斜溝煤礦礦井水患分析

＊王 俊

（陽煤集團壽陽景福煤業(yè)有限公司 山西 045000）

1.引言

斜溝煤礦位于山西省興縣縣城北直距20km處，由山西西山晉興能源有限責任公司開發(fā)建設，是國家重點建設的10個千萬噸級礦井之一，煤礦由中煤西安設計工程有限責任公司設計，設計年生產(chǎn)能力1500萬t/a，設計生產(chǎn)年限71.7年，為特大型煤炭企業(yè)，是國家煤炭工業(yè)“十一五”規(guī)劃重點項目，于2005年投產(chǎn)，2011年達產(chǎn)，現(xiàn)實際生產(chǎn)能力達到1500萬t/a。采用主、副斜井運輸，雙水平生產(chǎn)，主采8號、13號煤，配采6號，開采標高為+1046m～+350m。

2.礦井水文地質分析

（1）礦井充水因素。根據(jù)井田水文地質條件分析，礦井充水水源有大氣降水及地表水、地下水、老空水。

本區(qū)屬溫帶大陸性季風氣候，降雨量分布極不均勻。井田東部為老（小）窯區(qū)及煤層隱伏露頭區(qū)，煤層埋深較淺，大氣降水可通過導水裂隙帶進入采空區(qū)，通過對11采區(qū)北翼采空區(qū)涌水量觀察，大氣降水對采空區(qū)具有明顯的補給作用，而且井田東部石炭系以上地層均有出露，可接受大氣降水的補給。大氣降水可以通過補給采空區(qū)及煤層頂板砂巖裂隙含水層來間接增加礦井涌水量。

斜溝煤礦地層總體向西傾斜，東部煤層埋藏淺，采煤工作面蓋山厚度小于冒落或導水裂縫帶高度的地段，裂縫一般會延伸到地表并產(chǎn)生水力聯(lián)系。在雨季一旦有洪水形成，存在地表水通過導水通道潰入工作面造成灌井的致災。

斜溝煤礦6號、8號、13號煤系圍巖中影響采掘活動的含水層為二疊系砂巖含水層與石炭系砂巖含水層，均為弱含水層，含水量少，一般以靜儲量為主。工作面回采后，頂板砂巖裂隙水流入采空區(qū)內，形成采空區(qū)積水。井田內奧灰?guī)r溶水位標高在850-854m之間，6號、8號、13號煤層底板標高位于850m水平以下，屬于帶壓開采區(qū)域，受到奧灰承壓水的威脅。由于工作面回采后地應力重新分布，奧灰承壓水有可能通過隱伏斷裂及陷落柱等導水通道涌入礦井，成為礦井充水水源。

斜溝礦井田內各采空區(qū)內有不同程度的積水，根據(jù)斜溝煤礦提供的資料，工作面回采后形成的采空區(qū)積水面積及積水量清楚，雖在生產(chǎn)過程中已對部分采空區(qū)積水進行了探放，但仍對斜溝礦井的安全生產(chǎn)存在一定的威脅。

（2）礦井充水通道。根據(jù)現(xiàn)有地質及水文地質資料分析，目前井田內未發(fā)現(xiàn)大的斷裂構造，也未發(fā)現(xiàn)陷落柱，總體上為一走向近南北，傾向西的單斜構造，構造簡單。但是需特別注意的是此結論是在井田內大部分區(qū)域未進行地面三維地震條件下得出的，不能排除井田內發(fā)育有隱伏的導水斷裂構造及巖溶陷落柱的可能，由于井田處于天橋泉域巖溶水系統(tǒng)的極強徑流帶，一旦揭露導水構造，就會造成上覆及下伏含水層中地下水與礦井開采煤層相溝通，導致煤層頂部含水層中地下水下滲，以及下伏含水層中地下水涌入礦井，嚴重時還會使得強富水的奧灰（O2s）巖溶水進入礦井，從而造成突水或淹井。礦井應當對地質構造的探查與防治有足夠的重視，應將其看做礦井的主要充水通道。

