晉圣誠南煤業充水條件分析及防治水對策

張雷杰

（山西正誠礦山安全技術研究所（有限公司），山西 晉城 048006）

1 概 況

晉圣誠南煤業有限公司為晉能控股煤業集團晉城煤炭事業部晉圣公司下屬整合礦井，該礦井中部存在大面積的無煤區，礦井采用分期建設進行開拓部署，以澗河為界分一、二期建設，一期開采井田東南部，二期開采井田西北部誠南煤業主要開采15號煤層，區內15號煤層埋深較淺，北部、中部、中南部都有露頭，煤層大面積被剝蝕。該區內原整合礦井，基本都為以往硫鐵礦整合而成，以往硫鐵礦開采方法都為房柱式，開采硫鐵礦兼采15號煤層，前采后填，生產能力也不穩定，對區內15號煤層破壞較大。井田內15號煤層賦存區層位穩定，結構簡單，為賦存區穩定的可采煤層。

地表及開采過程中未發現陷落柱、井田內地層總體構造形態為背、向斜相間的構造，產狀平緩。采掘過程中所揭露的斷層多為小型斷層；三維地震解釋的斷層大部為落差較小的斷層；井田內未發現巖漿巖侵入現象，本井田地質構造復雜程度為簡單型。井田構造如圖1所示。

圖1 構造綱要圖Fig.1 Structure outline

2 水文情況

2.1 充水水源

誠南煤業充水水源主要為15號煤層頂板K2灰巖巖溶裂隙含水層、老空水，其次為大氣降水及地表水。

2.1.1 大氣降水和地表水

（1）大氣降水。根據礦井涌水量與降水量的動態變化分析，礦井涌水量與降雨量關系不明顯。正常情況下，大氣降水對礦井直接充水影響小，但井田內煤層風氧化帶及淺埋地段，在風化裂隙及導水裂隙帶的影響下，大氣降水可通過裂縫補給入滲到巷道及采空區。因此，大氣降水為15號煤層的間接充水水源。

（2）地表水。井田內發育的河流為澗河，位于井田內中南部無煤區，距工業廣場距離較遠；河床地勢低，主斜井井口、副斜井井口、回風斜井井口標高比澗河最高水位高，且距離河流較遠，工業廣場及各井口不受其洪水影響。且一期開采區內15號煤層標高高于澗河。另外，井田內地表徑流條件較好，地表水接受大氣降水補給條件有限，正常情況下地表水不會對礦井產生直接影響。但是，井田內煤層風氧化帶及淺埋地段，風化裂隙及導水裂隙帶會成為大氣降水及地表水補給地下水的充水通道，地表水為15號煤層的間接充水水源。

總的來說，地表水及大氣降水對采掘工程影響程度小。

2.1.2 地下水（煤層頂板水）

（1）第四系松散巖類孔隙含水層及基巖風化帶裂隙含水層。

主要分布于河谷，由砂、卵礫石等組成。結構松散、厚度不一，一般在10.00 m左右。該含水層主要接受大氣降水的補給，局部可得到地表水或砂巖裂隙水的補給。該含水層富水性不一，富水性受大氣降水季節影響明顯，局部富水性較好；為富水性弱的孔隙含水層。

（2）二疊系下統山西組砂巖裂隙含水層。

二疊系下統山西組砂巖裂隙含水層主要由K7砂巖組成，井田內山西組地層殘留厚度不等，多分布于山梁或山脊頂部，殘留平均厚約8.40 m，3號煤層缺失，該含水層屬弱富水性含水層。

（3）石炭系上統太原組石灰巖巖溶裂隙含水層。

含水層主要由太原組K2、K3、K4、K5等灰巖層組成。灰巖層局部段裂隙發育、巖溶不發育，其中15號煤層頂板K2灰巖垂直裂隙發育，裂隙面具水蝕痕跡，該含水層屬弱富水性含水層。

經計算15號煤層開采產生的最大導水裂隙帶高度為86.76 m，可溝通上述各含水層，成為礦井開采15號煤層的充水水源。其中15號煤層頂板灰巖溶裂隙含水層是礦井15號煤層的直接充水水源，是礦井充水的主要來源之一，對未來15號煤層的開采影響較大。

