晉圣三溝鑫都煤業積水分布情況分析及涌水量預測研究

李海會

（晉煤集團晉圣三溝鑫都煤業有限公司，山西 晉城 048000）

1 引言

為了合理開發利用煤炭資源，晉圣三溝鑫都煤業需要進行全方位系統優化[1-3]。面對歷年其他煤礦因煤礦涌水量突發而引起的傷亡事故，晉圣三溝鑫都煤業對礦井水害極其重視。首先依據煤礦涌水分布形式對排水系統進行合理的設計改造[4-6]。由于沒有改進之前涌水量數據資料不夠完善，需要對產能升級后的礦井涌水量數據進行合理的預測，從而為煤礦排水系統的建設和制定合理的防治水措施提供合理的技術依據，保證礦井的排水系統滿足生產需要。

2 工程概況

2.1 地質條件

山西晉煤集團晉圣三溝鑫都煤業位于沁水縣城西南，其所處地理坐標為東經112°01′32″～112°04′05″，北緯 35°38′43″～35°39′45″。井田北部和西部與山西晉煤集團晉圣億欣煤業有限公司相接，南部、東部為沁水普查區，均尚未開發。可采2～15#煤層，生產能力為60萬t/a，開采深度為1129.97～859.97 m。井田大體呈長方形，東西長3823 m，南北寬1738 m，面積約為5.3698 km2。井田大部分為基巖出露區，地形大致中部高，最高點標高+1380.6 m，最低點標高約+1040.0 m，最大相對高差為340.6 m。

2.2 積水來源

本區屬于黃河流域沁河水系杏河支流，多年平均降水量795.8 mm，降水主要集中于每年的6～9月份，約占全年降水量的70%。年蒸發量為1600～1800 mm，礦區所在位置平均海拔1250 m以上。

礦井涌水量受降水的季節變化影響，具有明顯的動態變化特征。井田西北部2號煤層埋深較淺，大氣降水通過巖土層的孔隙、裂隙對礦井補給。大氣降水入滲礦井有明顯的滯后現象，一般滯后期30～45 d，具有季節性、周期性的變化規律，隨開采深度的增加，影響逐漸降低。大氣降水通過基巖裂隙及松散孔隙入滲巖層，形成含水巖體，在有導水裂隙或斷層通道時進入開采礦井，成為礦井水的重要補給源。

井田北部2#煤層中形成一定面積的老空區，但根據實際揭露和入井查看基本無水；在井田西部和北部15#煤層中形成一定面積的積水老空區；曾開采2#煤層，但具體開采范圍、位置等情況不明。因此三溝鑫都煤業今后靠近開采及開采其下部15#煤層資源時應引起高度重視，15#煤層為礦井主要開采層。

在井田西北部2、15號煤層均形成大面積的采空區或破壞區，此外，原沁水縣龍港鎮南巖煤礦于2004年關閉，該礦對礦井北部15號煤層有一定程度的破壞，并形成了采空區。對采空區內積水面積進行調查分析，并繪制了采空區積水面積波動曲線圖，如下圖1所示。

圖1 采空區積水面積波動曲線圖（單位：m2）

3 涌水量預算

礦井的富水系數一般是指采掘單位重量煤的過程中所涌出的礦井水量，根據經驗，該參數的計算公式應為：

式中：

K-噸煤富水系數，m3/t；

Q-礦井涌水量，m3/h；

A-礦井生產能力，t/h。

計算出富水系數后，升級后的礦井涌水量采用噸煤富水系數進行預算如下：

式中：

為了確保水利工程能按時交工使用，在水利工程決策時期，業主及設計方應盡量做到如下幾點：充分掌握水利工程的建設規模、整體布局及成本預算等；大量收集相關水文、地質、環境等具體資料，同時實地勘測施工現場；通過分析搜集到的及現場勘測和調查等的相關資料，同時借鑒以往的施工經驗信息，科學分析工程項目的可行性；通過逆向思維展開分析，對可能引起水利工程進度延誤的相關因素進行預防控制等。總之，在水利工程項目決策階段，需要充分結合風險識別，實現對風險的預防、發現和及時轉移。

Q-預計礦井涌水量，m3/h；

A-預計生產能力，t/h；

K-富水系數，m3/t。

根據如上公式可計算出礦井涌水量，具體結果如下：2號煤層礦井實際生產能力少于60萬t/a，其涌水量為240m3/d，最大涌水量為360m3/d；15#煤層采用斜立雙井混合開拓方式進行開拓，其生產能力為3萬t/a，礦井正常涌水量為15m3/d，最大涌水量24m3/d，預計礦井達到60萬t/a生產能力時，礦井正常涌水量為300 m3/d，最大涌水量為480m3/d。

