山西朔州北岭煤矿矿井充水因素分析及水害防治措施

山西朔州北岭煤矿矿井充水因素分析及水害防治措施

杜敏

杜敏DUMin

（山西中煤平朔北岭煤业有限公司，朔州036000）

（ShanxiZhongmeiPingshuoBeilingCoalMineCo.，Ltd.，Shuozhou036000，China）

摘要：矿井突水的预防预报是指查清矿井水文地质条件，对水害做出分析判断。本文以山西朔州北岭煤矿防治水为例，论述了矿井突水预测预报的方法，以理论结合实际，为预防矿井突水提供依据。

Abstract:Thepredictionandforecastofminewaterinrushmeanstoidentifyminehydrogeologicalconditions,analyzeanddeterminethewaterdisasters.ThispapertakesthewaterpreventionandcontrolofShanxiShuozhouBeilingCoalMineasanexample,discussesthepredictionandforecastmethodofminewaterinrush,integratestheorywithpracticetoprovidebasisforthepreventionofminewaterinrush.

关键词：矿井突水；预测预报；措施

Keywords:minewaterinrush；predictionandforecast；measures

中图分类号院TD745文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）07-0311-02

引言：

矿井水害一直是制约我国煤炭生产发展的重要因素之一，频繁发生的突水事故严重威胁着煤矿的安全生产。根据最新颁布的《煤矿防治水规定》，防治水原则是坚持“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”的十六字方针。“预测预报”是水害防治的基础，要在查清矿井水文地质条件的基础上，对矿井生产区域的地质构造情况，水害类型等进行分析，提出预防处理水害的措施，因此，矿井突水的预测预报是遏制矿井水害事故发生至关重要的环节。

北岭矿区位于沁水煤田西北边缘，井田属黄河流域汾河水系，水文地质条件分类为中等型，正常情况下，矿井充水水源为奥陶系中统碳酸盐岩岩溶裂隙含水层。

1矿区充水因素分析与水文地质类型

1.1地表水体对矿井开采的影响井田位于洪水泉排泄区，地表无大的水体。由于井田内地形坡度大，沟谷深切，加之煤矿采空导水裂隙带在局部通达地表，故存在地表水局部向矿井充水的可能。

1.2直接充水含水层对煤层的充水影响井田内的9、11号煤层的直接充水含水层为富水的K2、K3、K4灰岩含水层，该含水层是对下组煤开采影响较大的含水层。在断层附近，由于构造对隔水层的破坏，使各含水层间产生横向及垂向水力联系。因此开采各煤层时矿井充水条件将发生较大转变，给矿井安全带来隐患。

1.3生产矿井充水条件井田内断裂构造较为发育，断层带一般无胶结，富水条件好，往往沟通纵向上不同的含水层和横向上相邻地段的含水层，造成矿井局部集中充水。历史上，井田曾存在众多小煤窑，开采5号、9号和11号煤层，形成一定规模的古空区，古空区内有一定量的积水，加之井田岩层倾角较大，节理裂隙和断裂构造发育，雨季时大气降水向深部补给地下水，往往在短期内进入9号和11号煤层巷道和工作面，给矿井生产带来影响。

1.4矿坑充水因素分析本井田批准开采2号-11号煤层，其中5号煤层零星可采，9号和11号煤层全区稳定可采。

主要可采煤层中，5号煤层以顶板充水为主，因其顶底板均为泥岩（或砂质泥岩），充水方式以构造节理裂隙和断层破碎带导水为主。5号煤层大多位于浅部，地表水和大气降水补给周期短，不同时间段矿井充水规模变化大。由于均为历史上小煤窑开采，顶板大多已冒落，其积水形式以冒落物孔隙积水为主。

井田东部、南部有大面积9号煤层采空区，受煤层形态和构造特征影响，东部和南部采空区积水可能分别对西部、北部井巷工程造成影响。

井田东南部小煤窑古空区均位于浅部，且水平大多高于沟谷底部，接受大气降水补给后，在较短的时间段内顺岩层面排向地表，故积水量较小。

1.5井田内采空区积水情况井田内9、11号煤层有采空区。

据调查，采空区内有积水、积气现象。因采空区密闭（或已关闭坍塌），无法进行采空区积水深度及积水量的观测，本次采用《煤矿安全手册》中老空区积水估算公式，对采空区积水进行估算。估算公式：

