馬堡煤業(yè)充水條件及充水狀況分析

張小飛

（馬堡煤業(yè)有限公司，山西 長治 046300）

1 礦井概況

山西馬堡煤業(yè)井田位于太行山西麓中段沁水盆地山地丘陵地帶，井田北部與三元福達(dá)煤業(yè)相鄰，東部與南山溝煤礦相鄰。礦井批準(zhǔn)開采7-15號煤層，生產(chǎn)能力為150萬t/a，礦井現(xiàn)開采8號、15號煤層，根據(jù)采掘資料工作面回采接續(xù)順序：8209工作面→8211工作面→8205工作面→8210工作面；15203綜放工作面→15201綜采工作面。礦井涌水量實際測試，礦井正常涌水量64.8m3/h，最大涌水量為69.50m3/h。根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》及技術(shù)服務(wù)合同的相關(guān)要求，結(jié)合未來三年采掘接續(xù)計劃，對8、15號煤層礦井水文地質(zhì)類型重新進(jìn)行確定，預(yù)測今后采掘過程中可能存在的水患，并提出有針對性的防治水措施和建議，為保障馬堡煤業(yè)安全生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

2 礦井充水條件分析

2.1 充水來源

2.1.1 大氣降水及地表水對礦井充水的影響

該礦僅有洪水河流過，最大流量為150m3/s，最小為0.2m3/s，平均為1.67m3/s。該礦各井口標(biāo)高均高于歷史洪水位標(biāo)高+1190m～ +1250m，雨季洪水對礦井無危害。但是地表水及大氣降水極易通過地面塌陷、煤層采動裂縫間接與煤系含水層產(chǎn)生水力聯(lián)系。

2.1.2 采空區(qū)積水對礦井充水的影響

截至2018年12月，該礦井田內(nèi)8號煤層存在5處采（古）空區(qū)積水，估算積水區(qū)總面積8021.16m2，總積水量為4510.38m3；15號煤層存在7處采（古）空區(qū)積水，估算積水區(qū)總面積41008.1m2，總積水量為57565.00m3。未來三年采掘受同層采空區(qū)積水影響主要有：8205、8213、8210工作面、8209、8211回風(fēng)順槽上山位置物探探測富水異常區(qū)；15205掘進(jìn)工作面上山位置15203工作面開采后可能存在的采空積水。8、15號煤層上山位置采空區(qū)積水對下山方向的采掘有較大的威脅，要注意探放同層采空區(qū)積水；15號煤層導(dǎo)水裂縫帶最大高度可達(dá)8號煤層，因此開采15號煤層時應(yīng)對上覆相應(yīng)位置8號采空區(qū)積水進(jìn)行探放，防止透水和淹井事故的發(fā)生。

2.1.3 周邊煤礦采空區(qū)積水對礦井充水的影響

三元福達(dá)煤礦與該礦相鄰處存在大量的采空積水能產(chǎn)生水力聯(lián)系，東部南山溝煤礦煤層底板標(biāo)高也高于該礦，相鄰位置存在大量采空積水，但距離該礦未來三年采掘范圍較遠(yuǎn)，對礦井采掘無影響。南部新村煤礦距離本礦未來三年的采掘活動較遠(yuǎn)，對礦井采掘無影響。

2.1.4 含水層水對礦井充水的影響

該礦井涌水量主要來源于頂板裂隙水、頂板K2灰?guī)r水。通過導(dǎo)水裂縫帶高度計算知：8號煤層主要受上部K7砂巖裂隙含水層水的影響，生產(chǎn)中常以頂板淋水的形式進(jìn)入礦井，其涌水量較小，并易于疏干，對工作面回采有一定的影響，但未造成安全威脅，只要保持礦井排水設(shè)備的正常運(yùn)行即可滿足排水要求。15號煤層開采形成的導(dǎo)水裂縫帶高度向上可導(dǎo)通K2、K3、K4灰?guī)r巖溶裂隙含水層，該灰?guī)r巖溶裂隙含水層一般富水性弱，主要以相互平行的層間徑流為主，僅在構(gòu)造部位或淺理區(qū)相互間才可能發(fā)生直接水力聯(lián)系，但不排除局部K2～K4等灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育，局部富水性大，對開采造成嚴(yán)重影響。

井田內(nèi)8、15號煤層底板最低標(biāo)高分別為+610.00m、+520.00m，井田內(nèi)奧灰水位標(biāo)高為+758.90～+778.80m，故8、15號煤層底板在西部、西南部分區(qū)域均處于奧灰?guī)洪_采范圍。根據(jù)未來三年采掘接續(xù)計劃，8、15號煤層無工作面進(jìn)入奧灰?guī)簠^(qū)開采，奧灰水對未來三年采掘工作沒有影響。

2.2 礦井充水通道

2.2.1 天然通道

該礦井田內(nèi)共發(fā)現(xiàn)47條正斷層，陷落柱24個，為主要的天然通道。

（1）斷層。據(jù)以往的電法勘探成果，探測區(qū)內(nèi)斷層均為不富水—局部富水，導(dǎo)水性弱。但目前不導(dǎo)水或?qū)暂^差的斷層，可能在煤層開采后由于礦壓重新分配而具有較好的導(dǎo)水性，將會溝通煤層上部采空積水、奧灰水、各含水層水、地表水體及大氣降水，造成淹井事故。

（2）陷落柱。根據(jù)生產(chǎn)時實際揭露的情況和電法勘探成果，陷落柱導(dǎo)水性弱，對開采影響不大。

（3）總的構(gòu)造形態(tài)。由于井田總體為傾向NW的單斜構(gòu)造，因此采空積水受地勢影響要向西部匯集，故在西部地段開采時要提前探放位于上山部位的采空積水區(qū)。

