盂縣躍進煤礦水災綜合防治技術研究

韓愛忠 李全中 姜 有

（1.山西晉盂煤業有限公司，山西 陽泉045100；2.山西工程技術學院采礦工程系，山西 陽泉045000）

1 礦井概況

盂縣躍進煤礦始建于1958年，于1960年投產，開采煤層主要為8#、9#和15#煤層，經過多次擴建和技術改造，該礦現生產能力1.2Mt/a，該礦井水文地質條件如下。

1.1 地表水

井田位于招三河畔，招三河從井田西南部邊界外由南向北流過，招三河屬海河流域滹沱河水系溫河上游支流。井田內溝谷縱橫，平時干涸無水，雨季為排洪通道，洪水流出井田后，在盂縣城南匯入溫河。井田內無水庫等大型地表水體。礦井工業廣場最低標高為+985m，井口最低標高為+992m，礦井最高洪水位為+982m，低于井口標高。

1.2 含水層組特征

根據以往勘探資料，本區可劃分出以下含水層組：奧陶系中統灰巖含水層組、太原組石灰巖巖裂隙巖溶含水巖組、山西組石盒子組砂巖裂隙含水層組及第四系松散巖類孔隙含水層。

1.2.1 奧陶系中統石灰巖巖溶裂隙含水層。巖性主要為灰色，厚層狀石灰巖，結構致密，性脆、局部節理發育，溶孔溶隙發育，據盂縣勘探區鉆孔資料，在鉆進至該層位時，沖洗液漏失嚴重，據調查：周邊礦井奧灰水源井取水主要目的層均為馬家溝組。據位于井田東部約5km的躍進煤礦生活水源井，峰峰組局部巖溶裂隙發育，上馬家溝組和下馬家溝組巖溶裂隙發育，該水源井2008年成井后進行了簡易抽水試驗，水位降深12m時，出水量為42m3/h，單位涌水量為0.9722L/S·m，奧灰峰峰組、上馬家溝組和下馬家溝組混合水位標高為529.4m，據此推斷躍進井田奧灰水位約為536～539m。

1.2.2 石炭系上統太原組石灰巖裂隙巖溶含水巖組。該巖溶裂隙含水巖組由K2、K3、K43層灰巖組成，據盂縣勘探區鉆孔資料，在鉆進至K2灰巖時，沖洗液有漏失現象，單位涌水量0.007～2.00L/s·m，滲透系數0.053～15.8m/d，富水性一般較弱，局部中等。K2灰巖為15號煤層直接頂板，據調查躍進煤礦及周邊礦井在15號煤層采掘過程中，僅表現為局部滲水、淋水現象，未對采掘造成明顯影響，井田內該含水層為弱富水性含水層。

1.2.3 山西組、石盒子組砂巖裂隙含水層組。該含水巖組由山西組、石盒子組砂巖組成，井田內出露較多，但由于受地質和自然地理條件的限制，一般含水性差，據以往資料，單位涌水量0.0002L/s·m，滲透系數0.0011m/d，為弱富水性含水層。

1.2.4 第四系松散巖類孔隙含水層。主要以近代河谷沖洪積層含水為主，巖性為砂、沙礫及卵石組成，夾粉砂及透鏡狀黏土層，富水性視距河床遠近有所變化，是當地居民生活生產的主要水源之一。

1.3 隔水層

1.3.1 本溪組隔水層。太原組15號煤層底至本溪組底部主要由泥巖、鋁質泥巖、砂質泥巖等組成，夾不穩定地薄煤線、薄層石灰巖等，系奧陶系中統巖溶水與太原組煤層及石灰巖裂隙巖溶水間的良好隔水層。

1.3.2 石炭系太原組和二疊系山西組層間隔水層。本隔水層由泥巖、砂質泥巖、泥巖及煤層等組成。分布于各層石灰巖和各層砂巖含水層之間，構成平行復合結構，起到層間隔水作用。

1.4 地下水補給、徑流、排泄條件

井田西南部邊界處分布于近代河谷中的第四系沙礫巖層，接受大氣降水及河水直接補給。補、徑、排條件相對較好。石炭、二疊系含水層地下水的補、徑、排條件較差，富水性不均，淺部接受補給條件相對較好。奧陶系巖溶地下水豐富，補、徑、排條件很好。

