汾陽礦區防治采空區積水面臨的問題及對策

閆根智

（山西煤炭運銷集團 龍山煤業有限公司，山西 汾陽 032200）

1 汾陽礦區小煤礦積水特征分析

汾陽礦區整個井田為北西-南東傾斜的向斜構造，開采較早的礦井分布于煤層埋藏較淺的西部、北部，由于開采年代不同，其開拓方式、巷道布置、采煤方法也不相同。多年的開采形成大量的采空區和巷道，地表出現一些塌陷區和裂隙。小煤礦關閉后，其積水的補給、徑流和排泄方式均發生了變化，并且極為復雜，其特點如下：

1）補給快、積水量大。汾陽礦區井田范圍內黃土覆蓋大部分地表，內有陽城河、虢義河及支流陽泉河等季節性河流，河兩邊的山地溝壑發育，河床及溝壑均有基巖出露，礦區內2號、4號、5號煤層大部分采空，9號、10號、11號煤層也有部分開采，地表雨水沿著地表塌陷區或巖層裂隙進入采空區。因此，地表雨水可在短時間大范圍的對采空區積水進行補給，迅速增加采空區積水量。另外，由于原小煤礦非規范開采，未按《煤礦安全規程》留設保安煤柱，導致礦井之間隔水煤柱遭到破壞，造成礦井之間互相連通，使得礦井內采空區積水量增大。

2）徑流、排泄通道不固定。原小煤礦開采工藝、技術設備落后、采煤方法不正規，煤炭回采率低，造成資源丟失，致使大氣降水補給在采空區徑流、排泄的通道不固定。地面降雨補給量發生變化時，因沖刷堆積作用，煤泥堵塞形成非暢通的通道，或者由于巷道或采空區再次垮落，造成原通道堵塞。無論以上何種情況，當原通道堵塞，積水量增加水壓至一定程度時，都將發生潰水，形成新的通道。據調查，2004年7月汾陽降暴雨，安家煤業溝口虢義河的洪水從地表塌陷潰入安家煤業采空區，經維安煤業最后流入處于低處的汾陽煤礦三號井。

3）礦井之間水互相補給。由于歷年小煤礦生產技術水平低，多數礦井實際測量資料少，還有越層越界行為，小礦與小礦之間連通現象十分普遍。生產期間正常排水情況下，小礦井水一般不會互串。關閉停產后，隨著積水增多，水位上升，小礦積水通過采空區、巷道以及導水斷層和含水層相互補給，致使一些條件簡單的小礦，在相鄰充水條件好的小礦倒灌補給下，迅速充水，最終形成統一的積水體，甚至有的區域上下組煤層采空區積水聯為一體。

4）導水裂隙帶溝通上下煤層之間的水力聯系。該區域2號、4號、5號煤層層間距約10 m，9號、10號、11號煤層與5號煤層間距約60 m。經計算，2號煤層開采后，導水裂隙帶高度為38.14 m；4號煤層開采后，導水裂隙帶高度為55.52 m；5號煤層開采后，導水裂隙帶高度為56.78 m；9號、10號、11號煤層開采后，導水裂隙帶高度為103.82 m。導水裂隙帶高度全部大于與上層煤之間的間距，導水裂隙帶溝通了上下煤層之間的水力聯系。

井田內因2號煤層采動引起的導水裂隙帶溝通了頂板砂巖、下石盒子組底界砂巖含水層，形成頂板淋水。2號煤層大部分采空，在西部埋深較淺的地段，導水裂隙帶已達到地表或與風化裂隙帶溝通，地表水將通過裂隙灌入2號煤層。經實地調查，井田西部多處出現地表裂隙。9號、10號、11號與2號煤煤層間距57.16～109.61m。9號、10號、11號煤層導水裂隙帶高度已溝通2號煤層，井田西部煤礦在開采9號、10號、11號煤層時，地表也出現裂縫。2號煤層的積水（包括流入2號煤層的地表水）將通過塌陷、裂縫等通道流入9號、10號、11號煤層。同時早期開采9號、10號、11號煤形成的采空積水也會運移至東部采區內。

