晉圣三溝鑫都煤業(yè)積水分布情況分析及涌水量預(yù)測研究

李海會

（晉煤集團(tuán)晉圣三溝鑫都煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

1 引言

為了合理開發(fā)利用煤炭資源，晉圣三溝鑫都煤業(yè)需要進(jìn)行全方位系統(tǒng)優(yōu)化[1-3]。面對歷年其他煤礦因煤礦涌水量突發(fā)而引起的傷亡事故，晉圣三溝鑫都煤業(yè)對礦井水害極其重視。首先依據(jù)煤礦涌水分布形式對排水系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計改造[4-6]。由于沒有改進(jìn)之前涌水量數(shù)據(jù)資料不夠完善，需要對產(chǎn)能升級后的礦井涌水量數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的預(yù)測，從而為煤礦排水系統(tǒng)的建設(shè)和制定合理的防治水措施提供合理的技術(shù)依據(jù)，保證礦井的排水系統(tǒng)滿足生產(chǎn)需要。

2 工程概況

2.1 地質(zhì)條件

山西晉煤集團(tuán)晉圣三溝鑫都煤業(yè)位于沁水縣城西南，其所處地理坐標(biāo)為東經(jīng)112°01′32″～112°04′05″，北緯 35°38′43″～35°39′45″。井田北部和西部與山西晉煤集團(tuán)晉圣億欣煤業(yè)有限公司相接，南部、東部為沁水普查區(qū)，均尚未開發(fā)。可采2～15#煤層，生產(chǎn)能力為60萬t/a，開采深度為1129.97～859.97 m。井田大體呈長方形，東西長3823 m，南北寬1738 m，面積約為5.3698 km2。井田大部分為基巖出露區(qū)，地形大致中部高，最高點(diǎn)標(biāo)高+1380.6 m，最低點(diǎn)標(biāo)高約+1040.0 m，最大相對高差為340.6 m。

2.2 積水來源

本區(qū)屬于黃河流域沁河水系杏河支流，多年平均降水量795.8 mm，降水主要集中于每年的6～9月份，約占全年降水量的70%。年蒸發(fā)量為1600～1800 mm，礦區(qū)所在位置平均海拔1250 m以上。

礦井涌水量受降水的季節(jié)變化影響，具有明顯的動態(tài)變化特征。井田西北部2號煤層埋深較淺，大氣降水通過巖土層的孔隙、裂隙對礦井補(bǔ)給。大氣降水入滲礦井有明顯的滯后現(xiàn)象，一般滯后期30～45 d，具有季節(jié)性、周期性的變化規(guī)律，隨開采深度的增加，影響逐漸降低。大氣降水通過基巖裂隙及松散孔隙入滲巖層，形成含水巖體，在有導(dǎo)水裂隙或斷層通道時進(jìn)入開采礦井，成為礦井水的重要補(bǔ)給源。

井田北部2#煤層中形成一定面積的老空區(qū)，但根據(jù)實際揭露和入井查看基本無水；在井田西部和北部15#煤層中形成一定面積的積水老空區(qū)；曾開采2#煤層，但具體開采范圍、位置等情況不明。因此三溝鑫都煤業(yè)今后靠近開采及開采其下部15#煤層資源時應(yīng)引起高度重視，15#煤層為礦井主要開采層。

在井田西北部2、15號煤層均形成大面積的采空區(qū)或破壞區(qū)，此外，原沁水縣龍港鎮(zhèn)南巖煤礦于2004年關(guān)閉，該礦對礦井北部15號煤層有一定程度的破壞，并形成了采空區(qū)。對采空區(qū)內(nèi)積水面積進(jìn)行調(diào)查分析，并繪制了采空區(qū)積水面積波動曲線圖，如下圖1所示。