井田構造形態總體為一寬緩的背斜，采掘過程中發現18個陷落柱及2條斷層，未發現因遇見斷層和陷落柱而出現水文動態的異常。構造對井田水文地質條件的影響不明顯。

2 礦井充水因素分析

2.1 大氣降水和地表水

井田內無水庫等大型水體。井田內溝谷平時無水，雨季為排洪通道。礦井涌水量雨季較旱季有所增加。礦井井口未受洪水威脅。

井田內溝谷發育，有利于大氣降水的匯集，在煤層埋深小于煤層開采后形成的導水裂隙帶區域，溝谷匯集的大氣降水可能會從煤層開采后形成的裂隙灌入井下。因此在今后開采過程中，必須采取相應防范措施，防止雨季溝谷匯集的洪水灌入井下，釀成水災事故。

2.2 小窯水

據調查周邊礦井與躍進煤礦相鄰區域，目前9號煤層采空積水共有12處，積水面積共計8.94×105（m2），積水量共計8.34×104（m3），目前15號煤層采空積水共有4處，積水面積共計2.52×105（m2），積水量共計3.02×104（m3）。在今后生產過程中，開采至礦界附近時，應加強探放水工作，并按設計留足保安煤柱，以防其采空區積水、積氣進入巷道，對礦井產生影響，造成事故。

2.3 采空區積水

據調查躍進煤礦目前9號煤層采空積水共有5處，積水面積共計8.69×105（m2），積水量共計1.24×104（m3）。井田構造形態總體為寬緩的背向斜褶曲，目前采掘工作主要在井田中部背斜軸部一帶進行，各積水區分布于背斜兩翼或向斜軸部，采空區積水對目前9號煤層采掘工程無影響。隨著采煤工藝的改進，煤炭回采率的提高，煤層開采后導水裂隙帶高度也將增加，部分區域可達到風化基巖段和地表，采空區積水范圍、積水量將會比以往有加快增加趨勢。隨著時間的推移，以及積水區、積水范圍、積水量的增加，采空區積水會對采掘工程造成影響。

井田內有陷落柱、斷層發育，雖然目前未發現有明顯導水現象的斷層、陷落柱，但斷層破碎帶、陷落柱內的巖性比較復雜，且膠結程度較差，加之受采動影響，不導水構造可以轉變為導水構造，上部9號煤層采空積水也可能沿斷層、陷落柱進入15煤層，對15號煤層的開采造成影響。如15號煤層D-238號鉆孔南部一帶，陷落柱發育，該地段左有采空積水，上有9號煤層采空積水，除煤層開采形成的導水裂隙帶外，對陷落柱的導水也決不容輕視，在該地段開采前要抽排采空積水，并對陷落柱采取注漿加固等防治水措施，以確保礦井安全生產。

2.4 奧灰水

據躍進煤礦生活水源井，奧灰水位標高為536.4m，據此推斷井田奧灰水位約為536～539m。井田內各可采煤層均位于奧灰水水位之上，奧灰水對煤層開采無影響。

3 礦井水水災防治措施

3.1 礦井充水通道

據生產礦井充水情況與礦區水文地質條件來看，本礦煤層充水通道主要為煤層頂板以上巖石的裂隙、陷落柱、斷層及開采后形成的導水裂隙帶，其他因素居次。

3.1.1 斷裂構造帶。在采掘過程中，未發現有明顯導水現象的斷層、陷落柱，僅頂板有淋水現象。

斷層破碎帶、陷落柱內的巖性比較復雜，且膠結程度較差，附近巖層裂隙較發育，往往能導致與其他含水層和上部煤層采空積水溝通，一旦導通，則對礦井開采影響較大。加之阻水、不導水構造在采礦等因素的影響下，可轉化為透水、導水構造。所以對陷落柱和斷層的導水性和富水性絕不可低估，在礦井開采過程中應密切關注這些構造的導富水情況。

3.1.2 覆巖層破壞后形成的導水裂隙帶。影響覆巖破壞的主要因素有煤層頂板的巖性組合、開采厚度和采煤方法。井田內可采煤層上覆巖性組合多為灰巖、砂巖、砂質泥巖，煤層開采采用一次性采煤層全高，頂板管理方法采用全部垮落法。煤層開采后，頂板導水裂隙帶根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》（煤行管字［2000］第81號）中的公式進行計算［1］。

