汾西煤礦水害致災因素現狀與防治建議

王崇林

（山西焦煤汾西礦業集團公司，山西 介休 032000）

山焦汾西礦業集團現有各類礦井40座，包括本部的柳灣、水峪、高陽、賀西、雙柳、河東、紫金、曙光、中興、宜興、香源、中盛12座生產井及靈北、中泰2座基建礦井；有資源整合的26座礦井，分別是：正暉公司5座、瑞泰公司7座、孝義公司7座、正新煤焦公司2座。受各區域煤礦致災地質因素及去年以來煤炭經營價格急劇下滑的嚴重影響，2009年之后通過資源整合兼并重組的13座礦井和1座在建規劃礦井（汾西中泰煤業吳家峁煤礦）也被山西焦煤集團公司列入暫緩建設礦井，目前列入生產基建計劃的礦井包括本部礦井在內的26座生產（基建）礦井。

汾西礦業集團所屬礦井分布于介休、平遙、靈石、孝義、柳林、交城、隰縣、左權、沁源、寧武等市（縣）境內。礦區橫跨霍西、河東、西山、沁水、寧武五大煤田，井田總面積783.49km2。

1 煤礦水害致災地質因素現狀及其對安全生產的影響

煤礦水害致災因素主要有：井田內老空及小煤礦采空區致災因素，帶壓開采礦井致災因素，地表水滲入、河流灌井的致災因素等。

1.1 井田內老空及小煤礦采空區致災因素

山焦汾西現有生產、基建（股份制）礦井都不程度受老空積水的危害。近年來水害威脅最大的是小煤礦采空區積水。目前本部礦井除雙柳、賀西、中興、曙光、紫金、靈北等6座外，其余34座礦井不同程度的存在小煤礦采空區積水影響，占礦井總數的85%。因此對煤礦老空積水形成機理、儲存條件、儲存位置及儲存量的探測，突水條件以及防治措施的研究對煤礦安全生產具有重要意義，根據山焦汾西各礦井老空積水形成機理、儲存條件、掌握準確程度分為三類：

（1）一類：本部生產礦井存在小煤礦采空區積水相對最嚴重的礦井有柳灣煤業、高陽煤礦及水峪煤業等生產井，受上覆2＃、3＃煤層采空積水和9＃、10＃、11＃采空積水以及各井田內存在局部老窯水和周圍礦井的老窯水影響，雖然水源復雜，但各礦在生產過程中作了大量調查和分析工作，積累了豐富資料，一般情況下對礦井危害程度是可控的，不會造成大的水害事故。

（2）二類（資源整合礦井老空積水）：主要指瑞泰公司正豐、正珠、正明、正行等，孝義公司正幫、正安、正旺等，正新公司和善、賈郭以及正佳、正升、正源煤業等礦井。這些礦井都由眾多小煤窯整合而來，它們的采掘情況、水文地質資料相對缺乏，雖然后期進行地面物探對采空積水進行探測，但缺少現場第一手資料，因而采空積水準確位置、積水量很難把握。因此老空積水對資源整合礦井危害較大，是防治水工作的重點。目前正源煤業、瑞泰公司正豐、孝義公司正安煤業、正暉管理分公司正升、正宏的8座礦井暫緩建設。

（3）三類（急傾斜煤層礦井老空積水）：主要指正暉公司昌達、昌瑞、昌盛、昌華、昌元五礦淺層采空積水。由于急傾斜煤層存在抽冒現象，上部采空積水對下部開采危害較大。對上部采空積水治理是正暉公司防治水重點，目前正暉公司寧武5座礦井暫緩建設。

1.2 含水層帶壓開采礦井致災因素

汾西礦業集團公司現有生產、基建礦井共40座，其中有30座礦井存在帶壓開采，占所有礦井總數的75%。帶壓開采危害性大，如工作面揭露導水構造或破碎帶可短時間淹沒工作面或礦井，造成不同程度的人員傷亡及財產損失。因此，為了保證帶壓開采礦井的安全生產，規范帶壓開采礦井防治水工作，有必要對帶壓開采礦井的水文條件進行研究，并根據危害程度大小進行分類，以便采取不同治理措施。

