常興煤礦礦井水綜合防治技術分析

白 煒

（山西省煤炭工業廳煤炭資源地質局 ，山西 太原 030045）

1 工程概況

常興煤礦為由6所煤礦兼并重組而成，礦井位于蒲縣縣城東北直線距離50km處的馬武村一帶，井田面積17.2378km2，生產規模90萬t/a，常興煤業中央水泵房位于副斜井井底，目前，礦井實際產量為35.016萬t/a，礦井正常涌水量為65.41m3/h，最大涌水量為90.3m3/h。根據涌水量預算，礦井在未來五年生產能力達76萬t/a時,礦井正常涌水量142m3/h；礦井最大涌水量為196m3/h，隨著礦井生產規模的不斷提升，涉及開采范圍不斷擴大，所面臨的防治水環境將會更加嚴峻，因此，做好常興煤礦礦井水綜合防治技術分析較為關鍵。

2 常興煤礦礦井水主要來源

2.1 大氣降水和地表水

1）大氣降水和地表水是常興煤礦充水的間接充水水源之一。據蒲縣氣象站近十年的觀測資料，年最大降水量899mm，年平均降水量522mm，降水量主要集中在每年的6、7、8月份，井田西部有煤層出露，因此，大氣降水會通過露頭對礦坑形成一定的補給。

2）在煤層埋深較淺的地段，尤其在常興煤礦西部煤層淺埋區可溝通上部基巖風化帶含水層，發生水力聯系，對礦坑產生充水影響。磁窯河在井田西部流經2、5號煤層隱伏露頭區，該河流為季節性河流，雨季地表水會沿煤層風氧化帶及導水裂隙帶滲入井下，對井下采掘活動造成影響。因此，大氣降水及地表水對礦井有一定的影響。未來5年規劃區內5201工作面靠近煤層露頭大氣降水及地表水對其開采影響較大。

3）歷史最高洪水位標高為+1475m，主斜井井口標高＋1478m，副斜井井口標高＋1478m，回風井井口標高＋1490m。主斜井、副斜井及回風立井井口標高均高于井田內最高洪水位標高。在能夠正常泄洪的條件下，洪水一般不會對工業場地及井口造成威脅。

2.2 煤層頂板含水層水

二疊系上、下石盒子組及山西組砂巖裂隙含水層是井田主要可采煤層2號、5號煤層的直接充水含水層；第四系砂礫石孔隙含水層為井田內主要可采煤層2號、5號煤層的間接充水含水層。

1）第四系砂礫石孔隙含水層水。井田內第四系松散沉積物含水層分布較少，主要由砂質粘土、粘土、砂礫石層組成，厚度在0～10m之間，該含水層地下水與大氣降水關系密切，接受大氣降水補給，雨季含水層富水性相對較強。

2）二疊系砂巖裂隙含水層水。2號煤層頂板導水裂隙帶發育高度最高為63m，2號煤層至K8底板高度為6.8m～39.86m；5號煤層最大導水裂隙發育高度可達36.38m，可溝通2號煤層的采空區，部分地段可達到K8含水層。因此二疊系砂巖裂隙含水層水將是2號、5號煤層的直接充水水源。

2.3 采空區（小窯）積水

兼并重組整合前礦井開采2號煤層，井田范圍內老空區數量較多，主要分為兩部分：一是常興煤業整合前各個礦井自身采掘2號煤時的采空區積水；二是小窯先前挖掘淺部煤層時候遺留的老窯水。根據2016年11月山西地寶能源有限公司編制的《山西潞安集團蒲縣常興煤業有限公司礦井防治水中長期規劃》及礦方提供的2017年6月的充水性圖，井田內2號煤層開采多年，形成大面積的采空區，在采空區低洼處存有一定量的積水。井田內2號煤層采空積水區19處，在生產過程中，對原積水區進行過探放水工程，依據放水記錄，可以取消或縮小積水區范圍，根據探放水成果表，井田內2號煤層總積水面積為1172000m2，總積水量為748304m3。井田內2號煤層已基本采空，開采5號煤層時，5號煤層開采時的導水裂隙帶可溝通2號煤層采空區。所以，2號煤層采空積水將會是5號煤層的充水水源。

2.4 奧陶系中統灰巖巖溶裂隙含水層

常興煤礦主要富水含水層為中奧陶統峰峰組上段及上馬家溝組二、三段，以厚層狀石灰巖及泥巖為主，巖溶裂隙發育，奧灰頂部具古風化殼，鉆孔沖洗液消耗量達15m3/h，根據102、304孔及井田內1#水源井、2#水源井資料，1#水源井奧灰水位標高886.48m，2#水源井奧灰水位標高886.62m，單位涌水量為0.3354～0.3648 L/s.m，滲透系數為0.65m/d，考慮到井田整體流場特征，綜上推測井田內奧灰地下水水位總體為由北向南逐漸降低，奧灰巖溶水位標高為+870～+940m。具體結果見表1。

