煤礦防治水評價與措施分析

陳郭靜

(陽泉煤業集團有限公司 二礦， 山西 陽泉 045000)

我國煤礦水文地質條件復雜，目前約有18%待開采的煤炭儲量受到較為嚴重的水害威脅，井下水害的有效防治對于實現整個礦井的安全生產具有極其重要的意義。水文地質環境較為簡單的礦井,開采系統設計及布置過程都相對簡單，然而，當礦井所處區域地質條件較為復雜時，在考慮滿足生產需求的同時還應當充分研判水害對于礦井安全生產的影響，并做好相對應的防治水工作。本文對目標礦井的富導水性進行了分析，運用多種手段計算了礦井的涌水量，針對礦井的突水危險程度制定了切實可行的綜合防治水措施。

1 工程概況

目標礦井生產能力為120萬t/a，井田面積為5.324 km2。目標礦井所處區域交通便利，屬于整體地勢較為平緩的丘陵區，存在部分黃土沖溝發育，整體呈現西北側偏低的地勢結構，為低中山區[1]。目標礦井目前主采的23號與29號煤層，從地質構造結構來說均屬于結構較為簡單的單斜構造，采掘期間并未出現變化較為明顯的斷層結構?，F階段主要對上述煤層進行回采。其中，23號煤層結構較為復雜，平均厚度為12 m，全區穩定可采，其頂板巖性主要以細砂巖為主；29號煤層整體結構較為穩定，煤層平均厚度為4 m，其頂板巖性為中砂巖。

2 水文地質概況

2.1 地表水

目標礦井井田范圍內不存在明顯地表水流動跡象，雨水主要沿著地表裂隙流出，當降雨量較大時便會產生較大水流。由于水流較大且在短時間內很難對地下水進行補充，井田屬于目標礦井水流補給區。

2.2 含水層

目標礦井奧陶系灰巖含水層平均厚度約為25～65 m，主要巖石性狀以灰色石灰巖為主，其中，對應奧灰水標高在1 150～1 170 m之間。砂巖裂隙內的含水層以太原組含水層為主，巖石節理及裂隙較不發育，對于水資源的賦存能力較差。煤體中的砂巖裂隙承壓水屬于下石盒子組砂巖含水層，整個巖層埋深較深且水資源補給能力較弱。在地表河流較低位置，一般為45 m左右深度范圍內存在風化殼，該層由于受外界水流影響，相對含水量較高。

2.3 隔水層

目標煤礦的隔水層主要包含兩組，其中，本溪組的平均厚度為35 m，巖性組成以砂質泥巖為主，結構較為致密，隔水效果較為理想，可以作為隔水層。其次，太原組與山西組之間的巖石以泥巖為主且平均厚度可達25 m，也能起到較為良好的隔水作用。然而，靠近地表的巖層受氣候影響，一般較為疏松，因此不可作為隔水層。

3 充水條件

礦井充水的水源主要來自大氣降水、地表水及地下水三部分[2]。大氣降水通過巖層之間的裂隙相互溝通而進入礦井深部，形成充水的主要來源之一。目標礦井屬于低山丘陵區域，短暫的洪水爆發將會導致入滲量較大，最終對礦井含水量產生影響。地下水對于整個礦井含水量影響是最為嚴重的，目標礦井的含水巖層埋藏深度較淺且以砂巖為主。因此，其含水量很容易受到大氣降水干擾。其部分區域裂隙發育不完整且賦水性較弱，因此僅可儲存部分承壓水。目標礦井主要為砂巖以及灰巖，膠結能力較強且埋藏較深，這一區域范圍內水的補給一般較差，一般不會作為含水層，也不會對礦井安全生產造成影響。

4 礦井涌水量變化規律

4.1 工程類比

目標礦井所處區域較為干旱，降水量較少，屬于資源整合新礦，原有的礦井經多年開采后已有大量地下水排出，因此，目標礦井涌水量相對較低且與目標區域降雨量成正比。根據已有的統計數據可知，在降水量較少的時間范圍內礦井涌水量僅為400 m3/d，而當處于雨季時，最大涌水量可達600 m3/d。當降水較不明顯時，礦井的平均涌水量可達500 m3/d，相比于資源整合之前的礦井涌水量呈現明顯降低趨勢。同時，在礦井生產過程中發現，頂板淋水是目標礦井主要的涌水方式，且涌出水大多數屬于停滯型水。

4.2 涌水量預算

按照工程類比法進行涌水量計算可通過含水系數法[3]獲得相關參數，見式(1)所示：

Q=F·q

(1)

式中：Q為計算涌水量，m3/d；F為目標煤礦年產量，萬t/a；q為區域含水系數。

結合目標礦井實際生產情況，目標礦井對應年份的涌水量為30萬t/a，經過核算后的礦井涌水量Q為500 m3/d，對應可計算目標礦井的涌水系數q=500/30=16.66 。目標礦井經過資源整合后，目標礦井對應的生產能力可達120萬t/a，預計正常涌水量可達2 000 m3/d，而實際生產過程中發現目標礦井的實際涌水量可達2 500 m3/d。綜合分析目標礦井近年來礦井涌水量變化，采掘過程中的涌水量基本維持在20 m3/h左右，該數值可以有效滿足礦井的日常生產。

5 礦井防治水建議[4]

1) 針對礦井防治水，首先應當設置較為完善的礦井排水系統，其中水泵、水倉等應當集中布置于中央水倉并加強對排水系統的維護。為了有效防止礦井發生透水事故，應當針對排水系統設置專用排水預案，包含用水量監測、緊急避災路線以及礦井突水防治方案等。

2) 由于目標礦井所處地層的特殊性，在大氣降水較為嚴重的情況下很容易出現地下水聚集。因此，在雨季前應當對整個礦井的防排水系統進行提前檢測以保證排水暢通，滿足礦井生產需求，由于目標礦井采空區范圍較大，應當及時收集附近區域老窯積水相關資料，積極進行鉆探并嚴格封堵廢棄巷道，對于已探明的積水應加強觀測，針對性地提出防治水措施。

3) 由于目標礦井所處區域的太原組巖石以砂巖為主，而該巖層作為主采煤層的主要含水層，富水能力較弱，很容易出現含水量過大導致其垮落而影響正常生產。因此，對于目標煤層應當采取合理開采方式，保證開采高度不會影響到含水層的穩定性，同時加強掘進過程中的巷道頂板的支護。

6 結 語

本文結合相關法規規定，對目標礦井煤層的水文地質情況進行綜合分析，采用工程類比以及理論計算的方式對目標礦井含水層以及隔水層進行探究，通過科學方式對礦井涌水量進行有效預測。研究結果表明，目標礦井的水文地質條件符合日常生產需求。