鳴西礦井水害因素分析與防治水技術探討

徐學文，吳章毛

（1.江西樂礦能源集團有限公司沿溝煤礦，江西 景德鎮 333303；2.江西新鳴煤業有限責任公司，江西 景德鎮 333300）

1 概述

江西新鳴煤業有限責任公司鳴西礦井位于江西省樂平市城區西南16 km， 屬樂平市樂港鎮管轄。 井田位于鳴山向斜西南端的南翼，總體為一傾角緩， 走向NE、 傾向NW 的單斜構造， 地層傾角16°～29°， 一般20°。 局部地段發育次一級緩褶曲，斷層發育，但展布具有一定的規律性，構造復雜。

礦區面積16.104 1 km2，開采深度+56～-1 000 m標高。 鳴西礦井設計年生產能力為300 kt/a，核定能力250 kt/a。屬于低瓦斯礦井。采用立井多水平開拓，劃分為2 個水平，一水平標高-650 m，二水平標高-900 m。一水平為現生產水平，回風水平標高-390 m。

井田主要含煤地層為二疊系上統龍潭組老山段， 開采老山下亞段B3煤層。 B3煤層厚0.82～5.47 m，平均厚2.16 m。煤層結構簡單，含夾矸0～1 層， 厚度0.05～0.35 m。 B3煤層直接頂板多為0～4.0 m 的泥巖、粉砂巖，局部為0～1.31 m 的泥灰巖；底板一般為鮞狀鋁土質泥巖（局部有薄層炭質泥巖偽底），泥巖一般厚4～6 m，局部地段底板為粉砂巖。

B3煤層容易自燃，煤塵有爆炸性。 采煤工作面為走向壁式后退式采煤法，采用單體液壓支柱配鉸接梁支護，爆破落煤，全部垮落法管理頂板。

原鳴山煤礦位于井田東部，2016年關閉。 兩井相距6 km，并且屬不同井田，因此鳴山煤礦老空積水對鳴西礦井開采沒有影響。

礦區屬低矮丘陵地形， 一般高程+20～+40 m。礦井屬于以巖溶含水層充水為主的水文地質條件中等的礦床。 根據近3年大氣降雨記錄、井下排水記錄和實測涌水量觀測臺帳，礦井正常涌水量為6 m3/h，最大涌水量為22 m3/h。

2 礦井主要水害因素分析

2.1 含、隔水層

礦區位于鳴山向斜盆地的西南端，西北和東南兩側邊緣有茅口灰巖組成的小山丘，總體由東北往西南地勢逐漸降低，區內大面積被第四系及白堊系覆蓋。 區內出露和揭露的含水層有4 個：第四系孔隙潛水、 白堊系下統下部礫巖及砂礫巖裂隙承壓水、二疊系上統長興灰巖巖溶裂隙承壓水、二疊系下統茅口灰巖裂隙巖溶水； 區內的隔水層有3 組：白堊系下統（K1）的上部、三疊系下統大冶組、龍潭組。

2.2 斷層富水性

區內斷層發育， 施工的鉆孔中屢見斷層，38 個鉆孔中有10 個孔見斷層。三維地震勘探[1]在區內共解釋斷層49 條，其中落差＞20 m 的斷層33 條。 根據這33 條斷層切割部位的地質與水文地質特征差異，初步可把各斷層分成兩類，即可能導水斷層和不易導水斷層。 符合下列條件者，則定為可能導水斷層： 一是斷層切割了B3煤及長興灰巖或茅口灰巖； 二是斷層使B3煤至長興灰巖距離＜40 m 或距茅口灰巖距離＜50 m。

區內切割B3煤層及長興灰巖或茅口灰巖的斷層共28 條， 其中可能導水的斷層有F5、F6、F8、F8-1、F10、DF2、DF1、DF4、DF5、DF6、DF22、DF28、DF27等 共13條，屬于張性或張扭性正斷層，且都切割了B3煤及長興灰巖或茅口灰巖。

不易導水的斷層有F14、F14-1、DF18、DF34、DF35共5條，屬壓性逆斷層。

2.3 礦井充水因素分析

（1）水源

直接充水水源：長興灰巖巖溶水是C 煤組開采的直接充水含水層，茅口灰巖巖溶水是B 組煤開采的直接或間接充水含水層。 礦區茅口灰巖富水性整體中等偏強。

間接充水水源：大氣降水、地表水、第四系底部砂礫層水， 大冶組裂隙巖溶水及白堊紀底部礫巖水。

（2）通道

①斷層帶

斷層破碎帶，導水斷層與長興灰巖和茅口灰巖含水層有水力聯系時，會成為開采B3煤層時的主要突水通道。 斷層兩側一般裂隙發育，往往成為富水帶，并溝通上下含水層。

②封閉不良鉆孔

井田勘查因施工周期較長，多家地勘單位在井田內施工過，各歷史時期，各施工單位對不同地質圖的鉆孔或未封閉，或封閉段距偏小，有相當一部分鉆孔未收集到封閉記錄，封閉段距和封孔材料不清。 因此，井下采掘時，鄰近老孔要提高防范意識，以避免封閉不良鉆孔溝通上下含水層，成為向礦井工作面充水的直接通道。

