莒山煤礦3號(hào)煤復(fù)采水害分析與防治措施

楊樹才

（山西蘭花集團(tuán) 莒山煤礦有限公司，山西 澤州 048002）

莒山煤礦1961年投產(chǎn)，位于晉城市東北部約18 km處的澤州縣巴公鎮(zhèn)三家店村附近。井田地理坐標(biāo)為：東經(jīng) 112°53′01″～112°54′56″，北緯 35°39′37″～35°41′36″。礦區(qū)面積9.016 km2，生產(chǎn)規(guī)模90萬(wàn)t/a。目前3號(hào)煤層已近枯竭，為了緩解水平接替緊張，主要對(duì)原刀柱工作面下棄滯煤炭復(fù)采，探放同煤層采空積水是防治水工作的重要任務(wù)。

1 3號(hào)煤復(fù)采技術(shù)概況

莒山煤礦3號(hào)煤復(fù)采主要回收從前刀柱工作面下的棄滯煤炭，復(fù)采面在原刀柱面基礎(chǔ)上布置，采區(qū)運(yùn)輸及回風(fēng)大巷布置于原采區(qū)隔離煤柱間，復(fù)采面順槽與上分層刀柱面順槽采用內(nèi)錯(cuò)布置，間距5 m，均沿3號(hào)煤底板掘進(jìn)，采用長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化全部垮落法采煤方法。復(fù)采工作面示意圖，見圖1。

圖1 復(fù)采工作面示意圖

2 水文地質(zhì)條件

1）地表水系：井田內(nèi)地表河流不發(fā)育，大小溝谷常年缺水，雨季時(shí)才有洪水排泄，雨過數(shù)小時(shí)水流即減退至消失，屬季節(jié)性河流。

2）含水層：①第四系松散巖類孔隙含水層。②基巖風(fēng)化帶含水層。③二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含水層。④二疊系山西組砂巖裂隙含水層。⑤石炭系太原組砂巖、灰?guī)r巖溶裂隙含水層。⑥中奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層。

3）主要隔水層：①本溪組及太原組底部泥巖、鋁土質(zhì)泥巖隔水層組：奧陶系灰?guī)r頂面為一套以泥質(zhì)巖為主的細(xì)碎屑巖地層，厚度約10.51m，巖性致密、不透水，特別是本溪組的鋁土泥巖，質(zhì)地細(xì)膩，具有極好的隔水性能，為礦區(qū)主要隔水層組，對(duì)下伏奧灰水起到了重要的阻隔作用。②石炭系灰?guī)r、砂巖及二疊系砂巖含水層之間的層間隔水層：均分布有厚度不等的泥巖、砂質(zhì)泥巖等泥質(zhì)巖層，巖性較致密；不透水，阻隔了各含水層之間的水力聯(lián)系，起到了層間隔水作用。

3 主要水害類型分析

1）礦井充水特征：根據(jù)礦井2012-2013年煤炭開采量、降水量、礦井涌水量資料分析，礦井涌水量有隨煤炭開采量增加而增大的趨勢(shì)；礦井涌水量與降水量變化基本一致。煤炭開采量、降水量與礦井涌水量關(guān)系圖，見圖2。

圖2 煤炭開采量、降水量與礦井涌水量關(guān)系圖

礦井充水特征主要有：①礦井涌水量與煤炭開采量變化總體趨勢(shì)基本一致（見圖2），但在不同時(shí)段又有差異，說(shuō)明煤炭產(chǎn)量增大時(shí)，礦井涌水量的增大是必然趨勢(shì)。②礦井涌水量與降水量變化關(guān)系基本一致，見圖2，但在不同的開采部位，由于煤層埋藏深度的不同，礦井涌水量和降水量的變化存在差異。

2）地表水體：大氣降水和地表水是礦井充水的間接水源之一。多年平均降水量573.8 mm，主要集中在7～9月份，受季節(jié)性影響較大，具有明顯動(dòng)態(tài)特征。洪水期可經(jīng)不同成因的基巖裂隙及松散沉積物孔隙在裂隙溝通時(shí)進(jìn)入礦坑；受采掘活動(dòng)影響，產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶最高可達(dá)163 m，部分地段可溝通地表。在淺部，開采產(chǎn)生的塌陷裂隙，會(huì)直接溝通與地表水的聯(lián)系；在雨季，降水沿著裂隙，直接進(jìn)入礦井。

2）地下水：開采3號(hào)煤層，將構(gòu)成K8砂巖、K9砂巖含水層的聯(lián)系；局部的隔水層變薄地段，將會(huì)溝通K10含水層。因此，K8砂巖、K9、砂巖、K10砂巖含水層是3號(hào)煤層的直接水源。由于含水層均為弱富水性，補(bǔ)給條件較差、一般性充水，因此對(duì)礦井危害不大。

