昌吉寶平煤礦水害隱蔽致災因素分析

周梓欣，雍曉艱

(1.新疆煤田地質局，新疆 烏魯木齊 830091；2.新疆煤炭綜合勘查院，新疆 烏魯木齊 830091)

0 引言

安全生產是煤礦生產和建設的重要內容，在煤礦突發事故(除頂底板事故)造成的人員財產損失中，水害事故僅次于瓦斯事故[1 -2]。引起煤礦安全事故的隱蔽致災因素很多，包括瓦斯、水災、沖擊地壓、火災等。針對隱蔽致災因素，學者們開展了大量研究。例如，葛均剛、劉建平等[3 -9]針對煤礦隱蔽致災因素，特別是水害致災因素進行了研究，并提出了相應的防治措施。借鑒上述研究成果，以昌吉市寶平煤礦為研究對象，系統研究地下含水體對煤礦安全生產的影響，并提出一定的防治措施和建議，以期為煤礦水害預防及治理提供理論依據。

1 工程概況

寶平煤礦位于準南煤田硫磺溝礦區，行政區劃屬昌吉市管轄。中侏羅統西山窯組是礦井主要含煤地層，共含煤18層，其煤層自上而下編號為1～18號，4-5、7、9-10、14-15號煤層為本區主要可采煤層，賦存于西山窯組下段。寶平煤礦建于20世紀90年代，原生產能力為年產3萬t，開拓方式為平硐配合暗斜井提升，斜井通風。2006年以來，經多次技改和改擴建，于2013年2月改擴建為年產60萬t礦井，開采標高為835～1 200 m。礦井實際首采煤層為4-5號，首采采區為+1 060 m水平，2015年度4-5號煤層延伸至+972 m水平，已回采完并已封閉。2016年度開采煤層為9-10號，南翼皮帶運輸順槽+1 085 m、軌道回風順槽+1 104 m水平，該采區于2016年8月密閉，回采走向長度360 m。在礦區東部邊界布置3條暗斜井下山巷道，分別為軌道上山、回風上山、皮帶上山。2017年繼續在礦區東部邊界3條暗斜井下山巷道進行掘進，現下山巷道、井下車場及水倉等輔助設施已形成，回風下山巷、軌道下山巷均與9-10號煤+1 120 m水平回風順槽聯通。

礦井采煤方法為走向長壁綜合機械化一次采全高。依據2021年生產資料，4-5號煤層井田范圍內已采完；9-10號煤層11901、11902工作面已回采完畢，11903綜采工作面正在回采(現暫停產)，設計長度720 m，已回采長度260 m；111401回風順槽正在掘進，掘進長度640 m，111401運輸順槽正在掘進，掘進長度78 m。寶平煤礦周邊分布有多個小煤礦，相鄰礦井分布情況如圖1所示。該煤礦西南部有3個煤礦，東南部有2個煤礦，相鄰5個煤礦均已關閉。

圖1 寶平煤礦與相鄰礦井位置示意Fig.1 Location of Baoping Coal Mine and adjacent coal mines

2 地下含水體分布及賦水情況

對該礦水文地質等相關情況進行勘察得知，可能對該礦安全生產構成水害威脅的有采空區、火燒區、含水層分布及賦水情況[10]。

2.1 含水層分布及賦水情況

2.1.1 含水層(段)劃分

井田地層由松散巖類和沉積碎屑巖類組成，以較穩定的厚層巖性段劃分含(隔)水層(段)。區域共劃分8個含(透)水層，詳見表1。

表1 含水層(段)劃分一覽

2.1.2 第四系松散物含(透)水層組(Ⅰ)

2.1.3 中侏羅統頭屯河組下段含(隔)水層組(Ⅱ)

分布在井田西北部，呈東北—南西走向，條帶狀展布，巖性以厚層狀粗砂巖、砂礫巖為主，泥質膠結，厚度4.8～11.5 m，大氣降水為其補給源，井田內該含水層為透水不含水層。