5）積水位置分布無規律。原小煤礦開采時，大部分礦井未經過正規設計，礦井開拓、采區巷道布置等不規范，隨意性很大，主要表現在：①有的煤礦2號煤層尚未采完時，開采4號、5號煤層，甚至多煤層同時開采，造成垂向多段采空區分布。②部分小煤礦局部開采下山煤，形成零星獨立的采空區。因此，原小煤礦開采方式均會形成無規律的采空區，最終導致積水區位置分布無規律可循。

2 保留礦井防治水面臨的問題

1）整合保留礦井涌水量會急劇增加。小煤礦的開采，地面塌陷、地表裂縫增多，大量的大氣降水經采空區地面塌陷、地表裂縫等直接潰入井下。本礦區內斷層多為張力作用產生的正斷層，巖層節理發育，陷落柱多具有導水性，造成今后開采下組煤涌水量增加。另外，這些煤礦關閉后，原井下的涌水將直接潰入采空區，小礦關閉后，原地面防排水工程，也不同程度地失去作用。

2）采空區積水補給的時差縮短。主要原因：①原小煤礦開采區域采后沉陷區變成地表水的積聚盆地，為大氣降水提供了良好的下泄通道。②地表沉陷形成盆地使得井田地面積水增多，水壓增大，從而增加了地表水滲流的速度，縮短了雨水的下泄時間，極大的縮小了降雨與井下涌水增加的滯后效應，加劇了礦井涌水量增加的突然性。

3）防治礦井水難度加大。關停部分小煤礦后，由于井下積水量大，積水位置分布無規律可循，實際測量資料少，尤其是小礦與小礦之間補給關系密切，補給通道常有變化，給防治水帶來諸多問題，增加了難度。

4）新建礦井井筒涌水量增大。煤礦企業兼并重組整合后，保留的4個礦井，除山西煤銷集團龍山煤業有少部分上組煤外，其余3礦均開采下組煤。由于舊井筒不能利用，有的新建井筒還需穿過上組煤采空區，既增加施工難度，又增大井筒涌水量。

3 防治水對策與措施

汾陽礦區面臨的整合后礦井水防治問題，應針對性地從以下幾個方面采取措施，確保安全生產。

1）礦井防治水工作必須做到“五專”。即設置專業防治水機構，配齊專業技術人員，成立專門的探放水隊伍，建立專項防治水制度，配備專用探放水設備和搶險救災設備。

2）做好水文地質基礎工作。加強對古井老窯和關閉小煤礦的調查研究，對小煤礦的位置、范圍和開采層位、開采的時間長短、地質構造、可能儲水的容量、排水的資料等都進行調查了解，建立水文地質臺賬。建立水文地質信息管理系統，實現礦井水文地質資料、數據、圖件、計算評價和礦井防治水預測預報一體化。

3）綜合治理小煤礦集中開采區，防止地表水大量下泄。對關閉井的井口要填實，井口用混凝土封閉。對地表裂縫、地面沉陷區、矸石堆進行統一平整壓實，修筑集中排洪渠道。對礦區的溝壑、河床及時疏通，使大氣降雨形成地表逕流自然排泄。根據不同區域的開采程度，結合現狀，統一規劃，重新修筑地面永久性防排水工程和臨時性防排水工程，做好防治水的第一道防線，最大限度地減少大氣降水、地表水的滲漏補給。每年雨季前開展地面隱患排查治理工作。

4）做好預測預報和井下探放水工作。①礦井要制定詳細的防治水規劃，對預測的積水區制定探放水措施。建設、生產中必須堅持“有掘必探，先探后掘，有采必探，先探后采”的原則。對于掘進中遇到的地質構造特別是有疑問的地方，應進行充分合理的分析，并采取針對性措施。②加強水文地質分析，對隱覆構造和陷落柱及封閉不良的鉆孔要足夠重視，結合關閉井開采的采空位置，考慮小礦采空積水的因素，合理布置井巷工程和采區。③對新涌水的涌水通道及儲水因素等進行分析，規劃好井下含水構造、采空區等隔離煤柱和井下防堵水墻工程。④在對關閉井開采集中的區域即大型人為地下水庫下開采下層煤前必須采取科學的方法，先進行探放，做到徹底消除隱患，直至確認無積水后，方可進行開采。

5）加強井下的排水工作，防止水災事故的發生。根據小煤礦關閉后井下涌水量大幅增加的實際情況，保留礦井排水設施應根據水文地質劃分類型合理設計，配備相應排水設施，確保礦井排水能力充足，提高礦井抗災能力。