如何有效防治慈林山煤矿涌水问题

　　下面文章主要针对慈林山煤矿的涌水问题，通过地质勘探研究煤矿水文地质条件，使用大井法和水文地质比拟法的科学计算方法预测矿井涌水量。最终发现：慈林山煤矿9号煤层开采的主要充水水源是第四系松散层潜水含水层和3号煤采空区积水，导水通道是煤层开采形成的垂向导水裂缝带。采空区积水具有突发性强、水量大、来势猛、破坏性大且有腐蚀性等特点，采用井下疏放水方案对采空区积水进行防治，为采掘工作安全开展提供保障。

　　关键词：慈林山煤矿,涌水量预测,水害防治

　　煤矿水害是与矿井瓦斯、火灾等并列的矿山建设与生产过程中最常见的主要威胁矿井安全生产的灾害之一[1]。在煤矿建设和生产过程中，由于矿井水文地质条件的复杂性和人们对矿井充水要素认知的局限性，常常会因为矿井水害防治措施的不到位或其他超越人们认识能力的隐蔽型水害条件的存在，造成多种类型的矿井水害[2]。

　　多年来大量的矿井水害事故显示，发生矿井水害的主要充水水源有老空水、地表水、孔隙水、裂隙水、岩溶水等，造成矿井水害的主要导水通道有断层、陷落柱、采动裂隙和封闭不良钻孔等[3]。近年来，晋陕蒙地区大量的煤矿在生产过程中遇到了顶板溃水溃沙导致的矿井水害事故，直接威胁矿井安全生产和人民的生命财产安全，造成严重的人员伤亡和经济损失[4]。

　　在慈林山煤矿范围内，奥灰承压水位低于15号煤层底面约100m，据此分析奥灰水不会影响下组煤开采。但是由于9号煤层距3号煤层采空区平均45m，因此9号煤开采首先面临的是3号煤老空积水的严重威胁。由于老采空区水害具有突发性强、水量大、来势猛、破坏性大且有腐蚀性等特点，对矿井采掘工作面人员及安全生产构成极大威胁，轻则使工作面、采区停产，重则可能导致开采水平甚至全矿井被淹。因此，探究慈林山煤矿涌水问题及水害防治有着尤为重要的现实意义。

　　1矿井概况

　　慈林山煤矿位于长治市长子县慈林镇庄头村北。该矿始建于1953年，井田范围内含可采煤层3层，自上而下煤层编号分别为3、9、15号煤层。全矿井共布置2个回采工作面，4个掘进工作面。矿井采用斜井、立井联合开拓方式，现设有主斜井、副立井、进风斜井和回风斜井，其中主斜井倾角18°。2010年7月，3号煤层工作面全部结束开采，矿井现正在回采9、15号煤层。

　　3号煤开采时正常涌水量为80m3/h，最大涌水量为180m3/h。目前采空区涌水量基本稳定在120m3/h，采空区的补给水源为第四系松散层潜水及正常基岩裂隙水，3号煤埋深较浅，大气降水入渗补给松散层潜水，并以接力下渗的方式最终进入到3号煤采空区。鉴于3号煤现已采完，为保证矿井可持续发展，对9、15号煤层的延深做了大量工作。

　　新开凿主斜井到15号煤，安装带宽1200mm带式输送机和索道架空人车，担负全矿井煤炭运输任务和上下人员任务并兼做进风井和安全出口。原有主斜井直接延深到15号煤作为副斜井，担负矿井辅助提升任务并兼做进风井和安全出口。回风斜井延深至9号煤，15号煤采用集中回风斜巷延深，担负全矿井的回风任务，并兼作安全出口。

　　本区属温带大陆性季风气候，四季分明。本区最高温度36℃，最低温度-29℃，年平均气温7.5℃~12℃。一月份气温最低，平均-4.8℃，七月份气温最高，平均23.3℃;年平均降水量500~650mm，多集中在夏秋两季。蒸发量1400mm，大于降水量。风向多为正南及南西向，最大风速为20m/s，无霜期150~200d，冰冻期在十月下旬至来年四月中旬，最大冻深度55mm。根据地质测量及钻探资料，区内发育地层包括奥陶系中统峰峰组(O2f)、石炭系中统本溪组(C2b)、上统太原组(C3t)，二叠系下统山西组(P1s)、下石盒子组(P1x)，上统上石盒子组(P2s)及第四系中、上更新统(Q2+3)。井田内煤层主要分布在二叠系下统山西组和石炭系上统太原组。

　　2矿井涌水量预测

　　矿井的涌水量构成包括井筒残留水量，巷道涌水量、工作面涌水量和老空区来水量等。3号煤由于埋藏浅，在开采过程中导水裂缝带的发育最高可直接导通地表，因此涌水一部分是直接由地表进入矿井的。同时3号煤顶板为板砂岩裂隙含水层，构成3号煤层的充水水源。9号、15号煤开采时矿井内涌水除一部分直接来自于导水裂缝带，另一部分将来自井田内的老空区。

　　经计算9号煤开采时正常涌水量为62.5m3/h，最大涌水量为137.5m3/h;15号煤开采时正常涌水量为97.0m3/h，最大涌水量为142.5m3/h，9号、15号煤正式投产后全井田正常涌水量为159.4m3/h，最大涌水量为280.0m3/h。

　　3矿井水害防治技术及措施

　　3.1开采9号煤综合水害防治技术

　　根据已施工的井下探放水钻孔表明，慈林山煤矿9号煤至3号煤之间砂岩含水层富水性较弱，钻孔在穿越该段基岩时，钻孔基本不出水，只有部分钻孔在穿透基岩进入到3号煤采空区时，有采空区积水流出。因此9号煤开采时，基岩内的水不会对工作面产生灾难性威胁，但是3号煤采空区积水将会对工作面产生灾难性威胁，开采时应加强采空区积水的疏放工作。此外，为了防治同层煤相邻采空区积水对开采工作面的威胁，应加强相邻工作面之间的煤柱合理宽度留设工作，并对防水墙进行科学设计与施工[5]。