4 保護措施

4.1 大氣降水與地表水防治措施

由于2號煤層可采區位于煤層露頭附近，大氣降水與地表水將會給2號煤層的開采帶來危害。

（1）繼續完善疏水、防水、排水系統，每年汛期前必須將井筒周圍的導水溝渠挖好疏通，并由專人負責。

（2）對關閉報廢的井筒，要組織人員進行徹底的排查，并按照煤礦防治水規定及時進行填實封堵和登記存檔，以防地表水灌入井下。

（3）對地表存在的地面塌陷、裂縫或其他導水通道，應及時回填夯實，防止洪水潰入井下。

（4）在地面低洼地帶或漏水地段上游垂直水流方向修筑排（截）水溝渠。

（5）保持溝谷排水暢通，矸石和棄渣等固體廢棄物存放不得妨礙正常排水，經常檢查溝谷滲漏情況，井下留設河流保安煤柱。

（6）與氣象、水利、防汛等部門溝通合作，建立災害性天氣水害預警和預防機制。

（7）每次降大到暴雨的前后，應安排專人對井田內及周邊廢棄老窯、報廢井筒、地面塌陷、采動裂隙以及可能影響礦井生產安全的水庫、河流、堤防工程等重點部位進行巡查，比如煤層露頭等。同時派專業人員及時觀測礦井涌水量的變化情況。當發現可能引發淹井時，應當立即撤出井下作業人員到安全地點。

4.2 采空區積水防治措施

（1）扎實做好井下超前探測工作，采用物探、鉆探相結合的方法，嚴格執行“預測預報、有掘必探、有采必探、先探后掘、先探后采”的防治水原則，對其采取探放水措施，包括坑透、物探、鉆探、采空區積水疏放等，做好采空區的探測工作。

（2）在臨近采空積水區進行采掘時，必須對采空積水進行探放。

4.3 其他水患防治措施

（1）老窯井筒積水防治措施

老窯井筒、封閉不良鉆孔作為礦井的致災因素，是因為井筒和鉆孔溝通了各含水層，形成了導水通道，由于封閉不良極易造成礦井充水形成水害。

本礦井廢棄井筒8個，井田范圍內共施工19個鉆孔，且鉆孔封閉均合格。但是本礦井所有鉆孔暫時未進行封孔質量檢查，因此，開采到鉆孔附近時必須做好探放水工作，做好防涌水、突水事故預案，防治封閉不良地質鉆孔造成涌水、突水事故。

表1 廢棄井筒封閉情況調查表

確定鉆孔在采掘工作面的位置，查閱鉆孔封孔報告書或資料，核實其封孔質量。對無封孔資料可查的鉆孔，應視為封孔情況不清鉆孔。對于封閉不良或封孔情況不清的鉆孔，應圈出警戒范圍，采用井下鉆探的方法查清其導水情況，并采取提前注漿封閉含水層段或留設防隔水煤柱等相應措施。井下揭露出的鉆孔，要及時封堵，防止滯后突水。

（2）斷層防治措施

依據對斷層發育特征分析，結合采掘生產揭露情況，近期生產區域內可能遇到主要是F3、F3-3、F12、F4、F5斷層，其他斷層規模小，裂隙不甚發育，褶皺寬緩，對瓦斯賦存、導水性及煤層頂底板穩定性影響均較弱，但由于小型斷層對巷道與工作面連續推進有一定影響，在巷道掘進過程中應采取超前探測措施，準確查明斷層位置、落差及導水性，為采掘生產提供可靠的地質依據。

根據井田地質資料，本井田區內主要發育有1條逆斷層和5條正斷層，另外礦方在近三年的開采中揭露了一些小型斷層，目前斷層對煤層的開采影響不大。在煤礦近期開采中要注意查明特別是F2、F3兩條正斷層的導水性。生產中必須采用井下物探和鉆探結合的方法，加強對構造導水性探測工作，若探測或采掘到導水構造需按照規定留設防水隔離煤柱。

（3）封閉不良鉆孔

據調查，井田內存在以往施工的19個鉆孔。根據資料，每個鉆孔施工驗收結束后，均按照鉆探規程要求進行了鉆孔封閉，煤系地層均采用水泥砂漿進行封閉，封孔質量較好，但均未進行啟封檢查封孔層段。施工時封孔質量良好的鉆孔及井筒，不排除在礦山開采后，礦山壓力重新分布，破壞其封閉質量，應防備封閉不良的鉆孔、水井及井筒構成導水通道。