晋圣诚南煤业充水条件分析及防治水对策

张雷杰

（山西正诚矿山安全技术研究所（有限公司），山西 晋城 048006）

1 概 况

晋圣诚南煤业有限公司为晋能控股煤业集团晋城煤炭事业部晋圣公司下属整合矿井，该矿井中部存在大面积的无煤区，矿井采用分期建设进行开拓部署，以涧河为界分一、二期建设，一期开采井田东南部，二期开采井田西北部诚南煤业主要开采15号煤层，区内15号煤层埋深较浅，北部、中部、中南部都有露头，煤层大面积被剥蚀。该区内原整合矿井，基本都为以往硫铁矿整合而成，以往硫铁矿开采方法都为房柱式，开采硫铁矿兼采15号煤层，前采后填，生产能力也不稳定，对区内15号煤层破坏较大。井田内15号煤层赋存区层位稳定，结构简单，为赋存区稳定的可采煤层。

地表及开采过程中未发现陷落柱、井田内地层总体构造形态为背、向斜相间的构造，产状平缓。采掘过程中所揭露的断层多为小型断层；三维地震解释的断层大部为落差较小的断层；井田内未发现岩浆岩侵入现象，本井田地质构造复杂程度为简单型。井田构造如图1所示。

图1 构造纲要图Fig.1 Structure outline

2 水文情况

2.1 充水水源

诚南煤业充水水源主要为15号煤层顶板K2灰岩岩溶裂隙含水层、老空水，其次为大气降水及地表水。

2.1.1 大气降水和地表水

（1）大气降水。根据矿井涌水量与降水量的动态变化分析，矿井涌水量与降雨量关系不明显。正常情况下，大气降水对矿井直接充水影响小，但井田内煤层风氧化带及浅埋地段，在风化裂隙及导水裂隙带的影响下，大气降水可通过裂缝补给入渗到巷道及采空区。因此，大气降水为15号煤层的间接充水水源。

（2）地表水。井田内发育的河流为涧河，位于井田内中南部无煤区，距工业广场距离较远；河床地势低，主斜井井口、副斜井井口、回风斜井井口标高比涧河最高水位高，且距离河流较远，工业广场及各井口不受其洪水影响。且一期开采区内15号煤层标高高于涧河。另外，井田内地表径流条件较好，地表水接受大气降水补给条件有限，正常情况下地表水不会对矿井产生直接影响。但是，井田内煤层风氧化带及浅埋地段，风化裂隙及导水裂隙带会成为大气降水及地表水补给地下水的充水通道，地表水为15号煤层的间接充水水源。

总的来说，地表水及大气降水对采掘工程影响程度小。

2.1.2 地下水（煤层顶板水）

（1）第四系松散岩类孔隙含水层及基岩风化带裂隙含水层。

主要分布于河谷，由砂、卵砾石等组成。结构松散、厚度不一，一般在10.00 m左右。该含水层主要接受大气降水的补给，局部可得到地表水或砂岩裂隙水的补给。该含水层富水性不一，富水性受大气降水季节影响明显，局部富水性较好；为富水性弱的孔隙含水层。

（2）二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层。

二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层主要由K7砂岩组成，井田内山西组地层残留厚度不等，多分布于山梁或山脊顶部，残留平均厚约8.40 m，3号煤层缺失，该含水层属弱富水性含水层。

（3）石炭系上统太原组石灰岩岩溶裂隙含水层。

含水层主要由太原组K2、K3、K4、K5等灰岩层组成。灰岩层局部段裂隙发育、岩溶不发育，其中15号煤层顶板K2灰岩垂直裂隙发育，裂隙面具水蚀痕迹，该含水层属弱富水性含水层。

经计算15号煤层开采产生的最大导水裂隙带高度为86.76 m，可沟通上述各含水层，成为矿井开采15号煤层的充水水源。其中15号煤层顶板灰岩溶裂隙含水层是矿井15号煤层的直接充水水源，是矿井充水的主要来源之一，对未来15号煤层的开采影响较大。

