某煤礦礦井充水因素分析及防治水措施建議

[摘要]水是影響煤礦安全生產的主要因素之一，特別是隨著煤炭資源的持續開采，開采深度及規模逐步加大，形成的水文地質條件日趨復雜，大大增加了煤礦對水害的控制難度。分析煤礦礦井充水因素、實施有效的防治水措施是煤礦減少水害發生的重要的手段，本文將在礦井水文地質條件的基礎上分析礦井充水因素，從而提出煤礦防治水措施建議，促進煤礦的安全、可持續開采。

[關鍵詞]煤礦；水文地質條件；充水因素分析；防治水措施

水是威脅煤礦安全生產的主要危險因素之一[1]，一旦失控將嚴重威脅煤礦安全生產，給人民生命財產安全帶來重大損失。特別是隨著煤炭資源的持續開采，開采深度及規模加大，形成的水文地質條件日趨復雜，大大增加了煤礦對水害的控制難度[2-3]。基于礦井水害的威脅性與普遍性，必須全面地認識水害的發生原因及類型，從而為煤礦防治水提供可靠的依據[4-5]。目前煤礦多按照當前與長遠、井下與地面、防治與利用統籌的原則，結合地質、水文地質條件的差異，分別采取防、疏、堵、截的方法予以防治[5]，而分析煤礦礦井充水因素、實施有效的防治水措施是煤礦減小水害發生的重要的手段[6]。本文將在礦井水文地質條件的基礎上分析礦井充水因素，從而提出煤礦防治水措施建議，促進煤礦的安全、可持續開采。

1.水文地質條件

礦區屬構造—剝蝕山地地貌，以中山為主，發育脊狀山?？傮w地勢北西高南東低，區內出露地層從新到老有第四系、三疊系、二疊系地層，含煤地層為二疊系上統龍潭組（P3l），煤礦主要開采C6、C33號煤層。

地下水的補給、徑流、排泄條件：大氣降水是含水層的主要補給來源，礦區東南部為碳酸鹽巖分布區，大氣降水通過巖溶管道、落水洞、溶蝕洼地、基巖裂隙等滲入補給，巖溶裂隙、管道形成徑流，在地形切割深處或斷裂構造處以溶洞及裂隙巖溶泉形成排泄，小部分通過孔隙、裂隙及溶隙下滲補給地下水。礦區范圍內地下水整體流向為北西，各層地下水最終排入區內河流。

2.煤礦充水因素分析

2.1充水水源

直接充水水源：煤系地層龍潭組（P3l）中的碎屑巖類基巖裂隙水將成為未來礦井的直接充水源，該巖組為弱富水性。經礦井開采發現深部存在小型斷層，在構造斷裂、節理裂隙發育及應力破壞的地段，地下水存儲通道較多，含水量相對較大，此區域礦井涌水量會比正常涌水量大。白布河在切過長興組（P3c）和龍潭組（P3l）含水層地層，該地段河谷將成為白布河向礦井充水的主要地段，地下采空引起河床地帶地面塌陷、裂縫、導致河水滲入礦井，白布河將成為礦井的直接充水水體。因此，當煤礦開采低于河水位標高又靠近河流地帶時，應留設必要的防水煤柱。

間接充水水源：礦區總體為一單斜構造，礦區各含水巖組中的地下水主要以垂直補給方式為主。大氣降水是礦區地下水的主要補給來源，由于礦區內煤系地層在地表直接出露，大氣降水一方面補給充水含水層成為間接充水水源；同時又通過煤層露頭小煤窯窯采空區、導水裂隙帶、采空塌陷帶等充水通道直接進入礦井，進而成為礦井充水的直接水源，垮落斷裂帶最大高度估算[7]詳見表2。

計算結果，C6、C33同時都開采時導水裂隙帶高度46.30m，據此，可以認為，當開采煤層在距第四系松散地層底板和基巖分布區地面小于46.30m的范圍內進行開采時，大氣降水、地表水將會對礦井進行充水。

2.2充水途徑

此煤礦開采范圍內地表水體豐富，具有白布河及小型水庫，但只有通過補給通道，才能對礦井進行充水形成突水涌水等水害事故，充水通道可以根據形成因素分為人工通道及自然通道。煤層采后頂板冒裂帶、底板破裂、采煤沉陷區、原小煤礦采空區及封閉不良鉆孔等屬于人工通道，溶裂隙管道、斷層、巖層節理裂隙、空隙帶、張性結構面等屬于自然通道。

2.3充水方式

礦區內龍潭組（P3l）煤系地層由碎屑巖組成，主要為基巖裂隙水含水層，富水性差，正常情況下，充水通道主要以巖層原始構造裂隙以及采礦形成的裂隙帶為主，充水通道規模不大，因此未來礦井充水方式主要以淋水、滴水、滲水為主，呈線狀、面狀、局部股狀。但是采空積水區、導水斷裂帶或者巖溶賦水區附近可能以集中突水方式對礦井充水。當隱伏斷層使龍潭組煤系地層與茅口組灰巖直接接觸時，造成斷層帶兩側未來礦井充水有可能以茅口組中巖溶裂隙、溶洞，巖溶管道方式對礦床充水，形成集中突水。