采用經驗公式計算其導水裂隙帶高度：

式中：HLi—導水裂隙帶高度m；

∑M—累計采厚m。

8號煤層厚度為1.10～1.60m，計算結果為41.46～49.72m。

9號煤層厚度為3.90～6.10m，計算結果為69.25～84.09m。

15號煤層厚度為6.95～8.60m，計算結果為89.09～97.98m。

8號煤層下距9號煤層僅1.18～4.42m，平均2.92m，同一鉆孔見煤點8、9號煤層累計厚度為5.95～7.60m，聯合開采后，導水裂隙帶計算結果為83.18～92.70m。

8號煤層與9號煤層間距小于9號煤層開采后形成的導水裂隙帶高度，8號煤層開采后,其采空積水會直接滲入9號煤層，成為9號煤層充水水源；9號煤層下距15號煤層74.90～81.90m，由以上計算可知，8、9號煤層采空區位于15號煤層導水裂隙帶范圍之內，后期開采15號煤層時，其上部8、9號煤層采空區積水會沿導水裂隙進入下伏15號煤層采區巷道，對15號煤層的開采造成影響。井田內8、9號煤層埋深小于8、9號煤層導水裂隙帶區域，煤層開采后，大氣降水、地表水會沿導水裂隙帶導入8、9號煤層，對礦井開采造成影響。在今后開采過程中，必須采取相應防范措施，防止雨季洪水灌入井下，釀成水災事故。

3.1.3 井田內不良的鉆孔。井田內以往施工鉆孔3個，由于施工年代已久，封孔情況不清，應防備鉆孔構成導水通道。

3.2 礦井水災防治

井田開采8、9、15號煤層主要水害為大氣降水入滲補給，通過巖層裂隙、斷層、陷落柱等入滲補給煤層頂板以上含水層，含水層水通過裂隙、導水裂隙帶滲進采空區或巷道。井田煤層處于淺-中埋區，煤系及其以上鄰近基巖含水層，接受補給條件差，富水性弱。井田內最低部15號煤層最低底板標高為810m，而井田奧灰水水位標高為536～539m，井田內各可采煤層均處于奧灰水水位標高之上，奧灰水對煤層開采無影響，綜上所述，礦井水文地質條件屬中等類型。根據《煤礦防治水規定》的相關條文［2-3］，根據躍進煤礦實際情況，參考一些礦井水災防治措施［4-6］，制訂躍進煤礦水災防治措施如下：

3.2.1 井口附近構筑排水渠，以防雨季來臨時洪水涌入礦井。

3.2.2 樹立防水意識，重視防水工作，對工人進行有關水害知識的教育和有關出水征兆的識別。加強對礦井涌水量的觀測記錄，及時掌握有關涌水量的變化情況，對突然增大的涌水量，要查明水源及水量變化情況，分析其原因，采取有效措施，制止水害事故發生。

3.2.3 必須經常檢查礦區地表是否存在導水裂隙或其他導水通道，發現裂隙及其他導水通道，應及時將其回填密實，避免雨季洪水灌入井下。

3.2.4 必須了解相鄰礦井情況，掌握其采空范圍、涌（積）水現象，防止越界開采造成巷道相互貫通，采空區積水涌入礦井，導致涌（突）水事故的發生。

3.2.5 在巷道掘進接近采空區、陷落柱、斷層、鉆孔時，要進行探放水工作，尤其要對采空區積水、積氣進行探測排放。

4 結論

本文通過分析盂縣躍進煤礦水文地質條件和礦井充水因素，查明了盂縣水害主要為小窯水和采空區積水，根據煤礦實際情況，制定了合理的水災防治措施，保障了礦井的安全生產，為類似礦井的水災防治提供了重要的借鑒。

［1］國家煤炭工業局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采教程［M］.北京：煤炭工業出版社，2000.

［2］國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全監察局.煤礦防治水規定［M］.北京：煤炭工業出版社，2009.

［3］武強，趙蘇啟，李竟生，等.《煤礦防治水規定》編制背景與要點［J］.煤炭學報，2011，36（1），70-74.

［4］趙蘇啟，武強，尹尚先.廣東大興煤礦特大突水事故機理分析［J］.煤炭學報，2006，31（5）：618-622.

［5］武強，金玉潔.華北型煤田礦井防治水決策系統［M］.北京：煤炭工業出版社，1995.

［6］尹尚先，吳文金，李永軍，等.華北煤田巖溶陷落柱及其突水研究［M］.北京：煤炭工業出版社，2008.

［7］趙蘇啟，武強，尹尚先.廣東大興煤礦特大突水事故機理分析［J］.煤炭學報，2006，31（5）：618-622.