莒山煤矿3 号煤层采空区积水调查分析及防治措施

郭阳阳

（山西兰花科技创业股份有限公司 大阳煤矿分公司，山西 泽州 048021）

1 概 况

矿井水害威胁着煤矿安全生产，严重时可能淹没矿井，造成巨大的人员伤亡和经济损失。随着煤矿开采强度和煤炭需求量的不断增加，煤矿开采深度不断增加，顶底板所承受的水压也不断增加，严重影响到了矿山的安全生产，是制约煤矿安全生产的主要因素之一，如何防治水害成为研究热题。

莒山煤矿目前开采的3 号煤层即将殆尽，下阶段计划开采9 号煤层，9 号煤层位于太原组三段下部，厚0.37～1.55 m，平均厚1.24 m，煤层厚度稳定，煤层结构简单，含0～2 层矸石。煤层顶板以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩为主；底板多为泥岩，局部为砂质泥岩。经多年开采，井田内3 号煤层己形成大量采空区，采空区积水会对下一步煤层的开采造成影响，因此，在莒山煤矿9 号煤层开采前，必须查清上覆采空区积水位置和积水量，为安全高效开采提高地质保障。

井田内主要含水层为第四系松散岩类孔隙含水层，基岩风化带含水层，二叠系上、下石盒子组砂岩裂隙含水层、二叠系山西组砂岩裂隙含水层、石炭系太原组砂岩、灰岩岩溶裂隙含水层、中奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层。

3 号煤层采空区积水主要有二叠系山西组砂岩裂隙含水层，以泉点形式排泄或向内排泄，该含水层位于井田东北部出露，主要接受降水补给及含水层之间的垂向渗透补给，地下水的埋藏条件在长期开采3 号煤层疏排矿坑水的影响下，目前主要以潜水形式赋存。地下水动态变化较大，富水性一般较差。据二叠系砂岩裂隙含水层抽水试验资料显示，钻孔单位涌水量为0.002～0.003 7 L/s·m，渗透系数为0.002 m/d，弱富水性，水质类型为HCO3- Ca及HCO3·SO4- Ca 型。

2 采空区积水调查分析

经多年开采，井田内3 号煤层己形成大量采空区，采空区积水会对下一步煤层的开采造成影响。采用现场调查和查阅矿井探放采空区积水资料的方式对莒山煤矿3 号煤层采空区积水进行调查分析，历年探测范围如图1 所示。

图1 采空区物探范围Fig. 1 Geophysical exploration scope of goaf

随着井下采掘工程的不断推进，在对3 号煤层复采回收工作中，掘进F2031 和F2032 巷道时，揭露了以往回采工作面，对其中原Q5、Q7 及Q9号积水进行了探放。井田内3 号煤层采空区积水详见表1。

表1 井田内采空区积水统计Table 1 Statistics of water accumulation in goaf in mining field

经本次调查及相关资料分析，截至2019 年4月底，井田内3 号煤层存在14 处采空积水区，采空积水面积226 717 m2，积水量304 375 m3。

矿井周边山西煤炭运销集团兰煜煤业有限公司、山西高平科兴新庄煤业有限公司及山西泽州天泰锦辰煤业有限公司开采多年，存在大面积采空区，且不同程度存在老空积水，其中山西煤炭运销集团兰煜煤业有限公司与该矿边界相邻处存在两处3 号煤层采空积水，积水量分别为27 302 m3、33 039 m3；山西泽州天泰锦辰煤业有限公司距该矿最近的3 号煤层采空积水区距离约210 m，积水量约32 600 m3；山西高平科兴新庄煤业有限公司3号煤层采空区积水主要位于原新庄煤矿中部，积水量约为669 327 m3，9 号煤层采空积水3 处，积水量约7 515 m3。周边积水量总计约为295 400 m3。

调查时无积水的地段随着时间的推移，可能会出现积水，已有积水的地段积水面积有可能会增大。各个矿都有矿界保安煤柱相隔，且无越界开采现象，距离该矿未来5 a 采掘活动范围也较远，故周边采空区积水对该矿未来5 a 开采暂不构成威胁。

3 9 号煤层顶板导水裂隙带计算

煤层采出后形成的采空区，导致上覆岩层原始平衡状态遭到破坏，顶板岩层在自重作用下产生弯曲、开裂、离层、冒落，并形成导水裂隙带。井田内9 号煤层为缓倾角，顶板以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩为主，属坚硬岩层，9 号煤层顶板导水裂隙带计算。

式中：HIi为导水裂隙带高度，m；ΣM 为煤层累计采厚，m。

根据井田范围内已知钻孔计算9 号煤层顶板导水裂隙带发育高度，结果见表2。

由表2 可知，9 号煤层开采后导水裂隙带最大发育高度41.48～50.23 m。根据以往地质资料，9号煤层距K5 距离为17.08～27.19 m，9 号煤层距3号煤层距离为50.56～94.67 m，9 号煤至地表距离为123.36～231.96 m。9 号煤层导水裂隙带发育高度可沟通K5 含水层，达不到3 号煤层采空区，但考虑到3 号煤层的底板破坏高度，局部区域（如莒3、莒7、莒补1 钻孔附近） 有可能沟通3 号煤层采空区。

表2 9 号煤层顶板导水裂隙带发育高度计算结果Table 2 Calculation results of the development height of the water conduction crack zone in No.9 coal seam roof

4 采空区积水防治措施

根据3 号煤层采空区积水调查分析以及9 号煤层顶板导水裂隙带计算，莒山煤矿9 号煤层开采面临着采空区积水威胁，提出采空区积水防治措施。

（1） 加强防治水技术培训，牢记矿井突水征兆。

（2） 先探后掘，并在掘进和回采工作面探水前，编制探放水设计，确定探水警戒线，严格按设计进行探放水。

（3） 井下探放水采用专用的探放水钻机，严禁使用煤电钻探放水。在探水钻孔钻进过程中，发现煤岩松软、片帮、来压或者钻眼中水压、水量突然增大和顶钻等透水征兆时，应当立即组织所有受水害威胁区域人员撤到安全地点，分析原因，采取有效措施进行处理。

5 结 论

（1） 以莒山煤矿9 号煤层开采面临着采空区积水威胁为背景，分析了煤层赋存及水文地质特征，采用现场调查和查阅矿井探放采空区积水资料的方式对莒山煤矿3 号煤层采空区积水进行调查分析，截至2019 年4 月底，井田内3 号煤层存在14处采空积水区，采空积水面积226 717 m2，积水量30 475 m3，井田外周边采空区积水对该矿未来5 a开采暂不构成威胁。

（2） 计算了9 号煤层顶板导水裂隙带高度，结果显示9 号煤层导水裂隙带发育高度可沟通K5含水层，达不到3 号煤层采空区，但考虑到3 号煤层的底板破坏高度，局部区域（如莒3、莒7、莒补1 钻孔附近） 有可能沟通3 号煤层采空区，因此，莒山煤矿9 号煤层开采面临着采空区积水威胁，据此提出了采空区积水防治措施。