煤礦充水因素分析及防治水措施

楊 華

（山西省煤炭工業(yè)廳資源地質(zhì)局，山西 太原 030045）

1 礦井概況

山西朔州某礦井田內(nèi)主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組。其中，主要可采煤層有4-1、4-2、7、9、11號共5層煤層。井田總體為向南傾斜的單斜構(gòu)造，發(fā)育次一級寬緩的背斜、向斜構(gòu)造各一個，另外，井田內(nèi)發(fā)育4條中小型正斷層，未揭露陷落柱和巖漿巖侵入體，井田地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度屬簡單類型。

井田主要含水層組為：奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層組，石炭系上統(tǒng)太原組砂巖裂隙含水層組，二疊系下統(tǒng)山西組和上、下石盒子組砂巖裂隙含水層組，第四系松散巖類孔隙含水層組。

井田主要隔水層為：本溪組隔水層、石炭系太原組和二疊系地層間隔水層。

2 礦井充水因素分析

2.1 充水水源

2.1.1 大氣降水對礦井充水的影響

井田各可采煤層埋藏相對較淺，因此，大氣降水是礦坑水的主要來源之一，即大氣降水通過采空區(qū)地表塌陷、裂縫直接進入井下。由于降水量的季節(jié)變化，礦井涌水量具有明顯的動態(tài)變化特征，一般在雨后的3~7 d，礦井涌水量即顯著增加。

2.1.2 地表水對礦井充水的影響

井田內(nèi)地表水體不發(fā)育，大小溝谷平時基本干涸無水，唯雨季時才匯集洪水沿溝排泄，輾轉(zhuǎn)向西、向南流入西部邊界外的馬關(guān)河。

2.1.3 采空區(qū)及相鄰礦井積水的影響

據(jù)調(diào)查，井田外周邊現(xiàn)分布有6個煤礦，以往開采情況比較復(fù)雜，其以往采掘工程與本井田相鄰較近，且均有采空區(qū)積水，故本井田今后在開采4-1號煤層時，必須加強探放水工作，避免發(fā)生水害事故，確保安全生產(chǎn)。

2.2 充水通道

2.2.1 斷層及裂隙

本井田斷層落差均小于12 m，破碎帶寬度不大，斷層兩盤派生裂隙雖然發(fā)育，但斷層裂隙局部被泥質(zhì)充填。根據(jù)井下實際揭露情況，剛揭露斷層時有短暫的滲淋水，以后基本無水。故井田內(nèi)斷層的導(dǎo)水性均較差。

2.2.2 封閉不良的鉆孔及井筒

封閉不良鉆孔是典型的人類活動留下的點狀垂向?qū)ǖ?，該類?dǎo)水通道的隱蔽性強，垂向?qū)畷惩ǎ粌H使垂向上不同層位的含水層之間發(fā)生水力聯(lián)系，而且當(dāng)井下采礦活動揭露或接近鉆孔時，可出現(xiàn)含水層水的入滲和灌入，影響煤層正常開采，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的水災(zāi)事故。井田內(nèi)及周邊現(xiàn)有11個鉆孔，因施工年代不同，盡管以往進行過封孔，但礦井生產(chǎn)時仍應(yīng)有所防范。但部分鉆孔由于技術(shù)設(shè)備、材料質(zhì)量、施工條件、技術(shù)和生產(chǎn)需求及歷史背景等原因，未封孔或封孔質(zhì)量較差。

井田現(xiàn)有的3個井筒均穿過4-2號煤層以上所有含水層，故上部各含水層地下水可通過井筒對礦坑產(chǎn)生充水，但因4-2號煤層以上的各含水層富水性均弱，故對礦坑充水影響較小。

2.2.3 礦壓破壞帶

煤層底板采動破壞導(dǎo)水帶是指因采動失去阻水能力的那部分巖體，它不僅包括巖層新產(chǎn)生的斷裂破壞部分，而且包括彈性變形的裂隙擴大部分。這種破壞削弱了巖層的阻水能力，很容易使小的斷層發(fā)展成大的斷裂帶，使原本阻水的構(gòu)造成為導(dǎo)水通道，而造成突水事故的發(fā)生。

礦壓破壞帶與煤層底板巖性、構(gòu)造發(fā)育程度及開采方式、煤層厚度等因素有關(guān)。一般為16 m，在該范圍內(nèi)隔水層將失去阻水抗壓能力。

2.2.4 奧灰?guī)r溶水

井田內(nèi)各可采煤層雖均屬帶壓開采煤層，但奧灰水突水危險性小。

2.3 礦井涌水狀況

根據(jù)礦井水文地質(zhì)條件分析，礦井涌水主要來自頂板含水層裂隙滲水及采空積水等。受季節(jié)性影響，礦井涌水量具有明顯的動態(tài)變化特征。經(jīng)計算，開采4-1號煤層達產(chǎn)時，礦井正常涌水量為1 210 m3/d，最大涌水量為1 864 m3/d。