③采掘活動。 采掘過程可使工作面內的斷層活化，增大冒落帶、裂隙帶高度，并改變斷層導水性質。

（3）礦井充水因素分析

①茅口灰巖含水層對礦井開采影響

B3煤層底板向下依次有泥巖、 粉砂巖和細、中粒砂巖或粗砂巖，其中泥巖和粉砂巖在區內的厚度為3～24 m，一段厚10～14 m，而與其下的官山段砂巖接觸。

官山段砂巖屬于堅硬巖類，穩定性好。 但官山段下距茅口灰巖頂界有一定變化， 通常情況下，茅口灰巖頂部距B3煤層一般為80 m 左右，由于礦區構造復雜，使得很多地段B3煤層與茅口灰巖距離縮短，甚至直接接觸。 二者間距在中部3-4-2、3-4-4、3-4-5 號孔一線附近，礦區北部、西部局部地段有所增大，4-5-1 鉆孔附近二者間距減小； 在斷層附近，間距變化較大、較快，間距大小取決于斷層性質、落差大小等，見圖1[1]。

圖1 B3 煤層與茅口灰巖之間巖層等厚線[1]

根據勘探區內鉆孔實際資料[2-3]，有7 個鉆孔穿過B3煤層揭露到茅口灰巖，按《煤礦防治水細則》附錄五[4]，計算B3煤層突水系數并對突水可能作出簡易評價，見表1。

表1 B3 煤層距茅口灰巖頂界的空間關系

該井田茅口灰巖巖溶發育一般，富水性不均。B3煤與茅口灰巖間距在80 m 左右， 兩者之間地層有一定的隔水作用，盡管茅口灰巖水壓較大，正常地段在-1 000 m 以淺不易構成底板穿水。 但礦區切割茅口灰巖和官山段的斷層較多，B3煤層底板受構造破壞的地段，由于承受水壓較大，在中淺部，但仍存在著突水的危險。

在建井期間共發生2 起茅口灰巖突水事故，分別是風井-360 m 回風巷在探水時發生突水， 最大突水量為240 m3/h，-650 m 水平原中央變電所掘進時發生突水，最大突水量為120 m3/h。

相鄰已關閉的原鳴山煤礦共發生6 次茅口灰巖突水，最大突水量達309 m3/h。

②長興灰巖含水層對開采影響分析

長興灰巖總體上講巖溶不甚發育， 連通性差，富水性不均。 造成這一狀況的原因一是長興灰巖全部隱伏于白堊系之下， 受斷層和白堊紀剝蝕的影響，分布比較零星，且蓋層厚度較大，相對隔水；二是大冶灰巖底部的泥巖起到了隔水作用，大冶灰巖分布于F10斷層已東的紅層下， 造成長興灰巖巖溶水補給條件很差。 再之，礦區C 煤組賦存不穩定，且含硫量嚴重超標，今后將難以開發利用。 如果斷層與長興灰巖和茅口灰巖不導通，B3煤層開采后形成的導水裂隙帶波及不到長興灰巖時，長興灰巖裂隙巖溶水一般不會構成B3煤層開發的直接威脅。

③斷層的導水性及其對礦井開采的影響

井田內斷層構造復雜，切割了茅口灰巖或長興灰巖、 導水斷層使灰巖含水層與煤層距離縮短、甚至直接接觸，特別是F11、F10、F8等大斷層，斷裂破碎帶較寬，靠近斷層易派生小斷層或裂隙，破壞了斷層兩盤地層的完整性。 依據鄰近礦井開采調查資料可知：一是井田內構造復雜，斷層本身含水性一般較弱。 但部分斷層可能導水，就是有些不易導水斷層，在開采后，由于靜水壓力和礦山壓力的改變，也會促使其變成導水斷層；二是鄰近的鳴山煤礦多次發生斷層或次一級派生小斷層導通茅口灰巖，造成突水事故。

總之，在開拓過程中過斷層之前，應堅持超前探水，并做好疏水降壓及放堵水工作，并在開采時必須留有足夠保護煤柱，以防穿水。

④封閉不良鉆孔對開采的影響

鳴西井田地質勘查工作分多期進行， 自1956年起至今，勘查先后施工6 次，多個單位施工，井田內鉆孔共計50 多個，因早期鉆孔施工質量較差，見煤鉆孔較少， 封孔質量不高甚至不采取封孔措施，且大部分資料保存不全， 特別是上世紀70年代石油部門施工的石油勘探鉆孔，需進一步收集，查明鉆孔封閉情況。

