韓家洼煤礦煤層防治水評價與措施研究

房小夏

（山煤集團煤業管理有限公司，山西 太原 030006）

0 引 言

我國煤炭資源賦存豐富，且賦存形式多樣，不同地區礦井的水文地質類型千差萬別[1]。在水文地質條件簡單的區域，煤礦在設計開拓、準備以及回采系統布置時比較簡單，不需要著重考慮礦井防治水工作[2]。然而當礦井水文地質條件復雜時，在煤礦初步設計時，必須考慮礦井水災的影響，在布置采掘系統以及工作面回采時，必須做好相關礦井防治水工作，以避免礦井水災的發生，造成煤炭生產企業的重大財產損失與人員傷亡[3]。所以，合理、科學的礦井水文地質類型劃分與詳實、嚴謹的礦井防治水作業，是保障煤炭生產企業安全、高效回采的重要基礎[4]。

本文嚴格遵照《煤礦防治水規定》[5]中相關要求，以韓家洼煤礦22#、25#近距離煤層開采時的水文地質類型劃分與防治水措施為實際工程背景，利用現場調研的方法對韓家洼煤礦含水層、隔水層以及礦井充水因素進行了分析，利用現場實測與工程類比的方法對礦井涌水量進行了計算，從多個角度出發，判定了韓家洼煤礦22#、25#煤層的礦井水文地質類型，并針對韓家洼煤礦的生產實際提出了行之有效的防治水措施，以期能夠有效避免工作面回采以及巷道掘進時發生突水事故。同時，也為韓家洼后續煤層開采設計的礦井水文地質類型劃分與防治水作業提供了理論與實踐基礎，也為該地區條件相似的礦井提供了借鑒。

1 礦井概況

表1 22#、25#煤層特征一覽表

韓家洼煤礦位于大同市左云縣。井田面積4.5056km2，生產規模為90萬t/a。交通運輸條件十分方便。井田范圍內屬黃土高原平緩丘陵區，地勢較為平坦，黃土沖溝發育。區內地形總體上東南高西北低，地貌形態類型屬低中山區。本井田內22#、25#煤層總體形態為單斜構造。全井田未揭露較大斷層，現主要對近距離22#、25#煤層進行回采，22#、25#煤層特征見表1。

2 礦井水文地質條件

2.1 地表水體

韓家洼煤礦井田范圍內，不存在地表水體，大氣降水均沿著地表溝壑流出，雨季在溝壑中產生洪流，但由于洪流湍急，流速較快難以對地下水進行有效補給，井田屬于神頭泉域補給徑流區。

2.2 主要含水層

1）奧陶系灰巖含水層。根據巖性劃分下馬家溝組和下統亮甲山組。下馬家溝組灰巖厚度22～60m，巖性為厚層狀灰色石灰巖。亮甲山組灰巖厚度100～128m，巖性主要為灰色厚層狀石灰巖。奧灰水位標高在1165～1172.5m之間。

2）太原組含水層。系砂巖裂隙承壓含水層。巖石裂隙不發育，埋藏深，補給條件差，富水性弱。

3）山西組砂巖含水層。裂隙不發育，埋藏深，補給條件差，富水性弱，系砂巖裂隙承壓水。

4）下石盒子組砂巖含水層。系砂巖裂隙承壓水，裂隙不發育，埋藏較深，補給條件差。

5）風化殼。不分地層時代。但與地形、巖性有關，在河谷低洼處埋藏淺，一般40～50m處，與地表水、沖積潛水有水力聯系，水量較大。

6）第四系沖積層。分布于喬魚河河床，巖性為礫石混砂，含水層厚2.5m，靜止水位標高1444m，最大出水量604.8m3/d。

2.3 主要隔水層

1）本溪組主要由泥巖、砂質泥巖和鋁土泥巖組成，厚度平均35m左右，巖性細膩致密，具有良好的隔水作用，為井田主要隔水層。

2）太原組及山西組中相間于各砂巖含水層之間的泥巖，砂質泥巖厚度平均26m左右，一般為相對隔水層，可起到良好的層間相對隔水作用。但近地表處，因風化作用影響，裂隙發育，其隔水性能較差。

3 礦井充水條件分析

3.1 大氣降水

大氣降水通過不同成因的基巖裂隙及松散堆積物孔隙在裂隙溝通的情況下進入礦井，成為礦井充水的間接但重要的補充來源。

3.2 地表水的滲入

該礦屬低山丘陵區，大部分地區為黃土覆蓋，無地表水體。地表經流主要來原于時間短暫的雨季山洪暴發，雨后排泄很快，入滲量小。洪峰流量380m3/s，對礦井影響小。

3.3 地下水

1）第四系松散巖類孔隙潛水。礦區內第四系松散巖類孔隙潛水含水層總體埋藏較淺，主要由砂質粘土、砂土、粉砂組成，其富水性取決于砂礫大小及厚度，富水程度差異較大，涌水量的大小受大氣降水的補給明顯，屬中等-弱含水層。

2）二疊系砂巖含水層組。裂隙不發育，埋藏深，補給條件差，富水性弱，系砂巖裂隙承壓水。

3）石炭系太原組。主要為砂巖、灰巖層間裂隙、巖溶裂隙含水層系砂巖裂隙承壓含水層。巖石膠結致密，裂隙不發育，埋藏深，補給條件差，富水性弱，為開采煤層直接充水含水層，對煤礦開采造成一定影響。

