陽泉二礦礦井水致災類型及影響程度分析

支佳彬

(山西藍焰煤層氣集團有限責任公司，山西 晉城 048006)

礦井水災害是影響礦井安全高效生產的重要因素，是繼瓦斯之后造成礦災、礦難的第二大因素[1]。礦井水災害類型較多，一般有地表水災害、松散層孔隙水災害、采動裂隙帶水災害、構造帶/接觸帶水災害(構造水災害)、地層含水層水災害、采空區積水災害等類型[2-3]。近年來，隨著礦井規模化開采的強度增加，礦井水災害亦呈越發嚴重態勢[4]。在礦井水災害防治方面，歷時多年的理論、實驗研究和采礦實踐，形成了許多礦井水防治針對性技術，有力地保障了礦井的安全生產[5-7]。特別是我國《煤礦防治水規定》的制定和頒布，為我國礦井水災害防治起到了保駕護航的作用。由于各煤礦區水文地質條件、構造地質條件、采礦條件等差異，使得礦區內采煤活動水災害類型亦有所不同。本文基于水文地質、構造地質、物探及采礦資料等，對陽泉二礦水災害類型及影響程度進行了分析，以期提高研究區水災害防治的針對性和有效性。

1 研究區基本概況

陽泉二礦為陽煤集團旗下特大型生產礦井，東距陽泉市區約5 km，其地理坐標為東經113°25′17″～113°33′07″，北緯37°46′44″～37°52′19″。井田走向長約7.8 km，傾向長約7.7 km，面積為60.060 3 km2。批準開采3、8、9、12、15號煤層，核定生產能力720萬t/a，開采深度為463.3～713.5 m。

中石炭統本溪組、上石炭統太原組、下二疊統山西組及下二疊統下石盒子組為井田內含煤地層，其中，上石炭統太原組、下二疊統山西組為主要含煤地層。二套主要含煤地層中發育煤層11～16層，其中，3、6、8、9、12、13、15號煤層為井田內不穩定、較穩定及穩定局部、大部分及全部可采煤層。

2 礦井水災害類型及影響分析

2.1 地表水災害及影響

地表水是造成礦井水災害的常見災害之一，亦是礦井水災害防治的重點內容[8]。陽泉二礦井田內地表水主要為地表河流和地表潛水，二者對礦井沖水、積水和礦井涌水量均可產生一定影響。陽泉二礦范圍內主要有桃河、桑掌河、龍門河、小南溝河、大南溝河、北川河、西峪掌河等七條地表河流，除河流外無其它大的水體。河流呈樹枝狀分布，均屬季節性河流，在枯水期大部分呈斷流和潛流，河水流量一般為0～15.6 m3/s。小南溝河、大南溝河、西峪掌河部分河段距離煤層和井下巷道較近，受河床潛水影響井下巷道及采空區時常有滲漏現象，對煤礦生產過程中礦井涌水量亦會產生一定影響，影響程度自上而下逐漸減弱。其他地段的河流因距離開采煤層距離遠，地表水均不會對回采工作面產生影響。因此，地表水不會直接對礦井的安全造成影響，但對淺部采空區充水和積水貢獻巨大。

井田內第四系潛水位于河流沖積層中，其地下水補給來源為大氣降水。由于沖積層在井田內具有局部發育特點，因而只有埋深較淺的區域內潛水對礦井的充水、積水和礦井涌水量產生影響，在煤層埋深較大區域，潛水基本不對礦井開采安全產生影響。

2.2 采空區水災害及影響

陽泉二礦為多煤層開采礦井，礦井開采時代相對久遠，井田內形成了許多采空區。采空區積水突水是危害礦井安全生產的重大災害之一，具有突水量大、迅猛、破壞力強、危害程度大等特點[9-10]。采礦活動致使上覆和下伏圍巖產生破壞變形和采動裂隙系統發育，采動裂隙可不同程度導通上部采空區和同煤層采空區，采空區中的積水會沿著采動裂隙系統進入回采工作面，進而對礦井安全產生影響。因此，要有效防治采空區水災害，需摸清采動裂隙的發育高度及影響范圍、采空區(本井田采空區及周邊小煤窯采空區)分布及采空區的積水情況，同時做好科學、合理的礦井探放水技術措施。

2.3 含水層水災害及影響

2.3.1 煤系砂巖、薄層灰巖水災害及影響

陽泉二礦井田范圍內含水層由五套，自上而下依次為第四系河床沖積層孔隙含水層、石盒子組砂巖含水層、山西組K7砂巖(第三砂巖)含水層、太原組砂巖及石灰巖含水層、奧陶系灰巖含水層，上述含水層除第四系河床沖積層孔隙含水層的富水性較強外，其余含水層的富水性普遍較弱。各開采煤層間具有多層隔水性能良好的隔水層發育，在正常回采情況下，含水層中地下水對礦井生產影響不大。陽泉二礦為多煤層開采礦井，采煤時間較長，井田內形成了很多采空區積水區。采空區積水補給含水層，致使礦井回采過程中偶見誘導礦井突水發生(例如2002年10月13日，西四尺井15號煤層8206工作面回采至28 m頂板發生突水，日均突水量365 m3/h，造成工作面停產41天，分析水源為上方K2、K3灰巖含水、巖層裂縫水及12號煤采空區殘余積水)，對礦井安全生產造成了極大威脅。