⑤地表水對開采的影響

礦區內地表水體主要有區內西南端樂安江老河道及東北側的鳳凰水庫， 其次是常年蓄水的45個小水庫， 由于區內主采的B3煤層埋深在460 m以深，煤厚約2 m，開采形成的冒裂帶高度遠遠小于460 m，因此，在開采過程中地表水直接充入礦坑的可能性很小。

其次，區內大部分斷層為隱伏斷層，地表有2～30 m 的第四系粉質粘土， 地表水通過斷層進入礦坑的可能性也很小。但在區內中部F10、F11、F8斷層切割B3煤及上覆巖層、斷層破碎帶導水性較強，因此開采時，必須留設相應的隔水煤柱，以防導通地表水體。

⑥老窯水對礦井充水的影響

區內4 線南部有一對已經關閉的長山煤礦井筒，主、副井筒深分別為470 m 和464 m，副井穿過B3煤層，未開水平巷道，積水約1 800 m3；主井未見煤，有巖巷約120 m，積水約2 500 m3。 因此，在此區域開采時穿水的可能性很大，必須采取探放水措施。

鳴西礦井與長山煤礦以DF27斷層為分界，長山煤礦最近點副井距DF27斷層以東約120 m，鳴西礦井11 采區東部以DF27斷層為邊界， 已開采的1101采面邊界距DF27斷層以西30 m。 即兩礦以斷層為分界，兩側留設的防隔水煤（巖）柱總寬度為150 m。

3 礦井防治水技術

1）加強礦井防治水基礎工作。 一是加強斷層導水性、含水性的研究；二是利用好三維地震勘探資料，加強對深部長興灰巖、茅口灰巖的富水性、分布規律的研究；三是利用好勘探鉆孔資料，加強B3煤層與底部灰巖間距的分析。 為礦井防治水工作提供科學、有效的依據。

2）嚴格按照《煤礦防治水細則》及設計要求留設防水煤（巖）柱，并在采掘工程平面圖、礦井充水性圖中標明。 在巷道掘進通過斷層之前，必須制定防治涌水、突水的具體措施。 嚴禁破壞防水煤（巖）柱或在防水煤柱內進行采掘活動。

3）根據鉆孔資料，B3煤層下距底部茅口灰巖頂界較近（大多小于100 m）、開采深度深，灰巖水水壓大，開拓、開采主要巷道應布置在煤層與煤層頂板中，不宜布置在B3煤層底板，如確需布置在B3煤層底板，須進行專項水害論證，確保無突水風險。

4）當煤層底板以下賦存高水壓、巖溶裂隙含水層(組)時，必須編制隔水層或相對隔水層等厚線圖(包括水文地質實際材料) ，進行底板突水性分析，對有突水可能的區域進行預測， 并制定防治水措施，合理選擇開采方案。 具備帶壓開采條件的煤層，應編制開采區域防范底板含水層出（突）水安全技術措施。

5）特別加強防范斷層導水的水害，導水斷層必須留設防隔水煤柱。 生產過程中嚴格落實地質預測預報工作，及時掌握煤層賦存、地質構造、頂底板巖性變化等情況，特別要加強對斷層、次生小斷層的探測、控制，查明斷層、次生小斷層的含水性、導水性，以防斷層透水。 對于斷層構造薄弱帶，必要時進行惟幕注漿，隔斷水源，然后疏水降壓。 不具備疏水降壓條件時，可酌情采用局部注漿加固底板隔水層或改造含水層為隔水層的方法。

6）堅持“預測預報，有疑必探，先探后掘，先治后采”的防治水原則，采掘工作面超前探放水采用物探、鉆探兩種方法，做到相互驗證。 探放水前必須編制探放水設計，探放水接近水體前，必須采取控制放水量的措施。

7）加強對排水設備、設施的維護、保養，確保排水設備、供電電源運行可靠。

8）加強職工水害防治的安全知識培訓，每年組織一次水害應急救援現場演練，強化職工應對礦井突發水災事故的自救和搶險技能。

4 結語

1）鳴山礦井屬于以巖溶含水層充水為主的水文地質類型中等的礦井。 由于礦井地質構造復雜，斷層發育，因此，礦井在今后防治水工作中，應認真吸取建井期間2 起茅口灰巖突水事故的經驗教訓，利用好現有的地質勘探、物探資料，必要時進行礦井水文地質補充勘探， 進一步查明茅口灰巖富水性、富水區域分布范圍、 及富水區與B3煤層的空間關系， 在生產過程中嚴格落實地質預測預報工作，及時掌握煤層賦存、地質構造、頂底板巖性變化等情況，特別要加強對斷層、次生小斷層的探測、控制，查明斷層、次生小斷層的含水性、導水性，以防斷層透水。

2）進一步收集地勘鉆孔資料，查明鉆孔封閉情況，采掘工作面接近地勘探鉆孔之前，必須制定防治涌水、突水的具體措施，留沒防水煤（巖）柱，施工超前探放水鉆孔。