敘永煤礦礦井水害因素分析

鄧 偉，陳傳燕

(四川省煤炭產業集團地測與防治水研究所，四川成都610500)

0 引言

西南地區的煤礦，因煤層賦存條件差、埋藏深度大、有著面積廣闊的喀斯特地貌，水文地質條件普遍極其復雜，水害類型繁多，煤礦在水害治理方面，取得的效果不佳。筆者將在煤礦防治水方面的一些分析和個人見解與之共享，望對礦井水害治理有所幫助。

1 礦區概況

敘永位于落葉壩背斜北翼，西端與洛窩背斜連接，為單斜構造。地層走向自西向東由近東西向逐漸轉為北西向，傾角變化較大。以沈家山為最高(1 453.3 m)，后面河最低(標高585 m)，相對高差440 m ～868.3 m。屬于中低山地形。

礦山地貌因地層巖性不同，大致可分為兩類:飛仙關組至龍潭組地層出露區，山巒和溝谷相間，渾圓形山丘與鰭背狀的長粱山脊，地形陡峻，為構造剝蝕地貌;而嘉陵江組、茅口組、棲霞組的碳酸鹽地層出露區的山間平壩內，溶蝕洼地與溶蝕殘丘、溶洞、漏斗十分發育，為典型的巖溶地貌景觀。除主背斜外僅井田東端有三條小褶曲，斷層較發育，井田構造屬簡單偏中等。

井田含煤地層為上二疊統龍潭組(P2l)，為海陸交互相含煤沉積。厚92.09 ～108.50 m，平均厚98.11 m。含煤6 ～15層，一般有 9 層，礦山主采 C19、C20、C24煤層。

主要含水層為:二疊系上統長興組(P2c)巖溶弱含水層、二疊系下統茅口組(P1m)、棲霞組(P1q)巖溶含水層，其余為相對隔水層。

礦區發育有9 條地表沖溝，個別有常年流水，其余為季節性沖溝。

2 充水因素分析

2.1 充水水源

2.1.1 大氣降水

大氣降水是地表水及地下水的主要補給源。降水通過各種成因形成的裂隙進入地下補給巖溶裂隙。含水層主要為飛仙關組一段上亞段巖溶裂隙含水層、長興組灰巖溶蝕裂隙含水層，是煤層頂板的直接充水含水層，茅口組巖溶含水層是煤層底板充水含水層，受大氣降水的滲透補給，使含水層的水量增大。另外，大氣降水還可沿采動裂隙或構造斷裂發育的部位，形成新的涌水點，特別是汛期可能造成大量涌水。

2.1.2 地表水

礦區內河流、季節性沖溝發育，有水落坡河、肖家河、梯子田溝、上、下桐子溝、杉樹溝、大灣子溝、田塆子溝、懶子溝等多條河流、沖溝。這些沖溝是地表水快速排泄的通道，僅有少量沖溝水通過地表裂隙、補給地下巖溶水、切割煤系地層等間接途徑補給地下水，對礦井充水影響較小。

2.1.3 地下水充水水源

1)頂板充水水源:礦山主采 C19、C20、C24煤層。長興組(P2c)含水層下距C19、煤層平均厚度67.38 m，煤層回采時采用全部陷落法管理頂板。根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》(2000 年)中堅硬頂板垮落帶高度和導水裂隙帶高度計算公式:

冒落帶:

導水裂隙帶:

式中:Hm—冒落帶最大高度(m)

Hf—導水裂隙帶(包括冒落帶)最大高度(m)

M—累計采厚(m)

m—開采煤層層數

C19煤層單獨開采時，冒落帶高度為5.52 ±2.5 m，導水裂隙帶的影響高度為31.25 ±8.9 m。綜合開采 C19、C20、C24煤層時，冒落帶高度為13. 45 ±2. 5 m，導水裂隙帶影響高度為53.57 ±8.9 m，導水裂隙帶已接近長興組巖溶含水層，故長興組(P2c)含水層水對礦井開采有一定影響。