表1 鉆孔揭露奧陶系地層統計表

3 常興煤礦水文地質勘查

圖1 煤層頂板及存在采空區含水性異常區分布圖

考慮到常興煤礦水文地質條件較為復雜，選擇使用瞬變電磁對煤層頂板含水層及存在采空區的含水異常區進行了探測。查明了2號煤層頂板K8砂巖及存在的采空區的含水性，解釋出2號煤層頂板K8砂巖及存在的采空區的含水異常區66個，其中強富水性區15個，中等富水性區16個，其余均為弱富水區；查明了5號煤層s頂板K7砂巖含水的含水性，解譯出含水異常區53個，其中強富水性區10個，中等富水性區29個，其余14個均為弱富水區。具體探測結果見表2所示。

4 常興煤礦礦井水綜合防治技術分析

4.1 地表水防治措施

考慮到地表水對常興煤礦涌水量帶來的影響，在具體的生產實踐中采取了如下控制措施，矸石和爐渣等固體廢物不得棄于溝谷中，以免淤塞河道，造成行洪不暢；在雨季前，組織有關人員踏勘井田是否有采空塌陷裂隙、裂縫、塌陷洞，并用黃土、粘土、碎石及時填封，用粘土夯實。同時還做好井口防洪措施，避免洪水季節地表水涌入礦井，影響煤礦安全生產。

4.2 地下水防治措施

1）采空區防治水對策。井田內小窯眾多，應按照“有掘必探、先探后掘”的要求進行專門的超前探放水工作，避免在未查明積水的情況下，盲目冒險掘進，且考慮到采空區積水是一動態變化過程，隨著時間的推移，現無積水的采空區可能會出現積水，原采空區積水可能會增大。因此，生產過程中亦要堅持“預測預報、有掘必探、有采必探、先探后掘，先探后采”的原則，做好采空區積水的探放工作，以確保安全生產。

2）開展探放水工作；掘進工作面接近斷層、采（古）空區時必須按礦井設計留設防水煤柱；發現透水預兆必須停止作業，采取措施，并向調度室報告；經常清挖井下水倉，保證水倉有足夠容量；要做到“預測預報、有掘必探、先探后掘、先防后治”原則進行。

3）常興煤礦涌水量預測及排水設計。礦井現聯合開采2、5號煤層，目前，礦井實際產量35.016萬t/a，礦井正常涌水量為65.41m3/h，最大涌水量為90.3m3/h。現根據富水系數比擬法預算當礦井達產時的礦井涌水量。

計算公式為：

式中：P0為現礦井生產能力，kt；Q0為現礦井涌水量，m3/h；P為擴大后的生產能力，kt；Q為擴大后的涌水量，m3/h。

經計算，當礦井生產能力達90萬t/a時，預算的礦井正常涌水量為168m3/h，最大涌水量為232m3/h。因此，為了確保涌水量能夠被正常排出，設計常興煤礦井底水倉容量為3240m3（主水倉1860m3、副水倉1380m3，水倉能容納8h的正常涌水量），主泵房安裝MD280-43×3離心泵三臺，水泵功率160kW，揚程129m，工作水泵設計流量為273.17m3/h，備用泵設計流量為252.48m3/h（不小工作水泵能力的70%），檢修泵設計流量為215.72m3/h（不小于工作水泵能力的25%）。3臺主排水泵正常涌水時為1臺工作，1臺備用，1臺檢修；最大涌水時為2臺工作，1臺檢修。

4.3 主要涌水點位置分析及處理措施

目前常興煤礦井下主要有以下七個涌水點：52-5#聯巷處涌水量為7.9m3/h；主斜井涌水量為1.0 m3/h；21巷聯絡巷涌水量為20m3/h。井田南部有四處正常涌水 5103-1、5103-2、5103-3 和 5103-4，涌水量分別為3.8、4.0、4.1、4.3m3/h。針對性采取的處理措施為：

1）井下涌水點、擋水設施等重點部位進行24小時不間斷巡視檢查。出(突)水量達到3m3/h或長期穩定達到1m3/h及以上的井下各類出(突)水點，均要建立出(突)水點臺帳，詳細調查登記初始出水時間、水量、出水過程與水量變化、水溫、水質、出水點層位和巖性，分析登記出水原因、出水通道和水源，登記對生產影響情況和處理情況等。

2）對于井下新揭露的出水點，在涌水量尚未穩定或尚未掌握其變化規律前，應當每日觀測1次，并記入水質分析臺賬及樣品庫。帶壓開采區的采掘工作面如發生底板出水或煤層淋水等情況時，應及時調查出水點的出水時間、位置、標高、出水范圍和出水形式、水量、水溫、水質，如有頂底板巖石露出，則應調查其巖性與裂隙發育情況、斷層構造情況等，并應分析判斷水源，當水量大于3m3/h時，則應每日觀測其出水量。

5 結束語

常興煤礦在生產的的過程中通過采取上述礦井防治水綜合控制技術取得了較好的防治水控制效果，未發生一起礦井水害事故，較好確保了礦井生產的安全性。同時也可以看出，在對礦井水害進行控制時，應當采取多方面綜合性控制策略，才能有效煤礦生產所面臨的復雜地質條件。