姚 宇

(山西潞安集團余吾煤業(yè)有限責任公司， 山西 長治 046100)

1 前言

余吾礦年核定生產能力為750萬t，采用立井開拓，全礦布置有5個井筒，即1個主井筒、1個副井筒，3個回風井。地面水泵房配備有5臺多級離心泵，型號為MD450- 60/84×10，其中2臺日常工作，2臺備用，1臺用以檢修，水泵的揚程達到600m以上，單臺水泵的排水能力在450m3/h，排水管路選用直徑325mm，壁厚13mm的無縫管，共布置3趟管路，2趟正常工作，1趟備用。

2 水文地質概述

2.1 地質條件

1)大氣降水

根據統(tǒng)計資料，礦區(qū)年大氣降水量在312～920mm，平均年降水量在600mm，夏季降水占據全年降水量的70%以上。

2)地表水體

井田范圍內有魏村河、后蘇村河、董家莊河、絳河交川河以及栗村河等小河分布，并有一座人工水庫。

2.2 水文地質條件

礦井主要含水層結構如圖1所示。

1)第四系孔隙含水層

該層含水層總體上呈現出南部后、北部薄趨勢，厚度為0～140m，平均厚度為44.65m，巖性以黏土，粉砂、粗砂以及砂礫等組成。含水層的富水性跟砂礫層發(fā)育程度有關。

2)3號煤層頂板砂巖裂隙水

3號煤層頂板含水層有基巖風化帶含水層，二疊系上、下石盒子組含水層，二疊系下統(tǒng)山西組含水層。

圖1 井田主要含水層結構示意圖

(1)基巖風化帶含水層。該層含水層受地質構造、埋深、環(huán)境氣候及巖性等影響明顯，層內裂隙發(fā)育不均衡，富水性差異明顯。局部位置與上部第四系孔隙含水層聯(lián)系或者直接出露地表，受到地表水、大氣降水等影響顯著。臨近的常村礦井筒施工揭露基巖風化帶含水層時井筒涌水量達到281m3/h。

(2)二疊系上、下石盒子組含水層。該含水層巖性以細、中砂巖為主，局部區(qū)域為粗砂巖，厚度為4.8～36.2m，平均厚度13.21m，以裂隙水為主。

(3)二疊系下統(tǒng)山西組含水層。該含水層由K7及砂巖構成，厚度4.21～9.75m，平均厚度6.05m，巖性以細砂、中砂為主，是3號煤層頂板的直接涌水含水層，以裂隙水為主。

3)上石統(tǒng)太原組含水層太灰水

該含水層巖性以碎屑巖、碳酸鹽巖等為主，厚度10.68～18.96m，平均厚度15.04m。富水性與地質構造關系密切。

4)奧陶系中統(tǒng)峰峰組含水層

該含水層埋深較深，埋藏深度為510.35～798.32m,含水層厚度198.32～208.33m，平均厚度189.43m。以巖溶水為主，巖溶發(fā)育程度跟距奧灰距離有關，從奧灰頂部到下部巖溶裂隙呈現出不發(fā)育到發(fā)育趨勢(部分受構造帶影響除外)。具體的含水層水文地質參數見表1。

表1 主要含水層水文地質參數

3 礦井充水因素及防治對策

3.1 地表水對開采影響及防治措施

礦井水的最高水位標高在+950m，礦井的工業(yè)廣場以及井筒標高最低處分別為+956m、+957m，因此，礦井一般不會發(fā)生水倒灌現象。

3號煤層厚4.85～7.63m，平均6.02m，上覆巖層砂質泥巖、砂巖為主，屬于中硬巖石。因此，3號煤層開采后的垮落帶Hm、導水裂隙帶最大高度Hli為

(1)

(2)

(3)

式中：Hm——垮落帶高度，m；

Hli——導水裂縫帶高度，m；

∑M——累計采厚，m。

經計算，3號煤層垮落帶最大高度為16.11m，導水裂縫帶最大高度分別為65.24m和54.16m，導水裂縫帶最大高度取65.24m。3號煤層與地表垂直距離均大于470m，開采后其導水裂縫帶不會達到地表。

正常地段地表水對3號煤層開采影響有限，但在斷裂構造及溝谷附近，可以采用修建防洪渠，強化地表變形監(jiān)測，對出現沉陷裂縫以及地面塌陷裂縫進行充填；對陷落柱引起的地面塌陷、裂縫應及時填塞；夏季做好降雨疏排；對河床底部可能存在的裂隙進行灌漿處理，并鋪設黏土、防水土工布等；河下采煤可以采取留設防水煤柱等措施進行處理[2]。

3.2 含水層對開采影響及防治措施

1)第四系孔隙含水層

該層含水層下部有厚度較大的黏土層，隔水效果明顯，且下部還有較厚的二疊系泥巖、砂質泥巖隔水層。該層含水層對煤開采影響較小。由于礦井開采歷史悠久，在采空區(qū)上部塌陷區(qū)有地裂縫出現，可能會與第四系孔隙含水層發(fā)生水力聯(lián)系，對煤層開采造成影響。

