王海濤

（霍州煤電集團有限責任公司團柏煤礦水害防控工程技術(shù)中心，山西 霍州 031400）

1 礦井地質(zhì)分析

霍州煤電集團公司團柏煤礦位于霍州市城南，井田面積33.8372km2，當前核定礦井生產(chǎn)能力為270萬t/a，礦井現(xiàn)有主、副斜井及3個風井。井田內(nèi)以小落差斷層為主，10-301工作面內(nèi)遭遇F3、F4斷層，其余均距離計劃開采區(qū)較遠。井田投產(chǎn)以來，在生產(chǎn)中揭露較多斷層，斷層落差多為1.0～3.0m左右的層間斷層。

2 礦井充水水源

2.1 10號煤充水水源

未來采掘范圍松散層厚度150 m左右，10號煤層埋深400 m左右，埋藏較深，一般不接受大氣降水和地表水的直接補給。但10號煤層未來開采區(qū)上方存在廢棄小窯，不排除構(gòu)造導(dǎo)通或個別開采較深的小煤窯積水涌入礦井的可能。10號煤開采的底板破壞深度為12 m，+400 m水平10號煤至奧灰平均間距約為35.6 m，采掘中直接揭露導(dǎo)水陷落柱或斷層，奧灰水就能通過導(dǎo)水構(gòu)造進入礦井成為充水水源。

2.2 11號煤充水水源

采掘范圍松散層厚度150 m左右，11號煤層埋深350 m左右，埋藏較深，一般不接受大氣降水和地表水的直接補給。11號煤開采時頂板直接充水水源為10號煤采空區(qū)積水。10、11號煤層間距平均5.83 m，11號煤開采時的導(dǎo)水裂縫帶高度為61.6～68.7 m。11號煤開采時不會導(dǎo)通2號煤采空區(qū)，僅可導(dǎo)通太原組灰?guī)r含水層，該含水層在開采10號煤時已經(jīng)得到疏放，預(yù)計會在10號煤采空低洼處形成積水，以采空積水的形式向11號煤充水。10號煤為礦井自有采空區(qū)，積水范圍、標高清楚，通過放水鉆孔可基本疏放完畢，一般對生產(chǎn)造成的影響小。

11號煤開采的底板破壞深度為15 m，首采區(qū)11號煤至奧灰平均間距約為27 m，縮小了11號煤與奧灰頂面有效隔水層厚度，根據(jù)華北型煤田的帶壓開采經(jīng)驗，當?shù)装甯羲畬雍穸刃∮?5 m時，奧灰水有可能直接突破隔水層進入礦井，奧灰水有可能成為11號煤開采的直接充水水源。因此團柏煤礦開采11號煤時，必須采取必要的帶壓開采防治水措施，降低奧灰突水的可能性。

3 礦井充水通道

3.1 自然形成充水通道

3.1.1 裂隙充水通道

井田內(nèi)10號煤層工作面回采后產(chǎn)生的頂、底板裂隙將破壞砂泥巖的完整性，這成為礦井的自然充水通道。

3.1.2 斷層

井田內(nèi)以小落差斷層為主，大、中斷層不多，勘查階段在井田西北、北部有落差10～20 m斷層8條（F3～F10），中東部有落差大于20 m斷層2條（F5、F6），計劃開采的10-301工作面內(nèi)遭遇F3、F4斷層，其余均距離計劃開采區(qū)較遠。井田投產(chǎn)以來，在生產(chǎn)中揭露較多斷層，斷層落差多在5 m以下，多為1.0～3.0 m左右的層間斷層，主要包括 F1上團柏斷層、 F2下團柏斷層、 F5正斷層和F6正斷層。截至2017年底，下組煤生產(chǎn)共揭露斷層約102條，斷層落差0.3～3.3 m。注意底板隱伏構(gòu)造的探查，尤其11號煤層下距奧灰近，小斷層密集區(qū)破壞底板隔水層的穩(wěn)定性，可能使底板奧灰水沿薄弱地帶突入礦井。

3.1.3 陷落柱導(dǎo)水通道

井田內(nèi)陷落柱較多，上組煤已開采區(qū)域揭露的陷落柱基本不含水。截至2017年底已揭露陷落柱303個，其中有10個陷落柱為上下煤層同時揭露。目前下組煤開采的+400 m水平已揭露陷落柱近200個，其中下組煤一采區(qū)揭露陷落柱97個，有8個陷落柱涌水；二采區(qū)揭露陷落柱81個，有10個陷落柱涌水；三采區(qū)揭露陷落柱15個，有8個陷落柱涌水。根據(jù)開采揭露實際情況，分析陷落柱有隨煤層底板標高降低增多且導(dǎo)水性增大的趨勢。

3.2 人為形成充水通道

計算各煤層頂板垮落帶、導(dǎo)水裂縫帶高度，結(jié)果見表1所示。

10號煤層產(chǎn)生的導(dǎo)水裂縫帶最大高度為60.3 m，最高可達太原組頂部，直接充水含水層為頂板石灰?guī)r夾砂巖裂隙含水層，2、10號煤層相距65.61～111.3 m，平均90 m左右，開采時形成的導(dǎo)水裂縫帶，會溝通10號煤層上覆含水層。據(jù)生產(chǎn)實踐證明，2號煤層采空區(qū)積水一般以滲、淋水進入10號煤層，影響較小。10、11號煤層間距很小，11號煤層最大綜合開采厚度取10、11號煤累積厚度5.65～6.64 m，計算11號煤層產(chǎn)生導(dǎo)水裂縫帶最大高度為68.7m，10、11號煤層相距3.52～7.43 m，平均5.83 m左右，11號煤層開采后會溝通上方10號煤層采空區(qū)及其上石灰?guī)r、砂巖含水層。