在井田東部煤層露頭發(fā)育，煤層埋藏相對較淺，井田內地層向西傾斜，大氣降水可通過煤層露頭的松散沉積物孔隙、基巖裂隙下滲，在基巖裂隙相互溝通的情況下進入采掘工作面。煤層回采后，會對煤層頂?shù)装逶斐蓴_動破壞，形成一定的導水裂縫帶，從而縮短與充水水源之間的距離，有時甚至直接溝通地表，工作面的整體下沉形成不同程度的地面塌陷與地裂縫，這些成為大氣降水及地表水滲入礦井的通道。

由于斜溝井田東部煤層埋深較淺，工作面回采后，在地表均形成不同程度的地面塌陷與地裂縫，這些成為大氣降水及地表水與礦井的導水通道。沉陷區(qū)的地表裂縫大致可以分為兩組。一組是永久性裂縫帶，位于采區(qū)邊界周圍的拉伸區(qū)，裂縫的寬度和落差較大，平行于采區(qū)邊界方向延伸；另一組為動態(tài)裂縫，它隨工作面的向前推進，出現(xiàn)在工作面前方的動態(tài)拉伸區(qū)，裂縫的寬度和落差較小，呈弧形分布，大致與工作面平行而垂直工作面的推進方向。

據(jù)2015年礦方編制的《斜溝煤礦隱蔽致災地質因素普查報告》，井田內未封閉的水文長觀孔、水井、煤層氣勘探孔，往往是奧灰高壓強含水層巖溶水與上覆含水層溝通的通道，同時已封閉的水文孔、煤層勘探孔、各類勘探事故孔也存在封閉不良的可能性，成為潛在的導水通道，因此井田內所有鉆孔，都是潛在威脅煤礦安全生產(chǎn)的重大隱蔽致災因素。

（3）礦井充水狀況。斜溝煤礦自建井以來未發(fā)生突（涌）水現(xiàn)象。斜溝煤礦現(xiàn)階段主采6號、8號、13號煤層，礦井排水量主要以井筒殘留水量、巷道涌水量、工作面涌水量及工作面探放水量為主。

統(tǒng)計分析，近年來礦井正常排水量平均為178m3/h，最大排水量352m3/h。2015年4月-10月排水量增大的原因是由于通過在13采區(qū)皮帶上山、18108材料巷及23112材料巷、皮帶巷對18110采空區(qū)積水進行探放，故該時間段內礦井涌水量突增變大。

總體來講，斜溝煤礦充水水源主要以大氣降水、地表水、頂板砂巖水、巖溶水及采空區(qū)積水為主，充水通道主要以煤層露頭、地表塌陷與地裂縫、導水裂縫帶及封閉不良的鉆孔等為主。

3.礦井水患分析

在分析礦井地質、水文地質及礦井充水因素的基礎上，對礦井各種水患進行分析。

（1）大氣降水及地表水水患分析。本區(qū)屬溫帶大陸性季風氣候，降水量分布極不均勻，多集中于每年6月下旬至9月上旬，占全年的66.2%。大氣降水通過采煤引起的地面塌陷、地裂縫及導水裂隙帶滲入礦井，間接增加礦井涌水量，從而影響礦井的安全生產(chǎn)。

嵐漪河自東向西通過井田中部，河床常年有水，五十年一遇的最高洪水位線為+920m～+965m。其它溝谷均為季節(jié)性河流，在雨季，溝內會出現(xiàn)洪水。從地質圖可看出，井田內東部嵐漪河有6號、8號、13號煤層露頭線，河床兩岸溝谷中自東向西出露太原組、山西組及下、上石盒組地層，6號、8號、13號煤層在井田西部邊界嵐漪河床最大埋深分別為573m、588m、660m，在嵐漪河床兩岸一帶最大厚度分別為1.82m、5.42m、14.09m，按前述理論公式計算6號、8號、13號煤層導水裂縫帶最大高度分別為52.10m、79.84m、122.61m。其導水裂縫帶可達地表及松散層底部，其工作面邊緣拉伸帶形成的地裂縫及塌陷則是地表水涌入井下的通道，有地表水灌井的威脅。