據川南、川東等地礦井觀測資料，導水裂隙帶高度一般是煤層采高50 ～100 倍。巖層裂隙發育、傾角平緩的取100 倍，長興組(P2c)含水層是C19煤層頂板直接的巖溶充水含水層。

2)底板充水水源:茅口組石灰巖上距C24煤層12.13 m，C24煤層下部巖性為淺灰色高嶺石黏土巖，中間夾C25煤層，若不開采C25煤層，茅口組灰巖水在局部潰入礦井的可能性較小。由于受P1m 頂部古侵蝕面和構造裂隙的影響，在黏土巖較薄部位失去隔水作用，可直接導水，因此P1m 含水層是底板巖溶充水含水層。

井口建于志留系中統韓家店組上部，穿過棲霞、茅口組灰巖后進入含煤巖系。平硐以上的灰巖地下水屬疏干范圍。由于其含水空間分布極不均一，使巖溶水具有宏觀上的統一而局部水力聯系不好，且水量分布也極不均一。因此，巖溶充水巖層對礦井充水影響的兩個特點:一是位于巖溶發育強徑流帶上的礦井易發生突水且突水頻率高，礦井涌水量大;二是礦井充水以突水為主，個別突水點的水量常遠遠超過礦井正常涌水量，極易發生淹井事故。

據地面調查，茅口、棲霞組灰巖垂直裂隙發育，溶蝕裂隙發育較深，深部溶蝕裂隙儲積地下水是可能的。礦井運輸大巷、回風巷等許多巷道直接開拓于底板茅口灰巖當中，茅口灰巖等底板水將直接通過巖溶裂隙、陷落柱、暗河、溶洞等通道進入礦井巷道，對巷道掘進構成重大水患威脅。

2.1.4 生產井及老窯充水水源

威鑫煤礦屬于新建礦井尚未正式生產，僅有11902 工作面在進行試采，無積水。其它相鄰煤礦雖然形成了大面積采空區，但本礦在此區域還未布置井巷工程，因此，對本礦井充水暫無影響。

調查周邊老窯16 個，均開采煤層露頭及淺部煤層;以平硐開拓為主，少數以斜井開拓為主，多采上山煤，開采C19、C20、C24煤層。因老窯開采規模有限，內部采空區積水量有限。老窯水主要影響本礦井開采淺部煤層。

2.2 充水通道

2.2.1 巖溶通道

井田灰巖裸露地表，各種巖溶特征十分發育，局部發育有巖溶陷落柱，可能成為礦井充水的主要途徑，且各個巖溶管道系統之間存在水力聯系或聯系微弱，因此各個巖溶管道系統的充水特征也完全不同。

礦井主平硐施工曾揭露4 條地下暗河，在雨季強降雨過后，匯集后的水仍有可能進入該通道，且具一定壓力，形成涌(突)水事故。

礦區內有巖溶陷落柱發育，陷落柱的充水受地質構造、地下水徑流條件、柱體內物質組成、壓實和膠結情況以及承受水壓大小等多種條件與因素的控制和影響，只有處在現代巖溶水強徑流帶和集中排泄帶并隱伏埋藏在地下水水位以下者，才構成突水的威脅。若巖溶陷落柱一旦突水，水量大且迅猛，預測及防治難度極大。

根據收集地質資料，S2101C19 回風平巷在向南東掘進時揭穿松軟巖體，推測為陷落柱影響范圍，推測陷落柱影響范圍約為50 000 m2，是礦井充水通道，屬邊緣導水型陷落柱。

