锦丘煤矿16 煤开采充水因素分析研究

王 建 种化省

（1.滕州市发展和改革局，山东 滕州 277500；2.滕州郭庄矿业有限责任公司，山东 滕州 277500）

煤矿水害具有因受煤层赋存条件、水文地质条件、地质构造及采掘方式的影响而呈现复杂性和多样性的特点，是威胁矿井安全生产的主要灾害之一[1-3]。长期以来，煤矿水害给国家和人民带来了巨大的人身伤亡和经济损失，不仅严重影响煤矿安全生产，还造成了资源的严重浪费。据统计，其中作为中国主要煤炭生产基地的华北、华东地区受水害威胁的煤炭资源占已探明资源量的27%[4-5]。为加强防治水工作，有效消除采掘活动可能受到的水威胁，必须利用水文地质调查和补勘手段，结合矿井生产过程中的水文地质资料，研究掌握矿井地下水系统，岩层宏观特性及富水特征，矿井涌水量变化等特征，对锦丘煤矿各类型水害进行全面客观的分析。

1 矿井地质及矿井水文地质

1.1 矿井地质概况

锦丘煤矿地处滕州市滨湖镇境内，东距滕州市约17 km，主要开采12下煤和16 煤。

16 煤顶板为十下灰，平均厚度4 m，裂隙发育，为稳定顶板。十下灰即是直接顶也是老顶，具二重性。16 煤层直接顶板依次向上为泥岩、十上灰、泥岩、细粒砂岩、砂质泥岩、细粒砂岩、15上煤、九灰等。

16 煤底板为泥岩，局部含砂质，均厚2.45 m，含黄铁矿结核及菱铁矿结核，裂隙少，为中等坚固～坚固底板。16 煤层直接底板泥岩向下依次为十一灰、17 煤、细粒砂岩、泥岩、18上煤、泥岩、十二灰、泥岩、十四灰、泥岩、奥灰等。

1.2 矿井水文地质概况

井田内地形平坦，地势由东北向西南逐渐降低，地面标高+47～+35 m，地形坡度为1.4‰，属滨湖冲积平原。井田内没有河流和湖泊。井田南约3 km有一条北沙河，属季节性河流。井田西约4 km 有南四湖中的独山湖，湖面辽阔，一般常年积水，最高洪水位达36.48 m。水文地质简单。

2 矿井主要充水因素分析

矿井主要充水水源有十下灰含水层、十二灰含水层和十四灰含水层。

2.1 十下灰含水层

十下灰为16 煤层直接顶板，为开采16 煤层的直接充水含水层。根据已开采的16 煤实际揭露，十下灰埋藏较深，无隐伏露头，补给条件差，以静水量为主。采煤工作面回采期间遇顶板裂隙可能出现淋水，只要加强排水，不会威胁工作面的开采安全。

2.2 十二灰含水层

井田内16 煤层底至十二灰顶间距16.12～37.53 m，平均26.37 m，本次突水系数计算采用162-1号钻孔观测的水位标高-242.90 m。预计十二灰对16 煤层底板的突水系数为0.067～0.233 MPa/m，平均0.123 MPa/m，井田内大面积十二灰突水系数大于0.1 MPa/m，只有井田西北边界处突水系数位于0.06～0.10 MPa/m 之间，如图1。说明本井田存在十二灰水对16 煤层突水影响，十二灰作为16 煤层的直接充水层。

图1 十二灰水对开采16 煤层突水影响范围

2.3 十四灰含水层

2014 年—2015 年10 月 在163 采 区 施 工 了163-1 和163-2 号井下探放水钻孔。163-1 号揭露十四灰出水，对十四灰进行了放水试验，试验结果：十四灰涌水量为0.034 7 m3/h，水压1.7 MPa，水压涌水量极小，静止水位标高-327.17 m，钻孔揭露岩芯岩溶裂隙不发育；163-2 号钻孔，揭露十四灰无水，可以看出，十四灰富水性弱，补给条件差。十四灰水对16 煤层影响情况见表1。