圖1 采空區(qū)積水面積波動曲線圖（單位：m2）

3 涌水量預(yù)算

礦井的富水系數(shù)一般是指采掘單位重量煤的過程中所涌出的礦井水量，根據(jù)經(jīng)驗，該參數(shù)的計算公式應(yīng)為：

式中：

K-噸煤富水系數(shù)，m3/t；

Q-礦井涌水量，m3/h；

A-礦井生產(chǎn)能力，t/h。

計算出富水系數(shù)后，升級后的礦井涌水量采用噸煤富水系數(shù)進(jìn)行預(yù)算如下：

式中：

為了確保水利工程能按時交工使用，在水利工程決策時期，業(yè)主及設(shè)計方應(yīng)盡量做到如下幾點(diǎn)：充分掌握水利工程的建設(shè)規(guī)模、整體布局及成本預(yù)算等；大量收集相關(guān)水文、地質(zhì)、環(huán)境等具體資料，同時實地勘測施工現(xiàn)場；通過分析搜集到的及現(xiàn)場勘測和調(diào)查等的相關(guān)資料，同時借鑒以往的施工經(jīng)驗信息，科學(xué)分析工程項目的可行性；通過逆向思維展開分析，對可能引起水利工程進(jìn)度延誤的相關(guān)因素進(jìn)行預(yù)防控制等。總之，在水利工程項目決策階段，需要充分結(jié)合風(fēng)險識別，實現(xiàn)對風(fēng)險的預(yù)防、發(fā)現(xiàn)和及時轉(zhuǎn)移。

Q-預(yù)計礦井涌水量，m3/h；

A-預(yù)計生產(chǎn)能力，t/h；

K-富水系數(shù)，m3/t。

根據(jù)如上公式可計算出礦井涌水量，具體結(jié)果如下：2號煤層礦井實際生產(chǎn)能力少于60萬t/a，其涌水量為240m3/d，最大涌水量為360m3/d；15#煤層采用斜立雙井混合開拓方式進(jìn)行開拓，其生產(chǎn)能力為3萬t/a，礦井正常涌水量為15m3/d，最大涌水量24m3/d，預(yù)計礦井達(dá)到60萬t/a生產(chǎn)能力時，礦井正常涌水量為300 m3/d，最大涌水量為480m3/d。

4 保護(hù)措施

4.1 大氣降水與地表水防治措施

由于2號煤層可采區(qū)位于煤層露頭附近，大氣降水與地表水將會給2號煤層的開采帶來危害。

（1）繼續(xù)完善疏水、防水、排水系統(tǒng)，每年汛期前必須將井筒周圍的導(dǎo)水溝渠挖好疏通，并由專人負(fù)責(zé)。

（2）對關(guān)閉報廢的井筒，要組織人員進(jìn)行徹底的排查，并按照煤礦防治水規(guī)定及時進(jìn)行填實封堵和登記存檔，以防地表水灌入井下。

（3）對地表存在的地面塌陷、裂縫或其他導(dǎo)水通道，應(yīng)及時回填夯實，防止洪水潰入井下。

（4）在地面低洼地帶或漏水地段上游垂直水流方向修筑排（截）水溝渠。

（5）保持溝谷排水暢通，矸石和棄渣等固體廢棄物存放不得妨礙正常排水，經(jīng)常檢查溝谷滲漏情況，井下留設(shè)河流保安煤柱。

（6）與氣象、水利、防汛等部門溝通合作，建立災(zāi)害性天氣水害預(yù)警和預(yù)防機(jī)制。

（7）每次降大到暴雨的前后，應(yīng)安排專人對井田內(nèi)及周邊廢棄老窯、報廢井筒、地面塌陷、采動裂隙以及可能影響礦井生產(chǎn)安全的水庫、河流、堤防工程等重點(diǎn)部位進(jìn)行巡查，比如煤層露頭等。同時派專業(yè)人員及時觀測礦井涌水量的變化情況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)可能引發(fā)淹井時，應(yīng)當(dāng)立即撤出井下作業(yè)人員到安全地點(diǎn)。

