錦丘煤礦16 煤開采充水因素分析研究

王 建 種化省

（1.滕州市發展和改革局，山東 滕州 277500；2.滕州郭莊礦業有限責任公司，山東 滕州 277500）

煤礦水害具有因受煤層賦存條件、水文地質條件、地質構造及采掘方式的影響而呈現復雜性和多樣性的特點，是威脅礦井安全生產的主要災害之一[1-3]。長期以來，煤礦水害給國家和人民帶來了巨大的人身傷亡和經濟損失，不僅嚴重影響煤礦安全生產，還造成了資源的嚴重浪費。據統計，其中作為中國主要煤炭生產基地的華北、華東地區受水害威脅的煤炭資源占已探明資源量的27%[4-5]。為加強防治水工作，有效消除采掘活動可能受到的水威脅，必須利用水文地質調查和補勘手段，結合礦井生產過程中的水文地質資料，研究掌握礦井地下水系統，巖層宏觀特性及富水特征，礦井涌水量變化等特征，對錦丘煤礦各類型水害進行全面客觀的分析。

1 礦井地質及礦井水文地質

1.1 礦井地質概況

錦丘煤礦地處滕州市濱湖鎮境內，東距滕州市約17 km，主要開采12下煤和16 煤。

16 煤頂板為十下灰，平均厚度4 m，裂隙發育，為穩定頂板。十下灰即是直接頂也是老頂，具二重性。16 煤層直接頂板依次向上為泥巖、十上灰、泥巖、細粒砂巖、砂質泥巖、細粒砂巖、15上煤、九灰等。

16 煤底板為泥巖，局部含砂質，均厚2.45 m，含黃鐵礦結核及菱鐵礦結核，裂隙少，為中等堅固～堅固底板。16 煤層直接底板泥巖向下依次為十一灰、17 煤、細粒砂巖、泥巖、18上煤、泥巖、十二灰、泥巖、十四灰、泥巖、奧灰等。

1.2 礦井水文地質概況

井田內地形平坦，地勢由東北向西南逐漸降低，地面標高+47～+35 m，地形坡度為1.4‰，屬濱湖沖積平原。井田內沒有河流和湖泊。井田南約3 km有一條北沙河，屬季節性河流。井田西約4 km 有南四湖中的獨山湖，湖面遼闊，一般常年積水，最高洪水位達36.48 m。水文地質簡單。

2 礦井主要充水因素分析

礦井主要充水水源有十下灰含水層、十二灰含水層和十四灰含水層。

2.1 十下灰含水層

十下灰為16 煤層直接頂板，為開采16 煤層的直接充水含水層。根據已開采的16 煤實際揭露，十下灰埋藏較深，無隱伏露頭，補給條件差，以靜水量為主。采煤工作面回采期間遇頂板裂隙可能出現淋水，只要加強排水，不會威脅工作面的開采安全。

2.2 十二灰含水層

井田內16 煤層底至十二灰頂間距16.12～37.53 m，平均26.37 m，本次突水系數計算采用162-1號鉆孔觀測的水位標高-242.90 m。預計十二灰對16 煤層底板的突水系數為0.067～0.233 MPa/m，平均0.123 MPa/m，井田內大面積十二灰突水系數大于0.1 MPa/m，只有井田西北邊界處突水系數位于0.06～0.10 MPa/m 之間，如圖1。說明本井田存在十二灰水對16 煤層突水影響，十二灰作為16 煤層的直接充水層。

圖1 十二灰水對開采16 煤層突水影響范圍

2.3 十四灰含水層

2014 年—2015 年10 月 在163 采 區 施 工 了163-1 和163-2 號井下探放水鉆孔。163-1 號揭露十四灰出水，對十四灰進行了放水試驗，試驗結果：十四灰涌水量為0.034 7 m3/h，水壓1.7 MPa，水壓涌水量極小，靜止水位標高-327.17 m，鉆孔揭露巖芯巖溶裂隙不發育；163-2 號鉆孔，揭露十四灰無水，可以看出，十四灰富水性弱，補給條件差。十四灰水對16 煤層影響情況見表1。

