高 午

(陜西省紅石巖煤礦，陜西 延安 727307)

0 引言

陜西省紅石巖煤礦位于陜西省黃陵縣店頭鎮(zhèn)集賢村，礦井于1968年建成投產(chǎn)，現(xiàn)生產(chǎn)能力為1.2 Mt/a，礦井采用斜井—平硐聯(lián)合開拓方式，綜合機(jī)械化采煤，主采侏羅系中統(tǒng)延安組2#煤層。礦井地質(zhì)條件中等，因多次地表水潰入井下造成水災(zāi)事故，水文地質(zhì)類型劃分為復(fù)雜型。近年來，通過實(shí)施多項防治水工程，再未發(fā)生地表水潰入井下事故，為確保礦井安全生產(chǎn)，有必要對礦井水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的防治水措施。

1 礦井地質(zhì)條件

1.1 地層

井田內(nèi)地層由老至新依次為：三疊系上統(tǒng)延長群(T3y)、侏羅系中統(tǒng)延安組(J2y)、侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z)、侏羅系中統(tǒng)安定組(J2a)、白堊系下統(tǒng)洛河組(K1l)和第四系(Q)。

1.2 構(gòu)造

井田總體為走向北東、傾向北西的平緩單斜構(gòu)造，在此背景上發(fā)育一系列北東和北西向兩向相互交織的褶曲構(gòu)造，無陷落柱發(fā)育。

褶曲：在北東向的南峪口背斜和芋園—秋林子向斜之間發(fā)育有集賢向斜、南峪口叉狀背斜、羅家峪向斜及南吳莊背斜。

斷層：井田內(nèi)斷層不甚發(fā)育，揭露的斷層主要有F1和F2斷層。F1斷層位于四采區(qū)北部，為一張扭性正斷層，由12409回風(fēng)順槽和12410回風(fēng)、運(yùn)輸順槽揭露，傾向北西，傾角45°～65°，落差2.1～2.7 m；F2斷層位于四、六采區(qū)邊緣，并向六采區(qū)北東翼延伸，為一張扭性斷層，傾向南東，傾角71°，落差4.2 m。

2 水文地質(zhì)條件分析

礦井充水水源有大氣降水、地表水、地下水和采空區(qū)積水，地下水和采空區(qū)水為礦井的直接充水水源，大氣降水和地表水一般為間接充水水源。

2.1 大氣降水

紅石巖煤礦降水多集中在每年6、7、8三個月，由于地形起伏較大，溝谷切割嚴(yán)重，不利于大氣降水在地表的滲流，對地下的含水層補(bǔ)給較差。因此，大氣降水一般是礦井充水的間接水源。

2.2 地表水

井田內(nèi)地表有一條位于井田南東側(cè)的南川河和3條溝(西房溝、曹家峪溝及秋林子溝)。

南川河：南川河屬洛河的二級支流，自南向北流經(jīng)本井田南東側(cè)，在店頭鎮(zhèn)匯入沮水河，在厚子坪觀測流量0.058～6.437 m3/s。在南川河與紅石巖煤礦之間建有焦化園，焦化園的建立，相當(dāng)于在南川河與紅石巖煤礦之間形成了一面擋水墻，阻止了南川河水向紅石巖井田的滲漏。

井田內(nèi)的3條溝：①西房溝常年流水，但流量很小，平均5～10 m3/h，村民的養(yǎng)殖場在此攔壩取水，下滲量很少；②曹家峪溝常年流水，枯水期水量約20～25 m3/h，在雨季流量大于30 m3/h時，溝內(nèi)水流將會進(jìn)入南川河。雖經(jīng)多次治理，但效果不佳；③秋林子溝常年流水，枯水期流量10～15 m3/h，和曹家峪溝相似，只有在持續(xù)降小雨或中到大雨時，會有水從溝里流出，目前還未采取治理措施。

計算表明，煤層開采后頂板導(dǎo)水裂隙帶將會溝通溝谷，對生產(chǎn)構(gòu)成威脅，因此，這3條溝流水一般為礦井間接充水水源，當(dāng)導(dǎo)水裂隙帶與其溝通后將成為礦井的直接充水水源。