2.2.2 人為通道

開采8號煤時發(fā)育的導(dǎo)水裂縫帶會發(fā)育到上部煤層采空區(qū)，將工作面老空水及煤層頂板含水層水導(dǎo)入下面的工作面。底板采動裂隙的底板破壞深度使煤層底板隔水層有效保護(hù)厚度變小，使馬堡煤業(yè)下組煤底板突水危險性變大，對下組煤的充水影響很大。經(jīng)計算，8號煤層冒落帶最大高度為6.60m，導(dǎo)水裂縫帶最大高度為28.30m。井田內(nèi)8號煤層埋深約0～680m，8號煤層在井田東部淺埋區(qū)，導(dǎo)水裂隙帶可直接溝通地表影響采掘活動。15號煤層冒落帶最大高度為36.75m，導(dǎo)水裂縫帶最大高度為108.62m。井田內(nèi)15號煤層埋深約63～747.71m，15號煤層在井田東部淺埋區(qū)，導(dǎo)水裂縫帶可導(dǎo)通上部8號煤層采空區(qū)，直接溝通大氣降水及地表水，涌入15號煤層，影響采掘活動。井田內(nèi)8、15號煤層大部分區(qū)域處于太原組灰?guī)r水帶壓開采區(qū)域，但由于該含水層富水性弱，一般情況下對開采影響不大。

井田內(nèi)及周邊共施工33個鉆孔，其中1956～1958年武鄉(xiāng)三、四精查區(qū)勘探期間在本井田內(nèi)施工12個鉆孔，周邊施工2個鉆孔，由于施工年代久遠(yuǎn)，本次工作未收集到原始封孔資料。而2011年6月9日至2011年12月2日補(bǔ)勘施工了19個鉆孔，其中補(bǔ)1、補(bǔ)7、補(bǔ)15、補(bǔ)18、補(bǔ)19共5個水文觀測孔均已固井，留作長觀孔，其余鉆孔均采用全孔封閉，孔口設(shè)立永久標(biāo)志，采用水泥漿封閉，利用鉆具輸入孔內(nèi)，從孔底向上封閉，封孔質(zhì)量評級為甲級。但是各時期鉆孔均未進(jìn)行封閉檢查，且對于以往封孔質(zhì)量良好的鉆孔，隨著煤層開采，礦山壓力重新分配情況下，也可能破壞其封閉性，成為礦井充水通道，給井下采掘工程帶來水害隱患。未來三年采掘范圍內(nèi)主要有245、249、補(bǔ)2、補(bǔ)3號鉆孔，在采掘至鉆孔附近時，要提前進(jìn)行超前探放水工作，防止因封孔質(zhì)量不良，給井下采掘工程帶來水害隱患。

3 礦井充水狀況

3.1 礦井出水點

礦井涌水形式主要以頂板淋水、采空區(qū)積水滲水為主。一般情況下干旱季節(jié)涌水量較小，豐水期涌水量有所增大。該礦井在生產(chǎn)過程中，未發(fā)生過突水事故，充水強(qiáng)度屬中等。目前礦井涌水量主要來源于8、15號煤層采空密閉處不同程度的涌水，其中在8209運(yùn)輸順槽1020.00m處的放水孔為礦方對原煤獎溝煤礦老空水進(jìn)行探放時施工的鉆孔，截至2018年12月該孔出水量穩(wěn)定在120.00m3/h，水源為老空水。礦井出水點情況見表1所示。

表1 礦井出水點一覽表

3.2 礦井涌水量

馬堡煤業(yè)生產(chǎn)規(guī)模為150.00萬t/a，現(xiàn)開采8號和15號煤層。根據(jù)2016年11月～2017年5月礦井涌水量臺賬統(tǒng)計（表2），結(jié)合礦井產(chǎn)煤量、降水量、開采面積及掘進(jìn)進(jìn)尺資料，繪制了礦井涌水量與相關(guān)因素動態(tài)直柱圖，見圖1所示。

表2 2016年11月～2017年5月礦井涌水量臺賬統(tǒng)計

圖1 產(chǎn)煤量、降水量、開采面積、掘進(jìn)進(jìn)尺和涌水量關(guān)系圖

根據(jù)馬堡煤業(yè)礦井涌水量的動態(tài)變化及生產(chǎn)實際情況分析：礦井涌水量與降雨量存在正相關(guān)系，并有明顯的滯后現(xiàn)象。礦井涌水量與掘進(jìn)進(jìn)尺、開采面積關(guān)系不顯著，但是在一定程度上受產(chǎn)量的影響。以上統(tǒng)計的礦井涌水量含采空區(qū)積水，未考慮井下滅塵灑水、奧灰突水和構(gòu)造導(dǎo)水的影響。

4 結(jié) 論

根據(jù)馬堡煤業(yè)井田水文地質(zhì)條件及開采接續(xù)計劃，該礦開采時主要水害是地表水及大氣降水、采空區(qū)積水和煤系地層圍巖地下水。該煤礦8、15號煤層礦井水文地質(zhì)類型確定為中等。針對上述水害的防治措施有：（1）加強(qiáng)地表水及大氣降水的綜合治理。（2）加強(qiáng)頂板巖溶裂隙水的防治。采用井下放水鉆孔疏放；利用巷道進(jìn)行疏放水；采取巷道頂板隔水措施。（3）維護(hù)排水系統(tǒng)及污水處理廠能力。（4）做好陷落柱防治水工作。（5）必須制定水害應(yīng)急預(yù)案，建立各含水層水化學(xué)數(shù)據(jù)庫，同時建立和完善礦井水文地質(zhì)保障系統(tǒng)。