3 主要的水害情況

（1）上覆砂巖裂隙含水層組及基巖風(fēng)化帶裂隙水。

（2）本井田采（古）空區(qū)積水及相鄰井田采（古）空區(qū)積水。

（3）大氣降水及雨季溝谷洪水。其中，采空區(qū)積水是本礦最大的安全隱患。

4 防治水措施

礦井防治水工作必須采取“防、堵、疏、排、截”綜合治理措施。防，主要指井下合理留設(shè)各類防隔水煤（巖）柱和修建各類防水閘門或防水墻等；堵，主要指注漿封堵具有突水威脅的含水層或?qū)畼?gòu)造等通道；疏，主要指探放老空水和對承壓含水層進行疏水降壓；排，主要指完善礦井排水系統(tǒng)，排水管路、水泵、水倉和供電系統(tǒng)等必需配套；截，主要指加強地表水（洪水）的截流。

（1）提高防治水意識，重視防治水工作，建立健全防治水崗位責(zé)任制，認(rèn)真落實領(lǐng)導(dǎo)帶班下井制度。

（2）充實水文地質(zhì)工作人員，加強日常水文地質(zhì)管理。采用必要的先進技術(shù)手段，探測采空區(qū)積水，同時注意探測隱伏斷層、陷落柱的導(dǎo)水性。經(jīng)常觀察井下各種涌水現(xiàn)象，做好礦井水文地質(zhì)監(jiān)測工作。

（3）學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進管理經(jīng)驗，加大資金投入，完善井下排水系統(tǒng)和安全設(shè)施，設(shè)立井下安全通道及避難場所。井下排水及應(yīng)急設(shè)備必須保持完好狀態(tài)。

（4）堅持信息共享和及時通報，經(jīng)常調(diào)查了解相鄰礦井生產(chǎn)的建設(shè)情況，采掘前應(yīng)查清周邊礦井工作面位置、采空區(qū)范圍及其積水程度等。發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時通報并調(diào)查清楚。

（5）杜絕超層越界開采現(xiàn)象，防止水害事故的發(fā)生。

（6）在今后的生產(chǎn)中必須嚴(yán)格堅持“預(yù)測預(yù)報，有掘必探（鉆），先探后掘，先治后采”的防治水原則，繼續(xù)查清其采掘工程布置及采空范圍、積水情況等。

（7）注意做好地面防治水工作。建立疏水、防水、排水系統(tǒng)，報廢井筒要填實封堵并建立檔案，將井筒周圍的導(dǎo)水溝渠挖好疏通，并由專人負(fù)責(zé)。必須認(rèn)真檢查井田內(nèi)地表是否存在地面塌陷、導(dǎo)水裂隙或其他導(dǎo)水通道，一旦發(fā)現(xiàn)，應(yīng)及時將其回填夯實。

（8）井田內(nèi)及周邊4-1號煤層開采多年，而且經(jīng)歷整合、關(guān)閉報廢的井筒數(shù)量較多，要組織人員進行排查，并按照煤礦防治水規(guī)定進行填實封堵和登記存檔，以防地表水灌入井下。

（9）與氣象、水利、防汛等部門密切合作，建立災(zāi)害性天氣水害預(yù)警和預(yù)防機制。

（10）按規(guī)定留設(shè)各類防隔水煤柱。

（11）認(rèn)真觀測斷層的導(dǎo)水性，嚴(yán)格按照煤礦防治水規(guī)定留設(shè)防隔水煤柱。

（12）接近采空區(qū)時，嚴(yán)格按照煤礦防治水有關(guān)規(guī)定實施探放水工作。

（13）必須制定詳細的煤礦防治水措施和應(yīng)急預(yù)案。采掘工作面探水前，應(yīng)當(dāng)編制探放水設(shè)計，確定探水警戒線，并采取有效的安全措施。探水鉆孔成組布設(shè)，并在水平面和豎直面內(nèi)呈扇形，使巷道前方的中心及其上下左右煤層空間均有鉆孔控制。出現(xiàn)以下透水征兆時，要立即停止采掘，按有關(guān)規(guī)定實施探放水，排除隱患后方可繼續(xù)采掘：①巷道或工作面頂?shù)装鍓毫υ龃?，巖石變軟，出現(xiàn)掉渣、冒頂、支護變形或傾斜現(xiàn)象。②采面或巷道壁“出汗”，頂板淋水增大，底板突然涌水。③采面或巷道“掛紅”，水的酸度大，有澀味或臭雞蛋氣味。④煤巖層發(fā)出“嘶嘶”的水叫聲。⑤出現(xiàn)壓力水流。⑥工作面空氣溫度降低，出現(xiàn)霧氣。

歸根結(jié)底，煤礦防治水工作取決于對水害防治的重視程度及現(xiàn)場落實情況。

5 結(jié)論

根據(jù)對井田充水因素的分析，來確定本井田受地下水、采（古）空區(qū)積水、地質(zhì)構(gòu)造水的充水因素影響，采掘工作受水害的影響，但不威脅礦井安全，防治水工作難易程度屬簡單類型，但不容忽視。井上應(yīng)建立完善的防水、排水系統(tǒng)，對井田范圍內(nèi)的塌陷裂隙及時充填；井下要根據(jù)探放水原則，堅持“預(yù)測預(yù)報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的方針，加強礦井地質(zhì)及水文地質(zhì)工作，以確保安全生產(chǎn)。