西山煤田麥地掌煤礦奧灰水對煤層開采的影響及對策

王　鑫

(太原市梗陽實業集團有限責任公司麥地掌煤礦)

奧灰含水層是煤系地層沉積的基底，其具有良好的巖溶水通道，并具有補給強、水壓高、水量大之特點，當煤層底板隔水能力弱或有斷層、陷落柱等構造存在時，下伏奧灰承壓水在高水頭壓力作用下，直接涌入礦井。西山煤田麥地掌煤礦開采2#煤層時奧灰水局部帶壓，因此分析研究了該區奧灰含水層等水文地質資料，對礦井的安全開采起著至關重要的作用。

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1　礦井概況

麥地掌井田位于山西省太原市清徐縣馬峪鄉麥地掌村，向南約10 km處為清徐縣城。井田內可采煤層有02、2、6、8、9共5層，可采儲量9 403萬t，設計生產能力120萬t/a，服務年限56 a，礦井自2012年9月破土動工，于2017年9月批準進入聯合試運轉階段，現正開采2#煤層。

2　礦井地質構造簡況

西山煤田位于山西省中部，太原市以西，清交礦區處于西山煤田東南邊緣，礦區總體為一走向北東、向北西傾斜的單斜構造，在此背景上發育著一系列褶曲和斷裂構造。麥地掌井田處于清交礦區的東北角，井田總體為走向近南北向向西傾斜的單斜構造，受區域構造影響井田內主要發育峪道川向斜及F1、F2、F66斷層等地質構造。在此背景上使地層走向又發育次一級的地層產狀轉折變化，地表地層傾角6°～18°，向下至煤系傾角變緩為2°～11°，勘探階段井田內揭露2條斷層及2個陷落柱構造，在基建過程中巷道揭露53個陷落柱及70條小斷層，揭露的斷層絕大部分落差小于3 m，井田陷落柱相對較發育，但多數陷落柱未塌陷到地表，單個陷落柱在平面上呈圓形或橢圓形，在剖面上呈倒錐形，對煤層的破壞直徑一般為30～120 m。據井田東鄰的官地煤礦在開采過程中證實，該地區陷落柱平均18個/km2陷落柱，陷落柱面積占開采面積的5.2%，井田內未見巖漿巖。總之，井田構造復雜程度屬簡單類。

where S was the area of the longitudinal section of the SCR.

3　奧灰水對2#煤層開采影響分析

3.1　井田內奧灰水的富水特征

麥地掌煤礦發現3條落差大于10 m以上的斷層，在生產過程中又揭露53個陷落柱及70條小斷層，均未出現導水現象，根據已揭露的地質及水文地質資料來看，井田內揭露的陷落柱及大斷層的斷層帶內的巖石膠結程度均較好，井田內暫未發現導水斷層及導水陷落柱。

礦井必須堅持“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原則，根據井田的實際情況，采用瞬變電磁法等物探方法進行超前探查，然后根據物探結果進行必要探放水工作。根據探查情況綜合研究確定防治水措施，通?？刹捎昧粼O防水煤柱、注漿加固構造帶或調整采掘工作面寬度，從而控制底板采動破壞深度等方式預防水害發生。生產過程中應對斷層及陷落柱的含、導水性進一步研究，特別對于陷落柱垂向上隔水性能的變化進行必要的探查研究[2]。

通過對井田內的地質及水文地質條件分析，麥地掌煤礦帶壓開采充水途徑是導水構造，加強導水構造的探測預報是礦井防治工作的重點。

據井田相鄰小回溝井田上馬家溝組與峰峰組混合抽水試驗，其單位涌水量為0.003 L/(s·m)，滲透系數為0.003 65 m/d。含水層富水性弱，水質類型屬SO4· HCO3-Ca·Na。另據井田南部5.8 km處的鑫泰煤礦T3號孔，上馬家溝組與峰峰組混合抽水試驗，其單位涌水量為0.000 75 L/(s·m)，滲透系數為0.006 5 m/d，含水層富水性弱。

補充勘探施工的B1號鉆孔揭露該地層141.48 m，在B1號鉆孔中對奧陶系中統峰峰組及上馬家溝組進行了混合穩定水位觀測，其水位標高為849.96 m。據井田西部C22號水文孔，峰峰組和上馬家溝組混合抽水資料，靜止水位標高為874.86 m，恢復水位標高為871.82 m，鉆孔單位涌水量僅為0.000 8 L/(s·m)，滲透系數為0.000 26 m/d，井田南部李家樓煤礦的LS-1號水文孔峰峰組的抽水資料水位標高為837.385 m。