3）同煤層采空積水：經(jīng)多年開采，3號(hào)煤層己有大量采空區(qū)，會(huì)對(duì)同煤層復(fù)采造成積水影響。依據(jù)《煤礦安全手冊(cè)》第五篇中，采空區(qū)積水估算公式：

式中：K為采空區(qū)充水系數(shù)（介于0.25～0.5之間）；M為采空區(qū)的平均采高線或煤厚，m，取5.70 m；F為采空積水區(qū)的水平投影面積，m2；α為煤層傾角，°。算得結(jié)果：積水面積153 109 m2，預(yù)計(jì)積水量186 746 m3。由于3號(hào)煤層開采范圍較大，并有一定量的積水，雖然說(shuō)基本掌握采空區(qū)范圍與積水量，依然必要引起高度重視、采取防范措施，防止水害事故。

4 水害防治措施

4.1 地表水害防治

井田內(nèi)河流、溝谷常年無(wú)水，雨季才有洪水排泄。雨季到來(lái)之前，專項(xiàng)成立防治水領(lǐng)導(dǎo)組，完善目標(biāo)計(jì)劃，統(tǒng)籌安排，常備防洪專用的物資設(shè)備，加強(qiáng)雨季前排水系統(tǒng)的檢查檢修工作，確保備用水泵、管路齊全完好，并符合相關(guān)規(guī)定。組織相關(guān)人員對(duì)河流、溝谷中障礙物進(jìn)行清理，對(duì)河道進(jìn)行疏通，保證雨季安全泄洪。對(duì)因受采動(dòng)影響形成的塌陷、裂隙等進(jìn)行填埋，防止雨季洪水通過裂隙潰入礦井。

4.2 采空積水探測(cè)

探測(cè)方法有兩種：超前物探和超前鉆探。

1）綜合物探。首先利用綜合物探方法，探測(cè)工作面內(nèi)部原刀柱工作面上分層采空積水情況及富水區(qū)段，分析工作面地質(zhì)異常區(qū)域水文情況，以便有效指導(dǎo)工作面布置及采掘中防治水的技術(shù)實(shí)施，見圖3。綜合物探方法的選擇。①探測(cè)目的：主要探測(cè)采掘前方及頂板富水區(qū)段，同煤層采空積水情況等。②物探方法特征：物探方法須對(duì)構(gòu)造敏感，對(duì)富水區(qū)段敏感，針對(duì)性、有效性和可靠性強(qiáng)。③原則：以井下物探為主，地面物探為輔。以一種物探方法為主，其它物探方法為輔，盡量減少物探解譯多解性的不足；適合工作面地質(zhì)、水文地質(zhì)條件特征。

圖3 物探方法及作用圖

2）必要鉆探：防治同煤層采空水的有效方法就是探水掘進(jìn)，在有足夠幫距、超前距和控制鉆孔密度的掩護(hù)之下，方可逐步循序漸進(jìn)。根據(jù)原刀柱工作面圖紙資料及物探結(jié)果，分析復(fù)采工作面水文地質(zhì)情況，查明原刀柱工作面遺留煤體及老空水體的空間位置、積水區(qū)域、水壓，采用長(zhǎng)探與短探相結(jié)合的方式、合理布置探水鉆孔，針對(duì)性地探放水。探放水鉆孔分兩組布置（長(zhǎng)探1組、短探1組）見圖4。①長(zhǎng)探：在巷道前方平行于煤層底板方向探測(cè)，布置3個(gè)鉆孔，鉆孔距巷道底板高度1.0 m，中間鉆孔垂直煤幫，孔間距100 cm，兩幫鉆孔夾角10°，并按規(guī)定保持足夠的安全距離。②短探：主要探測(cè)掘進(jìn)巷道前方原刀柱工作面上分層空區(qū)，在巷道前方沿煤層方向大于煤層傾角3°布置3個(gè)鉆孔，鉆孔距煤層底板1.5m，孔間距均為120 cm，兩幫鉆孔夾角20°，超前距離不低于30 m。

5 結(jié)束語(yǔ)

圖4 掘進(jìn)工作面鉆孔布置示意圖

根據(jù)3號(hào)煤復(fù)采工作面采空積水具有分散、孤立、隱蔽性特點(diǎn)，及其動(dòng)態(tài)發(fā)展過程，結(jié)合物探成果、圖紙、資料，要認(rèn)真細(xì)致地對(duì)復(fù)采工作面地質(zhì)構(gòu)造、充水因素、水文地質(zhì)情況進(jìn)行分析，掌握水害類型及其重要性，采取有效的防治水措施，探明復(fù)采工作面水文情況，順利探放出原刀柱工作面采空積水，確保礦井安全生產(chǎn)，才能順利復(fù)采原刀柱工作面棄滯煤炭，提高資源回收率，緩解了礦井水平接替緊張，獲得安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]李延輝.防治老空水技術(shù)途徑[J].山東煤炭科技，2004（5）:38-39.

[2]王晚寧.水害致因及其防治措施[J].中國(guó)煤礦安全，2012（6）:40-44.