隆慶煤礦開采水害分析及防治研究

邵 崗

(禹州神火隆慶礦業有限公司，河南 禹州 461670)

禹州神火隆慶礦業有限公司位于河南省禹州煤田北部、蔡寺—白沙普查區之西南段淺部，行政區劃屬禹州市鳩山鎮管轄。礦區屬丘陵地貌，總體地勢為北西、南東高，中間低。礦區屬淮河流域穎河水系，區中部有趙溝河一條，由西向東匯入穎河，屬季節性河流，雨季有水，本礦是由原禹州市鳩山鄉趙溝聯辦煤礦、禹州市興源東明煤礦及禹州市黃莊一礦整合而成。本區開采條件較復雜，易發生水害，造成水害主要原因有小煤窯及鄰近礦井含水層、礦井及周邊老空水、開采技術等。

1 小煤窯及鄰近礦井開采情況

1.1 原趙溝聯辦煤礦

該礦井位于礦區中北部，始建于1986年，1991年投產，生產規模6萬t/年，屬鳩山鄉趙溝村開辦的集體企業，主要開采四2煤層，煤層頂板以砂巖為主，次為泥巖。底板為泥巖。井巷揭露煤厚1.06～1.24 m，平均1.17m。礦井正常涌水量5～10 m3/h，主要為局部頂板淋水。屬瓦斯礦井。采煤方法為走向長壁式采煤，頂板管理為全垮落法。

1.2 原禹州市興源東明煤礦

該礦井位于礦區北段，1996年7月建井，2000年7月投產，設計生產能力9萬t/年，主要開采二1煤層。煤層頂板為中、細粒長石石英砂巖，底板為深灰色泥巖夾粉砂巖條帶。礦井正常涌水量60 m3/h，主要為底板水，2003年10月經禹州市煤炭工業管理局礦井瓦斯鑒定，絕對瓦斯涌出量0.625 0 m3/min，相對甲烷涌出量5.76 m3/t·d，屬瓦斯礦井。采煤方法為走向長壁式采煤，頂板采用全垮落法。

1.3 原禹州市黃莊一礦

該礦井位于礦區南西段，1997年6月建井，2000年10月投產，生產能力6×104t/年，開采二1煤層，煤層頂板為中、細粒長石石英砂巖，局部為炭質泥巖偽頂;底板為深灰色泥巖及粉砂巖。礦井正常涌水量20 m3/h，主要為底板水。2003年10月，經禹州市煤炭工業管理局瓦斯鑒定，絕對瓦斯涌出量0.769 2 m3/min，相對甲烷涌出量7.3 m3/t·d，屬瓦斯礦井。采煤方法為走向長壁式采煤，頂板采用全垮落法。

1.4 禹州神火義隆礦業有限公司

禹州神火義隆礦業有限公司為鄰近煤礦，設計生產能力15萬t/年，主要開采一4、二1煤層，開采方式為走向壁式采煤，二1煤層直接頂板主要為深灰色砂質泥巖、泥巖，厚度0.80～2.10 m，老頂為淺灰—灰色細—中粒砂巖，厚約10 m;直接底板為泥巖及砂質泥巖夾細粒砂巖，煤厚0.40～6.00 m，全區大部可采。屬瓦斯礦井，煤層屬不易自燃煤層，煤塵有爆炸危險性，無熱害。礦井充水目前主要為頂板淋水及底板出水，礦井正常涌水量20 m/h，最大涌水量為40 m3/h左右。

2 水文地質條件分析

礦區位于禹州煤田北部，地層區劃屬華北地層區豫西地層分區嵩箕地層小區，區內有二疊系上、下石盒子組、石千峰組地層出露，區外西北部有石炭系、寒武系灰巖出露，其余均為第四系覆蓋。依據區域及區內資料，區內地層從老至新依次為寒武系、石炭系上統、二疊系及第四系。其中石炭系上統太原組、二疊系下統及上統上石盒子組為含煤地層，厚697.66 m。

根據地層厚度、巖性、含水空間性質及埋藏條件，區域內含水巖組主要有:寒武系及奧陶系碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組、石炭系太原組碳酸鹽夾碎屑巖類巖溶裂隙含水巖組、二疊系碎屑巖類裂隙含水巖組、新生界松散巖類孔隙含水巖組。

2.1 碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組

主要由石灰巖、白云質灰巖組成，地表溶溝、溶槽密布，溶洞較發育，侵蝕、溶蝕作用明顯。泉流量一般0.24～3.5 L/s，但因斷層錯動形成的上升泉則流量較大，可達28.5～68.5 L/s。據鉆孔抽水試驗:單位涌水量 0.000 071 8 ～ 0.509 L/s·m，滲透系數0.000 75 ～3.104 m/d，礦化度 0.296 ～ 0.389 g/L。該含水巖組含巖溶裂隙承壓水，為二1煤層底板間接充水含水層，富水性極不均一，導水性好。