1.3 汾西礦業集團公司帶壓開采礦井現狀

1.3.1 汾西礦業集團公司帶壓開采整體情況

現有帶壓礦井30 座，生產礦井中帶壓礦井有10 座，資源整合礦井有20座。現生產礦井中目前帶壓開采的有賀西、雙柳、高陽、水峪、香源、中興、曙光；生產礦井中未來涉及帶壓開采的礦井有紫金、宜興、河東。資源整合礦井20座中，目前帶壓開采的有孝義正令、平遙正和、瑞泰公司靈石正中三個礦井及寧武正暉公司所屬昌元煤礦、昌瑞煤礦、昌達煤礦、昌盛煤礦、昌華煤礦。

從井田面積來說，全部（或大部分）帶壓開采的有：離柳礦區的雙柳和賀西煤礦，交城礦區的中興和香源煤業，中陽中泰煤業、平遙正和煤業、靈石正通煤業下組煤、寧武正暉公司五礦、交城正源煤業。突水系數局部超過臨界值的礦井有：水峪宜興東區下組煤、孝義正令煤業下組煤、孝義正城煤業下組煤、雙柳、賀西、中泰下組煤以及左權瑞泰公司正珠煤業15＃煤層。

另外，從奧灰水帶壓的大小情況來說，最大帶壓1 MPa以下的礦井有：河東煤礦、紫金煤業、高陽煤礦、曙光煤業；最大帶壓1～3 MPa的礦井有：水峪煤業宜興區、中興煤業、香源煤業、孝義公司正令煤業、正佳煤業、瑞泰公司正和煤業、正太煤業；最大帶壓大于3 MPa的礦井有：雙柳煤礦（接近7 MPa），賀西煤礦（5 MPa），正暉公司五座（3.5～8.3 MPa）、左權瑞泰公司正明煤業（4 MPa）。

1.3.2 本部礦井帶壓開采情況分析

雙重帶壓礦井（雙柳、賀西、中興、香源）目前都回采上組煤3＃、4＃或2＃（2＃下）煤層。四礦上組煤太灰、奧灰突水系數都在安全范圍之內，且隔水層厚度相對較厚，除局部構造可能導水外，一般情況對安全開采影響不大。下組煤開采前對太灰帶壓應采取積極的疏放措施，且必須制定具體操作方案。未來對下組煤的開采，由于奧灰巖隔水層較薄（40～70m），水頭壓力（2～7 MPa）局部大于安全值。建議各礦組建注漿隊伍，雙柳、賀西（香源、中興雖地質構造復雜，但富水性弱，故應根據情況而定）下組煤開采揭露地質構造時必須提前注漿封堵；充分研究煤層底板“下三帶”的巖性特征，特別是底板擾動帶深度以及工作面的回采工藝，進入下組煤后，應提前建好強排系統。

水峪、曙光煤業：目前開采上組煤2＃煤，雖帶壓但隔水層較厚（120m 左右），奧灰突水系數小于安全值。一般情況下除局部構造導水外，奧灰水對開采影響不大。

高陽煤礦：目前開采新二采區，奧灰水局部帶壓1.0 MPa，且隔水層厚度30～40m，相對較薄且構造發育，奧灰突水系數局部大于安全值，加之區域奧灰水富水性較強，對奧灰水的防治是重中之重。

1.3.3 資源整合礦井帶壓開采的分析

正暉公司5座礦井都屬于急傾斜煤層帶壓開采，奧灰水頭壓力3.5～8.3 MPa，目前急傾斜煤層帶壓開采防治水技術在國內還是空白，應與科研部門積極合作，加強對防治水技術的研究。

瑞泰公司正中煤業、孝義公司正令礦兩個礦都開采上組煤2＃煤層，隔水層厚度100 多米，水頭壓力1～3.7 MPa，奧灰突水系數小于安全值，除局部構造有可能導水外，一般情況下奧灰水對開采影響不大。

瑞泰公司的正明、正行，正新公司的和善煤礦、賈郭煤礦，以及正通等五礦井都屬于下組煤帶壓開采，目前，首采區基本不涉及帶壓開采問題。

瑞泰正和煤業：目前開采下組煤9＃、10＃煤層，奧灰水頭最大壓力達3 MPa，隔水層厚度40m，奧灰突水系數小于安全值，雖該礦井的儲量不大，但奧灰水危害較大，建議對構造斷裂陷落柱（裂隙）注漿封堵，利用物探技術查清底板下三帶的情況，完善排水系統。