表1 十四灰水對16 煤層影響情況表

由表1，井田內16 煤層底至十四灰頂間距27.38～49.74 m，平均38.93 m，本次突水系數計算采用162-2 號鉆孔觀測的水位標高-277.30 m。計算來看，十四灰的突水系數為0.046～0.103 MPa/m，平均0.072 MPa/m，僅有1 點突水系數大于0.10 MPa/m，說明在一般情況下基本不存在十四灰對16煤層突水影響，但在構造發育塊段，開采16 煤可能受十四灰充水影響。

3 礦井涌水量預計

根據礦井生產地質報告，16 煤直接充水含水層為頂板十下灰巖水和底板十二灰巖水。

3.1 十下灰涌水量預計

（1）十下灰涌水量預計

十下灰為16 煤層的直接頂板，為直接充水含水層。十下灰涌水量預計如下：

選用水文地質條件及開采水平較相似的本礦井一采區開采16 煤層的涌水量作為比擬對象。一采區開采16 煤層的最低標高為-548.63 m，其十下灰的正常涌水為量26.4 m3/h。計算公式：

式中：Q0為一采區正常涌水量，26.4 m3/h；S0為一采區開采16 煤層的最低點標高，-548.63 m；S為未來5 年開采16 煤層最低點標高，-510.00 m；Q為預計開采16 煤層的正常涌水量。代入上式，Q=25.5 m3/h。未來5 年開采16 煤層的最低標高為-510 m，預計其十下灰的正常涌水量為25.5 m3/h。

3.2 十二灰涌水量預計

開采16 煤層時除了井田西北邊界處突水系數為0.06～0.10 MPa/m 之間，井田內大面積十二灰水突水系數大于0.1 MPa/m，井田開采16 煤層時存在十二灰水的突水影響，十二灰作為16 煤層的直接充水層。井田內無地面鉆孔對十二灰的抽水試驗資料，162-1、162-2 孔井下放水試驗靜水位-242.90～-247.30 m，滲透系數0.137 2～0.170 3 m/d，采區內十二灰平均厚度4.78 m。采用承壓完整井公式：

開采16 煤層，其涌水量為十下灰及十二灰的涌水量之和。正常涌水量為25.5+43.0=68.5 m3/h ≈70 m3/h，最大涌水量取正常涌水量的2.0 倍，最大涌水量為140 m3/h。

4 結論和建議

4.1 結論

（1）開采16 煤層防治水難易程度

16 煤層開采區域最大采深為-510 m。礦井在開采16煤層時，已有多處石門揭露九灰，均未見滴(淋)水，頂板十下灰的涌水量穩定在15 m3/h 左右。預計十下灰正常涌水量為25.5 m3/h，防治水工作簡單易行。

（2）工作面開采前探放水工作

礦井在生產中嚴格按照探放水原則進行施工，并在工作面采前均進行坑透CT 探測，查清工作面構造及其中的不良封閉鉆孔的富水情況，在確保工作面安全的情況下再進行采掘工作。

（3）老空積水探放水工作

開采前先探放相鄰老空積水，消除安全隱患。

4.2 建議

（1）本井田內斷層比較發育，有些斷層的確切位置可能有一定的出入，當接近這些斷層，尤其是落差較大的斷層時，應先探后掘，以確保安全生產。今后應查明井田邊界斷層導水性、富水性的工作中加大工作量，對于礦井以后采掘工作的安全有非常重要的意義。

（2）建議進一步掌握十二灰、十四灰、奧灰的富水規律、動態變化及其相互連通關系，搞清采動作用下的礦井充水規律，以便正確預測礦井涌水量及評價其水害影響，這對于煤礦安全生產具有重要的意義。對于存在奧灰底鼓水威脅的地段采取疏水降壓或注漿加固等措施予以防治。

（3）對于采空積水區，應在其附近或下方工作面開采前及時進行疏放，確保安全生產。

采煤工作面回采前，應當采用物探、鉆探、巷探和化探等方法查清工作面內斷層、陷落柱和含水層（體）富水性等情況，有利于安全生產。

（4）增強抗災能力，建立更完備的排水設施。在防治水工作中應堅持“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原則，采取探、防、堵、疏、排、截、監等綜合治理措施，以達到安全生產、提高資源回收率的目的。