3.3 礦井自掘采空區(qū)積水

（1）2號煤層采空區(qū)

礦井2號煤層開采主要在井田東部，現(xiàn)已采完停采，10、11號煤層計劃開采區(qū)上方不存在2號煤采掘區(qū)，不受上方2號煤層自掘采空積水影響。

（2）10號煤層采空區(qū)

11號煤層開采后會溝通上方10號煤層采空區(qū)及其上石灰?guī)r、砂巖含水層，受10號煤采空區(qū)積水的威脅，必須采取防治措施。核減掉已探放的采空積水，通過地質(zhì)、水文地質(zhì)條件分析推測估算今后三年煤層開采有影響的采空積水見表2。

（3）11號煤層采空區(qū)

礦井以往未開采過11號煤層，目前正掘進11號煤層11-101巷道，井田內(nèi)無11號煤層采空區(qū)。

4 礦井水害防治措施研究

4.1 含水砂巖水害防治措施

當砂巖水柱高度小于6 m時，開拓準備時間應(yīng)提前1～2年，開采時基本處于疏干狀態(tài)，采用防水煤柱的原則是“稍大于最大冒落高度”，防水煤柱應(yīng)盡量縮小，以采煤工作面不漏砂為原則；當含水層水柱高6～10 m時開拓準備期間內(nèi)不完全疏干，采取留設(shè)煤柱并且邊采邊疏的辦法。團柏礦根據(jù)自己的情況和回采工藝的特點采用了開拓準備疏水與邊采邊排放的辦法，取得很好的效果。在11號煤層1122工作面生產(chǎn)時，周圍均為未采區(qū)，其涌水較大，根據(jù)權(quán)臺礦的突水經(jīng)驗，1122工作面采取了一系列行之有效的防治措施，首先設(shè)置排水道，采用兩級排水，在風道設(shè)置一臨時水倉和足夠排水能力的排水系統(tǒng)，設(shè)置一臺備用水泵，其次，生產(chǎn)上加強工程質(zhì)量，加強頂板管理，加快推進速度，防止來壓和導(dǎo)水通道過大，造成涌水量增加。另外超前工作面打鉆進行探放水，該種辦法的采取保證了生產(chǎn)的順利進行。

4.2 煤層頂板砂巖裂隙水的防治措施

對于團柏礦11號煤層1225工作面回采時，因工作面頂板砂巖裂隙水掉水，涌水量最高達60～80m3/h，造成工作面運輸巷被淹，工作面停產(chǎn)近10d。為了恢復(fù)工作面的正常生產(chǎn)，在運輸巷上方，另掘進一條巷道抬高運輸巷，改變生產(chǎn)系統(tǒng)。運煤走抬高了的運輸巷，原運輸巷作放水道，且增加了原運輸巷的排水能力，使工作面恢復(fù)正常生產(chǎn)。主要防治水措施及經(jīng)驗有：（1）對上覆巖層中的含水層、隔水層等對采煤工作面的回采影響做到心中有數(shù)。（2）工作面建立完善的、具有足夠排水能力的排水系統(tǒng)。（3）當工作面傾角小于10°時，將運輸巷布置在采煤工作面上方，材料道布置在工作面下方，利于排水。（4）適當調(diào)面回采，將工作面涌水匯集到工作面下部的采空區(qū)，在運輸巷超前刮板輸送機尾挖臨時水倉，安泵排水。

4.3 陷落柱的防治水措施

團柏礦在加強陷落柱的防治水工作的主要措施經(jīng)驗有：（1）采用物探手段進行勘查，獲取了全面的水文資料；（2）對導(dǎo)水陷落柱留設(shè)足夠的煤（巖）柱保護；（3）進入陷落柱內(nèi)的鉆孔嚴格進行注漿封堵；（4）對誤人陷落柱的巷道，立即砌擋水墻封閉。

4.4 采空區(qū)水的防治措施

（1）標明積水區(qū)及其最洼點的具體位置和積水外緣標高，并外推20～60 m，用紅色圈出積水采空區(qū)警戒線。（2）以平面圖、剖面圖切實反映積水區(qū)與采掘工作面的空間位置，分析其主要充水因素，估算積水量和補給水量。（3）加強對職工的安全技術(shù)培訓(xùn)，要求職工掌握透水征兆，發(fā)現(xiàn)透水征兆及時向礦調(diào)度室匯報，情況危急時及時撤出人員。

5 結(jié)論

本文以團柏煤礦井田地質(zhì)為基礎(chǔ)，對其充水因素和充水通道進行了詳細的分析研究，基于以上分析提出了水害防治措施。實踐應(yīng)用效果良好，防止了井下水災(zāi)事故的發(fā)生，保障了團柏煤礦的安全開采。