昌吉宝平煤矿水害隐蔽致灾因素分析

周梓欣，雍晓艰

(1.新疆煤田地质局，新疆 乌鲁木齐 830091；2.新疆煤炭综合勘查院，新疆 乌鲁木齐 830091)

0 引言

安全生产是煤矿生产和建设的重要内容，在煤矿突发事故(除顶底板事故)造成的人员财产损失中，水害事故仅次于瓦斯事故[1 -2]。引起煤矿安全事故的隐蔽致灾因素很多，包括瓦斯、水灾、冲击地压、火灾等。针对隐蔽致灾因素，学者们开展了大量研究。例如，葛均刚、刘建平等[3 -9]针对煤矿隐蔽致灾因素，特别是水害致灾因素进行了研究，并提出了相应的防治措施。借鉴上述研究成果，以昌吉市宝平煤矿为研究对象，系统研究地下含水体对煤矿安全生产的影响，并提出一定的防治措施和建议，以期为煤矿水害预防及治理提供理论依据。

1 工程概况

宝平煤矿位于准南煤田硫磺沟矿区，行政区划属昌吉市管辖。中侏罗统西山窑组是矿井主要含煤地层，共含煤18层，其煤层自上而下编号为1～18号，4-5、7、9-10、14-15号煤层为本区主要可采煤层，赋存于西山窑组下段。宝平煤矿建于20世纪90年代，原生产能力为年产3万t，开拓方式为平硐配合暗斜井提升，斜井通风。2006年以来，经多次技改和改扩建，于2013年2月改扩建为年产60万t矿井，开采标高为835～1 200 m。矿井实际首采煤层为4-5号，首采采区为+1 060 m水平，2015年度4-5号煤层延伸至+972 m水平，已回采完并已封闭。2016年度开采煤层为9-10号，南翼皮带运输顺槽+1 085 m、轨道回风顺槽+1 104 m水平，该采区于2016年8月密闭，回采走向长度360 m。在矿区东部边界布置3条暗斜井下山巷道，分别为轨道上山、回风上山、皮带上山。2017年继续在矿区东部边界3条暗斜井下山巷道进行掘进，现下山巷道、井下车场及水仓等辅助设施已形成，回风下山巷、轨道下山巷均与9-10号煤+1 120 m水平回风顺槽联通。

矿井采煤方法为走向长壁综合机械化一次采全高。依据2021年生产资料，4-5号煤层井田范围内已采完；9-10号煤层11901、11902工作面已回采完毕，11903综采工作面正在回采(现暂停产)，设计长度720 m，已回采长度260 m；111401回风顺槽正在掘进，掘进长度640 m，111401运输顺槽正在掘进，掘进长度78 m。宝平煤矿周边分布有多个小煤矿，相邻矿井分布情况如图1所示。该煤矿西南部有3个煤矿，东南部有2个煤矿，相邻5个煤矿均已关闭。

图1 宝平煤矿与相邻矿井位置示意Fig.1 Location of Baoping Coal Mine and adjacent coal mines

2 地下含水体分布及赋水情况

对该矿水文地质等相关情况进行勘察得知，可能对该矿安全生产构成水害威胁的有采空区、火烧区、含水层分布及赋水情况[10]。

2.1 含水层分布及赋水情况

2.1.1 含水层(段)划分

井田地层由松散岩类和沉积碎屑岩类组成，以较稳定的厚层岩性段划分含(隔)水层(段)。区域共划分8个含(透)水层，详见表1。

表1 含水层(段)划分一览

2.1.2 第四系松散物含(透)水层组(Ⅰ)

2.1.3 中侏罗统头屯河组下段含(隔)水层组(Ⅱ)

分布在井田西北部，呈东北—南西走向，条带状展布，岩性以厚层状粗砂岩、砂砾岩为主，泥质胶结，厚度4.8～11.5 m，大气降水为其补给源，井田内该含水层为透水不含水层。