2.1.4 中侏羅統西山窯組上段含(隔)水層組(Ⅲ)

Ⅲ1含水層：西山窯組上段上部含水層。主要巖性為中砂巖、粗砂巖，多為泥質膠結，X節理裂隙發育，在區內南東部出露于地表，厚度25.97～184.29 m，平均厚度89.18 m。據井下實地觀測，此含水層中無水滲出，在礦區東南部(淺部)透水不含水，西北部(深部)含水。

Ⅲ2含水層：西山窯組上段底界含水層。巖性為中砂巖、粗砂巖、砂礫巖，俗稱“豆腐渣砂巖”，為泥質膠結，遇水易散，X節理裂隙較發育，厚度13.02～33.51 m，平均厚度28.22 m，北部、南部厚，中部薄，富水性弱。

2.1.5 中侏羅統西山窯組下段含(隔)水層組(Ⅳ)

Ⅳ1含水層：西山窯組下段上部含水層。巖性以粗砂巖、中砂巖為主，局部含砂礫巖，多為泥鈣質膠結，厚度33.41～53.74 m，平均厚度44.50 m，厚度較穩定，地表零星分布于井田外東南部。Ⅳ1含水層與Ⅳ2含水層間的G5隔水層較薄，開采后產生的裂隙，將溝通Ⅳ1含水層與Ⅳ2含水層，本含水層為煤礦直接充水含水層。

Ⅳ2含水層：西山窯組下段下部含水層。巖性以煤層為主，裂隙發育，厚度118.70～130.75 m，平均厚度124.30 m，厚度較穩定，為弱含水層，其在地表出露較少。

據礦井涌水觀測分析，該礦井目前主要開采9-10號煤層，其主要充水水源為上部的4-5號煤采空區水和9-10號煤層頂板砂巖孔隙裂隙含水層水，以頂板淋水方式向礦井充水。礦井主要可采煤層共4層，累積采厚平均38.75 m。煤層開采過程中產生的導水裂隙帶是礦井突水的通道[11]，經計算，重復采掘擾動下煤層采動導水裂隙帶發育高度31.21～188.45 m，可直接揭露煤層頂板砂巖裂隙含水層，因此第Ⅲ孔隙、裂隙含水層易構成煤層開采的直接充水水源。

第Ⅰ孔隙含水層與第Ⅱ孔隙含水層：主要分布在井田的深部，距離主采煤層頂板間距一般大于200 m，煤層導水裂隙難以直接揭露，但在斷層發育區段存在沿著導水裂隙進入采掘空間或者下部的砂巖含水層的問題，因此第Ⅰ孔隙含水層與第Ⅱ孔隙含水層易構成煤層開采的間接充水水源。

綜上分析，寶平煤礦西山窯組含水層水為礦井直接充水水源，富水性弱。其他含水層為礦井間接充水水源，對煤礦未來3年開采活動影響較小。

2.2 采空區分布及賦水情況

老空水害是影響和威脅礦井生產安全的一大隱蔽致災因素[12]，在煤礦開采過程中，極易溝通老窯積水，造成礦井透水事故。采空區分布及賦水情況對煤礦安全生產的影響既要考慮本礦井采空區及賦水情況，也要弄清可能對本礦井安全生產產生影響的周邊礦井采空區及積水情況。

寶平煤礦4-5號、9-10號及14-15號煤層在淺部由上至下基本都進行了開采，屬于多煤層開采。該礦開采區內4-5號煤層已開采完畢，4-5號煤層+920 m水平南翼運輸順槽積水。周邊相鄰的煤礦一、煤礦二、煤礦四均對4-5號煤層進行了開采，西南部的煤礦一、煤礦二4-5號煤層采空區無積水，東北部的煤礦四4-5號煤采空區全部積水，如圖2(a)所示；寶平煤礦開采區內9-10號煤層已大部分開采完畢，現正回采11903工作面，其南側的11902工作面部分積水，周邊煤礦二、煤礦三、煤礦四、煤礦五均對9-10號煤層進行了開采，煤礦二、煤礦三、煤礦五9-10號煤采空區無積水，煤礦四9-10號煤采空區部分積水如圖2(b)所示；寶平煤礦僅在早期對開采區南部的14-15號煤層進行部分開采，未來3年將布置14-15號煤工作面。周邊煤礦二、煤礦三、煤礦五對14-15號煤層進行了開采，西南部的煤礦二、煤礦三14-15號煤采空區無積水，東北部的煤礦五14-15號煤采空區積水如圖2(c)所示。