Q积=KMF/cos琢

式中：Q积—相互连通的各积水区总积水量（m3）；M—煤层厚度（m）；F—采空积水区水平投影面积（m3）；琢—煤层倾角（毅）；K—充水系数，取0.3。井田内采空区积水量估算结果表见表1。

算，井田内采空区积水面积约为2071894m2，积水总量约为567184.83m3。

1.6煤层突水系数计算各煤层底板突水系计算采用国家安全生产监督管理局第28号令公布施行的《煤矿防治水规定》附录4公式：T=P/M

式中：T—突水系数（MPa/m）；P—底板隔水层承受的水压（MPa），奥陶系岩溶水位919.96m；M—底板隔水层厚度（m）。

根据公式计算出各地段各煤层底板之奥灰突水系数，并划分出带压开采区、岩溶水岩层正常块段突水性安全区和突水性危险区。由于井田大部分范围内11号煤层底板标高于奥陶系岩溶裂隙水水位标高，仅2-1号钻孔以西11号煤层底板标高低于奥陶系岩溶水水位标高，属带压开采，故本次仅计算该地段9号和11号煤层的突水系数。突水系数计算结果见表2。

从表2的计算可以看出，DK1号钻孔以西地段9号和11号煤层均属带压开采。9号煤层在杜家村南、FM1正断层以西部分属岩溶水岩层正常块段突水性安全区，11号煤层在杜家村南、煤层底板730m标高至FM1正断层属岩溶水岩层正常块段突水性安全区，FM1正断层以西属突水性危险区。

1.7采空积水对矿井充水的影响井田内主要可采煤层包括9号煤层，全区稳定可采；11号煤层，全区稳定可采。

9号煤层厚2.39m，顶板为石灰岩；9号煤层与11号煤层间距平均为16.19m，两煤层间主要岩性为砂质泥岩和粉砂岩。最大冒落带高度按下式计算。

H=4M

式中：H—冒落带最大高度（m）；M—煤层累计采厚（m），9号煤层取2.39m，11号煤层取3.29m。煤层导水裂隙带最大高度按下式计算。

H=100M/(3.3n+2.1)+5.1

式中：H—导水裂隙带最大高度（m）；M—煤层累计采厚（m），9号、11号煤层分别取2.39m、3.29m；n—煤分层层数，取1。

计算得，9号煤层最大冒落高度9.56m；11号煤层最大冒落高度13.16m，小于其与9号煤层平均间距；9号煤层导水裂隙带最大高度为49.36m；11号煤层导水裂隙带最大高度为66.03m，大于其与9号煤层的间距，11号煤层开采后将影响9号煤层的正常开采。

2防治水措施总结

随着矿山开采规模的不断扩大，采空区面积增加，势必对基岩的稳定性造成影响，引起地面裂隙、地面塌陷、地表岩移等地质灾害，形成地表水与井巷及采空区之间良好的联系通道，影响矿井安全生产。为了预防水灾水害，提出以下预防措施。淤井田煤层埋藏深度较小，注意煤层浅处有采空区、古空区存在，严格遵循“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”方针，杜绝水害事故发生。于井下采掘至井田边界时，应预留井田保安煤柱，以防周围煤矿采空积水对矿井突水造成灾害发生。盂井下巷道沿煤层布置，受煤层起伏影响较大，巷道中可能发生积水现象，在矿井生产期间应根据实际情况，在巷道适当位置设置水仓，由水泵将积水排出，确保井下巷道畅通。榆雨季来临前要及时清理地面防洪沟渠，做好地面塌陷坑、裂隙等填埋工作，并用粘土夯实高出地表，防止洪水危害矿井。虞在开采煤层时，应加强对断层的观察，在断层两侧应留足保安煤墙，在穿越断层开采时，应对断层两侧提前进行水泥砂浆灌注，并请有关部门进行论证。

参考文献：

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[2]郑世书，陈江中等.专门水文地质学[M].徐州：中国矿业大学出版社，1999.

[3]韩金旺,张鹏.大庄矿水害因素分析及防治[J].中州煤炭，2008(05).