表1 十四灰水对16 煤层影响情况表

由表1，井田内16 煤层底至十四灰顶间距27.38～49.74 m，平均38.93 m，本次突水系数计算采用162-2 号钻孔观测的水位标高-277.30 m。计算来看，十四灰的突水系数为0.046～0.103 MPa/m，平均0.072 MPa/m，仅有1 点突水系数大于0.10 MPa/m，说明在一般情况下基本不存在十四灰对16煤层突水影响，但在构造发育块段，开采16 煤可能受十四灰充水影响。

3 矿井涌水量预计

根据矿井生产地质报告，16 煤直接充水含水层为顶板十下灰岩水和底板十二灰岩水。

3.1 十下灰涌水量预计

（1）十下灰涌水量预计

十下灰为16 煤层的直接顶板，为直接充水含水层。十下灰涌水量预计如下：

选用水文地质条件及开采水平较相似的本矿井一采区开采16 煤层的涌水量作为比拟对象。一采区开采16 煤层的最低标高为-548.63 m，其十下灰的正常涌水为量26.4 m3/h。计算公式：

式中：Q0为一采区正常涌水量，26.4 m3/h；S0为一采区开采16 煤层的最低点标高，-548.63 m；S为未来5 年开采16 煤层最低点标高，-510.00 m；Q为预计开采16 煤层的正常涌水量。代入上式，Q=25.5 m3/h。未来5 年开采16 煤层的最低标高为-510 m，预计其十下灰的正常涌水量为25.5 m3/h。

3.2 十二灰涌水量预计

开采16 煤层时除了井田西北边界处突水系数为0.06～0.10 MPa/m 之间，井田内大面积十二灰水突水系数大于0.1 MPa/m，井田开采16 煤层时存在十二灰水的突水影响，十二灰作为16 煤层的直接充水层。井田内无地面钻孔对十二灰的抽水试验资料，162-1、162-2 孔井下放水试验静水位-242.90～-247.30 m，渗透系数0.137 2～0.170 3 m/d，采区内十二灰平均厚度4.78 m。采用承压完整井公式：

开采16 煤层，其涌水量为十下灰及十二灰的涌水量之和。正常涌水量为25.5+43.0=68.5 m3/h ≈70 m3/h，最大涌水量取正常涌水量的2.0 倍，最大涌水量为140 m3/h。

4 结论和建议

4.1 结论

（1）开采16 煤层防治水难易程度

16 煤层开采区域最大采深为-510 m。矿井在开采16煤层时，已有多处石门揭露九灰，均未见滴(淋)水，顶板十下灰的涌水量稳定在15 m3/h 左右。预计十下灰正常涌水量为25.5 m3/h，防治水工作简单易行。

（2）工作面开采前探放水工作

矿井在生产中严格按照探放水原则进行施工，并在工作面采前均进行坑透CT 探测，查清工作面构造及其中的不良封闭钻孔的富水情况，在确保工作面安全的情况下再进行采掘工作。

（3）老空积水探放水工作

开采前先探放相邻老空积水，消除安全隐患。

4.2 建议

（1）本井田内断层比较发育，有些断层的确切位置可能有一定的出入，当接近这些断层，尤其是落差较大的断层时，应先探后掘，以确保安全生产。今后应查明井田边界断层导水性、富水性的工作中加大工作量，对于矿井以后采掘工作的安全有非常重要的意义。

（2）建议进一步掌握十二灰、十四灰、奥灰的富水规律、动态变化及其相互连通关系，搞清采动作用下的矿井充水规律，以便正确预测矿井涌水量及评价其水害影响，这对于煤矿安全生产具有重要的意义。对于存在奥灰底鼓水威胁的地段采取疏水降压或注浆加固等措施予以防治。

（3）对于采空积水区，应在其附近或下方工作面开采前及时进行疏放，确保安全生产。

采煤工作面回采前，应当采用物探、钻探、巷探和化探等方法查清工作面内断层、陷落柱和含水层（体）富水性等情况，有利于安全生产。

（4）增强抗灾能力，建立更完备的排水设施。在防治水工作中应坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，采取探、防、堵、疏、排、截、监等综合治理措施，以达到安全生产、提高资源回收率的目的。