陳四樓煤礦主要水害及防治研究

段李宏

(河南煤業化工集團永煤公司陳四樓煤礦，河南 商丘 476000)

·技術經驗·

陳四樓煤礦主要水害及防治研究

段李宏

(河南煤業化工集團永煤公司陳四樓煤礦，河南 商丘 476000)

通過對陳四樓煤礦水文地質、工程地質及開采條件的分析研究，對礦井涌水量進行了預測，并對礦井主要水害進行了分析，提出了多種水害防治措施，基本遏制了采掘工作面底板突水，有效控制了太原組灰巖水對生產造成的不利影響。

煤礦水害;防治;礦井涌水量;預測

陳四樓煤礦位于豫、皖兩省交界的河南省永城市北部，為城廂、陳集、順和鄉所轄。井田位于黃淮平原的東部，地勢較為平坦，村莊密集，農業發達。陳四樓煤礦礦井自1997年生產以來已發生過多次突水，最大突水量1 046 m3/h，其中5次為斷層構造導通太原組灰巖出水。突水一度造成工作面(掘進巷道)停面(重新施工)，嚴重影響了礦井安全生產。隨著煤層開采深度的增加，煤層底板承壓充水含水層發生水害的可能性也在增加。

1 水文地質條件分析

井田西部和南部基本以正斷層為界，形成相對隔水邊界。東部二2煤層露頭外灰巖分布面積不大，又被厚層黏土覆蓋，在區域上灰巖水側向補給井田的途徑受到一定限制;只有北部F11斷層以北局部地段石炭系地層與煤系地層接觸，水力聯系微弱，為弱補給邊界。總體上礦井是一個半封閉的水文地質單元，有利于礦床的開采。根據含水層和隔水層在垂向的沉積層序和巖性，井田自上而下劃分為4個含水組:第三、四系孔隙含水組;二疊系裂隙孔隙含水組;石炭系太原組溶洞裂隙承壓含水組;奧陶系溶洞裂隙強含水組。礦區內各含水層之間賦存有良好的相對隔水層，正常情況下，可起到隔水作用，礦區內主要隔水層組:新生界底部隔水層;山西組底部隔水層。井田內已發現斷層1 008條，其中落差H≥30 m的21條，20 m≤H≤30 m的13條，10 m≤H≤20 m的65條，H＜10 m的909條。決定井田邊界及采區劃分的大中型斷層共計34條。礦井生產中，工作面實際揭露的小斷層密度大，單個工作面斷層個數在3～15條不等。斷層破碎帶多被泥質碎塊等物質充填，固結程度差。礦井在巷道掘進與工作面回采過程中有部分斷層發生涌水，見表1。

表1 涌水斷層統計表

2 礦井涌水量及預計

陳四樓煤礦經過10年的開采，積累了大量的礦井水量觀測資料，為今后預計全礦井及新采區涌水量提供了可靠依據。

礦井自1997年開采以來，涌水量在2001年度達到最低值(表2)，此后較弱的上升，呈平穩的趨勢(圖1)。說明隨開采強度增加至一定程度礦井涌水量趨于平穩。

表2 1997－2007年度礦井涌水量及原煤產量統計表

圖1 礦井歷年原煤產量、涌水量變化關系

根據表2的數據，通過計算機擬合，得到了礦井原煤產量和礦井平均涌水量的回歸曲線及回歸方程為:

式中:Q—涌水量，m3/h;

X—年度原煤產量，萬t;

R—相關系數。

據此可用來預測今后礦井正常涌水量，根據礦井今后一段時期(預計將在15年的時間內)產量，預計礦井今后近10年內原煤產量在300～370萬t波動，根據上述公式:x1=300萬t，x2=370萬t

因此，預計礦井正常涌水量為951 m3/h。

根據2002年礦井涌水量最大達1 722 m3/h，礦井正常涌水量為872 m3/h，礦井最大涌水量為正常涌水量的1.97倍，因此，預計礦井最大涌水量1 873 m3/h。

3 礦井主要水害及防治

3.1 礦井主要水害

1)砂巖裂隙水。

陳四樓井田內下石盒子組三煤組及太原組二2煤層頂板砂巖裂隙一般不發育，屬于富水性弱的含水層。砂巖水徑流滯緩，以靜儲量為主。在正常地層塊段內砂巖出水一般水量較小或無水，涌水持續時間短，對生產影響較小;在新區，巷道揭露時砂巖水一般較大，例如內外水倉初次揭露二2煤頂板砂巖時涌水量一度達到37.4 m3/h;采區首采工作面涌水量一般也比后期回采工作面涌水量大，例如南一采區，2001工作面于1997年10月24出現砂巖出水，水量一度達到96 m3/h，此后開采的2001、2002、2003工作面涌水量均小于30 m3/h。

在采區褶曲構造發育處，砂巖裂隙發育，富水性明顯增加，巷道掘進與工作面回采時涌水量均比正常地層塊段處大。如北十采區，21201與21204工作面兩巷道在小背斜發育處單巷涌水量達到25 m3/h，正常塊段處巷道沒有出水現象。

二2煤工作面回采后，涌水量在短期內一般穩定在5～40 m3/h，待四周工作面回采后便逐漸枯竭。

2)灰巖巖溶裂隙水。

礦井太原組最上層灰巖L11距離可采煤層二2煤32.14～72.58 m，一般51 m左右。在構造發育處，二2煤底板完整性被破壞，強度降低，在工作面回采時可造成太原組上段灰巖突水。礦井從建礦至今已發生太原組突水6次，其中以2002年3月15日2301首采工作面突水量最大，為1 046 m3/h;工作面太原組上段灰巖突水，最小涌水量也達到80 m3/h。太原組灰巖一旦突水，均可對礦井安全生產造成嚴重影響。太原組上段灰巖出水，涌水量一般較砂巖涌水大，且水量衰減緩慢(圖2)，治理困難，往往造成工作面停產、跳面搬家回采。就礦井初期的突水案例來說，太原組灰巖水對礦井安全生產影響最大，是重點治理的含水層。