防治水措施：在防治水工作中，要定期調查地面塌陷、地裂縫發(fā)育程度，掌握采空塌陷區(qū)地表水的變化，對下滲水的塌陷坑應及時對其回填及防滲處理，及時消除大氣降水、地表水滲漏隱患[3]。

2)3號煤層頂板裂隙水含水層

3號煤層開采后，導水裂隙帶與上覆K8和K10砂巖含水層連通，應運用地面物探、采掘工作面物探和鉆探相結合的工作方法，探測其頂底板斷層構造、陷落柱和富水區(qū)段發(fā)育和分布情況。

防治水措施：根據物探和鉆探結果，富水性、充水因素、充水形式、水量及其變化規(guī)律，掘進巷道與回采工作面，可采取放水鉆孔疏放、利用巷道進行疏放水、采取巷道頂板隔水措施等防治水技術措施。

3)3號煤層底板太灰水

該層含水層是礦井3、9、12號煤層底板直接充水水源、厚度較薄，巖溶程度低，富水性弱，同時富水性受地質構造影響明顯。同時井田內斷層、陷落柱較多，受到地質構造影響，煤層開采期間可能會出現突水事故。

防治水措施：應運用地面物探、采掘工作面物探和鉆探結合的工作方法，探測工作面內部及其頂底板斷層構造、陷落柱發(fā)育情況以及和富水性，及時做好疏、排、堵工作[4]。

4)奧灰水

奧灰水水位高度在+650～+680m，煤層開采屬于帶壓開采。同時奧灰水與3號煤層之間隔水層厚度較大，且奧灰水最大突水系數小于0.06MPa/m，對3號煤層開采影響不大。但是由于斷層、陷落柱等地質構造會切斷隔水層，因此，在地質構造發(fā)育區(qū)應強化勘探，確保生產安全。

防治水措施：在3號煤層開采時，應采用分區(qū)或者分水平隔離開采方式，并留設合理寬度的隔水煤(巖)柱、建立防水閘門，配備突水監(jiān)測儀、施工探放水孔等措施，根據勘探結果，必要時底板含水層采用注漿等措施。

3.3 采空區(qū)積水對開采影響及防治措施

3號煤層已經有多年開采歷史，有大片采空區(qū)，部分采空區(qū)充水，給礦井生產安全帶來一定威脅。根據調查資料，井下采空區(qū)部分凹陷處有積水，采用式(4)對3號煤層采空區(qū)積水量進行估算，具體估算結果見表2。

Q積=KMF/cosα

(4)

式中：Q積——采空積水總量，m3；

M——采高，m；

F——水平投影面積，m2；

A——煤層傾角，(°)；

K——充水系數，取0.30。

表2 本井田采空區(qū)積水量估算表

余吾礦現階段采掘活動距離井田邊界較遠，臨近礦井采空區(qū)積水對本礦生產安全影響較小。礦井主要受到本礦采空區(qū)積水制約，在有積水采空區(qū)附近進行采掘作業(yè)時，應做好探放水以及通風工作，避免出現安全事故。

3.4 構造對煤層開采的影響及防治措施

井田開采范圍內已發(fā)現陷落柱119個，多數陷落柱不導水，斷層190條，其中39條斷層落差大于5m，前蘇村、余吾兩條逆斷層落差分別為46m、10～98m。

陷落柱、斷層等地質構造導水性隨著外界環(huán)境變化而發(fā)生變化。受到采掘活動影響，部分不導水陷落柱或者斷層可能轉變成導水陷落柱或者斷層。同時由于開采煤層下部有承壓的奧灰水，當斷層及陷落柱將奧灰水與開采煤層連通時，會增加煤層開采危險性。因此，應強化對地質構造探測、地質構造導水性研究工作，避免出現突水事故。

4 結論

(1) 余吾礦開采煤層受到礦區(qū)所在區(qū)域氣候、煤層賦存地質條件等影響。礦井開采時受到3號煤層頂板砂巖裂隙水、底板太灰以及奧灰承壓水影響明顯，同時井田地質構造復雜育，部分地質構造有導水性。礦井開采時應有針對性的做好防治水工作。

(2) 余吾礦開采的煤層均處于奧灰水水位之下，屬于帶壓開采煤層。煤層開采時應強化對地質構造探測工作，降低奧灰水對采掘工作影響。

(3) 礦井主采煤層3號層開采時，涌水主要來至于頂板裂隙水，應強化對導水裂隙帶發(fā)育高度研究，以及地表沉陷裂隙監(jiān)測。避免地表水體通過沉陷裂隙與3號煤層上覆裂隙含水層貫通，給3號煤層開采帶來不利影響。