豐城山西煤礦水害因素分析及建議

劉地福，李賢飛，李金燕

（江西省煤田地質(zhì)勘察研究院，江西 南昌 330001）

1 礦井概況

山西煤礦是江西煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司的主力礦井之一，位于豐城市洛市鎮(zhèn)境內(nèi)，位于洛市礦區(qū)的北部；開采三疊系上統(tǒng)安源組煤層，為多煤層開采，主要開采23 號(hào)煤層。 礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力0.33 Mt/a，礦井為斜井階段石門開拓方式，采煤方法采用走向長(zhǎng)臂后退式，設(shè)計(jì)生產(chǎn)水平為-150 水平及-300 水平，目前采礦活動(dòng)集中在-300 m 水平。

2 礦區(qū)自然地理及周邊小井分布

2.1 礦區(qū)自然地理

山西煤礦地處萍樂凹陷中部南緣，屬低矮丘陵區(qū)；地勢(shì)北東高，南西低，最高點(diǎn)為礦區(qū)南東的仙林觀山峰，海拔標(biāo)高+81.8 m，最低點(diǎn)為礦區(qū)西南城上一帶，海拔標(biāo)高約+38 m，相對(duì)高差43 m 左右。

區(qū)內(nèi)植被較發(fā)育，水土保持良好，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年降水量1 200～1 500 mm，多集中在3～7月，年蒸發(fā)量1 400 mm 左右，雨量充沛。

礦區(qū)內(nèi)水系不發(fā)育，主要為小沖溝，在礦區(qū)西部邊緣發(fā)育一條洛市河，由南向北流出礦區(qū)，常年流水，流量0.16～120.13 m3/s，另在礦區(qū)東部邊緣南有龍溪河，常年流水，由南向北流出礦區(qū)。 大氣降水主要以地表片流形式匯入溝谷，排泄到西部洛市和東部龍溪河中。

2.2 周邊小井分布

山西煤礦開采歷史久遠(yuǎn)， 周邊小井及老窯密布，西面有洛市三礦、欣欣煤礦，南面為騰達(dá)煤礦、豐順煤礦，東面分布有座山煤礦、洲上三礦，北東面還有劍光煤礦和榮勝煤礦。 其西南尚有江西煤業(yè)有限公司的主力礦井之一的生產(chǎn)井—流含煤礦（但與山西礦不連通），這幾年，因去產(chǎn)能政策，小井均已關(guān)停（山西煤礦與周邊煤礦關(guān)系，見圖1）。

圖1 山西煤礦周邊小井分布

3 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

3.1 含、隔水層

（1）第四系孔隙含水層

主要為洪積、坡積層，分布于溝谷、山間盆地、緩坡和山麓地帶，厚度7 m 左右。上部為1～3 m 厚的粉質(zhì)粘士，中下部為粘土質(zhì)砂礫層，含水性較強(qiáng)。 據(jù)水源勘探4 次群孔抽水試驗(yàn)：q=0.086-2.528 l/s.m，K=3.09-25.73 m/d，R=130 m， 水質(zhì)為HCO3-CI-Ca-Mg 型，PH 值5.7～6.05，水溫16℃～17℃，礦化度69～70.5 mg/l。 第四系孔隙水由大氣降水補(bǔ)給，水量隨季節(jié)變化。

（2）安源組砂巖、礫巖含水層

該含水層主要分布于安源組砂巖、礫巖中，分布于煤系地層上部，距離煤層約200 m，厚度近100 m，裂隙發(fā)育，具承壓性。 據(jù)勘查階段的抽水試驗(yàn)，q=0.016 l/s.m-0.032 l/s.m，k=0.070 2-0.094 3 m/d，屬弱含水層。

（3）安源組粉砂巖和泥巖隔水層

全層厚約600 m，巖性致密，裂隙不發(fā)育，除淺部露頭含風(fēng)化含裂隙水外（分布于三家沖地層與紫家沖地層中）。 其基巖鉆孔簡(jiǎn)易水文觀測(cè)均無異常現(xiàn)象，沖洗液消耗量小，局部砂、礫巖夾層含水性弱，井下觀測(cè)只見少量滴水、小淋水點(diǎn)，補(bǔ)給和排泄條件極差，視為隔水巖組。

