李修旗

（長城三礦技術(shù)部，內(nèi)蒙古 鄂托克前旗 016215）

1 礦井概況

山東華泰礦業(yè)有限公司（下稱華泰公司）1971年12月投產(chǎn)，礦井核定生產(chǎn)能力48萬t/a，開采煤層為2、4、7、15層煤。華泰公司列入山東省2018年化解煤炭過剩產(chǎn)能關(guān)閉退出煤礦，2018年9月底井筒封閉，2018年10月順利通過了政府部門的聯(lián)合驗收。

正在生產(chǎn)的鄂莊煤礦為華泰公司的西鄰，1982年7月正式投產(chǎn)，礦井核定生產(chǎn)能力為90萬t/a，礦井主要開采2、4、7、15煤層。

2 華泰公司水文地質(zhì)情況

2.1 主要含水層

對礦井有直接影響的含水層有：

（1）山西組砂巖（均厚15m左右），是2、4層煤的直接充水含水層，富水性弱，主要以頂板淋水形式涌入礦井，涌水量為15m3/h左右，不影響正常生產(chǎn)。

（2）太原組徐灰(均厚10m)和奧灰(均厚350m)，為富水性弱-中等的15層煤底板承壓含水層，每個后組煤工作面生產(chǎn)前都進(jìn)行了物探、鉆探和安全評價，保證了安全生產(chǎn)。

2.2 礦井涌水量、含水層水位及積水量

華泰公司關(guān)井前礦井總涌水量為850m3/h，其中，東鄰的西港礦老空水涌水量為350m3/h，西鄰的安仙井老空水涌水量為100m3/h，其余為本井田老空水。礦井地表潛水位為+190m左右，奧灰水位為+57m(351503下巷水文探查孔)。經(jīng)估算，華泰公司最大積水量可達(dá)400萬m3。

2.3 礦井主要水害類型

礦井水害類型主要包括地表水（安仙井老空水）、生產(chǎn)采區(qū)老空水、相鄰煤礦水（主要是對礦井影響較大的西港礦老空水）和15層煤底板灰?guī)r(徐灰和奧灰)水。根據(jù)不同的水害類型，分別采取了疏、堵、探、放、排等治理和防范措施，及時消除各類水害隱患。

2.4 礦井水文地質(zhì)類型劃分

2016年修編了《礦井水文地質(zhì)類型劃分報告》，根據(jù)原《煤礦防治水規(guī)定》中礦井涌水量、水害治理難易程度和水害威脅類型等劃分標(biāo)準(zhǔn)，礦井水文地質(zhì)類型確定為復(fù)雜型。

3 華泰公司老空水對卾莊煤礦威脅性分析

3.1 華泰公司與鄂莊煤礦之間煤柱的安全性分析

3.1.1 華泰公司與鄂莊煤礦邊界煤柱狀況

華泰公司五采區(qū)與鄂莊煤礦三采區(qū)相鄰，邊界煤柱為80m，全部留在華泰公司一側(cè)（新煤地字〔1985〕5號文批準(zhǔn)）。目前，兩礦之間各煤層的煤柱情況是：2層煤最小煤柱為130m，4層煤最小煤柱為90m，15層煤最小煤柱為150m。

3.1.2 安全煤柱計算

根據(jù)原《煤礦防治水規(guī)定》中“防水煤（巖）柱”計算公式

式中 ：

L-煤（巖）柱設(shè)計留設(shè)的寬度，m；

K-安全系數(shù)，取最大值5；

M-煤層采高，4層煤2.5m（2層煤和15層煤都取2.0m）；

P-煤柱最小處承受的水頭壓力：

P2層=3.1（2層煤煤柱段最小處標(biāo)高為-310m）+1.9（水位升至地面時的標(biāo)高為+190m）=5.0MPa。同理算得：P4層=5.65MPa，P15層=6.6MPa；

KP—巖石的抗拉強(qiáng)度，2層煤和4層煤為0.605MPa，15層煤為0.7634MPa。

算 得 :L2層=24.9m，L4層=33.08m，L15層=25.46m。

3.1.3 煤柱安全性結(jié)論

對比計算結(jié)果，2、4、15層煤的最小煤柱（130m、85m和150m）遠(yuǎn)大于設(shè)計留設(shè)寬度（24.9m、33.08m和25.46m），因此，華泰公司關(guān)井后，兩井之間的煤柱是安全的。

3.2 華泰公司老空水對卾莊煤礦威脅性分析

3.2.1 邊界附近地質(zhì)構(gòu)造情況

華泰公司在邊界附近揭露3條落差較大的斷層，分別是：f1（落差6m），f2落差（落差10～12m），F(xiàn)21（落差30m），且f1、f2皆與F21相交。

根據(jù)卾莊煤礦提供的采掘工程資料，在邊界附近主要發(fā)育F27斷層，該斷層在4層煤所有的工作面均實際揭露（在2層煤和15層煤也實際揭露），落差55m。

華泰公司的F21斷層與卾莊煤礦的F27斷層（落差55m）相交，華泰公司的f1、f2又與F21相交，因此，這四條斷層實際上存在著相互聯(lián)通的關(guān)系（見圖1）。

