科興米山煤業(yè)采空區(qū)積水分析及水害防治

田銀娥

（晉城市水利局，山西 晉城 048000）

1 概況

高平科興米山煤業(yè)有限公司是由原山西高平米山煤業(yè)有限公司兼并果則溝煤礦、馮莊煤礦、下馮莊煤礦、王家莊煤礦、石橋口煤礦、米西煤礦、泰鑫煤礦等7個煤礦重組整合而成的單獨保留礦井。重組后批準開采煤層為3號、9號、15號，井田范圍向西、東北擴界由原來的5.220 2 km2擴至7.946 km2，礦山名稱變更為山西高平科興米山煤業(yè)有限公司（簡稱科興米山煤業(yè)），礦井生產(chǎn)能力由原來的15萬t/a提升為90萬t/a，是兼并重組后山西科興能源發(fā)展（集團）有限公司主體企業(yè)之一。

原果則溝煤礦、馮莊煤礦、下馮莊煤炭、王家莊煤礦、石橋口煤礦、米西煤礦、泰鑫煤礦批準開采3號煤層，目前均已關閉，煤礦兼并重組整合后，井下資源歸屬科興米山煤業(yè)，目前井田內有采空面積1.27 km2。

2 積水調查

2.1 排水系統(tǒng)

本次整合的主體礦井米山煤礦井下建有獨立完善的排水系統(tǒng)，礦坑涌水采用一級排水，具體如下：

井下距井底600 m設主水倉（容量200 m3）和副水倉（容量200 m3）；主水泵房安裝有3臺3D-A8×7型水泵，兩趟排水管路由中央水泵房經(jīng)巷道及井筒敷設至地面工業(yè)廣場排水溝，其中一趟（100 mm，680 m）鋼管沿主井敷設，作為工作排水管，一趟（100 mm，720 m）鋼管沿風井敷設，作為備用排水管。

2.2 積水分析

整合前各礦內3號煤層中存在大面積的采空區(qū)和采空破壞區(qū)，采空區(qū)中原有生產(chǎn)巷道留有排水出口，位置高于采空區(qū)的積水可由排水口自巷道導入水倉后集中排出，但低于排水口凹處的存在積水。

根據(jù)《煤炭安全手冊》，礦井防治水中的采空區(qū)、古空區(qū)、老采破壞區(qū)及采空破壞區(qū)積水量選用下列公式進行估算：

式中：Q采——相互連通的各積水區(qū)總積水量，m3；

K——充水系數(shù)，采空區(qū)、采空破壞區(qū)取0.1；

M——采空區(qū)的平均采高或煤厚，m，3號煤層取4.01；

F——采空區(qū)積水的投影面積，m2；

α——煤層傾角，度。

各采空區(qū)及采空破壞區(qū)預測積水量統(tǒng)計結果見表1。

表1 采空區(qū)及采空破壞區(qū)預測積水量統(tǒng)計表

經(jīng)估算，3號煤層中采空區(qū)和采空破壞區(qū)積水面積為1.27 km2，積水量511 555 m3，故該礦在生產(chǎn)中仍應堅持“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原則加強防范。

2.3 四鄰礦井積水對礦井下部開采的影響分析

區(qū)內西部和北部有關閉及被整合的川起煤礦、石橋口煤礦、趙莊煤礦及酒務煤礦，原均開采3號煤。井下主要充水來源有3號煤層頂板砂巖含水層及因采空產(chǎn)生的溝通與上覆含水層間的水力聯(lián)系，其井下涌水量動態(tài)變化因季節(jié)性不同而增減，雨季及延后的半月內較大，其他季節(jié)較小，同時隨開采面積不斷擴大，而涌水量相應增加。結合四鄰礦井采掘工程平面圖，依據(jù)《煤炭安全手冊》，采用公式（1）對影響整合后科興米山煤業(yè)開采的采空區(qū)及采空破壞區(qū)積水進行估算，估算結果見表2。

表2 采空區(qū)及采空破壞區(qū)預測積水量統(tǒng)計表

經(jīng)估算，其周邊礦井3號煤層中采空區(qū)和采空破壞區(qū)積水面積約1.56 km2，積水量626 434 m3。其中王家莊越界采空破壞區(qū)中的積水對科興米山煤業(yè)3號煤層的開采可造成威脅（王家莊煤礦越界開采造成科興趙莊煤業(yè)南部與科興米山煤業(yè)北部連通）。而川起、石橋口、酒務煤礦采空區(qū)及趙莊煤礦越界采空破壞區(qū)中的積水與整合后的科興米山煤業(yè)井田間由村莊保安煤柱、鐵路保安煤柱、無煤區(qū)、各礦邊界及采空區(qū)間留有保安煤柱隔開，正常情況下對該井田3號煤層開采可造成威脅。

另外，科興米山煤業(yè)下部開采15號時所產(chǎn)生的最大導水裂隙帶達不到上述采空區(qū)及采空破壞區(qū)水平高度，故其3號煤層采空積水在無導水構造存在的情況下對科興米山煤業(yè)開采下部15號煤層無影響。

2.4 冒落帶及倒水裂隙帶計算

根據(jù)《三下采煤規(guī)程》，3號，15號煤層冒落帶、導水裂隙帶最大高度分別選用如下公式：

3號煤層以上頂板巖性為砂質泥巖、泥巖，選用公式如下：

式中：H——預測冒落帶最大高度，m；

Hli——導水裂隙帶最大高度，m；

∑M——累計采厚，m，3號煤層取4.01。

經(jīng)計算可知，3號煤層冒落帶最大高度為12.8 m，導水裂隙帶最大高度為45.6 m。

井田內批采的15號煤層以上頂板巖性為石灰?guī)r，計算公式為：

式中：H——預測冒落帶最大高度，m；

Hli——導水裂隙帶最大高度，m；

∑M——累計采厚，m，15號煤層取2.96。

經(jīng)計算可知，15號煤層冒落帶最大高度為15.8 m，導水裂隙帶最大高度為62.2 m。

據(jù)導水裂隙帶最大高度及導水裂隙帶最大高度計算，3號煤層可溝通地表水體，故其充水含水層為該煤層之上的山西組及石盒子組下部砂巖裂隙及第四系孔隙含水層及地表水體，但其含水性較弱，對開采影響不大。

15號煤層開采時產(chǎn)生的塌陷裂隙帶，其坍塌高度及范圍，除影響煤層頂板K2含水層直接向礦井充水外，尚有 K3，K4，K5等含水層，其富水性均較弱，但不排除局部K2~K5等灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育，局部富水性大，對15號煤層開采造成影響。

3 綜合分析及建議

綜上分析，在開采3號、15號煤層時，礦方應高度重視周邊采空區(qū)、小窯積水對開采的影響，同時應注意雨季洪水沿導水裂隙滲入礦井。為防止水害事故的發(fā)生，建議礦方做好以下防治工作：

一是及時清理排水溝道和水倉，保證排水通暢。二是定時檢修排水設備，配備足夠的排水設備，預備突發(fā)水害時搶險工作。三是嚴格執(zhí)行探放水制度，必須做到“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”。四是定期檢查采空區(qū)地表，一旦發(fā)現(xiàn)塌陷、裂縫，及時回填處理，以防雨水滲入井下。五是加強與相鄰礦井的聯(lián)系，及時掌握其生產(chǎn)采掘位置，并了解礦井積水位置、范圍、水量，與相鄰各礦、河流及其他水體之間留足防隔水煤柱，以防發(fā)生水害事故。