保安煤礦充水條件分析及水害防治對策

＊王耀輝

（山西省煤炭工業廳煤炭資源地質局 山西 030045）

1.礦井基本情況

山西煤炭運銷集團保安煤業有限公司生產規模150萬t/a，開采深度由459.93m至219.93m標高。目前開采15號煤層，水文地質條件為中等。井田各可采煤層均屬奧灰水帶壓開采。由于本井田構造發育，奧陶系中統巖溶裂隙含水層厚度大，富水性弱—中等，水壓高，在帶壓范圍內，奧灰水有可能沿構造薄弱帶、底鼓裂隙進入礦井，可能對礦井安全生產構成威脅。因此，分析礦井的充水因素對礦井生產安全顯的十分重要。

2.礦井充水條件分析

(1)充水水源

①大氣降水及地表水

本井田各可采煤層埋藏較深，井田內最上一層3號煤層埋深約在450～750m，并且其上覆蓋有巨厚的二疊系砂泥巖和新生界松散層，在正常情況下大氣降水和地表水，不可能直接成為礦井充水水源。對深部巖層的補給很小，對礦井充水影響不大。

②含水層

A.頂板充水含水層。各煤層頂板導水裂縫帶將溝通其發育范圍內各含水層間水力聯系，通過導水裂縫帶向礦井充水，為礦井充水的主要來源。二疊系下統下石盒子組及山西組砂巖裂隙含水層和石炭系上統太原組砂巖裂隙夾石灰巖巖溶裂隙含水層中的砂巖和灰巖含水層都會成為煤層頂板充水含水層。由于3、6、8、9號煤層上覆砂巖含水層富水性弱，補給條件差，易于疏干，一般不會影響礦井正常生產。

15、15下號煤層的頂板直接充水含水層為太原組砂巖裂隙夾石灰巖巖溶裂隙含水層，富水性弱，結合礦井近年來開采15號煤層充水情況分析，總體上礦井涌水量小，局部地段有一定的補給來源，涌水量一直穩定，但水量不大，可見井田內太原組含水層整體上動、靜儲量不大，富水性弱，主要接受側向徑流補給，補給條件差，易于疏干，一般不會影響礦井正常生產。

B.底板充水含水層。井田內各煤層底板間接充水水源來自奧陶系中統巖溶水，其中奧陶系峰峰組巖溶裂隙不發育，含水層富水性弱，而上馬家溝組中段巖溶裂隙發育，含大量峰窩狀溶洞，為上馬家溝組主要含水層段。上馬家溝組巖溶裂隙含水層富水性弱—中等，是煤系地層下伏最具威脅的含水層。

井田內奧灰水水位標高520-531m，各可采煤層均低于奧灰水水位標高，各可采煤層均屬奧灰水帶壓開采。由于奧陶系中統巖溶裂隙含水層厚度大，富水性弱—中等，水壓高，在帶壓范圍內，奧灰水有可能沿構造薄弱帶、底鼓裂隙進入礦井，可能對礦井安全生產構成威脅。

C.采空區（老窯）積水。井田內煤層埋藏較深，無小煤礦開采，井田內無古空區分布。

保安煤業現開采15號煤層，其它煤層尚未開采，無采空區分布。現階段15號煤層一采區南翼相鄰15102、15104、15106工作面采空區內，在標高280m以下范圍存在大面積積水，一采區北翼各工作面均屬上山回采，采空區內的積水會從密閉墻留設的放水口流出采空區，經調查和后期打鉆探測核實，15103、15105和15107工作面采空區內無積水。

井田東部相鄰的新景煤礦屬生產礦井，現開采3、8、15號煤層，與本井田之間無越界開采現象，其采掘活動區域與本井田相距較遠，且井田現開采的15號煤層一采區與井田東部邊界仍相距570m以上，其間為村莊及其它保護煤柱。因此，新景煤礦采空區積水對本井田目前開采15號煤層無影響。井田北、西、南部相鄰的七元煤礦，現處于基建階段，尚未投產，故對本井田目前開采15號煤層無影響。

(2)充水通道

①煤層開采后形成的導水裂隙帶。井田內3號、6號、8號、9號煤層頂板以砂巖、砂質泥巖和泥巖為主，屬中硬巖石；15號、15下號煤層的的直接頂板或老頂均為石灰巖，屬堅硬巖石。

15下號煤層開采后，形成的導水裂隙帶高度介于72.28～90.61m之間，可達太原組上段頂部，導通8號、9號、15號煤層，使15下號煤層之上的太原組砂巖夾石灰巖巖溶裂隙含水層成為15下號煤層的充水水源。保安煤業現采用上行式開采，先期開采15號煤層，其他各可采煤層尚未動用，以礦井充水因素而言，目前僅太原組砂巖夾石灰巖巖溶裂隙含水層會向礦井15號煤層進行充水，且根據前述內容，太原組含水層富水性弱，一般不會影響礦井正常生產。

②構造導水通道。截止目前井田內發現正、逆斷層上百條，其中發現落差在5.0m以上的斷層6條，落差在1.0-5.0m之間的斷層150條以上，其余斷層落差均在1.0m以下。其中井田西部邊界附近發育的F27正斷層，落差大于50m（6-9鉆孔處落差大于10m），向上錯斷太原組及山西組以上地層，使奧陶系峰峰組地層與15下號煤對接，據6-9號鉆孔沖洗液消耗量推測，該斷層導水性較弱，對目前礦井充水無影響。主要表現為破壞了地層的完整性，減少了煤層底板隔水巖柱的厚度和力學強度。但是斷層導水性并不是一成不變的，隨著采空塌落面積的不斷擴大，礦山壓力重新分布，斷層有可能活化，原來不導水的斷層也有可能轉變為導水構造。

