莒山煤礦3號煤復采水害分析與防治措施

楊樹才

（山西蘭花集團 莒山煤礦有限公司，山西 澤州 048002）

莒山煤礦1961年投產，位于晉城市東北部約18 km處的澤州縣巴公鎮三家店村附近。井田地理坐標為：東經 112°53′01″～112°54′56″，北緯 35°39′37″～35°41′36″。礦區面積9.016 km2，生產規模90萬t/a。目前3號煤層已近枯竭，為了緩解水平接替緊張，主要對原刀柱工作面下棄滯煤炭復采，探放同煤層采空積水是防治水工作的重要任務。

1 3號煤復采技術概況

莒山煤礦3號煤復采主要回收從前刀柱工作面下的棄滯煤炭，復采面在原刀柱面基礎上布置，采區運輸及回風大巷布置于原采區隔離煤柱間，復采面順槽與上分層刀柱面順槽采用內錯布置，間距5 m，均沿3號煤底板掘進，采用長壁綜合機械化全部垮落法采煤方法。復采工作面示意圖，見圖1。

圖1 復采工作面示意圖

2 水文地質條件

1）地表水系：井田內地表河流不發育，大小溝谷常年缺水，雨季時才有洪水排泄，雨過數小時水流即減退至消失，屬季節性河流。

2）含水層：①第四系松散巖類孔隙含水層。②基巖風化帶含水層。③二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含水層。④二疊系山西組砂巖裂隙含水層。⑤石炭系太原組砂巖、灰巖巖溶裂隙含水層。⑥中奧陶系灰巖巖溶裂隙含水層。

3）主要隔水層：①本溪組及太原組底部泥巖、鋁土質泥巖隔水層組：奧陶系灰巖頂面為一套以泥質巖為主的細碎屑巖地層，厚度約10.51m，巖性致密、不透水，特別是本溪組的鋁土泥巖，質地細膩，具有極好的隔水性能，為礦區主要隔水層組，對下伏奧灰水起到了重要的阻隔作用。②石炭系灰巖、砂巖及二疊系砂巖含水層之間的層間隔水層：均分布有厚度不等的泥巖、砂質泥巖等泥質巖層，巖性較致密；不透水，阻隔了各含水層之間的水力聯系，起到了層間隔水作用。

3 主要水害類型分析

1）礦井充水特征：根據礦井2012-2013年煤炭開采量、降水量、礦井涌水量資料分析，礦井涌水量有隨煤炭開采量增加而增大的趨勢；礦井涌水量與降水量變化基本一致。煤炭開采量、降水量與礦井涌水量關系圖，見圖2。

圖2 煤炭開采量、降水量與礦井涌水量關系圖

礦井充水特征主要有：①礦井涌水量與煤炭開采量變化總體趨勢基本一致（見圖2），但在不同時段又有差異，說明煤炭產量增大時，礦井涌水量的增大是必然趨勢。②礦井涌水量與降水量變化關系基本一致，見圖2，但在不同的開采部位，由于煤層埋藏深度的不同，礦井涌水量和降水量的變化存在差異。

2）地表水體：大氣降水和地表水是礦井充水的間接水源之一。多年平均降水量573.8 mm，主要集中在7～9月份，受季節性影響較大，具有明顯動態特征。洪水期可經不同成因的基巖裂隙及松散沉積物孔隙在裂隙溝通時進入礦坑；受采掘活動影響，產生的導水裂隙帶最高可達163 m，部分地段可溝通地表。在淺部，開采產生的塌陷裂隙，會直接溝通與地表水的聯系；在雨季，降水沿著裂隙，直接進入礦井。

2）地下水：開采3號煤層，將構成K8砂巖、K9砂巖含水層的聯系；局部的隔水層變薄地段，將會溝通K10含水層。因此，K8砂巖、K9、砂巖、K10砂巖含水層是3號煤層的直接水源。由于含水層均為弱富水性，補給條件較差、一般性充水，因此對礦井危害不大。

