唐安煤礦3號煤層開采對地表水體影響分析

胡正義

（山西蘭花同寶煤業有限公司，山西 高平 048400）

1 井田概況

高平市唐安煤礦原屬山西省高平市的市營煤礦，現為山西蘭花集團下屬礦井，批準開采3-15號煤層，開采深度870～510 m標高，礦區面積約24.74 km2，井田內煤炭儲量312.63 Mt（其中3號煤層166.14 Mt），可采儲量205.51 Mt（其中3號煤層68.84 Mt），批準年產規模150萬t。

2 導水裂隙帶對地表水的影響

2.1 采煤沉陷導水裂隙帶高度預測

開采煤層后，由于礦山壓力，使煤層上履巖層形成冒落帶、裂隙帶、緩慢下沉帶“三帶”。通過對裂隙帶最大高度的預計，可以預測井下采煤對地下含水層、地表水體等產生的破壞及影響。因此，根據《煤礦防治水規定》中的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》確定，選用不同覆巖類型破壞移動計算公式，進行導水裂隙帶發育高度計算，并按下列公式的最大值確定導水裂隙帶發育高度：

覆巖中硬型：

覆巖堅硬型：

式中：Hli為導水裂隙帶發育高度，m；ΣM為累計采厚，m。

根據井田地質鉆孔巖石力學性質試驗測試結果，本礦3號煤覆巖為砂巖，屬中硬型，選用中硬型公式計算，3號煤層導水裂隙帶最大高度采用62.00m。

2.2 導水裂隙帶對地表水的影響

煤礦開采中，對地質環境造成一定影響，可分為冒落帶、裂隙帶、整體移動帶，其中重要影響的是冒落帶和裂隙帶。當煤層開采后，其上部巖層被破壞時，若產生的裂隙帶達到地表，就會使地表水與井下連通，引起地表水滲漏至井下；若地下含水層破壞，也將造成礦井水的增加，形成以煤礦采區為中心的降落漏斗，其范圍內的地表水、地下水將會改變原有水平流動變為垂直流動，使得地表水量減少、淺層地下水位下降。

根據計算，3號煤層最大導水裂隙帶高度為62.00 m，3號煤層埋藏深度35.20～447.20 m。井田西邊緣的721號鉆孔位于馬村河北部，根據地層揭露情況分析，3號煤層頂板埋深35.20m，導水裂隙帶高度59.32m；井田西北部的Y23號、Y24號、Y41號鉆孔位于原村河周圍，3號煤層頂板埋深分別為49.26 m、39.98 m、51.73 m，導水裂隙帶高度分別為59.76m、60.64m、58.87m。因此，這兩條河流周圍3號煤層開采后，導水裂隙帶勢必會溝通地表，影響河道流量。為防止地表水向下滲漏，應在井田西部、北部的原村河、馬村河附近留設一定的保安煤柱。

根據掌握水庫東西兩側719號、747號鉆孔揭露情況分析，3號煤層頂板埋深分別為282.04 m、209.21 m，預測導水裂隙帶高度分別為58.74m、62.00m，掌握水庫留設足夠的保安煤柱；又據調查，水庫北3404工作面位于掌握水庫北，停采線距掌握水庫100 m，已于2007年6月回采結束；水庫南、西、東各留設263 m、310 m、370 m為實體煤柱沒有開采。水庫周圍地面無任何塌陷、裂縫、位移等變形現象。因此，3號煤開采對掌握水庫影響很小。

目前，章莊水庫保護區內沒有采掘工作面，根據章莊水庫東北側714號鉆孔分析，3號煤層頂板埋深206.44 m，導水裂隙帶高度60.40 m，導水裂隙帶不會溝通地表，但為避免導水裂隙可能溝通風化帶裂隙，引起地表水向下滲漏，報告提出該礦必須在章莊水庫區范圍內留設一定的保安煤柱，防止因煤層開采造成防洪設施的破壞。

3 地表沉陷對地表水的影響

3.1 地表變形預測

在煤炭開采過程中，采場周圍巖體應力將重新分布，使上覆巖體產生變形、位移和破壞，并出現冒落帶、導水裂隙帶和下沉帶。地表移動變形受很多因素的制約。依據煤炭部《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》中的經驗公式，預測煤層開采后的地表最大移動、變形、傾斜值如下：

1）最大下沉值：Wmax=M·q.

2）最大曲率值：Kmax=±1.52Wmax/r2.

3）最大傾斜值：Imax=Wmax/r2.

4）最大水平移動值：Umax=b·Wmax.

5）最大水平變形值：εmax=±1.52bWmax/r.

式中：q為下沉系數;M為煤層開采厚度，m；r為主要影響半徑，其值為采深與主要影響角正切值tgβ之比，m；b為水平移動系數。

本次評價根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》并結合礦井地質情況，確定本煤礦評價區主采各煤層采空后地表移動基本參數，如表1所示。

按照上述公式，本次計算取地層厚度平均值，計算本區開采各煤層后的地表變形值，如表2所示。

表1 煤層采空后地表移動基本參數表

表2 煤層采空后地表變形值預測表

3.2 地表沉陷對地表水的影響

煤礦開采對該區域地表形態和自然景觀有一定的影響，由于本礦區域為丘陵地帶、地形較復雜，井田內溝谷呈樹枝狀縱橫交錯，因此，開采沉陷引起的地表起伏與原有的地表自然起伏相比甚小，一般來說對丘陵、山地的地形、地貌影響甚微，開采不會改變區域總體地形地貌類型。

3號煤層開采，全井田內的最大下沉值為3814.82 mm，因此地形地貌發生變化，地表匯流條件發生改變，井田匯水量可能因此減小。但由于井田地處山區，坡度較大、蒸發強烈，且地表下沉后井田內地面高程總體上仍比丹河支流的地面高程高，故不會因地表下沉在井田形成地表水滯流，不會對井田匯水總量產生較大影響。

4 結束語

據上分析，本井田范圍內導水裂隙帶會溝通地表，出于采礦安全角度，煤礦開采時必須在河流及水庫周圍留設足夠的保安煤柱；煤礦開采后，地表沉陷最大下沉值為3 814.82 mm，下沉高度大，但由于其高程高于丹河支流，故不會引起地表水倒流井田、不會造成突水事故。