4 礦井涌水量變化規律

4.1 礦井涌水量變化工程類比

韓家洼煤礦位于我國的較為干旱的區域，年降雨量較少，加之韓家洼煤礦屬于整合礦井，在原有小礦以及小煤窯多年開采后，已經將地下水排出，故可以認為礦井井下涌水量在不斷減少，這就說明在該區域內礦井涌水量的大小與降雨量是明顯呈現正相關的關系的。據原韓家洼煤礦2008年統計可知，在大氣降水較少的時期，礦井涌水量為400m3/d，在大氣降水較多的時期，礦井涌水量為600m3/d，則可知，在平水期期間，礦井涌水量為500m3/d。整合前原韓家洼煤礦，30萬噸/年，礦井的正常涌水量為500m3/d，最大涌水量為600m3/d。

頂板淋水是原韓家洼煤礦的主要涌水方式，經測驗，淋出水為停滯型水。

4.2 礦井涌水量預算

礦井涌水量的預算應當成分利用工程類比法，即含水系數法，見式（1）。

式中：Q為預計礦井涌水量（m3/d）；Q為區域含水系數（m3/d·t）；F 為礦井日產量（t）。

通過原韓家洼煤礦2008年井下涌水量，確定該礦井含水系數：

2008年10月30萬 t/a，相應的礦井涌水量Q1=500m3/d，則涌含水系數為q1=500/30=16.66m（3a/萬 t·d）。

重組后，礦井生產能力提高到90萬t/a，

則可預計正常涌水量為1500m3/d，最大涌水量為豐水期期間，達到了1800m3/d。

但從近幾年的采掘情況分析看，礦井采掘期間的總涌水量在17～19m3/h之間，基本不影響正常的掘進和回采。

5 礦井充水條件分析

根據《煤礦防治水規定》中的礦井水文地質類型劃分標準，結合韓家洼煤礦22#、25#煤層的具體地質條件與生產實際進行評價，礦井水文地質類型劃分采用就高不就低的原則，將22#、25#煤層的礦井水文地質類型為中等類型，見表2。

表2 22#、25#煤層水文地質類型劃分表

6 防治水工作建議

1）加大雨季及后期防排水工作。井田大面積出露二疊系上、下石盒子組地層，接受大氣降水和地表水補給，地下水易于集聚。因此，在雨季之前要對全礦井的防排水設施進行嚴密的排查，對隱患處及時進行處理，保障礦井排水系統的通暢，確保排水系統能夠滿足礦井生產需求。在雨季及后續的幾個月是礦井防治水的重要時期，特別要注意井田內河流的防洪。

2）加強對老窯采空區積水的探放工作。煤礦及周邊礦井采（古）空區面積較大。今后應及時收集相鄰礦井采掘資料及老窯采空區積水資料，積極開展22#煤層采空積水區的鉆探驗證工作，進一步圈定積水范圍，核實積水量；嚴格封堵（填）廢棄井巷；對探明的采空區積水，在井田巷道掘進或工作面回采時應引起高度注意，加強水情觀測工作。根據查明的實際情況采用探放水或留設保護煤（巖）柱等具體防治水措施。

3）做好下組煤層頂板的輸放水工作。太原組K2砂巖是22#、25#煤層的直接充水含水層，由于補給條件較差的原因富水性弱，太原組含水層和上組煤層采空區積水極易通過垮落帶和導水裂縫帶等通道滲入下組煤層回采工作面，對下組煤的開采構成一定的威脅。因此，必須做好22#、25#煤層頂板的放水工作。同時對22#、25#煤層時應采用合理的開采方法，按有關規定控制煤層的開采高度，加強煤層頂板的支護管理。

4）完善井下排水系統。礦井下布設有較完善的排水系統，主要巷道或工作面淋水由區域排水管道、水倉、水泵集中于中央水倉，然后由中央水倉水泵至副斜井排水管路排出井外。同時，應當對礦井排水系統進行經常性的維護，保障礦井排水系統的高效、可靠運行，并保證一定的富裕量，防止突發事件的發生。

5）制定礦井防治水預案。為有效預防礦井發生突水事故，必須制定一些行之有效的防治水預案，以降低礦井突水事故所帶來的財產損失與人員傷亡。防治水預案必須包括：水情預探測組織與管理、礦井涌水量與排水系統的管理與監測以及發生突水事故后的緊急避災路線與處置措施，對礦井防治水工作應做到事前有預報、事中有方法，事后有措施。派遣專業人員規范工人操作避免悲劇發生。

6）對構造進行超前探測。從井下工作面的采掘情況看，井田內斷層比較發育，所以，在今后的采掘過程中，要在地面和井下對斷層及其它構造進行超前探測，一方面通過對構造的準確預報和判定，可以進行采掘工作面的優化和安全技術措施的制定，保證采掘工作面能夠安全、順利施工，另一方面可以預測斷層的含水、導水性，并且盡可能提高煤炭資源的回收利用率。

通過以上構造探測和防治水措施制定，可有效化解災害性透水事故的發生。但要真正搞好防治水工作，必須從思想上重視、制度上完善，真正認識到水害的危險性，組建強有力的防治水隊伍，加大防治水費用的投入，堅持“預測預報，有掘必探，先探后掘，先治后采”防治水原則，不斷總結經驗，完善防治水措施，以達到安全生產之目的。

7 結論

本文結合《煤礦防治水規定》中相關要求，在對韓家洼煤礦22#、25#近距離煤層的水文地質烈性劃分與防治水措施進行了研究，利用現場調研的方法，對韓家洼煤礦的含水層、隔水層與充水條件進行里面理論分析，利用工程類比的方法對礦井涌水量進行了預測，并結合礦井生產實際過程中的涌水量觀測，確定韓家洼煤礦礦22#、25#的水文地質條件為中等。同時，針對該礦的具體情況，制定了相應的防治水對策，有效避免了礦井突發水災的可能性。同時，也為韓家洼后續煤層開采設計的礦井水文地質類型劃分與防治水作業提供了理論與實踐基礎，也為該地區條件相似的礦井提供了借鑒。