根據礦井以往井下頂板富水異常區探測、驗證及涌水量臺賬資料，15號煤層頂板水生產中常以頂板淋水的形式進入礦井，涌水量較小，易于疏干，對采掘活動有一定的影響。

2.1.3 采空區積水

根據現有資料，井田范圍內15號煤層存在16處采空積水區，估算采空積水區面積877 866 m2，總積水量約204 438 m3。其中，一期開采區內共存在4處采空積水區，總積水面積約267 554 m2，總積水量約77 711 m3。

據調查，井田周邊現無相鄰礦井。井田西北部原分布有一個相鄰礦井，批準開采15號煤層，2006年資源整合時已關閉。該公司內原有9個礦廠，開采15號煤層下部黃鐵礦，巷道內存有一定量的積水，積水量約11 534 m3。

結合未來采掘計劃，一期開采生產系統位于井田東南部，因此原采空積水區對一期15號煤層的開采無影響，一期開采區內共存在的4處采空積水區對未來采掘活動有影響。15號煤層采空區及積水如圖2所示。

圖2 1 5號煤層采空區及積水分示意圖Fig.2 Goaf and water accumulated area of No.15 coal seam

2.2 礦井水患分析

根據采掘規劃、礦井生產資料、水文地質條件、礦井水患調查資料等進行綜合分析，未來采掘范圍內15號煤層主要水患為采空區積水、煤層頂板水、大氣降水及地表水、廢棄井筒及封閉不良鉆孔水、構造水。其中采空區積水、煤層頂板水、大氣降水及地表水上文已提及，不再贅述。

根據以往水文地質資料，結合此次調查，井田南部一期開采區內存在15個廢棄井筒和2個封閉不良鉆孔，其中嶺南ZK1鉆孔已揭露，未發現封閉不良情況。可采區內廢棄井筒和封閉不良鉆孔位置清楚，未來采掘活動范圍距廢棄井筒及封閉不良鉆孔均較遠，對礦井未來幾年采掘活動無影響。

3 防治水對策

3.1 采空區積水的防治措施

礦井采掘過程中應堅持“預測預報、有掘必探、有采必探、先探后掘、先探后采”的原則，加強對老空水的探放工作。

（1）生產過程中嚴格執行老空積水的“三線”管理制度，綜合分析采空區分布范圍，劃出積水線、探水線和警戒線。首先根據井下探放水資料，結合實際調查情況核實老空積水區的范圍，確定積水線。探水線應根據積水區的位置、范圍、水文地質條件及其資料的可靠程度，以及采空區、巷道受礦山壓力的破壞情況等因素確定，對有圖紙資料可查的老窯，探水線至老窯邊界的最小距離不得小于60 m，當采掘工作面接近探水線時就要采取探放水措施；有一定圖紙資料參考的由探水線外推不少于50 m作為警戒線，當采掘工作面接近警戒線時，應警惕積水威脅，注意采掘工作面水情變化，如發現有透水征兆，立即停止鉆井，但不得拔出鉆桿，立即撤出所有受水威脅區域的人員。根據誠南煤業實際情況，確定井田內采空積水區的積水線外推60 m為探水線、探水線外推50 m為警戒線。

（2）未來采掘活動接近采空積水區時，需進行井下物探超前探測工作，并依據探測結果進行鉆探驗證，對老空水進行探查疏放，必要時留設足夠的安全保護煤柱。采掘工作面探水前，應先編制專項的探放水設計，確定允許掘進距離和超前距，并采取防止瓦斯和其他有害氣體危害等安全措施。探放水鉆孔的布置和超前距離，應當根據水頭高低、煤（巖）層厚度和硬度等確定，探放水鉆孔布置時應遵循《煤礦防治水細則》第四十三條規定。探放水鉆機的選擇和安裝前應注意的事項嚴格按照《煤礦防治水細則》第四十五條至四十六規定執行。探水鉆孔超前距離和止水套管長度選取應遵循《煤礦防治水細則》第四十八條規定。

（3）按照規定對采空區及廢巷進行密閉，留設導水孔，加強觀測，及時將采空區積水排出；留設觀察孔，觀測采空區內的溫度和有害氣體情況。

（4）生產過程中應指定專人對采空區進行經常性巡視，對采空區地表產生的裂縫和塌陷區進行回填或開挖溢洪道，疏通水道，防止大氣降水及地表水沿塌陷裂縫灌入井下造成災害事故。

