莒山煤礦3 號煤層采空區(qū)積水調(diào)查分析及防治措施

郭陽陽

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司 大陽煤礦分公司，山西 澤州 048021）

1 概 況

礦井水害威脅著煤礦安全生產(chǎn)，嚴(yán)重時可能淹沒礦井，造成巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。隨著煤礦開采強(qiáng)度和煤炭需求量的不斷增加，煤礦開采深度不斷增加，頂?shù)装逅惺艿乃畨阂膊粩嘣黾樱瑖?yán)重影響到了礦山的安全生產(chǎn)，是制約煤礦安全生產(chǎn)的主要因素之一，如何防治水害成為研究熱題。

莒山煤礦目前開采的3 號煤層即將殆盡，下階段計劃開采9 號煤層，9 號煤層位于太原組三段下部，厚0.37～1.55 m，平均厚1.24 m，煤層厚度穩(wěn)定，煤層結(jié)構(gòu)簡單，含0～2 層矸石。煤層頂板以泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主；底板多為泥巖，局部為砂質(zhì)泥巖。經(jīng)多年開采，井田內(nèi)3 號煤層己形成大量采空區(qū)，采空區(qū)積水會對下一步煤層的開采造成影響，因此，在莒山煤礦9 號煤層開采前，必須查清上覆采空區(qū)積水位置和積水量，為安全高效開采提高地質(zhì)保障。

井田內(nèi)主要含水層為第四系松散巖類孔隙含水層，基巖風(fēng)化帶含水層，二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含水層、二疊系山西組砂巖裂隙含水層、石炭系太原組砂巖、灰?guī)r巖溶裂隙含水層、中奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層。

3 號煤層采空區(qū)積水主要有二疊系山西組砂巖裂隙含水層，以泉點形式排泄或向內(nèi)排泄，該含水層位于井田東北部出露，主要接受降水補(bǔ)給及含水層之間的垂向滲透補(bǔ)給，地下水的埋藏條件在長期開采3 號煤層疏排礦坑水的影響下，目前主要以潛水形式賦存。地下水動態(tài)變化較大，富水性一般較差。據(jù)二疊系砂巖裂隙含水層抽水試驗資料顯示，鉆孔單位涌水量為0.002～0.003 7 L/s·m，滲透系數(shù)為0.002 m/d，弱富水性，水質(zhì)類型為HCO3- Ca及HCO3·SO4- Ca 型。

2 采空區(qū)積水調(diào)查分析

經(jīng)多年開采，井田內(nèi)3 號煤層己形成大量采空區(qū)，采空區(qū)積水會對下一步煤層的開采造成影響。采用現(xiàn)場調(diào)查和查閱礦井探放采空區(qū)積水資料的方式對莒山煤礦3 號煤層采空區(qū)積水進(jìn)行調(diào)查分析，歷年探測范圍如圖1 所示。

圖1 采空區(qū)物探范圍Fig. 1 Geophysical exploration scope of goaf

隨著井下采掘工程的不斷推進(jìn)，在對3 號煤層復(fù)采回收工作中，掘進(jìn)F2031 和F2032 巷道時，揭露了以往回采工作面，對其中原Q5、Q7 及Q9號積水進(jìn)行了探放。井田內(nèi)3 號煤層采空區(qū)積水詳見表1。

表1 井田內(nèi)采空區(qū)積水統(tǒng)計Table 1 Statistics of water accumulation in goaf in mining field

經(jīng)本次調(diào)查及相關(guān)資料分析，截至2019 年4月底，井田內(nèi)3 號煤層存在14 處采空積水區(qū)，采空積水面積226 717 m2，積水量304 375 m3。

礦井周邊山西煤炭運銷集團(tuán)蘭煜煤業(yè)有限公司、山西高平科興新莊煤業(yè)有限公司及山西澤州天泰錦辰煤業(yè)有限公司開采多年，存在大面積采空區(qū)，且不同程度存在老空積水，其中山西煤炭運銷集團(tuán)蘭煜煤業(yè)有限公司與該礦邊界相鄰處存在兩處3 號煤層采空積水，積水量分別為27 302 m3、33 039 m3；山西澤州天泰錦辰煤業(yè)有限公司距該礦最近的3 號煤層采空積水區(qū)距離約210 m，積水量約32 600 m3；山西高平科興新莊煤業(yè)有限公司3號煤層采空區(qū)積水主要位于原新莊煤礦中部，積水量約為669 327 m3，9 號煤層采空積水3 處，積水量約7 515 m3。周邊積水量總計約為295 400 m3。