2.1.4 中侏罗统西山窑组上段含(隔)水层组(Ⅲ)

Ⅲ1含水层：西山窑组上段上部含水层。主要岩性为中砂岩、粗砂岩，多为泥质胶结，X节理裂隙发育，在区内南东部出露于地表，厚度25.97～184.29 m，平均厚度89.18 m。据井下实地观测，此含水层中无水渗出，在矿区东南部(浅部)透水不含水，西北部(深部)含水。

Ⅲ2含水层：西山窑组上段底界含水层。岩性为中砂岩、粗砂岩、砂砾岩，俗称“豆腐渣砂岩”，为泥质胶结，遇水易散，X节理裂隙较发育，厚度13.02～33.51 m，平均厚度28.22 m，北部、南部厚，中部薄，富水性弱。

2.1.5 中侏罗统西山窑组下段含(隔)水层组(Ⅳ)

Ⅳ1含水层：西山窑组下段上部含水层。岩性以粗砂岩、中砂岩为主，局部含砂砾岩，多为泥钙质胶结，厚度33.41～53.74 m，平均厚度44.50 m，厚度较稳定，地表零星分布于井田外东南部。Ⅳ1含水层与Ⅳ2含水层间的G5隔水层较薄，开采后产生的裂隙，将沟通Ⅳ1含水层与Ⅳ2含水层，本含水层为煤矿直接充水含水层。

Ⅳ2含水层：西山窑组下段下部含水层。岩性以煤层为主，裂隙发育，厚度118.70～130.75 m，平均厚度124.30 m，厚度较稳定，为弱含水层，其在地表出露较少。

据矿井涌水观测分析，该矿井目前主要开采9-10号煤层，其主要充水水源为上部的4-5号煤采空区水和9-10号煤层顶板砂岩孔隙裂隙含水层水，以顶板淋水方式向矿井充水。矿井主要可采煤层共4层，累积采厚平均38.75 m。煤层开采过程中产生的导水裂隙带是矿井突水的通道[11]，经计算，重复采掘扰动下煤层采动导水裂隙带发育高度31.21～188.45 m，可直接揭露煤层顶板砂岩裂隙含水层，因此第Ⅲ孔隙、裂隙含水层易构成煤层开采的直接充水水源。

第Ⅰ孔隙含水层与第Ⅱ孔隙含水层：主要分布在井田的深部，距离主采煤层顶板间距一般大于200 m，煤层导水裂隙难以直接揭露，但在断层发育区段存在沿着导水裂隙进入采掘空间或者下部的砂岩含水层的问题，因此第Ⅰ孔隙含水层与第Ⅱ孔隙含水层易构成煤层开采的间接充水水源。

综上分析，宝平煤矿西山窑组含水层水为矿井直接充水水源，富水性弱。其他含水层为矿井间接充水水源，对煤矿未来3年开采活动影响较小。

2.2 采空区分布及赋水情况

老空水害是影响和威胁矿井生产安全的一大隐蔽致灾因素[12]，在煤矿开采过程中，极易沟通老窑积水，造成矿井透水事故。采空区分布及赋水情况对煤矿安全生产的影响既要考虑本矿井采空区及赋水情况，也要弄清可能对本矿井安全生产产生影响的周边矿井采空区及积水情况。