3.2 礦坑涌水量

山西煤礦涌水量主要由中央采區(qū)、西五采區(qū)及東翼采區(qū)構(gòu)成 （主要包括山西三小井、 原東五采區(qū)），礦井兩個(gè)水平（-150、-300）水量均通過排水管路，由山西礦副井排出地表；東翼采區(qū)積水由山西三小井主立井排出地表。 礦井涌水量經(jīng)多年實(shí)測(cè)，見表1。

表1 礦井實(shí)測(cè)涌水量

4 礦井水害因素

4.1 地表水

礦區(qū)內(nèi)水系不發(fā)育，主要為小沖溝，山西煤礦礦井范圍無河流、水庫等地表水體分布，僅礦區(qū)北西側(cè)外圍的洛市河， 對(duì)山西礦的開采無直接影響；東部外圍發(fā)育的龍溪河距離山西煤礦亦2 km 遠(yuǎn)，對(duì)山西礦開采無直接影響。

4.2 斷層水

礦區(qū)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，山西煤礦東翼采區(qū)與北部劍光、榮勝煤礦以F04正斷層為邊界，可能成為東翼采區(qū)與這兩個(gè)礦山的水力聯(lián)系通道；F05逆斷層造成煤層重復(fù)，同時(shí)拉近了上部24 號(hào)煤與23 號(hào)煤層的間距， 上部采空區(qū)積水被該斷層串通可能性很大，對(duì)23 號(hào)煤層開采有一定影響；F18正斷層在采區(qū)東部，是山西煤礦和洲上三礦的邊界，同時(shí)也可能成為這兩個(gè)礦山的水力聯(lián)系通道， 在F18正斷層上盤開采山西礦東翼采區(qū)煤層時(shí)，洲上三礦采空區(qū)積水也可能通過斷層進(jìn)入山西礦東翼采區(qū)。

4.3 自身采空區(qū)積水

（1）中央采區(qū)、西五采區(qū)

山西礦經(jīng)過多年開采， 自身采空區(qū)范圍分布較廣。其中24 號(hào)煤層采空區(qū)分布面積731 555 m2，開采標(biāo)高為-80～-285 m；23 號(hào)煤層采空區(qū)分布面積546 746 m2，開采標(biāo)高為-150～-320 m；21 號(hào)煤層采空區(qū)分布面積27 174 m2，開采標(biāo)高為-50～-140 m。上部24 號(hào)煤層已全部采完， 中央采區(qū)23 號(hào)煤層-300 m 標(biāo)高也基本采完。 據(jù)礦山資料，礦井涌水量主要為大氣降水及小井水通過中央采區(qū)、西五采區(qū)滲入礦坑，采空區(qū)自身積水較小。

（2）東翼采區(qū)

東翼采區(qū)23 號(hào)煤層距上覆的24 號(hào)煤層約35 m，24 號(hào)煤層已采完， 開采標(biāo)高-99.35～-247.8 m 左右， 采區(qū)內(nèi)山西三小井原采用巷柱式采煤方法，21號(hào)煤開采標(biāo)高-172.1～-297 m，23 號(hào)煤采標(biāo)高-200～-279 m，13 號(hào)煤開采標(biāo)高下至-283 m。山西三小井2001年關(guān)閉，存有大量的采空區(qū)積水，采空區(qū)面積17.36 萬m3，積水量約19.35 萬m3，對(duì)東翼采區(qū)開采影響較大。

4.4 周邊關(guān)閉小井積水

（1）騰達(dá)煤礦

開采限標(biāo)高為-218～-279 m。 據(jù)了解，該礦在掘23 號(hào)煤層工作面切眼時(shí)， 標(biāo)高-270.4～-280.4 m出現(xiàn)頂板淋水。因淋水不斷增大，在-297 m 巷道及21 號(hào)煤巷道施工了擋水墻。 擋水墻內(nèi)積水約5 萬m3，山西礦于2017年5月份通過放水巷將積水放至-330 水倉。目前證實(shí)已放干，并與山西三小井23 號(hào)煤留有50 m 左右隔離煤柱。