根据矿井以往井下顶板富水异常区探测、验证及涌水量台账资料，15号煤层顶板水生产中常以顶板淋水的形式进入矿井，涌水量较小，易于疏干，对采掘活动有一定的影响。

2.1.3 采空区积水

根据现有资料，井田范围内15号煤层存在16处采空积水区，估算采空积水区面积877 866 m2，总积水量约204 438 m3。其中，一期开采区内共存在4处采空积水区，总积水面积约267 554 m2，总积水量约77 711 m3。

据调查，井田周边现无相邻矿井。井田西北部原分布有一个相邻矿井，批准开采15号煤层，2006年资源整合时已关闭。该公司内原有9个矿厂，开采15号煤层下部黄铁矿，巷道内存有一定量的积水，积水量约11 534 m3。

结合未来采掘计划，一期开采生产系统位于井田东南部，因此原采空积水区对一期15号煤层的开采无影响，一期开采区内共存在的4处采空积水区对未来采掘活动有影响。15号煤层采空区及积水如图2所示。

图2 1 5号煤层采空区及积水分示意图Fig.2 Goaf and water accumulated area of No.15 coal seam

2.2 矿井水患分析

根据采掘规划、矿井生产资料、水文地质条件、矿井水患调查资料等进行综合分析，未来采掘范围内15号煤层主要水患为采空区积水、煤层顶板水、大气降水及地表水、废弃井筒及封闭不良钻孔水、构造水。其中采空区积水、煤层顶板水、大气降水及地表水上文已提及，不再赘述。

根据以往水文地质资料，结合此次调查，井田南部一期开采区内存在15个废弃井筒和2个封闭不良钻孔，其中岭南ZK1钻孔已揭露，未发现封闭不良情况。可采区内废弃井筒和封闭不良钻孔位置清楚，未来采掘活动范围距废弃井筒及封闭不良钻孔均较远，对矿井未来几年采掘活动无影响。

3 防治水对策

3.1 采空区积水的防治措施

矿井采掘过程中应坚持“预测预报、有掘必探、有采必探、先探后掘、先探后采”的原则，加强对老空水的探放工作。

（1）生产过程中严格执行老空积水的“三线”管理制度，综合分析采空区分布范围，划出积水线、探水线和警戒线。首先根据井下探放水资料，结合实际调查情况核实老空积水区的范围，确定积水线。探水线应根据积水区的位置、范围、水文地质条件及其资料的可靠程度，以及采空区、巷道受矿山压力的破坏情况等因素确定，对有图纸资料可查的老窑，探水线至老窑边界的最小距离不得小于60 m，当采掘工作面接近探水线时就要采取探放水措施；有一定图纸资料参考的由探水线外推不少于50 m作为警戒线，当采掘工作面接近警戒线时，应警惕积水威胁，注意采掘工作面水情变化，如发现有透水征兆，立即停止钻井，但不得拔出钻杆，立即撤出所有受水威胁区域的人员。根据诚南煤业实际情况，确定井田内采空积水区的积水线外推60 m为探水线、探水线外推50 m为警戒线。

（2）未来采掘活动接近采空积水区时，需进行井下物探超前探测工作，并依据探测结果进行钻探验证，对老空水进行探查疏放，必要时留设足够的安全保护煤柱。采掘工作面探水前，应先编制专项的探放水设计，确定允许掘进距离和超前距，并采取防止瓦斯和其他有害气体危害等安全措施。探放水钻孔的布置和超前距离，应当根据水头高低、煤（岩）层厚度和硬度等确定，探放水钻孔布置时应遵循《煤矿防治水细则》第四十三条规定。探放水钻机的选择和安装前应注意的事项严格按照《煤矿防治水细则》第四十五条至四十六规定执行。探水钻孔超前距离和止水套管长度选取应遵循《煤矿防治水细则》第四十八条规定。

（3）按照规定对采空区及废巷进行密闭，留设导水孔，加强观测，及时将采空区积水排出；留设观察孔，观测采空区内的温度和有害气体情况。

（4）生产过程中应指定专人对采空区进行经常性巡视，对采空区地表产生的裂缝和塌陷区进行回填或开挖溢洪道，疏通水道，防止大气降水及地表水沿塌陷裂缝灌入井下造成灾害事故。