截止目前在井田內共發現陷落柱45個，揭露的陷落柱規模一般較小，多在30m以下。從實際揭露陷落柱的情況來看：陷落柱導水性均弱，無明顯涌水現象。根據東部臨近礦井新景礦資料，陷落柱有導水現象，陷落柱出水4次，突水量為1-50m3/h，突水水源為底板奧灰巖溶水。井巷或采掘工作面，接近陷落柱時，可構成煤系地層與巖溶水的垂直通道，有可能發生巖溶水突水事件；保安煤業開采中尚未發生巖溶陷落柱突水事例。但隨著采掘工程不斷進行，受采動影響，地應力重新分布，陷落柱仍有可能發生突水，即在礦壓作用下滯后突水的可能性不可忽視。特別當陷落柱與斷裂構造或裂縫帶聯合作用時，有可能成為底板巖溶水的通道。

③底板突水。井田3號煤層為局部可采煤層，可采范圍位于井田東部，可采范圍內奧灰水帶壓開采最大突水系數為0.015MPa/m；6號煤層為大部可采煤層，可采區主要分布于井田中西部-北部、東南部，奧灰水帶壓開采最大突水系數為0.021MPa/m；8、9號煤層為全區可采煤層，奧灰水帶壓開采最大突水系數分別為0.022MPa/m和0.024MPa/m。

保安煤業為煤與瓦斯突出礦井，現開采15號煤層，各工作面順槽掘進前均先施工底抽巷，底抽巷位于15號煤層下20m，位于15號下煤層下16m。考慮底抽巷的影響下，在計算15及15下號煤層奧灰水帶壓開采突水系數時，15、15下號煤層底板有效隔水層厚度相同，均取各孔15號煤底板隔水層厚度減去20m，在考慮底抽巷影響的情況下，15號煤層奧灰水帶壓開采最大突水系數為0.055MPa/m。15下號煤層為局部可采煤層，可采范圍分布于井田中西部（北側）、中東部、東南部，15下號煤層可采范圍內帶壓開采最大突水系數取0.050MPa/m。

井田內各煤層可采范圍內最大突水系數均小于底板受構造破壞塊段臨界突水系數0.06MPa/m，正常情況下，發生突水的可能性小，但在導水斷裂構造及封閉不良鉆孔附近存在發生突水的可能。

④封閉不良鉆孔。井田內以往施工的各鉆孔，均按同期規范要求進行了水泥封孔，封孔質量均為合格，但均未進行啟封檢查，該礦今后在鉆孔附近開采時應采取相應防范措施，以防煤層上、下含水層沿鉆孔涌入巷道造成水害事故。

3.礦井受水害類型

綜合以上分析，對礦井今后開采受水害影響嚴重的主要有：采空區積水、奧灰水、頂板水及構造導水。

4.礦井水害防治原則及措施

(1)水害防治原則

①必須堅持“預測預報、探掘分離、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原則，采用“物探先行、化探跟進、鉆探驗證”的綜合探測手段。②加強地質及水文地質補充性探查，井上探查手段以物探為主，鉆探為輔；井下探測手段為物探先行，鉆探驗證。井上下探測、監測與水文地質實驗緊密結合。③建立地下水位、水質及水情動態監測系統，開展水位、水質及水情動態實時監測。④對奧灰水防治以合理受控疏放為主，掘進巷道必須進行超前探，工作面開采前進行瞬變電磁勘探或坑透，必要時采取堵水工程措施。

(2)水害防治措施

①在雨季特別要做好地表水的疏排工作，并針對采掘范圍內河溝滲漏、河床塌陷地段回填并鋪設人工河床；對以后河床下采煤區段進行隔水煤柱的檢查與修整；對井上排水系統、地表防隔水密閉不定期的巡查等。

②回采期間加大排水設備，保證礦井安全生產。對局部富水性強的松散含水層應進行疏水降壓，減小水壓力，防止發生涌水災害；對導水裂縫帶可能波及的頂板上部砂巖裂隙含水層水，在掘進、回采前必須采取探放水措施徹底疏干；對煤層底板破壞帶可能波及的或對開采有影響的太原組局部富水性強含水層水，可采取疏水降壓等措施，將水位降到煤層底板以下。

③加強對帶壓區內斷層和陷落柱富導水性探測與研究工作，可通過注漿封堵切斷其與奧陶系灰巖含水層的水力聯系，也可通過留設防隔水煤柱進行隔離。

④各巷道掘進及工作面回采前，應結合掌握的情況，運用物探手段進一步查明相鄰工作面采空區積水范圍、積水量等情況，并根據探測結果合理有效地布置探放水孔，待具有威脅的積水全部疏放完畢后再進行掘進及回采。對同層采空區積水提前進行探放后，采空積水不會威脅礦井的安全生產。

⑤掘進底抽巷時嚴格按照《煤礦防治水細則》有關帶壓開采的要求掘進，發現突水（透水、潰水，下同）征兆、可能導致淹井等重大險情，立即撤出所有受水患威脅地點的人員，在原因未查清、隱患未排除之前，不得進行任何采掘活動。礦方以紅頭文件形式下發了水害隱患應急處理授權書，并將礦井透（突）水征兆和水害隱患應急處理授權書以牌板形式懸掛于各工作面。

5.結語

通過對保安煤業井田充水因素分析，得出結論：保安煤業礦井主要受采空區積水、太原組石灰巖巖溶裂隙及砂巖裂隙含水巖組的水和奧灰水的威脅，在此基礎上提出了針對性的防治水措施和原則，為該區相似水文地質條件礦井的水害防治積累了工作經驗。