因此，本礦井開采中存在采空區積水沿著淺部地層向深部側向徑流的問題，易構成深部煤層開采的間接充水水源。同時，由于相鄰煤層間距一般均小于15 m，因此上部煤層采空區積水易構成下部煤層開采的直接充水水源，存在一定的水害隱蔽致災因素。在前期開采中對礦井采空區積水進行了疏放，不存在大量積水現象，但礦井未來在近距離煤層群下部掘進時應注意對上部采空區積水進行疏干。

圖2 各煤層開采區及擴大區采空區分布及積水情況示意Fig.2 Distribution and ponding of goaf in each coal seam mining area and expansion area

2.3 火燒區分布及賦水情況

寶平煤礦及周邊礦井的南部均存在火燒區，在火燒區底界有3處含水區，分別為H1、H2、H3，如圖3所示。H1、H2位于工作區西南部，H3位于工作區東南部。3處火燒含水區均遠離現礦井開采范圍，工作區中部現礦井開采范圍附近火燒區不含水。在工作區有2處煤層頂板砂巖相對富水區，分別為S1、S2，S1位于工作區西北部，S2位于工作區東北部。

圖3 火燒區底界含水區與煤層頂板含水區分布位置示意Fig.3 Distribution position of water bearing area at the bottom boundary of burning area and coal seam roof

2.4 涌水量

礦井近年內涌水量見表2，其中2021年度數據截止到6月份。礦井正常涌水量為21 m3/h，近年最大涌水量42.08 m3/h，從礦井涌水量來看，該礦井水文地質類型為簡單型。

表2 近年礦井涌水量統計

3 結論

(1)礦區內含水層富水性弱，火燒區、老空區位置范圍及賦水性清楚，經過分析認為，影響該煤礦安全生產的水患主要為含水層水、老(采)空水。在礦井生產中，要注意水害的探查，建設礦井排水系統。

(2)第Ⅲ含水組(西山窯組含水層)易構成煤層開采的直接充水水源，其他含水層為礦井間接充水水源。西山窯組含水層水以靜儲量為主、富水性相對弱，這些含水層水沿著構造裂隙及回采放頂冒落裂隙帶直接向礦井充水，但是其水量較小，補給較差，在開采中保證礦井及工作面排水能力即可保障安全生產。具體為及時預測局部含水層的賦存規律，針對特殊情況制定相應措施，在穿層施工時，做好含水層的綜合超前探測，查清其富水性，做好回采前的頂板含水層探查，并進行實時動態檢測，對于局部存在異常富水含水層區域，做好疏放工作。

(3)為消除采空區積水隱患，要加大對采空區積水隱患探測與排查，掌握采空區分布范圍及礦井采空區相連通的導水巷道，對有積水的采空區進行疏放；對所有處于采空區附近的采掘工程，采取物探先行、鉆探驗證的防治水手段，查明采空區積水情況，疏干積水后，方可進行采掘作業；開采下部煤層時，應對上部煤層采空區積水進行探放，要堅持先探后采的原則；對礦內采空區必須留設足夠的防隔水煤柱，礦井周邊采空區同樣需要留設足夠的防隔水煤柱，禁止違規越界掘進；仔細排查采空區上部的塌陷坑及裂隙帶，采區地表充填以及設防洪溝渠等手段，防止雨水和洪水潰入井下采空區。