經查看井田內各鉆孔奧灰頂界與煤層底板的高差，井田內2#煤層奧灰隔水層厚度在125～170 m。根據《煤礦防治水規定》突水系數計算公式，計算得出2#煤層帶壓區奧灰突水系數在0.010～0.013 MPa/m。即在帶壓開采區中沒有導水構造存在的情況下，2#煤層開采發生底板突水的可能性比較小[1]。

綜合以上資料及區域水文地質分析，區內的奧灰巖溶含水層富水性弱。麥地掌井田范圍內奧灰水位標高為833～853 m。而2#煤層底板標高為780～1 010 m，井田內2#煤層屬局部帶壓開采煤層。

3.2　井田內奧灰水對煤層的開采影響分析

（42）三角護蒴苔Calypogeia azurea Stotler＆ Crotz.Calypogeia trichomanis（L.） Cardat in Opiz.馬俊改（2006）；李粉霞等（2011）

一是建立風險源識別分類評估制度。應當組織各單位對依照工藝流程，在所轄范圍對所有可能發生的風險源進行識別匯總，并按照可能發生的概率大小以及影響程度進行分類評估。對于發生概率大影響程度高的風險源作為防控的重點；對于發生概率小影響程度大或者發生概率高影響程度低的風險源作為防控的次重點；而對于發生概率小影響程度低的風險源作為防控的一般重點。

井田內揭露的地層由下到上有峰峰組、本溪組、太原組、山西組、上下石盒子組、石千峰組等地層，井田內主要有太原組石灰巖、砂巖裂隙含水層、山西組砂巖裂隙含水層、二疊系上下石盒子組砂巖裂隙含水層，各含水層均以靜儲水為主，補給量有限。抽水試驗結果表明，上述含水層富水性弱，對煤層開采影響不大。另有奧陶系石灰巖巖溶裂隙含水層，現就井田內奧陶系石灰巖巖溶裂隙含水層進行詳細闡述。

4　安全技術措施

煤層底板以下奧陶系巖溶含水層富水性是影響礦井出水的重要因素，在垂向上奧陶系灰巖上、下段的巖溶發育程度對突水危險性影響也較大。根據鉆孔資料統計，奧陶系中統峰峰組地層厚度80～97 m，其中上部以淺灰、深灰色厚層狀石灰巖、泥灰巖為主，夾有白云質灰巖。下部以灰、灰白色角礫狀泥灰巖、白云質灰巖為主，夾脈狀纖維石膏及層狀隱晶質石膏，上下石膏帶分別賦存于此段上下部，中部以深灰色厚層狀石灰巖、泥灰巖及角礫狀白云質灰巖為主。

在傳統的物理教學中，實驗多以教師“說實驗”的方式呈現在學生的面前，一方面，教師考慮課時的安排，認為實驗操作太過于耗時，更多的選擇教師“說實驗”，學生“記實驗”的方式，雖見效快，但是嚴重抑制學生思維的發展和動手能力的提升；另一方面，教師實驗教學的能力欠缺，缺少有效的實驗教學策略，實驗資源的開發能力等，導致實驗教學效率低。具體表現如下：

其次，生產過程中及時跟蹤收集地質及水文地質資料，分析預測構造對采掘工作面的影響，對于異常構造帶及時提出合理的處理意見，存在水害隱患時，嚴格按照“有疑必探，先探后掘”的原則進行探放水。工作面回采前后，利用物探、鉆探等手段，查明工作面內地質構造，對影響生產的各類構造跟蹤觀察，分析研究其延展趨勢，總結工作面及附近區域主要地質規律，重點要加強各工作面的井下水文地質觀測工作，還要注意斷層構造、陷落柱構造的觀測、井巷出水點的觀測以及礦井涌水量的觀測，及時分析研究構造帶涌水量變化規律，為該區的突水預測、預報積累資料，特別應注意觀測斷裂帶延遲滯后型突水[3]。

此外，要制定符合礦井水文地質條件的可靠的安全技術措施，在突水的危險程度較高的區域，必須編制專門的帶壓開采設計，嚴格按照制定的安全技術措施和帶壓開采設計進行組織生產。

5　結　語

經綜合分析麥地掌井田奧灰含水層的水文地質條件，正常情況下2#煤層開采發生底板突水的可能性較小，但仍應加強大型導水構造的探查。礦井自開采2#煤層以來，在奧灰水帶壓開采區域實現了安全生產。

[1]國家安全生產監督管理總局，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.

[2]武強.煤礦防治水手冊[M].北京：煤炭工業出版社，2013.

[3]張正浩.煤礦水害防治技術[M].北京：煤炭工業出版社，2010.