孝義公司正城、正令兩礦處于白壁關斷層東翼，煤層埋藏較深，屬低凹地帶，根據白壁關勘探資料及高陽井下實見水文地質資料推測，正城、正令兩礦地質構造相對復雜，太灰、奧灰富水性強對下組煤開采影響較大。另外，從帶壓開采突水系數估算，兩礦下組煤突水系數大于安全值屬不安全區域，從目前技術條件看，開采難度較大，有待深入研究。

1.4 地表水滲入、河流灌井的致災因素

地表水、河流通過導水裂隙帶、地面裂隙、地面裂縫、塌陷坑、斷層和陷落柱、采空區等導水通道很容易滲入礦井。高陽煤礦、水峪煤業、柳灣煤業放頂煤工藝開采相對影響較大，同時，也受采（古）空區影響，洪水會從淺部潰入井下。高陽煤礦2007年7月29日，曾發生洪水灌井事故，大量洪水沿高陽河床塌陷坑進入井下，涌水量達1200m3／h以上，險些造成淹井事故。事故原因主要為小煤礦私采河床保安煤柱，造成洪水潰入而殃及大礦。此外，由于河床等地表水體底部滲漏而增大礦井涌水量者更為常見，因此地表裂縫塌陷治理尤為重要。

2 煤礦水害致災地質因素防治對策

圍繞采空區、小斷層、陷落柱、煤層變化等煤礦隱蔽致災地質因素的探查，國內外已經形成了較為完備的探測技術。從探查手段上，分為物探、化探與鉆探；從物探方法上，分為重力、磁法、電法、地震、放射性等；從探測空間上，分為地面探查、井下探查和井-地聯合探查等。在這些方法手段中，鉆探是最直接的技術手段，具有精度高、直觀性強、適應面寬等優點，其不足是周期長、費用高等。地球物理探測技術具有成本低、信息量大、快速便捷等優勢，其缺點在于物探手段是間接探測，探測結果存在一定的多解性。

2.1 地面探查技術與裝備

目前，山焦汾西地面探查主要依靠外委隊伍施工。從地面開展隱蔽地質災害探查的技術手段包括二維／三維地震勘探、瞬變電磁法、高密度電法、直流電法、可控源音頻大地電磁測深、地質雷達、瑞雷波、孔間透視等，其中三維地震與地面電磁法已經得到了廣泛的應用。三維地震勘探是煤礦隱伏地質構造、不良地質體探查的最佳手段，在地震地質條件有利地區，它可以查明落差5 m 以上的斷層、長軸直徑大于30m 的陷落柱等，但是三維地震對小型陷落柱、小斷層、采掘巷道等探測精度不高，對地層的富水性沒有反映，受地震地質條件的制約較大，隨著探測深度增加，其探測精度相應降低；地面電磁法在探測地下含水低阻地質體方面具有獨特優勢，如充水采空區、含水陷落柱等，其中高密度電法在100 m 以內探測效果較好，地面瞬變電磁法探測深度大，但其探查成果受地形影響較大。近年來，地面定向鉆進新技術與新裝備的出現，將為煤礦隱伏斷層、陷落柱、采空區精細探測和物探成果驗證提供有效手段。

采用地面三維地震與瞬變電磁法相聯合、井下電磁法與槽波地震（礦井地震）相結合、井地聯合勘探，開展地下構造、富水區域的綜合探測這一技術模式，已經在山焦汾西各煤礦得到普遍的推廣應用，取得了較好的示范效果。受探測距離、地形影響等，地面物探手段的探測精度相對較低，而礦井物探的分辨率較高，因此需要在地面普查的基礎上開展井下近距離的超前探查與預測預報。

2.2 井下探查技術與裝備

山焦汾西各存量礦井井下物探從2012年以后基本屬于各礦井地測部門自主開展。物探手段包括無線電波透視、瞬變電磁法、直流電法、高密度電法、地質雷達、音頻電透視等電磁波探測技術以及槽波地震、瑞雷波勘探等彈性波探測技術。上述方法手段中，井下直流電法、無線電坑透、瞬變電磁、地質雷達、瑞雷波、礦井遠距離地震探測技術與裝備的應用較廣。在掘進工作面超前探測中，地質雷達、瑞雷波對構造探測的分辨率較高，但是探測距離一般不超過50m；井下直流電法與瞬變電磁法的探測距離80 m 左右，其探測效果受電磁干擾影響較大；無線電波透視、槽波地震適于工作面內部構造的精細探測，音頻電透視適應于回采工作面底板以下的低阻體探測，遠距離超前地震可以達到地質構造超前探測150m；微震監測主要用于對沖擊地壓、煤與瓦斯突出和礦震等煤巖動力災害評價和頂板“三帶”高度的預測等。

