正幫煤業開采水害影響程度與防治工作建議分析

張智鵬

（孝義市應急管理局，山西 孝義 032300）

0 引言

近年來，隨著煤礦開采深度的持續加大，如今水害問題對煤礦安全生產的影響也在日益凸顯。在此情況下，煤礦開采前必須要采用合適的開采水害探查技術對煤礦開采水害影響程度進行綜合分析，進而提出針對性的防治工作建議[1]。因此，以正幫煤業為研究案例，綜合分析開采水害影響程度，并提出開采水害防治工作建議，可為正幫煤業實際開采提供參考的同時，也可以為其他同類煤礦提供支持，因而具有一定的研究意義。

1 工程概況

正幫煤業井田分屬于山西省孝義市，礦區工業長度位于孝義市西南方向35 km 處。井田面積為11.651 4 km2，東西長4.341 3 km，南北寬3.999 7 km，煤層開采深度標高為670～880 m。在地形地貌方面，井田處于呂梁山中段東麓，屬于黃土高原低山丘陵地區，區域內存在多個大型沖溝，整體地勢較為陡峻。在自然氣象方面，井田區域屬于暖溫帶大陸季風性氣候，全年溫差較大，降雨集中，春季和秋季干旱多風，夏季酷熱多雨，冬季寒冷干旱，年均溫度為10 ℃，年均降水量為500 mm，降水主要集中在6—9 月份，無霜期為180 d。在水文方面，井田區域屬于黃河流域汾河水系，主要河流為交口河，平時水流量較小，雨季水量激增，汛期有洪水危險。井田設置有永久排水系統、主副水倉，現有排水設施和排水能力符合現行標準要求。現如今，正幫煤業井田已經制定未來三年的生產采掘部署方案，為確保后續井田開采的安全有序推進，還應實施開采水害影響程度分析，并提出對應防治工作意見。

2 正幫煤業開采水害影響程度評價分析

根據正幫煤業未來三年采掘部署方案，如圖1 所示。結合區域地質水平條件綜合分析確認煤礦未來開采中主要面臨的水害為采空區積水，其次為大氣降水、地表水以及圍巖含水層水。在正常地段區域，影響礦井充水的主要因素為圍巖含水層水，其次為老空水；在構造發育段與小窯破壞區附近區域，影響礦井充水的主要因素為老空水，其次為圍巖含水層水。具體水害影響程度評價如下：

圖1 正幫煤業未來三年采掘活動范圍

1）地表水及大氣降水：區域內溝谷發育，水體均為季節性水體，雨季水流量較小，在暴雨影響下易出現洪水災害，但在暴雨結束后迅速退去，難以實現地下水長時間補給。同時，煤礦井口標高超過區域最高洪水水位線標高，所以洪水一般不會通過進口漫流至井下。總體來說，地表水和大氣降水對礦井充水影響較小[2]。

2）煤系地層含水層：正幫煤業靜態主要穩定可采煤層為9#、10#、10#+11#煤層，該些煤層的直接含水層為煤層上部圍巖中的灰巖含水層，其次為砂巖含水層，相關含水層的充水富水能力較弱。另外，煤層礦井水主要來源為孔隙含水層和裂隙含水層，出水多表現為滴水和滲水，出水量較小，對煤層開采影響較小。主要影響工作面為11101 工作面、11104 工作面、11105工作面、13101 工作面、13103 工作面。

3）奧灰巖溶含水層：奧灰巖溶系含水層的標高為527～529 m，而井田等最低標高為675 m，處于奧灰巖溶含水層之上，所以奧灰巖溶含水層對井田開采無影響。

4）采空積水：根據實際情況來看，井田開采主要受到9#煤層采空區積水、9#+10#+11#煤層物探積水異常區威脅。此外，井田開采也會受到老采空區積水的影響，雖然老采空區距離較遠，物探結果無異常，但仍然需要提高重視。總體來說，采空積水對井田開采的影響程度為中等水平。主要影響工作面為11101 工作面、11104 工作面、11105 工作面、13101 工作面、13103 工作面。