3）同煤層采空積水：經多年開采，3號煤層己有大量采空區，會對同煤層復采造成積水影響。依據《煤礦安全手冊》第五篇中，采空區積水估算公式：

式中：K為采空區充水系數（介于0.25～0.5之間）；M為采空區的平均采高線或煤厚，m，取5.70 m；F為采空積水區的水平投影面積，m2；α為煤層傾角，°。算得結果：積水面積153 109 m2，預計積水量186 746 m3。由于3號煤層開采范圍較大，并有一定量的積水，雖然說基本掌握采空區范圍與積水量，依然必要引起高度重視、采取防范措施，防止水害事故。

4 水害防治措施

4.1 地表水害防治

井田內河流、溝谷常年無水，雨季才有洪水排泄。雨季到來之前，專項成立防治水領導組，完善目標計劃，統籌安排，常備防洪專用的物資設備，加強雨季前排水系統的檢查檢修工作，確保備用水泵、管路齊全完好，并符合相關規定。組織相關人員對河流、溝谷中障礙物進行清理，對河道進行疏通，保證雨季安全泄洪。對因受采動影響形成的塌陷、裂隙等進行填埋，防止雨季洪水通過裂隙潰入礦井。

4.2 采空積水探測

探測方法有兩種：超前物探和超前鉆探。

1）綜合物探。首先利用綜合物探方法，探測工作面內部原刀柱工作面上分層采空積水情況及富水區段，分析工作面地質異常區域水文情況，以便有效指導工作面布置及采掘中防治水的技術實施，見圖3。綜合物探方法的選擇。①探測目的：主要探測采掘前方及頂板富水區段，同煤層采空積水情況等。②物探方法特征：物探方法須對構造敏感，對富水區段敏感，針對性、有效性和可靠性強。③原則：以井下物探為主，地面物探為輔。以一種物探方法為主，其它物探方法為輔，盡量減少物探解譯多解性的不足；適合工作面地質、水文地質條件特征。

圖3 物探方法及作用圖

2）必要鉆探：防治同煤層采空水的有效方法就是探水掘進，在有足夠幫距、超前距和控制鉆孔密度的掩護之下，方可逐步循序漸進。根據原刀柱工作面圖紙資料及物探結果，分析復采工作面水文地質情況，查明原刀柱工作面遺留煤體及老空水體的空間位置、積水區域、水壓，采用長探與短探相結合的方式、合理布置探水鉆孔，針對性地探放水。探放水鉆孔分兩組布置（長探1組、短探1組）見圖4。①長探：在巷道前方平行于煤層底板方向探測，布置3個鉆孔，鉆孔距巷道底板高度1.0 m，中間鉆孔垂直煤幫，孔間距100 cm，兩幫鉆孔夾角10°，并按規定保持足夠的安全距離。②短探：主要探測掘進巷道前方原刀柱工作面上分層空區，在巷道前方沿煤層方向大于煤層傾角3°布置3個鉆孔，鉆孔距煤層底板1.5m，孔間距均為120 cm，兩幫鉆孔夾角20°，超前距離不低于30 m。

5 結束語

圖4 掘進工作面鉆孔布置示意圖

根據3號煤復采工作面采空積水具有分散、孤立、隱蔽性特點，及其動態發展過程，結合物探成果、圖紙、資料，要認真細致地對復采工作面地質構造、充水因素、水文地質情況進行分析，掌握水害類型及其重要性，采取有效的防治水措施，探明復采工作面水文情況，順利探放出原刀柱工作面采空積水，確保礦井安全生產，才能順利復采原刀柱工作面棄滯煤炭，提高資源回收率，緩解了礦井水平接替緊張，獲得安全效益和經濟效益。

[1]李延輝.防治老空水技術途徑[J].山東煤炭科技，2004（5）:38-39.

[2]王晚寧.水害致因及其防治措施[J].中國煤礦安全，2012（6）:40-44.