另外，煤礦井下近水平千米定向鉆進技術與裝備的研制成功，提升了隱蔽致災地質因素的探查精度和治理能力。通過長期研究與生產實踐，山焦汾西已經初步總結出“煤礦井下直流電法、瞬變電磁法與無線電坑透聯合，輔以地質雷達、音頻電透視、高密度電法和彈性波探測”的綜合探測模式，在一些煤礦實施取得顯著成效。但是，現有的技術手段主要是針對煤礦隱蔽致災地質因素在靜態狀況下的探測，且其探測的精度有局限性。

2.3 目前煤礦隱蔽水害致災因素普查情況

煤礦隱蔽致災探查專業隊伍主要以探測構造及探放水（采空區、積水區、小煤窯破壞區底板導水構造）為主：一是所有生產建設礦井全部組建自己的專職探放水隊伍，二是具備條件的礦井成立物探技術小組。資源整合礦井孝義公司、瑞泰公司、正新公司由于組建時間較短，技術人員及裝備暫時短缺，井下物探超前探測主要依托區域公司地測部物探小組3～4人自主開展。

3 煤礦隱蔽水害致災因素治理的對策

3.1 針對小煤礦采空區采取的對策

堅持“物探先行，鉆探驗證，化探跟進”物鉆化并舉的原則，物探超前探測，結合異常區驗證做好有掘必探工作，探查掘進頭附近和回采工作面中的老空水和潛在構造含（導）水性，將驗證已確認的各異常區需采用相應措施。加強導水構造的探測，對于已查明的老空水，必須采取超前探放水，確定無突水危險時方可采掘。

3.2 針對存在帶壓開采致災因素礦井的對策

提高認識，積極采取措施。雙重帶壓礦井（雙柳、賀西、中興、香源）探放水設計必須符合《煤礦防治水規定》關于帶壓開采有關規定，進入下組煤前太灰水必須疏放完畢，下組煤開采揭露斷層、陷落柱、裂隙必須注漿封堵并完善強排系統。

水峪煤業宜興東區、曙光、正中、正令目前開采2＃煤層，探放水設計應重點考慮地質構造（斷層、陷落柱）和破碎帶局部導水，根據導水位置，應采取注漿或留設防水煤柱。

高陽煤礦、平遙正和煤業下組煤開采，對揭露構造或裂隙帶必須注漿封堵，利用物探技術查清底板“下三帶”水文地質特征，加固底板，采煤工藝應適應帶壓開采要求并完善排水系統。

3.3 地表裂縫塌陷治理存在不及時

每年雨季期間，各礦井應堅持河道巡查及定期對地表裂縫塌陷檢查，及時掌握當地歷年降雨量和最高洪水位資料，及時填堵導水裂隙帶、地面裂隙、地面裂縫、塌陷坑、斷層和陷落柱，建立疏水、防水和排水系統，以防地表水潰入礦井。

4 結語

通過對煤礦存在隱蔽水害致災因素問題分析，對煤礦隱蔽致災因素針對性提出了防治措施。一方面從思想上重視，本著“安全第一，生產第二”的原則，高度重視涉及煤礦安全生產的水文地質隱蔽致災因素的防治工作；另一方面加強技術管理，加大各礦井地質補充勘探工程投入，以確保礦井安全生產。

〔1〕國家煤礦安監局科技裝備司.關于煤礦隱蔽致災因素地面普查現狀和需求情況調查的通知，煤安監司函技裝〔2013〕11號.

〔2〕武 強，等.煤礦防治水規定釋義〔M〕.國家煤礦安全監察局編.徐州：中國礦業大學出版社，2009.12

〔3〕國家煤礦安全監察局等.煤礦安全規程釋義〔M〕.防治水部分釋義.徐州：中國礦業大學出版社，2011.03.

〔4〕國家安全監督總局.國家煤礦安全監察局.關于印發《煤礦地質工作規定》的通知：2013.12.31.