　　9号煤水害防治具体有以下措施：(1)为了减轻3煤采空区积水对9煤回采的影响，设计在采空区地表施工抽水孔(井)，把采空区水抽到地表然后利用管路排放到污水处理池中，经简单处理后再回收利用。(2)利用在9号煤工作面两侧顺槽向影响区域内的3号煤采空低洼处施工泄水孔，将老空积水通过钻孔导入管路或水沟内，然后再排到指定水仓。(3)对开采工作面相邻采空区积水的防治主要是留设适当宽度的安全防水煤岩柱，用以抵御采空区内的侧向静水压力，防止地表水、地下水(松散层孔隙水、含导水断层、导水陷落柱、含水层)、老窑水溃入巷道或工作面。

　　3.2开采15号煤综合水害防治技术

　　15号煤开采后，由于上覆基岩不能形成完整结构，导致15号煤导水裂缝带与9号煤采空区相通，而9号煤又与3号煤采空区相通，因此15号煤开采后，将沟通上覆所有水体。15号煤巷道掘进过程中，在运输巷和轨道巷各遇到1条逆断层，均不导水，但不排除尚未揭露的导水断层;另在巷道掘进过程中，2条巷道都遇到了不导水陷落柱，迫使原设计开切眼后退至950m里程，根据地质雷达探测结果该工作面内尚存在异常区域;此外，通过巷道上方施工的锚杆及锚索揭露的顶板含水层情况分析，在顶板K2灰岩富水性较强，对工作面的安全回采将会造成一定的威胁。

　　因此，15号煤开采时存在断层、陷落柱及K2灰岩水的威胁，另还有可能沟通3号煤老空水，在开采15号煤时应加强上述水害的疏放工作。此外，为了防治同层煤相邻采空区积水对开采工作面的威胁，应加强相邻工作面之间的煤柱合理宽度留设工作，并对防水墙进行科学设计与施工。15号煤工作面形成后，应根据已经揭露的9号煤底板标高情况，选择底板标高最低处作为探放水终孔目标之一，对采空区积水进行疏放，此外还必须将钻孔延伸至3号煤采空区内，将这2个采空区积水同时疏放，确保开采工作面的安全。

　　3.3断层水防治技术措施

　　据慈林山煤矿地质报告，在矿区内存在：庄头正断层、慈林山正断层、反坡正断层、F1断层。对于断层附近侧向突水，一般留有足够的防水煤柱就可以解决，而对于陷落柱垂向突水防治则难度很大。因为导水陷落柱一般是隐伏的，事先很难发现。但这可通过放水试验，根据其高水位导常区，再配上物探方法探测其生存构造空间及形态。考虑到断层水害对煤矿开采的严重威胁，且精查阶段地震勘探的精度有限，本规划建议在首采区补充勘探中列入三维地震物探探查工作，以进一步查明首采区各工作面中断层的发育情况，为采掘工作安全开展提供保障。采掘工程接近或揭露甚至穿过这些断层时，可采取不同的预防与处理措施。

　　4结论

　　(1)慈林山煤矿9号煤层开采的主要充水水源是第四系松散层潜水含水层和3号煤采空区积水，导水通道是煤层开采形成的垂向导水裂缝带;15号煤开采时主要充水水源为K2灰岩水、9号煤采空区积水及3号煤采空区积水，导水通道是煤层开采形成的垂向导水裂缝带、断层及陷落柱。

　　(2)通过大井法和水文地质比拟法预测9号煤开采时正常涌水量为62.5m3/h，最大涌水量为137.5m3/h;15号煤开采时正常涌水量为97.0m3/h，最大涌水量为142.5m3/h，9号、15号煤正式投产后全井田正常涌水量为159.4m3/h，最大涌水量为280.0m3/h。

　　(3)9号煤开采时主要面临的是3号煤采空区积水威胁，通过充水系数法初步预测3号煤采空区积水量为39.4×104m3，鉴于采空区积水具有突发性强、水量大、来势猛、破坏性大且有腐蚀性等特点，采用井下疏放水方案对该采空区积水进行防治;9号煤、3号煤采空区积水对15号煤存在威胁，同样采用井下疏放水方案对其进行防治。

　　(4)鉴于慈林山矿区内存在大量断层，建议巷道掘进过程中进行采前探测工作，对于工作面内的断层、陷落柱建议采用物探方法探测其空间构造及形态，为采掘工作顺利、安全开展提供保障。

　　参考文献：

　　[1]王冲，李友红.汪洋煤矿水下采煤防水煤岩柱留设及数值模拟研究[J].煤炭技术，2016，35(8)：66-68.

　　[2]邰伟卫，杨琪琛.一种煤矿钻机防水溅快接水辫[J].煤矿安全，2016，47(10)：115-117.

　　[3]杨志斌.井下采空区储水复用防水密闭墙硐室安全评估[J].煤矿安全，2015，46(10)：203-206.

　　[4]张国恩.乌兰木伦煤矿井下防水密闭墙可靠性研究[J].煤炭工程，2015，47(6)：67-69.

　　[5]唐东旗，李权国，徐继山.任楼煤矿F3和F4断层防水煤柱留设研究[J].煤炭技术，2011，30(1)：75-77.

　　推荐期刊：煤矿安全(月刊)创刊于1970年，由煤炭科学研究总院抚顺分院、中国煤炭工业劳动保护科学技术学会主办。是全国煤炭行业主要科技期刊之一。