3.2.2 邊界附近采掘工程與構(gòu)造的位置關(guān)系

兩礦在邊界附近共采動2、4、15層煤3個煤層，其中4層煤（厚度2.5m左右）采動充分。由于兩礦邊界附近（上組煤）水文地質(zhì)條件簡單，初期都未考慮留設(shè)斷層防水煤柱。F27斷層作為卾莊煤礦的邊界斷層，巷道多次直接揭露，而且鄰近采空區(qū)，3408切眼到斷層的最小煤柱僅為8m。華泰公司的f1、f2及F21也都鄰近采空區(qū)，35405采空區(qū)與F27斷層最小煤柱僅為6m（見圖1）。

圖1 兩礦邊界附近地質(zhì)構(gòu)造示意圖

3.2.3 華泰公司老空水涌出通道

華泰公司關(guān)井后，老空水最高水位可達(dá)到+190m(地表潛水位)。以4層煤為例，屆時，華泰公司一側(cè)老空水承受的水壓最高達(dá)5.86MPa（采空區(qū)最低標(biāo)高-396m）。高承壓積水通過工作面采動裂隙和斷層（f1及f2）裂隙先期補(bǔ)給到F21斷層裂隙。華泰公司的F21斷層與卾莊煤礦的F27斷層相交，在持續(xù)的高水壓作用下，卾莊煤礦的F27斷層裂隙也會受到F21斷層水的強(qiáng)烈補(bǔ)給而逐漸處于飽和、承壓的積水狀態(tài)。

F27斷層裂隙充滿水后，再通過直接連通的巷道和鄰近采動裂隙涌入?yún)v莊煤礦的采空區(qū)，進(jìn)而涌入到井下相互連通各類采掘空間。

3.2.4 華泰公司老空水害預(yù)測

一般情況下，無論是斷層裂隙還是采動裂隙遇導(dǎo)水，起初階段是滲漏水，但隨著時間的延長，斷層帶充填物或裂隙充填物隨著水流逐漸被排出，使得裂隙的空間愈加開放，涌水通道也愈加暢通，涌水量也隨之增加，最終，由起初的滲漏水逐漸演變成涌水或突水（2009年，華泰公司351505下巷就曾出現(xiàn)過由5m3/h增大到300m3/h的斷層滯后突水）。

4 水害問題治理建議

4.1 華泰公司老空水對卾莊煤礦威脅性總結(jié)

與卾莊煤礦相鄰的華泰公司關(guān)閉停排后，因其老空水位高、積水量大和邊界條件復(fù)雜等因素的影響而成為卾莊煤礦的重要水害隱患之一。為此，從兩礦隔離煤柱的安全性、邊界附近采掘現(xiàn)狀、地質(zhì)構(gòu)造影響等方面進(jìn)行了分析和推斷，對華泰公司老空水害威脅性進(jìn)行了合理預(yù)測，并得出如下初步結(jié)論:

（1）通過對兩礦各煤層留設(shè)煤柱的分析并結(jié)合定量計算，兩礦之間的煤柱是安全、可靠的。

（2）華泰公司關(guān)井停排后，隨著老空區(qū)水位的不斷升高，逐漸改變邊界附近區(qū)域的水文地質(zhì)條件，華泰公司老空水通過井下巷道、相互聯(lián)通地質(zhì)構(gòu)造裂隙和采動裂隙以及巖層的滲透作用等通道涌入?yún)v莊井田。與華泰公司相鄰的三采區(qū)已停采多年，巷道年久失修，因巷道變形、底鼓、巖石及雜物淤積等原因容易堵塞疏水通道而出現(xiàn)老空區(qū)積水，當(dāng)水位達(dá)水壓極限值（老空積水積累一定程度時），會突破相對薄弱帶(較小煤巖柱、防水設(shè)施、裂隙帶等)而引發(fā)老空水突出，危及卾莊煤礦的安全。

4.2 消除水害威脅的建議

（1）完善礦井東部邊界附近涌水量監(jiān)測系統(tǒng)（水量和水質(zhì)）。定期監(jiān)測水質(zhì)變化，分析華泰公司老空水的滲漏情況。建立華泰公司老空水水位監(jiān)測系統(tǒng),動態(tài)分析水量和水位的變化關(guān)系，分析預(yù)測華泰公司老空水的變化趨勢以及對礦井的威脅程度。

（2）對邊界附近的采掘情況和所有的地質(zhì)構(gòu)造重新分析、核實，分析預(yù)測并圈定可能的突水薄弱帶，重點觀測和分析這些區(qū)域的突水征兆，以便及早采取防范措施。

（3）優(yōu)化礦井（疏）排水系統(tǒng)。增加礦井排水系統(tǒng)能力，特別是應(yīng)急排水能力，以保證水量異常增加狀態(tài)下的（疏）排水系統(tǒng)安全、可靠。

（4）構(gòu)筑安全隔離設(shè)施。選擇合適位置構(gòu)筑水閘墻或防水閘門，當(dāng)出現(xiàn)涌水量異常增加或排水系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能夠?qū)崿F(xiàn)危險區(qū)域與生產(chǎn)采區(qū)的安全隔離，保證礦井安全。

（5）編制專門的應(yīng)急預(yù)案。針對可能出現(xiàn)的最嚴(yán)重水害威脅情況，制定華泰公司老空水突出應(yīng)急處置預(yù)案并實際演練，以保證緊急狀態(tài)下井下人員的安全、有序撤離。