正帮煤业开采水害影响程度与防治工作建议分析

张智鹏

（孝义市应急管理局，山西 孝义 032300）

0 引言

近年来，随着煤矿开采深度的持续加大，如今水害问题对煤矿安全生产的影响也在日益凸显。在此情况下，煤矿开采前必须要采用合适的开采水害探查技术对煤矿开采水害影响程度进行综合分析，进而提出针对性的防治工作建议[1]。因此，以正帮煤业为研究案例，综合分析开采水害影响程度，并提出开采水害防治工作建议，可为正帮煤业实际开采提供参考的同时，也可以为其他同类煤矿提供支持，因而具有一定的研究意义。

1 工程概况

正帮煤业井田分属于山西省孝义市，矿区工业长度位于孝义市西南方向35 km 处。井田面积为11.651 4 km2，东西长4.341 3 km，南北宽3.999 7 km，煤层开采深度标高为670～880 m。在地形地貌方面，井田处于吕梁山中段东麓，属于黄土高原低山丘陵地区，区域内存在多个大型冲沟，整体地势较为陡峻。在自然气象方面，井田区域属于暖温带大陆季风性气候，全年温差较大，降雨集中，春季和秋季干旱多风，夏季酷热多雨，冬季寒冷干旱，年均温度为10 ℃，年均降水量为500 mm，降水主要集中在6—9 月份，无霜期为180 d。在水文方面，井田区域属于黄河流域汾河水系，主要河流为交口河，平时水流量较小，雨季水量激增，汛期有洪水危险。井田设置有永久排水系统、主副水仓，现有排水设施和排水能力符合现行标准要求。现如今，正帮煤业井田已经制定未来三年的生产采掘部署方案，为确保后续井田开采的安全有序推进，还应实施开采水害影响程度分析，并提出对应防治工作意见。

2 正帮煤业开采水害影响程度评价分析

根据正帮煤业未来三年采掘部署方案，如图1 所示。结合区域地质水平条件综合分析确认煤矿未来开采中主要面临的水害为采空区积水，其次为大气降水、地表水以及围岩含水层水。在正常地段区域，影响矿井充水的主要因素为围岩含水层水，其次为老空水；在构造发育段与小窑破坏区附近区域，影响矿井充水的主要因素为老空水，其次为围岩含水层水。具体水害影响程度评价如下：

图1 正帮煤业未来三年采掘活动范围

1）地表水及大气降水：区域内沟谷发育，水体均为季节性水体，雨季水流量较小，在暴雨影响下易出现洪水灾害，但在暴雨结束后迅速退去，难以实现地下水长时间补给。同时，煤矿井口标高超过区域最高洪水水位线标高，所以洪水一般不会通过进口漫流至井下。总体来说，地表水和大气降水对矿井充水影响较小[2]。

2）煤系地层含水层：正帮煤业静态主要稳定可采煤层为9#、10#、10#+11#煤层，该些煤层的直接含水层为煤层上部围岩中的灰岩含水层，其次为砂岩含水层，相关含水层的充水富水能力较弱。另外，煤层矿井水主要来源为孔隙含水层和裂隙含水层，出水多表现为滴水和渗水，出水量较小，对煤层开采影响较小。主要影响工作面为11101 工作面、11104 工作面、11105工作面、13101 工作面、13103 工作面。

3）奥灰岩溶含水层：奥灰岩溶系含水层的标高为527～529 m，而井田等最低标高为675 m，处于奥灰岩溶含水层之上，所以奥灰岩溶含水层对井田开采无影响。

4）采空积水：根据实际情况来看，井田开采主要受到9#煤层采空区积水、9#+10#+11#煤层物探积水异常区威胁。此外，井田开采也会受到老采空区积水的影响，虽然老采空区距离较远，物探结果无异常，但仍然需要提高重视。总体来说，采空积水对井田开采的影响程度为中等水平。主要影响工作面为11101 工作面、11104 工作面、11105 工作面、13101 工作面、13103 工作面。