2.3 地下水

含水層：井田內(nèi)含水層共有6層。 ①第四系黃土裂隙含水層，流量較小，泉水涌水量0.14 L/s，弱富水性，不會對煤礦生產(chǎn)構(gòu)成威脅；②第四系沖洪積層孔隙含水層，主要分布在較大支溝及井田南西邊界的石牛溝，鉆孔涌水量小于2 L/s，除河谷地帶富水較強(qiáng)外，一般富水性較弱，不會對礦井生產(chǎn)構(gòu)成威脅；③下白堊系洛河砂巖裂隙含水層，出露最大厚度254.2 m，位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，受溝谷切割，以泉的形式排出，流量0.01～0.3 L/s，富水性弱，煤層采動后形成的最大導(dǎo)水裂隙帶對礦井安全生產(chǎn)不構(gòu)成威脅；④侏羅系中統(tǒng)直羅組下段砂巖裂隙含水層，據(jù)CG1鉆孔抽水試驗(yàn)，單位涌水量0.000 984 L/s·m，富水性弱，為礦井的直接充水水源，對礦井安全生產(chǎn)具有一定的威脅；⑤侏羅系中統(tǒng)延安組中部砂巖裂隙承壓含水層，據(jù)CG2鉆孔抽水試驗(yàn)，單位涌水量0.002 611 L/s·m，富水性弱，也是礦井的直接充水水源，對礦井不構(gòu)成威脅；⑥三疊系延長群砂巖裂隙承壓含水層，出露于河谷中時風(fēng)化裂隙發(fā)育，補(bǔ)給充分，富水性好，含水量大，遠(yuǎn)離河谷時風(fēng)化裂隙發(fā)育差，補(bǔ)給條件差，含水量小或無。

圖1 紅石巖煤礦地表水系分布示意圖

隔水層：井田內(nèi)隔水層共有3層，其中侏羅系中統(tǒng)直羅組上段相對隔水層，全區(qū)分布，富水性弱，可作為上下含水層的隔水層；侏羅系中統(tǒng)延安組上部相對隔水層，厚度大，含水十分微弱，分布穩(wěn)定，是直羅組下段與煤系含水層的穩(wěn)定隔水層；侏羅系中統(tǒng)延安組下部與延長群相對隔水層，該層富水極弱，可作為相對隔水層。

2.4 采空區(qū)積水

井田周邊緊鄰礦井的小煤窯較多，現(xiàn)已全部關(guān)停，但形成了大面積的采空區(qū)和老空積水，這些小煤窯多存在不同程度越界開采行為，因此，紅石巖煤礦采空區(qū)水與附近小煤窯采空區(qū)積水存在水力聯(lián)系，是礦井直接充水水源。目前，紅石巖煤礦的采空區(qū)有一、二、三、七、九及正在回采的四采區(qū)采空區(qū)，通過近3年礦井涌水量觀測，2016、2017和2018年礦井平均涌水量分別為313.9 m3/h、343.6 m3/h和377.6 m3/h，最大涌水量多發(fā)生在每年的汛期，分別為436.3 m3/h、511.5 m3/h和500.7 m3/h，通過分析各采區(qū)涌水量分布，對礦井構(gòu)成威脅主要是主、副井筒周邊采空區(qū)積水、二采區(qū)采空區(qū)積水及四采區(qū)采空區(qū)積水。

主、副井筒周邊采空區(qū)積水：2004年，由西安科技大學(xué)設(shè)計并實(shí)施了主、副井筒滲漏水治理工程，在2個井筒老巷的密閉墻上裝設(shè)了可控泄水管，采空區(qū)積水通過泄水管進(jìn)入主、副井筒之間的中部水倉。礦井涌水量觀測表明，2016、2017、2018年主、副井筒周邊采空區(qū)涌水量分別為1 633 077 m3、1 647 448 m3和1 478 053 m3，占礦井總涌水量59.4%、54.7%和44.7%，汛期由于降水量增大，主、副井筒周邊采空區(qū)距地表較近，采空區(qū)水位上升快，泄水管排水能力不能滿足泄水要求，有部分水從井筒碹體泄出。如果水壓過高或者受水體長期侵蝕很有可能導(dǎo)致井筒碹體垮塌，發(fā)生采空區(qū)積水涌出事故，因此，主、副井筒周邊采空區(qū)積水對礦井安全生產(chǎn)威脅較大。

二采區(qū)采空區(qū)積水：該采空區(qū)2016、2017、2018年涌水量683 284 m3、773 568 m3和842 384 m3，占礦井總涌水量24.8%、25.7%和25.5%，是礦井的次要涌水點(diǎn)。二采區(qū)煤層厚4 m左右，礦井當(dāng)時采用高檔普采，為防止導(dǎo)水裂隙帶溝通地表，采高控制在2.3 m，而與采區(qū)相鄰的原秋林子村辦礦和康崖底南川二號煤礦采高在4 m左右，導(dǎo)水裂隙帶部分區(qū)域已發(fā)育到地表，大氣降水和地表水在此處成為礦井直接充水水源。為此，在二采區(qū)12205回風(fēng)順槽的聯(lián)絡(luò)斜巷密閉墻上裝有可控泄水管，但管徑偏小，不足以快速將采空區(qū)水排出，在汛期水位高于煤層底板1.5 m。2019年2月，對該密閉墻進(jìn)行了加固，并安裝3趟可控泄水管，同時在煤墻上向該聯(lián)絡(luò)斜巷施工3個泄水孔，均裝了控水管，能有效控制性放水。二采區(qū)采空區(qū)積水對礦井威脅不大。