3 正幫煤業開采水害防治工作建議

根據正幫煤業礦井充水條件及地質水文特點，提出以下開采水害防治工作建議

1）地表水綜合治理：雖然地表水對井田開采影響較小，但在雨季時，地表水仍有沿導水裂隙帶進入，導致淹井事故風險。因此，應加強井田內地表低洼區域、易積水區域的綜合治理工作，定期檢查地表區域內是否存在導水裂隙或者其他導水通道，若是發現區域內存在導水通道，應及時采用回填等方式進行處理。另外，還需要對區域內地上水系進行全面檢查，確認地上水系是否存在滲漏、塌陷等情況，并做好雨季暴雨預報、預警、預防以及應急絕緣工作，實施井田內部排水設施加固、疏通作業，保障井田水害綜合應對能力[3]。

2）完善排水系統與應急處理預案：為保障井下排水系統的持續運轉，應定期實施水泵及其他排水設施的檢修作業，并安全專業人員對礦區各排水點以及排水系統綜合排水能力進行全面檢查。同時，還需結合井田實際情況，制定完善的水害應急救援預案，定期安排水害應急演練，儲備充足的應急搶險救援物資和設備，多方面結合共同保障水害應急救援能力。

3）采空區積水防治工作：根據水害影響程度評價結果可知，正幫煤業主要面臨的水害影響為采空區積水，所以必須要做好采空區積水防治工作。具體來說，在開采接近采空區和鉆孔、廢棄井筒時，應提前對采空區積水進行探測分析，及時開展探放水作業，并預留防隔水煤柱。在礦井東部區域開采時，應提前實施探測作業，預防鄰近礦井采區積水透水事故。在實施10#、10#+11#煤層開采時，應前排放同層及上層采空區積水。所有采空區積水排放作業均應充分考慮水頭壓力，嚴格按照現行規定要求布設排水孔，保障排水安全[4]。

4）工作面防水及構造防水：在實施煤礦開采作業前，應結合區域煤層特點制定完善的工作面防治水工作計劃，并嚴格落實工作面防水工作。開展巷道設計及布置時，應對現有地質水文資料進行全面分析，遵循“先易后難、由淺入深”的原則制定完善的巷道設計方案，并以此基礎有序推進巷道開采作業。合理設置首采區，在首采區中推行試采作業，總結歸納經驗，對現有巷道設計進行持續優化調整。當巷道掘進值斷層、陷落柱等構造區域，應對構造區域進行探測分析，確定構造區域分布特點及含水性，合理制定防治水工作計劃，依計劃開展后續防治水作業[5]。

4 開采水害防治工作建議的工程應用成效

在2017 年—2022 年期間內，正幫煤業井田一采區11101 工作面、11104 工作面以及采空區東西向三條大巷主要面臨采空區積水問題，為消除水患影響，正幫煤業開采作業中根據水害防治工作建議開展防治水工作，對采空區積水進行有效治理，共計疏放采空區積水約369.5 萬m3，具體情況如下：

1）三條大巷放水情況：輔運大巷共計放水約55 615 m3。在經過多車鉆探后，于2019 年7 月，分別在輔運大巷設置14 個鉆探孔，具體鉆探孔布置如圖2所示。鉆探后確認鉆進9#煤空巷的2 個鉆孔無水，鉆井10#煤空巷的7 個鉆孔中部分有水，在后續持續觀測后發現出水量持續減小，最后變為無水，證明輔運大巷放水效果良好。

圖2 輔運大巷鉆探孔布置示意圖

主運大巷經過三個月放水后確認積水已放盡，共計放水約95 389.6 m3。在經過多車鉆探后，于2019 年9 月設置15 個鉆探孔進行鉆探分析，具體鉆孔布置如圖3 所示。鉆探后確認鉆進9#煤空巷的2 個鉆孔無水，鉆井10# 煤空巷的7 個鉆孔中部分有水，在后續持續觀測后發現出水量持續減小，最后穩定在50 m3/h，證明主運大巷放水效果良好。

圖3 主運大巷鉆探孔布置示意圖

回風大巷截止2019 年年底共計含水量為90.3萬m3，共設置49 個鉆探孔，實施2 次物探和7 次化探，最終于2019 年9 月確認出水量降為0，后續持續關注中未發現大規模出水情況，證明回風大巷放水效果良好。

2）工作面疏放水情況。11101 工作面和11104 工作面分別放水45.4 萬m3和13 萬m3，在經過多次鉆探分析后確認兩工作面已徹底無水后將所有出水鉆孔封閉。

5 結語

以正幫煤業為研究案例，結合井田開采水害影響程度，合理提出水害防治工作建議，根據正幫煤業實際井田開采水害防治工作情況來看，相關水害防治工作建議具有較強應用成效，可在其他同類井田開采水害防治工作中進行參考應用。