3.2 頂板水的防治措施

煤層頂板水為礦井井下涌水量的主要來源，主要以頂板淋水的形式進入礦井，但該含水層一般富水性弱，生產中容易疏干。

（1）首先對頂板水富水性探測。采用瞬變電磁勘探探查頂板含水層的分布及其富導水條件，對物探未覆蓋區適時補充勘探，查清含水層的局部富水地段。

（2）對于地面瞬變電磁勘探解釋的煤層頂板含水層的富水異常區，應通過井下瞬變電磁勘探進一步核實，然后通過井下鉆探驗證。

（3）在現有排水設備能夠滿足排水要求時，需定期檢修礦井排水設備，及時清理排水溝道和水倉，保證排水通暢。

3.3 大氣降水及地表水的防治措施

（1）與氣象、水利、防汛等部門進行聯系，建立災害性天氣預警和預防機制。及時掌握可能危及煤礦安全生產的暴雨洪水災害信息，密切關注災害性天氣的預報預警信息；及時掌握汛情水情，采取安全防范措施；加強與周邊相鄰礦井信息溝通，發現礦井出現異常情況時，立即向周邊相鄰礦井進行預警。

（2）安排專人對井田范圍內可能波及的周邊廢棄老窯、地面塌陷坑、采動裂隙以及可能影響礦井安全生產的河流、堤防工程等重點部位進行巡視檢查。當接到暴雨災害預警信息和警報后，應當實施24 h不間斷巡查。在礦區每次降大到暴雨的前后，及時觀測礦井涌水量變化情況。

（3）雨季加強地面塌陷及地裂縫的填充工作，防止雨季地表洪水潰入礦井造成水害。

（4）地面廣場要定期檢查疏通各排水系統，確保地面無積水，遇有外水時不能流向井口方向。在礦井井筒附近儲備防洪（雨）水粘土袋，在礦區內應采取填坑、補凹、整平地表等措施，定期清理礦井工業廣場以及周邊地點的水溝。

3.4 封閉不良鉆孔、廢棄井筒防治措施

（1）井田內所有鉆孔必須全部標注在采掘工程平面圖上，建立臺賬。煤礦根據鉆孔臺賬的記錄，逐孔檢查，特別是打穿多層含水層、煤層的鉆孔處理，要查清歷史資料；無資料的，必須在一定區域內采用相應的預防措施。

（2）收集井田范圍內廢棄立井坐標、填埋方式等信息，標繪在充水性圖和采掘工程平面圖上，采掘活動接近此類井巷工程時，編制專項探測設計進行驗證探測。

（3）及時對廢棄井口進行填埋、封堵，雨季之前，礦井工作人員應檢查井口的封閉情況，若出現裂縫等情況，及時進行再填埋、封堵，以免造成突水事故。

（4）對其他資料不清或封孔質量不好的鉆孔，要現場檢查落實，防止此類鉆孔導水誘發礦井水害。當巷道及工作面接近廢棄老窯（井筒）及鉆孔時，應先采用物探方法檢測，再采用鉆探方法驗證，以超前探測其導水性為主。嚴格執行探放水作業，在必要時按規定留設保安煤柱，以確保安全生產。

3.5 斷層、陷落柱防治措施

根據以往采掘揭露情況，可采區采掘范圍內揭露的斷層均不導水，但不排除存在隱伏導水斷層、陷落柱存在的可能。

在巷道掘進過程中，巷道前方如揭露構造，采用井下超前探進行探查工作，如探明斷層富水，需進行鉆探驗證，必要時編制探放水設計，由專業探放水隊伍依據相關規程規范進行探放工作。

4 結 語

以誠南煤業為研究對象，全面分析了該礦地質、水文情況，對礦井充水水源進行分類調查分析，總結了該礦15號煤層開采主要水患，即采空區積水、煤層頂板水、大氣降水及地表水、廢棄井筒及封閉不良鉆孔水、構造水，并針對每種水患給出了專門的防治措施。采取這些防治措施后，誠南煤業未發生水害事故，保障了礦井安全高效生產。