圖2 2301工作面太原組上段灰巖涌水量變化曲線

3)老空水。

井田范圍內向背斜及斷層構造發育造成地層起伏，工作面回采后，老塘低洼處往往儲存一定量的積水。例如南五采區2502與2504工作面2個老塘相連通，積水面積達到114 570 m2，積水量達到82 490 m3，至2008年3月底礦井累計已有積水區17處，單個積水區最大積水量達到100 000 m3，累計老空積水量達到490 286 m3。老空積水在后期巷道施工中對生產影響較大，容易引起潰水事故，因此，礦井在巷道掘進過程應嚴格按規程施工探放水鉆孔。

4)鉆孔水。

自1957年安徽地質局三二五地質隊開展皖北～豫東找煤工作以來，先后有5隊(次)在本井田范圍內開展過鉆探工作，累計施工鉆孔283個，其中封閉不良鉆孔20個。礦井生產過程中已揭露鉆孔29個，其中Y4鉆孔出現太原組上段灰巖出水，其余均安全回采通過。

3.2 礦井水害防治

陳四樓煤礦嚴格執行《煤礦安全規程》、《水文地質規程》、《永煤集團水害防治工程總體規劃》、《永煤集團防治水工作實施細則》，落實永煤集團公司確定的“立足采面、探查先行、以堵為主、疏堵結合、分類治理、綜合防治”的24字防治水方針，并制定嚴格的安全技術措施予以實施，確保礦井安全生產。礦井現已建立健全了水文觀測網，地面有太原組上段灰巖、太原組下段灰巖及奧陶系灰巖水文長觀孔，共計7個，定期進行水位觀測;井下也施工了太原組灰巖水位觀測孔，并建立水壓觀測系統，對水壓進行不間斷觀測。

工作面回采之前進行電法勘探，探明工作面底板異常富水區。編制防治水設計，實施工作面底板注漿改造工程，提高二2煤層底板地層的抗剪切能力。在工作面回采結束后，及時圈定積水范圍，計算積水面積、積水量等參數。巷道施工到防水危險區警戒線處，開始邊探邊掘，在距離實際積水線20 m處停止施工，進行探放水，確保積水不影響安全施工后，方可進行采掘活動。

對于掘進或回采即將揭露的封閉良好的鉆孔，提前發放水害通知單，要求生產單位編寫過斷層措施，施工探查鉆孔，邊探邊掘(采);對于揭露太原組及其它灰巖含水層的鉆孔，提前對灰巖含水層進行注漿充填。

4 結論

通過對陳四樓煤礦水文地質工程地質及開采條件的分析研究，對礦井涌水量進行了預測，并對礦井主要水害進行了分析，陳四樓煤礦自從2003年實施工作面底板改造工程以來，加大創新力度，提高礦井防治水技術水平;加強對礦井防治水的管理，提高了礦井防治水管理水平，解決了采掘工作面底板突水，有效控制了太原組灰巖水對生產造成的不利影響。

［1］ 許家林，朱衛兵，王曉振.松散承壓含水層下采煤突水機理與防治研究［J］.采礦與安全工程學報，2011，28(3):333－339.

［2］ 王曉振，許家林，朱衛兵，等.松散承壓含水層水位變化與頂板來壓的聯動效應及其應用研究［J］.巖石力學與工程學報，2011，30(9):1872－1881.

［3］ 彭蘇萍.深部煤炭資源賦存規律與開發地質評價研究現狀及今后發展趨勢［J］.煤，2008，17(2):6.

［4］ 國家安全生產監督總局，國家煤礦安全監察局.煤礦防治水規定［S］.北京:煤炭工業出版社，2009.

［5］ 王心義，徐 濤，黃 丹.距離判別法在相似礦區突水水源識別中的應用［J］.煤炭學報，2011，36(8):1354－1358.

［6］ 于保華.高水壓松散含水層下采煤關鍵層復合破斷致災機制研究博士學位論文［D］.徐州:中國礦業大學，2009.

［7］ 陳陸望，桂和榮，李一帆.UDEC模擬厚松散層及超薄覆巖條件下開采防水煤柱覆巖突水可能性［J］.水文地質工程地質，2007(1):53－56.

［8］ 國家煤炭工業局.煤礦防治水規定［S］.北京:國家安全生產監督管理總局，2000:225－245.

［9］ 國家煤炭工業局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程［S］.北京:煤炭工業出版社，2000:225－245.

Study on Main Water Hazards and Prevention and Control in Chensilou Coal Mine

Duan Li－hong

Through analyzing and studying the hydrogeology，engineering geology and mining conditions of Chensilou coal mine，predicted the mine water inflow，andmain water hazards of mine are analyzed.A variety of prevention and control measures were put forward，basically keep down the floor water inrush of mining working face，effectively control the adverse impact to production from the limestone water of Taiyuan formation.

Water hazards of coal mine;Prevention and control;water inflow of mine;Forecast

TD745

A

1672－0652(2012)08－0009－03

2012－06－13

段李宏(1986—)男，山西臨汾人，2007年畢業于中國礦業大學，助理工程師，主要從事煤礦防治水工作(E －mail)dlhcumt@163.com