4.2 采空區(qū)積水防治措施

（1）扎實做好井下超前探測工作，采用物探、鉆探相結(jié)合的方法，嚴(yán)格執(zhí)行“預(yù)測預(yù)報、有掘必探、有采必探、先探后掘、先探后采”的防治水原則，對其采取探放水措施，包括坑透、物探、鉆探、采空區(qū)積水疏放等，做好采空區(qū)的探測工作。

（2）在臨近采空積水區(qū)進(jìn)行采掘時，必須對采空積水進(jìn)行探放。

4.3 其他水患防治措施

（1）老窯井筒積水防治措施

老窯井筒、封閉不良鉆孔作為礦井的致災(zāi)因素，是因為井筒和鉆孔溝通了各含水層，形成了導(dǎo)水通道，由于封閉不良極易造成礦井充水形成水害。

本礦井廢棄井筒8個，井田范圍內(nèi)共施工19個鉆孔，且鉆孔封閉均合格。但是本礦井所有鉆孔暫時未進(jìn)行封孔質(zhì)量檢查，因此，開采到鉆孔附近時必須做好探放水工作，做好防涌水、突水事故預(yù)案，防治封閉不良地質(zhì)鉆孔造成涌水、突水事故。

表1 廢棄井筒封閉情況調(diào)查表

確定鉆孔在采掘工作面的位置，查閱鉆孔封孔報告書或資料，核實其封孔質(zhì)量。對無封孔資料可查的鉆孔，應(yīng)視為封孔情況不清鉆孔。對于封閉不良或封孔情況不清的鉆孔，應(yīng)圈出警戒范圍，采用井下鉆探的方法查清其導(dǎo)水情況，并采取提前注漿封閉含水層段或留設(shè)防隔水煤柱等相應(yīng)措施。井下揭露出的鉆孔，要及時封堵，防止滯后突水。

（2）斷層防治措施

依據(jù)對斷層發(fā)育特征分析，結(jié)合采掘生產(chǎn)揭露情況，近期生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)可能遇到主要是F3、F3-3、F12、F4、F5斷層，其他斷層規(guī)模小，裂隙不甚發(fā)育，褶皺寬緩，對瓦斯賦存、導(dǎo)水性及煤層頂?shù)装宸€(wěn)定性影響均較弱，但由于小型斷層對巷道與工作面連續(xù)推進(jìn)有一定影響，在巷道掘進(jìn)過程中應(yīng)采取超前探測措施，準(zhǔn)確查明斷層位置、落差及導(dǎo)水性，為采掘生產(chǎn)提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

根據(jù)井田地質(zhì)資料，本井田區(qū)內(nèi)主要發(fā)育有1條逆斷層和5條正斷層，另外礦方在近三年的開采中揭露了一些小型斷層，目前斷層對煤層的開采影響不大。在煤礦近期開采中要注意查明特別是F2、F3兩條正斷層的導(dǎo)水性。生產(chǎn)中必須采用井下物探和鉆探結(jié)合的方法，加強(qiáng)對構(gòu)造導(dǎo)水性探測工作，若探測或采掘到導(dǎo)水構(gòu)造需按照規(guī)定留設(shè)防水隔離煤柱。

（3）封閉不良鉆孔

據(jù)調(diào)查，井田內(nèi)存在以往施工的19個鉆孔。根據(jù)資料，每個鉆孔施工驗收結(jié)束后，均按照鉆探規(guī)程要求進(jìn)行了鉆孔封閉，煤系地層均采用水泥砂漿進(jìn)行封閉，封孔質(zhì)量較好，但均未進(jìn)行啟封檢查封孔層段。施工時封孔質(zhì)量良好的鉆孔及井筒，不排除在礦山開采后，礦山壓力重新分布，破壞其封閉質(zhì)量，應(yīng)防備封閉不良的鉆孔、水井及井筒構(gòu)成導(dǎo)水通道。