長治經坊煤礦礦井水源水害影響因素及防治技術

文/景劍峰馮寧

山西煤炭進出口集團經坊煤業公司井田面積30.7229km2，生產能力300萬噸，批準層位3#、8#、9#、14#、15#。現開采 3# 煤層。隨著礦井開采時間的延伸，南區主要水害為本煤層的采空區積水。北區水文地質條件為中等，局部帶壓，帶壓標高652m，北區主要水害類型為采空區積水及奧灰巖溶水，礦井總體水文地質條件為中等。如在生產過程中疏于防范，將給礦井安全生產造成嚴重的危害。

一、礦井水文地質特征

經坊煤礦大部為第四系覆蓋，第四系孔隙含水層在井田范圍內分布廣泛，主要接受大氣降水補給，受氣候變化影響明顯，是居民生活及工農業用水的主要水源。其下伏基巖風化帶含水層在露頭區及淺埋區，除可直接接收大氣降水補給外，還可接受第四系含水層的補給。在不同的地段，不同時期第四系含水層與基巖風化帶含水層可互為補給含水層。

井田內碎屑巖類含水層及石炭系中統巖溶裂隙含水層，由于其間有厚度不等的泥質巖層阻隔，相互間水力聯系差，且主要以相互平行的層間徑流為主。僅在構造部位或淺部才可能與其他含水層發生直接水力聯系。

奧陶系中統石灰巖含水層是井田內主要含水層之一，井田內沒有出露。其地下水位于辛安泉域南徑流帶上，徑流方向大至由西偏南向東偏北方向徑流。從井田內埋藏條件、巖溶發育情況分析，井田內巖溶發育段埋藏較深，溶蝕發育較好，一般情況隨深度增加，水位埋深也不斷增大，在構造部位有可能與其他含水層發生水力聯系。

二、充水水源及影響因素分析

生產實踐表明，大氣降水、地表水、含水層水及老空水等水源均對礦井充水有一定影響，其影響程度主要取決于上述各水體的發育程度或富水性，以及水體同開采煤層的關系。

1.充水水源分析

大氣降水。降水通過巖土層孔隙及長期開采條件下可相互溝通的煤層頂板垮落帶下滲，是礦坑充水的主要來源。受降水的周期性及季節性變化影響，礦坑涌水量隨之具有顯著的動態特征。但在采區工作面附近，3號煤層埋藏深度一般為250~300m。淺層地下水及大氣降水僅小部分可通過砂巖裂隙及構造裂隙等導水通道進入巷道，巷道涌水量增加不明顯。

地表水。本區無常年性河流，一般無水害威脅，但在雨季應注意回填地面塌陷裂隙，預防大氣降水涌入礦井造成水害威脅。礦井地面有一南北方向約20～30m寬橫跨四采區的地面積水區，水位2～3m，應加強監測和必要的疏排工作，以防雨季積水增加造成滲漏引發礦井頂板淋水。

2.影響因素分析

采空區積水。井田內僅有池里1個小煤礦，暫時不會對本礦井造成大的影響，應加強對其監督管理。該礦采空區存在著積水情況，3號煤層采空區積水量總計460959.42m3，這些積水區域對下組煤的開采將構成一定的威脅，下組煤采至相應位置時，應進行相應的探測和排水工作。

含水層水。K2灰巖水含區內共有5層灰巖，據補2號孔石炭系抽水資料顯示，K2灰巖水水位標高為871.62m，K2灰巖頂面標高為469.586m，3號煤底板標高為530.936m，底板隔水層厚度為61.35m，承受水頭壓力為4.020MPa，突水系數為0.066MPa/m，但其單位涌水量為0.0133L/s.m，屬于富水性弱的含水層，且距3號煤層90多米，因此在無構造直接導水情況下對3號煤層的開采影響較小，但應加強K2灰巖水水位監測。

頂板砂巖裂隙水。煤層頂板砂巖裂隙含水層將通過礦坑頂板導水裂縫帶向礦坑充水，根據山西省長治經坊煤業礦井水文地質補充勘探報告表明：井田內風化裂隙發育，部分地段富水性好，補1號孔在風化帶鉆進時，出現沖洗液消耗量增大，補2號孔在風化帶中鉆進時，出現沖洗液漏失現象。第四系堆積物厚度較大，其松散層中富水性較好，造成基巖面上積水量較大，使3號煤層頂板砂巖富水性變好。因此，在煤層淺埋區，頂板砂巖裂隙水成為礦坑充水的主要來源。