3.2 顶板水的防治措施

煤层顶板水为矿井井下涌水量的主要来源，主要以顶板淋水的形式进入矿井，但该含水层一般富水性弱，生产中容易疏干。

（1）首先对顶板水富水性探测。采用瞬变电磁勘探探查顶板含水层的分布及其富导水条件，对物探未覆盖区适时补充勘探，查清含水层的局部富水地段。

（2）对于地面瞬变电磁勘探解释的煤层顶板含水层的富水异常区，应通过井下瞬变电磁勘探进一步核实，然后通过井下钻探验证。

（3）在现有排水设备能够满足排水要求时，需定期检修矿井排水设备，及时清理排水沟道和水仓，保证排水通畅。

3.3 大气降水及地表水的防治措施

（1）与气象、水利、防汛等部门进行联系，建立灾害性天气预警和预防机制。及时掌握可能危及煤矿安全生产的暴雨洪水灾害信息，密切关注灾害性天气的预报预警信息；及时掌握汛情水情，采取安全防范措施；加强与周边相邻矿井信息沟通，发现矿井出现异常情况时，立即向周边相邻矿井进行预警。

（2）安排专人对井田范围内可能波及的周边废弃老窑、地面塌陷坑、采动裂隙以及可能影响矿井安全生产的河流、堤防工程等重点部位进行巡视检查。当接到暴雨灾害预警信息和警报后，应当实施24 h不间断巡查。在矿区每次降大到暴雨的前后，及时观测矿井涌水量变化情况。

（3）雨季加强地面塌陷及地裂缝的填充工作，防止雨季地表洪水溃入矿井造成水害。

（4）地面广场要定期检查疏通各排水系统，确保地面无积水，遇有外水时不能流向井口方向。在矿井井筒附近储备防洪（雨）水粘土袋，在矿区内应采取填坑、补凹、整平地表等措施，定期清理矿井工业广场以及周边地点的水沟。

3.4 封闭不良钻孔、废弃井筒防治措施

（1）井田内所有钻孔必须全部标注在采掘工程平面图上，建立台账。煤矿根据钻孔台账的记录，逐孔检查，特别是打穿多层含水层、煤层的钻孔处理，要查清历史资料；无资料的，必须在一定区域内采用相应的预防措施。

（2）收集井田范围内废弃立井坐标、填埋方式等信息，标绘在充水性图和采掘工程平面图上，采掘活动接近此类井巷工程时，编制专项探测设计进行验证探测。

（3）及时对废弃井口进行填埋、封堵，雨季之前，矿井工作人员应检查井口的封闭情况，若出现裂缝等情况，及时进行再填埋、封堵，以免造成突水事故。

（4）对其他资料不清或封孔质量不好的钻孔，要现场检查落实，防止此类钻孔导水诱发矿井水害。当巷道及工作面接近废弃老窑（井筒）及钻孔时，应先采用物探方法检测，再采用钻探方法验证，以超前探测其导水性为主。严格执行探放水作业，在必要时按规定留设保安煤柱，以确保安全生产。

3.5 断层、陷落柱防治措施

根据以往采掘揭露情况，可采区采掘范围内揭露的断层均不导水，但不排除存在隐伏导水断层、陷落柱存在的可能。

在巷道掘进过程中，巷道前方如揭露构造，采用井下超前探进行探查工作，如探明断层富水，需进行钻探验证，必要时编制探放水设计，由专业探放水队伍依据相关规程规范进行探放工作。

4 结 语

以诚南煤业为研究对象，全面分析了该矿地质、水文情况，对矿井充水水源进行分类调查分析，总结了该矿15号煤层开采主要水患，即采空区积水、煤层顶板水、大气降水及地表水、废弃井筒及封闭不良钻孔水、构造水，并针对每种水患给出了专门的防治措施。采取这些防治措施后，诚南煤业未发生水害事故，保障了矿井安全高效生产。