3 正帮煤业开采水害防治工作建议

根据正帮煤业矿井充水条件及地质水文特点，提出以下开采水害防治工作建议

1）地表水综合治理：虽然地表水对井田开采影响较小，但在雨季时，地表水仍有沿导水裂隙带进入，导致淹井事故风险。因此，应加强井田内地表低洼区域、易积水区域的综合治理工作，定期检查地表区域内是否存在导水裂隙或者其他导水通道，若是发现区域内存在导水通道，应及时采用回填等方式进行处理。另外，还需要对区域内地上水系进行全面检查，确认地上水系是否存在渗漏、塌陷等情况，并做好雨季暴雨预报、预警、预防以及应急绝缘工作，实施井田内部排水设施加固、疏通作业，保障井田水害综合应对能力[3]。

2）完善排水系统与应急处理预案：为保障井下排水系统的持续运转，应定期实施水泵及其他排水设施的检修作业，并安全专业人员对矿区各排水点以及排水系统综合排水能力进行全面检查。同时，还需结合井田实际情况，制定完善的水害应急救援预案，定期安排水害应急演练，储备充足的应急抢险救援物资和设备，多方面结合共同保障水害应急救援能力。

3）采空区积水防治工作：根据水害影响程度评价结果可知，正帮煤业主要面临的水害影响为采空区积水，所以必须要做好采空区积水防治工作。具体来说，在开采接近采空区和钻孔、废弃井筒时，应提前对采空区积水进行探测分析，及时开展探放水作业，并预留防隔水煤柱。在矿井东部区域开采时，应提前实施探测作业，预防邻近矿井采区积水透水事故。在实施10#、10#+11#煤层开采时，应前排放同层及上层采空区积水。所有采空区积水排放作业均应充分考虑水头压力，严格按照现行规定要求布设排水孔，保障排水安全[4]。

4）工作面防水及构造防水：在实施煤矿开采作业前，应结合区域煤层特点制定完善的工作面防治水工作计划，并严格落实工作面防水工作。开展巷道设计及布置时，应对现有地质水文资料进行全面分析，遵循“先易后难、由浅入深”的原则制定完善的巷道设计方案，并以此基础有序推进巷道开采作业。合理设置首采区，在首采区中推行试采作业，总结归纳经验，对现有巷道设计进行持续优化调整。当巷道掘进值断层、陷落柱等构造区域，应对构造区域进行探测分析，确定构造区域分布特点及含水性，合理制定防治水工作计划，依计划开展后续防治水作业[5]。

4 开采水害防治工作建议的工程应用成效

在2017 年—2022 年期间内，正帮煤业井田一采区11101 工作面、11104 工作面以及采空区东西向三条大巷主要面临采空区积水问题，为消除水患影响，正帮煤业开采作业中根据水害防治工作建议开展防治水工作，对采空区积水进行有效治理，共计疏放采空区积水约369.5 万m3，具体情况如下：

1）三条大巷放水情况：辅运大巷共计放水约55 615 m3。在经过多车钻探后，于2019 年7 月，分别在辅运大巷设置14 个钻探孔，具体钻探孔布置如图2所示。钻探后确认钻进9#煤空巷的2 个钻孔无水，钻井10#煤空巷的7 个钻孔中部分有水，在后续持续观测后发现出水量持续减小，最后变为无水，证明辅运大巷放水效果良好。

图2 辅运大巷钻探孔布置示意图

主运大巷经过三个月放水后确认积水已放尽，共计放水约95 389.6 m3。在经过多车钻探后，于2019 年9 月设置15 个钻探孔进行钻探分析，具体钻孔布置如图3 所示。钻探后确认钻进9#煤空巷的2 个钻孔无水，钻井10# 煤空巷的7 个钻孔中部分有水，在后续持续观测后发现出水量持续减小，最后稳定在50 m3/h，证明主运大巷放水效果良好。

图3 主运大巷钻探孔布置示意图

回风大巷截止2019 年年底共计含水量为90.3万m3，共设置49 个钻探孔，实施2 次物探和7 次化探，最终于2019 年9 月确认出水量降为0，后续持续关注中未发现大规模出水情况，证明回风大巷放水效果良好。

2）工作面疏放水情况。11101 工作面和11104 工作面分别放水45.4 万m3和13 万m3，在经过多次钻探分析后确认两工作面已彻底无水后将所有出水钻孔封闭。

5 结语

以正帮煤业为研究案例，结合井田开采水害影响程度，合理提出水害防治工作建议，根据正帮煤业实际井田开采水害防治工作情况来看，相关水害防治工作建议具有较强应用成效，可在其他同类井田开采水害防治工作中进行参考应用。