宝平煤矿4-5号、9-10号及14-15号煤层在浅部由上至下基本都进行了开采，属于多煤层开采。该矿开采区内4-5号煤层已开采完毕，4-5号煤层+920 m水平南翼运输顺槽积水。周边相邻的煤矿一、煤矿二、煤矿四均对4-5号煤层进行了开采，西南部的煤矿一、煤矿二4-5号煤层采空区无积水，东北部的煤矿四4-5号煤采空区全部积水，如图2(a)所示；宝平煤矿开采区内9-10号煤层已大部分开采完毕，现正回采11903工作面，其南侧的11902工作面部分积水，周边煤矿二、煤矿三、煤矿四、煤矿五均对9-10号煤层进行了开采，煤矿二、煤矿三、煤矿五9-10号煤采空区无积水，煤矿四9-10号煤采空区部分积水如图2(b)所示；宝平煤矿仅在早期对开采区南部的14-15号煤层进行部分开采，未来3年将布置14-15号煤工作面。周边煤矿二、煤矿三、煤矿五对14-15号煤层进行了开采，西南部的煤矿二、煤矿三14-15号煤采空区无积水，东北部的煤矿五14-15号煤采空区积水如图2(c)所示。

因此，本矿井开采中存在采空区积水沿着浅部地层向深部侧向径流的问题，易构成深部煤层开采的间接充水水源。同时，由于相邻煤层间距一般均小于15 m，因此上部煤层采空区积水易构成下部煤层开采的直接充水水源，存在一定的水害隐蔽致灾因素。在前期开采中对矿井采空区积水进行了疏放，不存在大量积水现象，但矿井未来在近距离煤层群下部掘进时应注意对上部采空区积水进行疏干。

图2 各煤层开采区及扩大区采空区分布及积水情况示意Fig.2 Distribution and ponding of goaf in each coal seam mining area and expansion area

2.3 火烧区分布及赋水情况

宝平煤矿及周边矿井的南部均存在火烧区，在火烧区底界有3处含水区，分别为H1、H2、H3，如图3所示。H1、H2位于工作区西南部，H3位于工作区东南部。3处火烧含水区均远离现矿井开采范围，工作区中部现矿井开采范围附近火烧区不含水。在工作区有2处煤层顶板砂岩相对富水区，分别为S1、S2，S1位于工作区西北部，S2位于工作区东北部。

图3 火烧区底界含水区与煤层顶板含水区分布位置示意Fig.3 Distribution position of water bearing area at the bottom boundary of burning area and coal seam roof

2.4 涌水量

矿井近年内涌水量见表2，其中2021年度数据截止到6月份。矿井正常涌水量为21 m3/h，近年最大涌水量42.08 m3/h，从矿井涌水量来看，该矿井水文地质类型为简单型。

表2 近年矿井涌水量统计

3 结论

(1)矿区内含水层富水性弱，火烧区、老空区位置范围及赋水性清楚，经过分析认为，影响该煤矿安全生产的水患主要为含水层水、老(采)空水。在矿井生产中，要注意水害的探查，建设矿井排水系统。

(2)第Ⅲ含水组(西山窑组含水层)易构成煤层开采的直接充水水源，其他含水层为矿井间接充水水源。西山窑组含水层水以静储量为主、富水性相对弱，这些含水层水沿着构造裂隙及回采放顶冒落裂隙带直接向矿井充水，但是其水量较小，补给较差，在开采中保证矿井及工作面排水能力即可保障安全生产。具体为及时预测局部含水层的赋存规律，针对特殊情况制定相应措施，在穿层施工时，做好含水层的综合超前探测，查清其富水性，做好回采前的顶板含水层探查，并进行实时动态检测，对于局部存在异常富水含水层区域，做好疏放工作。

(3)为消除采空区积水隐患，要加大对采空区积水隐患探测与排查，掌握采空区分布范围及矿井采空区相连通的导水巷道，对有积水的采空区进行疏放；对所有处于采空区附近的采掘工程，采取物探先行、钻探验证的防治水手段，查明采空区积水情况，疏干积水后，方可进行采掘作业；开采下部煤层时，应对上部煤层采空区积水进行探放，要坚持先探后采的原则；对矿内采空区必须留设足够的防隔水煤柱，矿井周边采空区同样需要留设足够的防隔水煤柱，禁止违规越界掘进；仔细排查采空区上部的塌陷坑及裂隙带，采区地表充填以及设防洪沟渠等手段，防止雨水和洪水溃入井下采空区。