别要做好地表水的疏排工作，并针对采掘范围内河沟渗漏、河床塌陷地段回填并铺设人工河床；对以后河床下采煤区段进行隔水煤柱的检查与修整；对井上排水系统、地表防隔水密闭不定期的巡查等。

②回采期间加大排水设备，保证矿井安全生产。对局部富水性强的松散含水层应进行疏水降压，减小水压力，防止发生涌水灾害；对导水裂缝带可能波及的顶板上部砂岩裂隙含水层水，在掘进、回采前必须采取探放水措施彻底疏干；对煤层底板破坏带可能波及的或对开采有影响的太原组局部富水性强含水层水，可采取疏水降压等措施，将水位降到煤层底板以下。

③加强对带压区内断层和陷落柱富导水性探测与研究工作，可通过注浆封堵切断其与奥陶系灰岩含水层的水力联系，也可通过留设防隔水煤柱进行隔离。

④各巷道掘进及工作面回采前，应结合掌握的情况，运用物探手段进一步查明相邻工作面采空区积水范围、积水量等情况，并根据探测结果合理有效地布置探放水孔，待具有威胁的积水全部疏放完毕后再进行掘进及回采。对同层采空区积水提前进行探放后，采空积水不会威胁矿井的安全生产。

⑤掘进底抽巷时严格按照《煤矿防治水细则》有关带压开采的要求掘进，发现突水（透水、溃水，下同）征兆、可能导致淹井等重大险情，立即撤出所有受水患威胁地点的人员，在原因未查清、隐患未排除之前，不得进行任何采掘活动。矿方以红头文件形式下发了水害隐患应急处理授权书，并将矿井透（突）水征兆和水害隐患应急处理授权书以牌板形式悬挂于各工作面。