奧陶系巖溶水。據以往補充勘探資料和區內水源井資料數據顯示，奧灰水為井田內主要的含水層，單位涌水量0.3129～4.722L/s.m，富水性中等偏強。井田內奧灰巖溶水水位標高在652m左右，可采煤層均有部分地段低于奧灰巖溶水水位標高，3#煤層底板突水系數為0.010~0.031MPa/m。因此加強地質構造及導水性的探測，堅持“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原則，制定有效的防治水措施，防止水災事故的發生。

三、礦井水害防治技術方法

1.地表水、老空水、裂隙水的防治措施

嚴格執行“有掘必探、有采必探、先探后掘、先治后采”和“物探先行、化探跟進、鉆探驗證”的防治水原則，采取“防、堵、疏、排、截”綜合治理措施。在井田外圍修筑防洪泄洪渠道，在采空區外圍挖溝排（截）洪；填堵地面塌陷及裂隙區域等地表水下滲渠道；堵水截流，在井下留設放水煤（巖）柱，設置防水閘門或直接對突水點進行注漿封堵；疏干降壓，在井下施工專門的疏水鉆孔對水體進行疏干、排放，以減少積水量，降低水壓。

2.奧灰水的防治措施

井田北區屬于部分帶壓開采區域，受到奧灰水的威脅，需要研究制定專門的安全防治措施。

（1）帶壓開采區的采掘工作面如發生底板出水或煤層淋水等情況時，應及時調查出水點的出水時間、位置、標高、出水范圍，以及出水形式、水量、水溫、水質等實際情況，如有頂板巖石露出，調查其巖性與裂隙發育情況，斷層構造情況等并分析判斷水源，水量大于3m3/h時，應每日觀察其水量。

（2）受底板巖溶水的威脅在開采前必須進行疏水降壓，使灰巖巖溶的水壓降到安全水壓值以下，采煤后底板移動破壞帶以下，否則，不準開采。

（3）在帶壓開采過程中，雖然疏水降壓到安全水壓值以下，還應特別注意工作面范圍內的小斷層和小褶曲，當這些小構造和含水灰巖或切割灰巖的較大斷層相通過時，往往形成突水通道，礦井水文人員及綜采隊工作人員發現構造，遇到出水征兆要及時匯報，以便處理。

（4）為防治帶壓開采區段煤底板巖溶水，礦井水文人員及有關領導要研究灰巖突水機理，研究“下三帶”（即底板采后導水破壞帶，有效保護帶和地下水導升帶）在煤層開采后的發育規律，指導煤礦安全生產。

（5）根據水文地質條件差異，分別采用不同方法防治底板水害的發生。在地質構造復雜程度高的區塊，突發事故極易發生：當底板隔水巖厚度較大時，采用大面積注漿加固底板隔水層的方法來解決；當底板隔水巖厚度較小時，采用大降深疏降的方法；當底板高承壓含水層為薄層灰巖時，采用帷幕疏的方法，實現大降深疏降；當底板隔水層厚度處于中間狀態時，采用大面積加固底板隔水層，小面積開導相結合的方法。在地質構造復雜程度低的區塊：當底板隔水層厚度較大時，采用構造地段局部注漿加固的方法；當底板隔水層厚度較中等時，采用構造地段局部注漿加固和小面積開采相結合的方法；當底板隔水層厚度較小時，除以上方法外，還應考慮巖石充填法。

總之，經坊煤礦的水文地質條件較為復雜，隨著開采深度的不斷加深將變得更加復雜。礦井只有樹立“水患不除心不安，水害不治礦不寧”“水害事故是可防可控”的意識，實踐“嚴標準、建體系、精勘探、細預報、強技術、控過程、慎評價、重總結”的工作態度，形成“加強基礎工作是前提、先進技術的應用是條件、嚴格監管是保障”的礦井防治水綜合管理模式，才能不斷提高礦井水害防治技術和管理水平，實現安全生產。