（2）座山煤礦

開采標(biāo)高-318～-140 m。 座山煤礦與洲三礦在-225 m 標(biāo)高通過上山巷道貫通， 山西礦東翼采區(qū)與座山礦、洲三礦水力聯(lián)系密切。

（3）榮勝、劍光煤礦

榮勝煤礦開采標(biāo)高為-90～-180 m。 該礦通過-130～-170 下山與山西礦東采區(qū)五2331 工作面連通，積水全部進(jìn)入東五采區(qū)。

劍光煤礦開采標(biāo)高-85～-175 m， 井下水位標(biāo)高估計(jì)在-130 m，與榮勝煤礦（-140 m 及-120 m）23 號(hào)、13 號(hào)煤層聯(lián)通，與洲三煤礦23 號(hào)（-175 m）、24 號(hào)、33 號(hào)煤層都有聯(lián)通，無排水點(diǎn)。 劍光礦通過-144 上山巷連通山西礦東五采區(qū)-150 上山石門，然后與山西三小井在-170 m 標(biāo)高與23 號(hào)煤層聯(lián)通，深部采空區(qū)積水全部通過聯(lián)通巷道進(jìn)入山西礦東五大巷。

（4）洲上三礦

開采標(biāo)高為-260 m。在-175 水平23 號(hào)煤與原豐城市河?xùn)|煤礦采空區(qū)貫通。 洲上三礦與劍光、座山、 河?xùn)|煤礦存在水力聯(lián)系。 河?xùn)|煤礦淹井關(guān)閉，-110 水平喪失排水能力后，礦井水經(jīng)-120 水平貫通點(diǎn)進(jìn)入， 再?gòu)?100 水平沿下山巷進(jìn)入豐紀(jì)果園13 號(hào)煤層-197 m 標(biāo)高， 連通喻家礦-201 大巷，進(jìn)入座山煤礦27 號(hào)煤層， 座山煤礦有一條煤層上山在-225 m 標(biāo)高通往洲上三礦。

據(jù)礦山證實(shí)，洲上三礦23 號(hào)煤巷下山-190 水平平巷、-210 水平平巷聯(lián)通，與山西礦東五2357 工作面貫通，水位滿至-150 水平，進(jìn)入-150 m 東大巷，對(duì)山西礦開采影響較大。

（5）豐城市河?xùn)|煤礦

位于洲上三礦以東。 開采水平在-90 m 以上，與洲上二礦、洲發(fā)煤礦連通，洲上二礦開采淺部，地表裂隙多，滲水面積大，總體水量大。 河?xùn)|煤礦關(guān)停后，地表水和井下積水直接進(jìn)入座山、劍光、榮勝礦，再進(jìn)入山西煤礦。 從區(qū)域上講，河?xùn)|礦關(guān)閉后的積水構(gòu)成山西礦東翼采區(qū)的補(bǔ)給源，河?xùn)|礦積水通過洲上三礦進(jìn)入山西礦東翼采區(qū)，對(duì)山西礦的開采形成間接影響。

5 結(jié)語及建議

影響山西煤礦開采的主要水患為東翼山西三小井積水及周邊關(guān)閉小井采空區(qū)積水，東翼采區(qū)與小井水力聯(lián)系密切，開采水害隱患較大，防治水主要措施建議如下：

1）要進(jìn)一步核實(shí)周邊老窯、小井采空區(qū)分布和積水情況，以及礦井水流方向，并標(biāo)示于采掘工程平面圖上，對(duì)確定的積水區(qū)應(yīng)標(biāo)明積水線，并估算積水量

2）東翼采區(qū)開采前，必須進(jìn)行探放水， 探放水前必須編制排放水設(shè)計(jì)和專項(xiàng)技術(shù)措施，并對(duì)探放水效果進(jìn)行驗(yàn)證，務(wù)必將東翼采區(qū)和周邊小井來水疏干后，方能接近和進(jìn)入煤層，實(shí)施疏干開采。