2.3.2 奧陶系灰巖巖溶裂隙承壓水災害及影響

據水文勘查資料顯示，陽泉二礦井田范圍內15號煤層最低標高為+252 m，而奧陶系中統灰巖巖溶裂隙含水層的最高水位為+412.36 m(表1)。15號煤層11采區局部、12采區南部、13采區煤層底板標高均低于412.36 m，因此，這些采區面臨帶壓開采問題。關于帶壓開采礦井突水能否發生，主要根據《煤礦防治水規定》中的突水系數法預測[11-12]。通過突水系數法計算公式估算可知，在隔水層沒有太大變化的情況下，突水系數一般小于0.03 MPa/m。因此，15號煤層在無集中導水通道發育或存在情況下礦井開采是安全的。采煤過程中，嚴格按照《煤礦防治水規定》，做好相應的防治水工作至關重要。

表1 陽泉二礦奧陶系灰巖含水層水位標高情況

2.4 斷層、陷落柱水災害及影響

陽泉二礦構造水災害類型主要有斷層水災害和陷落柱水災害兩種類型。據地震探測、鉆孔勘查及采礦揭露資料顯示，陽泉二礦斷層落差大于20 m的大中斷層發育稀少，多數斷層落差小于5 m。落差小的斷層，基本未導通上覆或下伏鄰近含水層，同時這些小斷層多具有良好的隔水性能(基本無水或個別見零星滴水，極個別出現極小涌水，但持續時間短)。陷落柱的富水性和導水性能與本井田斷層類似，井田內陷落柱基本無水，僅極少數陷落柱可見滴水現象。顯示了井田內小斷層和陷落柱與鄰近含水層水力聯系小、富水性弱、導水性差。

但受采礦活動影響，個別斷層帶的導水性有明顯增強現象，特別是在開采煤層埋深較淺的地帶尤為顯著。煤層埋深較淺地帶，采動裂隙往往溝通了地表或鄰近含水層中地下水，此時斷層便成為了地下水的主要滲漏通道，礦井涌水量增大。而深部煤層開采斷層、陷落柱水災害影響相對較弱，但在未來進入帶壓開采區域，不排除在奧陶系中統灰巖巖溶裂隙承壓水壓力與采動影響的共同作用下，斷層和陷落柱有導水的可能性。

2.5 封閉不良鉆孔水災害及影響

封閉不良鉆孔水害是人為因素造成的突水災害，他們往往是水資源勘查、煤炭與煤層氣資源勘查活動所留下的點狀垂向導水通道且導水通道具有較強的隱蔽性[13]。鉆孔在垂向上溝通不同含水層，使得含水層間地下水形成了水力聯系，當井下采礦活動揭露或接近時，容易形成突發性的突水事故。鉆孔誘導突水災害具有突水初期涌水量大、水源補給穩定、持續時間長等特點[14]。陽泉二礦在資源勘查過程中，施工了大量的地面勘探鉆孔。據勘探鉆孔成果資料顯示，所有的鉆孔均進行了封閉處理，未見鉆孔封閉不良現象，這類鉆孔的水災害基本不會對礦井安全造成影響。對于施工相對久遠的鉆孔，有可能因為封閉材料的時效過期而造成鉆孔封閉不良情況發生。因此，在今后的煤炭開采過程中仍需采取措施，加強對封閉不良鉆孔的探查。

3 結 語

1) 陽泉二礦水災害主要有地表水災害、采空區水災害、含水層水災害、構造水災害及封閉不良鉆孔水災害等五種類型，不同礦井水災害類型作用機理、致災特點及影響程度各不相同。

2) 礦井淺部開采受地表水影響較大，礦井涌水量隨季節性變化明顯，總體呈現出雨季礦井涌水量大，地表水致災影響程度嚴重，其他季節礦井涌水量小，地表水致災影響程度小的特征。

3) 采礦活動所形成的裂隙系統是導通積水采空區、富含水層的媒介，地下水通過采動裂隙系統進入回采空間進而發生突水事故。研究區采空區分布和積水情況、含水層富水性及承壓水分布區域清楚，做好合理的探放水工作是有效防治采空區水災害和含水層水災害的關鍵。

4) 研究區斷層、陷落柱的富水性弱、導水性差，二者水災害總體對礦井安全影響不大。但后期帶壓開采區，不排除采礦活動和承壓水共同作用致使斷層和陷落柱有導水和發生突水事故可能。

5) 研究區鉆孔封閉良好，其水災害對礦井安全影響甚微，但仍需加強施工時間久遠的鉆孔探查，防止因鉆孔封閉材料的時效過期而使鉆孔封閉不良發生突水事故。