2.2.2 構造通道

礦區為單斜地層，斷層為主要構造導水通道，勘探資料及沿斷層發育泉水反映部分斷層具導水性，因此斷層帶亦成為礦井的充水途徑;其次在礦井范圍內發育的小褶曲也可能成為重要的充水通道，特別是在褶曲的軸部或兩翼轉折部位，因為在這些褶曲的轉折部位，由于構造應力集中，造成地層之間在受力擠壓彎曲過程中出現虛脫現象或產生層間裂隙，形成新的充水通道。另外，斷層的落差作用導致斷層一盤與對盤的含水層(含水體)對接，含水層(含水體)水便直接通過斷層涌入礦井，采掘工作接近斷層時容易發生水害事故。

斷層發育在灰巖中的斷層容易形成充水通道，在延深較大的斷層附近開采或掘進時，可能發生突水事故，斷層在深部傾角一般有所減緩，大、中型斷層尤其明顯。在留設防隔水煤柱時，應將煤柱寬度適當增大，防止頂、底板灰巖水潰入礦井，發生突水事故。

2.2.3 人為采動形成的裂隙通道

礦區范圍內的二疊系龍潭組煤層有 C19、C20、C24、C25等多層煤可以開采，C19煤層距離上部長興灰巖約67.38 m，C25距下部茅口灰巖4.87 m，層間距離都比較小，因此，巷道掘進和工作面回采后產生的頂、底板破壞裂隙將成為礦井重要的充水途徑之一。

2.2.4 封閉不良的鉆孔

在對本礦區進行詳、普查階段，共施工鉆孔12 個，鉆孔封閉一般是從井底封至P2c 底部10 m，井口封2.5 m，井立石碑，僅13-12 號孔在P2l/P1m 界面下木塞往上封，木塞以下97.99 m(P1m)井段未封。封閉不良的鉆孔成為另外一個人為導水通道。礦區為多煤層開采，地質勘探時間較早，若鉆孔的封閉質量差，礦井鉆孔突水留下了隱患。它能溝通多個含水層，成為含水層間產生水力聯系的因素，將大量的混合水導入礦坑，對礦井構成重大的水災隱患。

2.2.5 采空區

礦區淺部小煤窯開采活動留下的采空區不僅是地下水的匯集地，也是充水水源，而且很有可能成為其它水源(體)突水的一個通道，由于采空區在形成的特殊過程中，使得頂、底板的裂隙十分發育，溝通其他(如地表水、斷層等)水體后形成聯合充水通道，因此，應該在對礦井充水途徑的考慮中將采空區考慮在內。

3 水患防治方案的選擇

3.1 物探方法

采用物探手段:在地面或井下進行瞬變等方法圈定地下水富集區，井下進行礦井物探做到超前預測預報的作用，確定富水區，有針對性的進行治理，為重點部位災害治理提高了效率，節約了大量經費。

3.2 井下探放水

敘永煤礦礦井主要受底板灰巖水的威脅，在受水害威脅的區域，進行掘進前，采用物探、化探和鉆探等方法查清地質條件。根據預測預報的結果，首先確立積水線、探水線和警界線，編制詳細的探放水設計，制定安全措施。發現斷層、裂隙和陷落柱充水構造的，應對采取注漿加固或者留設煤柱等安全措施。防隔水煤(巖)柱的尺寸應當請有資質的單位進行設計。

4 結語

礦井應以“以排為主、堵水輔”，保證排水溝的暢通及水倉的有效容量;在富水區附近作業，應按規定留設防隔水煤柱;采用物探手段確定地下水富集區，對廢棄礦、廢棄老窯井口進行封堵防止地表水體的涌入。礦井生產活動盡量遠離積水區，禁止在積水區附近進行爆破活動;嚴禁越層、越界開采，在防治水工作方面形成聯防，避免水患事故的發生。

［1］劉峰.煤礦防治水綜合技術手冊［M］. 北京:煤礦科技出版社，2008.

［2］四川省安監局.四川省煤礦防治水細則［S］.［2010］157 號.

［3］武強.煤礦防治水規定釋義［M］. 徐州:中國礦業大學出版社，2009.