調(diào)查時無積水的地段隨著時間的推移，可能會出現(xiàn)積水，已有積水的地段積水面積有可能會增大。各個礦都有礦界保安煤柱相隔，且無越界開采現(xiàn)象，距離該礦未來5 a 采掘活動范圍也較遠(yuǎn)，故周邊采空區(qū)積水對該礦未來5 a 開采暫不構(gòu)成威脅。

3 9 號煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶計算

煤層采出后形成的采空區(qū)，導(dǎo)致上覆巖層原始平衡狀態(tài)遭到破壞，頂板巖層在自重作用下產(chǎn)生彎曲、開裂、離層、冒落，并形成導(dǎo)水裂隙帶。井田內(nèi)9 號煤層為緩傾角，頂板以泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，屬堅硬巖層，9 號煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶計算。

式中：HIi為導(dǎo)水裂隙帶高度，m；ΣM 為煤層累計采厚，m。

根據(jù)井田范圍內(nèi)已知鉆孔計算9 號煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度，結(jié)果見表2。

由表2 可知，9 號煤層開采后導(dǎo)水裂隙帶最大發(fā)育高度41.48～50.23 m。根據(jù)以往地質(zhì)資料，9號煤層距K5 距離為17.08～27.19 m，9 號煤層距3號煤層距離為50.56～94.67 m，9 號煤至地表距離為123.36～231.96 m。9 號煤層導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度可溝通K5 含水層，達(dá)不到3 號煤層采空區(qū)，但考慮到3 號煤層的底板破壞高度，局部區(qū)域（如莒3、莒7、莒補(bǔ)1 鉆孔附近） 有可能溝通3 號煤層采空區(qū)。

表2 9 號煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度計算結(jié)果Table 2 Calculation results of the development height of the water conduction crack zone in No.9 coal seam roof

4 采空區(qū)積水防治措施

根據(jù)3 號煤層采空區(qū)積水調(diào)查分析以及9 號煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶計算，莒山煤礦9 號煤層開采面臨著采空區(qū)積水威脅，提出采空區(qū)積水防治措施。

（1） 加強(qiáng)防治水技術(shù)培訓(xùn)，牢記礦井突水征兆。

（2） 先探后掘，并在掘進(jìn)和回采工作面探水前，編制探放水設(shè)計，確定探水警戒線，嚴(yán)格按設(shè)計進(jìn)行探放水。

（3） 井下探放水采用專用的探放水鉆機(jī)，嚴(yán)禁使用煤電鉆探放水。在探水鉆孔鉆進(jìn)過程中，發(fā)現(xiàn)煤巖松軟、片幫、來壓或者鉆眼中水壓、水量突然增大和頂鉆等透水征兆時，應(yīng)當(dāng)立即組織所有受水害威脅區(qū)域人員撤到安全地點，分析原因，采取有效措施進(jìn)行處理。

5 結(jié) 論

（1） 以莒山煤礦9 號煤層開采面臨著采空區(qū)積水威脅為背景，分析了煤層賦存及水文地質(zhì)特征，采用現(xiàn)場調(diào)查和查閱礦井探放采空區(qū)積水資料的方式對莒山煤礦3 號煤層采空區(qū)積水進(jìn)行調(diào)查分析，截至2019 年4 月底，井田內(nèi)3 號煤層存在14處采空積水區(qū)，采空積水面積226 717 m2，積水量30 475 m3，井田外周邊采空區(qū)積水對該礦未來5 a開采暫不構(gòu)成威脅。

（2） 計算了9 號煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶高度，結(jié)果顯示9 號煤層導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度可溝通K5含水層，達(dá)不到3 號煤層采空區(qū)，但考慮到3 號煤層的底板破壞高度，局部區(qū)域（如莒3、莒7、莒補(bǔ)1 鉆孔附近） 有可能溝通3 號煤層采空區(qū)，因此，莒山煤礦9 號煤層開采面臨著采空區(qū)積水威脅，據(jù)此提出了采空區(qū)積水防治措施。