（2）井田充水含水層水患分析。6號、8號煤層開采主要受頂板二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）、下石盒子組（P1x）各砂巖裂隙含水巖組的共同影響。根據(jù)已有水文地質資料，二疊系山西組及上覆砂巖裂隙含水層段抽水試驗，鉆孔單位涌水量為0.0062-0.0711L/s·m，說明含水層富水性弱。

13號煤層開采主要受頂板石炭系太原組（C3t）及上覆各砂巖含水層的共同影響。砂巖層單層厚度一般為2.60-4.0m，累計厚度一般為6-8m。井田內本組含水層鉆孔單位涌水量為0.00082-0.07L/s·m，說明太原組各砂巖含水層富水性弱。東部砂巖淺埋區(qū)，砂巖裂隙局部較發(fā)育，富水性好，容易造成頂板淋水。但隨著煤層埋深加大，頂板砂巖裂隙發(fā)育弱，富水性弱。

井田內13號煤層平均厚度13.88m，上距8號煤層38.10-78.10m，平均52.42m，據(jù)以上估算13號煤層開采后，導水裂隙帶最大高度為132.52m，將導通太原組砂巖裂隙含水層，并與上覆8號煤層采空區(qū)溝通，上覆巖層裂隙水及8號煤層采空區(qū)積水會沿導水裂縫帶滲透進入工作面引起工作面涌水量增大。

（3）奧灰承壓含水層水患分析。斜溝煤礦6號、8號、13號煤層未來5年開采部分工作面不帶壓，奧灰水對工作面的回采無影響；部分工作面帶壓，開采煤層受奧灰水威脅。未來5年內，6號煤層計劃回采15采區(qū)16502工作面，16502工作面突水系數(shù)最小為0.012MPa/m，最大為0.016MPa/m；屬帶壓開采突水小概率區(qū)，因此，6號煤層的帶壓開采危險性較小。8號煤層與奧灰間發(fā)育有厚度110.5-151m的隔水巖層，為粉砂巖、泥巖、煤、中粒砂巖、石灰?guī)r、鋁質泥巖等互層組合結構；根據(jù)目前掌握的構造發(fā)育情況，井田內斷裂構造發(fā)育少、規(guī)模小，暫未發(fā)現(xiàn)陷落柱。所以，斜溝井田8號煤層的帶壓開采危險性較小。未來5年13號煤層計劃回采的23111、23112、23114工作面均不帶壓，奧灰水對工作面的安全回采無影響。

（4）井田及周邊老空水水患分析。井田東部煤層淺埋區(qū)有關閉的小煤礦和老空水分布，主要分布在井田東部斜溝、麻墕塔溝、廟溝、石佛溝和迷糊溝內的煤層露頭附近。斜溝村～馬圐圙村一帶的老小窯均在13號煤層露頭開采。麻墕塔溝內有23個小窯坑口，其中15個開采8號煤層，8個開采13號煤層，其中6個見煤。斜溝井田及周邊除神達晉保煤業(yè)外，其余范家疃煤礦、陽坪煤礦、店灣煤礦、斜溝舊礦、馬圐圙煤礦、高家峁煤礦、白家溝煤礦、黃輝頭煤礦均已關閉。

近年來，斜溝煤礦委托有資質單位對15采區(qū)北部扒樓溝煤礦及私挖濫采區(qū)域、陽坪煤礦、高家峁煤礦、馬圐圙煤礦、黃家輝煤礦一帶范圍內進行了地面瞬變電磁法及測氡法勘探，通過勘探工作，推斷出勘探區(qū)內異常區(qū)域和采空積水異常區(qū)，畫出采空積水異常區(qū)探水線、警戒線。

4.小結

為了更好地對斜溝煤礦礦井水患防治，對斜溝煤礦的水患進行了系統(tǒng)分析。通過分析斜溝煤礦的水文地質情況，主要有礦井充水因素、礦井充水通道以及礦井充水狀況等，系統(tǒng)地分析了大氣降水及地表水水患、井田充水含水層水患、奧灰承壓含水層水水患以及井田及周邊老空水水患。可以為煤礦防治水提供系統(tǒng)地參考。