2.2 太原組碳酸鹽夾碎屑巖類巖溶裂隙含水巖組

主要為太原組上、下段石灰巖巖溶裂隙含水層。其中下段灰巖含水層由L1～L4石灰巖組成，富水程度不均一。據鉆孔抽水試驗，單位涌水量0.036 2～0.777 L/s·m，滲透系數 0.773 ～3.95 m/d，礦化度0.332～0.389 g/L。該層含巖溶裂隙承壓水，為二1煤層底板間接充水含水層。上段灰巖含水層由L7～L11石灰巖組成，其中L7、L8、L9灰巖厚度較大且穩定。富水性亦極不均一。該層抽水試驗:單位涌水量0.001 2 ～0.040 9 L/s·m，滲透系數 0.016 3 ～1.62 m/d，礦化度0.359～0.433 g/L。該層含巖溶裂隙承壓水，為二1煤層底板直接充水含水層，富水性不均一，導水性差。

2.3 二疊系碎屑巖類裂隙含水層組

主要為山西組砂巖裂隙含水層和上、下石盒子組砂巖裂隙含水層。其中山西組砂巖裂隙含水層含裂隙承壓水，富水性弱，導水性差，為二1煤層頂板直接充水含水層。鉆孔抽水試驗資料:單位涌水量0.000 43 ～0.158 L/s·m，滲透系數 0.001 83 ～0.675 m/d，靜止水位標高118.53 ～356.42 m。

2.4 新生界松散巖類孔隙含水巖組

該含水巖組具有層數多、厚度大特征，分為新近系半固結孔隙裂隙含水層和第四系松散巖類孔隙含水層。新近系含水層主要分布在禹州煤田東部。鉆探遇此層有漏水現象且漏失量較大，說明該層有一定的富水性。第四系含水層主要由砂、砂卵石及礫石組成，由淺部到深部富水、透水性逐漸減弱。該組單位涌水量0.005 4 ～6.85 L/s.m，滲透系數 0.011 5 ～69.4 m/d，靜止水位標高 118.53 ～356.42 m。

3 礦井及周邊老空水分布狀況

隆慶礦業有限公司存在以往采礦形成的采空區，共分為三部分。而瞬變電磁勘探資料，推斷采空區范圍遠遠大于已知采空區，采空區范圍主要分布于礦井淺部礦界附近及－50 m水平標高處。瞬變電磁勘探在解釋采空區基礎上，根據采空區低阻異常的幅度及可靠性，判斷其富水性強弱。共圈定采空富水異常區11 處(見圖 1)，積水面積 0.117 km2，積水量達343 962 m3，積水量較大。其中采空積水范圍較大為西南部煤層露頭、北部采空區處。圈定結果反應了老空積水在低洼處匯集的這一賦存規律。同時部分富水區伴隨斷裂構造發育，反應了構造破碎帶、裂隙帶起到一定的富集與導水作用。

圖1 二1煤采空區及其富水異常區分布

目前，采空區主、副井距離設計首采區較近，將來礦井采掘工程擴展時，要高度重視這些采空區的積水。另外本礦周圍均有開采二1煤層的礦井，礦井在開采過程中，應與相鄰礦井留足邊界煤柱，防止相鄰礦井積水導入礦井，造成水害事故。

4 結論

該礦井近幾年處在整頓和技改之中，礦山未進行開發，礦區二1煤層屬于底板太原組石灰巖巖溶裂隙含水層和頂板山西組砂巖裂隙含水層直接充水的礦床，首采區情況較為簡單，一般情況下水量不大，但隨著開采范圍的擴大，深度不斷增加，影響水文地質條件因素的變化，水害會不同程度地影響礦井。區內深部斷層較多，對生產影響較大，在將來開采過程中仍應引起足夠重視。對二1煤層底板巖溶裂隙承壓水及采空區的積水更要高度重視，因此，該礦井受水害的影響程度較大。

該礦井開采二1煤層時，未來存在水害問題主要為:太原組灰巖巖溶含水層、寒武系巖溶含水層，尤其寒武系巖溶含水層是威脅礦井安全生產的主要含水層;礦區內及周邊構造、隔水層薄弱地帶是危機礦井生產的重要通道;礦區老空積水亦是威脅礦井生產的水源之一。

礦區內老空區存在積水，當采掘工程接近時，要打超前探放水鉆，避免水害發生。必要時采取一定勘查手段驗證、查明老空水。礦區內斷層較多，均具有一定含水性、導水性，生產過程中當井巷工程接近或通過斷層時，應打超前探放水鉆，并留設足夠的防水保安煤柱，以防遭遇斷層導水造成淹井。同時建議對全礦井開展三維地震勘查，查明區內次生小斷裂。對二1煤層下的寒武系中巖溶裂隙水要予以實時監測，以防隔水層被破壞或多種原因形成的水流通道，會造成礦井底板突水。

［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］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.

［3］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.

［4］邢會安，盧全生，原連成.九里山礦西部水大原因分析及對策［J］.中國煤炭地質，2008，20(11):30－33.

［5］巫顯鈞.同華煤礦三區小窯積水的防治方案探討［J］.中國煤炭地質.2009，21(1):39－42.

［6］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.

［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］Y.S.Yang，Y.H.Der.On the solutions of modeling a slug test performed in a two － zone confined aquifer［J］.Hydrogeology Journal，2007(15):297－305.

［9］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.

［10］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.