3.煤礦防治水措施

3.1開拓系統的布設

本礦井采用平硐開拓，有利于排水和水害的防治。大巷及下煤組采區下山布置在玄武巖隔水層中。

3.2留設防水煤柱

按《煤礦安全規程》[8]規定留設防水煤柱。一個井田或一個水文地質單元的防水煤（巖）柱應該在它的總體開采設計中確定，開采方式和井巷布局必須與各種煤柱的留設相適應。對于斷層，留設足夠的斷層防水煤柱，同時在有突水威脅但又不宜疏放或注漿堵水的地區采掘時，必須留設足夠的防水煤（巖）柱，如茅口灰巖（底板）防水煤（巖）柱、地表水體煤柱。留設防水煤（巖）柱參照地質勘探及初步設計等資料，必須與礦井的水文地質條件、煤層賦存條件、圍巖的物理力學特性，地質災害危險性等自然因素密切結合，也要與采煤方法、采面布設、開采規劃、頂底板管理方式、支護方式等人為因素相適應。

白布河從井田內通過，河流保護煤柱留設原則同懸崖煤柱，設計按河流每側留設圍護帶15m，按新生界地層移動角45°，煤系地層走向方向移動角65°、傾向下山方向移動角β=55°，傾向上山方向移動角65°，以此確定河流保護煤柱邊界。

3.3井下水害探測

加強井下防探水的管理工作，在礦井開采作業的過程中，必須嚴格遵守有疑必探的勘探原則，從而降低礦井突水的可能性，針對煤礦中含水量比較高的區域，礦方可使用鉆探物探相結合的方式進行探測，更好的煤礦開展防治水工作，保障煤礦安全、可持續開采。在情況不明的井巷、采空區、導水斷層、涌水點時，必須確定探水線進行探水。對于長壁工作面防探頂板水和構造導水，必須準確掌握各鉆孔的位置、深度、走向與采掘工作面的關系，必須堅持“預測預報、先探后掘”的原則，采掘工作面距鉆孔30m之前，必須打探放水鉆。探放水設備必須防爆及獲得煤安標志，操作人員需具備特種作業上崗證，接受安全技術交底及繼續教育。

3.4注漿堵水措施

注漿堵水可減輕礦井排水負擔，加固井巷或工作面的薄弱地段，減少突水概率。巷道需穿過的軟弱巖層、導水斷裂帶前需進行超前注漿加固，防止突水事故發生，同時避免發生水體軟化巖層，出現冒頂事故。對于采動影響帶、頂板垮落后可能造成突水點、采空區導水帶燈影響采煤、掘進安全區域，進行預注漿。

3.5老窯、采空區水防治措施

進一步核實采空區范圍及積水情況，包括開采過程中的涌水情況和停采后的充水情況。必要時采用地面瞬變電磁法探測、井下鉆探超前探測等，查明采空區、積水區的范圍和積水情況，將調查成果反映到相關圖紙上。根據采空范圍、積水情況具體情況采取針對性的措施，如可采取留設防水煤柱、鉆孔疏放等措施。采取鉆孔疏放措施需確定積水放凈后，才可進行掘進或采掘。

3.6井上井下排水措施

在場區靠山側修筑截洪溝，并在場地內設置排水涵洞，將山洪引到附近的河溝下游，以滿足防洪要求。同時需滿足雨水能順利通過排水溝盡快地排出區外，防止匯集而增大下滲量。礦井采用平硐開拓，開采下一采區時，直接利用大巷開采，工作面涌水排至大巷后，直接自流至地面。但在二采區需布設井下排水設施，根據地質資料，礦井正常涌水量Q正常=209m3/h；最大涌水量Q最大=542m3/h。礦井在+1030m水平設采區水倉及泵房，工作面涌水經煤層順槽自流或采用污水泵排至區段石門，經軌道下山流至+1030m水平采區水倉，采用排水泵集中排至+1195m水平大巷，然后自流出地面。主要水倉設計有主倉和副倉，當一個水倉清理時，另一個水倉能夠正常使用。水倉的有效容量能容納8h的正常涌水量（209m3/h），即不小于1672m3。

5.結論與認識

（1）在礦井水文地質條件的基礎上分析礦井充水因素，對煤礦防治水措施具有重要意義。

（2）煤礦企業在生產過程中，實施有效的防治水措施是煤礦減小水害發生的重要的手段，對促進煤礦的安全、可持續開采具有重要意義。

[參考文獻]

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[8]國家安全生產管理總局.煤礦安全規程（2016）[S].北京：煤炭工業出版社，2016.