四采區(qū)采空區(qū)積水：該采空區(qū)2016、2017、2018年涌水量分別為288 285 m3、314 746 m3和416 142 m3，占礦井總涌水量10.5%、10.5%和12.6%。四采區(qū)地表位于曹家峪溝、秋林子溝和北石牛溝之間，在井田的南東側(cè)由北東向南西依次分布有已關(guān)閉的康崖底南川二號煤礦、車村一號煤礦和曹家峪石牛溝煤礦，在井田邊界的南西側(cè)還有已停產(chǎn)的車村二號煤礦，其采空區(qū)都與四采區(qū)采空區(qū)存在水力聯(lián)系。同時，羅家峪向斜軸部位于12409運(yùn)輸順槽從南翼軌道巷向里550 m處，2018年汛期，最低處的12408采空區(qū)水位高達(dá)2 m左右，后向采空區(qū)打眼加管放水，將水位降低。目前，雖然啟用了12409回風(fēng)順槽靠近南翼軌道巷附近新建的水倉，但由于從12409采空區(qū)到水倉的水溝過水?dāng)嗝娌蛔悖瑢档筒煽諈^(qū)積水水位作用有限，因此，四采區(qū)采空區(qū)積水對正在回采的12410工作面生產(chǎn)構(gòu)成一定的威脅。

2.5 斷層水

F1斷層：2016年6月16日，在距12409回風(fēng)順槽掘進(jìn)頭60 m處的煤層底板F1斷層破碎帶發(fā)生異常涌水，開始水頭高于煤層底板200 mm，之后逐漸降低，共涌出水量約600 m3，經(jīng)物探、槽探和水質(zhì)化驗(yàn)，并請專家現(xiàn)場查看，認(rèn)為是斷層水。

F2斷層：已揭露2年多，未發(fā)現(xiàn)出水跡象。

由于四采區(qū)為礦井最后一個采區(qū)，勘探和揭露的斷層僅為F1和F2斷層，可以認(rèn)為，斷層水對礦井影響不大，對礦井安全基本不構(gòu)成威脅。

2.6 鉆孔水

《紅石巖煤礦精查地質(zhì)報告》中H3鉆孔因無煤未封孔，其位于井田北部邊界內(nèi)，煤厚0.02 m ，開采波及不到，不會對生產(chǎn)構(gòu)成威脅；通過H5在12906工作面、H11在12210工作面、H14、A5在12403工作面、A17在12405工作面及A11在12408工作面回采時，未發(fā)現(xiàn)異常涌水，說明鉆孔封孔質(zhì)量可靠，一般不會對煤礦生產(chǎn)構(gòu)成威脅。

3 防治水措施

3.1 加強(qiáng)巡查

在西房溝、曹家峪溝及秋林子溝內(nèi)，或多或少都能見到由于煤礦開采產(chǎn)生的裂縫，要加強(qiáng)巡查，及時采用黃土等封堵溝道內(nèi)產(chǎn)生的裂縫，必要時應(yīng)研究新的封堵技術(shù)和方式。

3.2 工作面布置與開采時間安排

合理布置工作面，盡可能縮短工作面過溝時間，避免工作面推進(jìn)方向與溝谷走向相同；合理安排工作面開采時間，過溝時間應(yīng)避開雨季。

3.3 隱患處理

加強(qiáng)檢查主、副井筒碹體，對碹體開裂等隱患及時處理；在出現(xiàn)泄水的井筒碹體適時安裝可控泄水管；在羅家峪向斜軸部附近向新水倉開挖水溝，使工作面順槽(后期為采空區(qū))最低處的水能自流到水倉，同時增設(shè)排水設(shè)備，保證12410工作面安全回采；由于井田邊界小煤窯較多，其越界情況無法完全查清，因此，礦井采掘工程要嚴(yán)格執(zhí)行“有掘必探、物探先行、鉆探驗(yàn)證、先探后掘”的防治水原則。

4 結(jié)論

(1)礦井充水水源有大氣降水、地表水、地下水和采空區(qū)水，地下水和采空區(qū)水為礦井的直接充水水源，大氣降水和地表水是間接充水水源，但當(dāng)采動產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶溝通地表時，又會成為礦井的直接充水水源。

(2)主、副井筒周邊采空區(qū)、二采區(qū)采空區(qū)及四采區(qū)采空區(qū)是礦井主要涌水點(diǎn)，而主、副井筒周邊采空區(qū)積水及四采區(qū)采空區(qū)積水對礦井生產(chǎn)有一定威脅，應(yīng)采取安裝可控泄水管和開挖水溝、增設(shè)排水設(shè)備等防治水措施。

(3)礦井周邊小煤窯采空區(qū)多，與礦井采空區(qū)之間存在水力聯(lián)系，采掘工程要嚴(yán)格遵守“有掘必探、物探先行、鉆探驗(yàn)證、先探后掘”的防治水原則。