武章軍

（山西沁和能源集團南凹寺煤業(yè)有限公司，山西晉城048000）

煤礦生產(chǎn)過程中會受到水、火、瓦斯、煤塵、頂板等自然災(zāi)害的影響[1-5]，特別是煤層群開采或淺部存在小窯老空區(qū)的礦井，致災(zāi)因素更加復雜，對礦井安全高效生產(chǎn)造成嚴重危脅[6]。為保證礦井安全生產(chǎn)，必須對這些致災(zāi)因素進行詳細的調(diào)查和分析，并在回采前采取有效的措施，杜絕礦井災(zāi)害的發(fā)生。本次針對常村煤礦主要致災(zāi)因素進行深入的調(diào)查和分析，并探討主要災(zāi)害的應(yīng)對策略，可以為礦井災(zāi)害防治提供依據(jù)，指導礦井安全生產(chǎn)。

1 礦井概況

常村煤礦由烏泥溝煤業(yè)有限公司、迎春煤業(yè)有限公司、山煤業(yè)有限公司、羅溝明興煤業(yè)有限公司、南山煤礦整合而成，北鄰前灣煤業(yè)有限公司，東臨山西煤炭運銷集團金山煤業(yè)有限公司，南鄰山西煤炭運銷集團同富新煤業(yè)有限公司。該礦批準開采1#~10#煤層，設(shè)計開采10#煤層，生產(chǎn)能力90×104t/a，井田面積為11.3364km2。礦井劃分為六個采區(qū)，分別為一采區(qū)、二采區(qū)、三采區(qū)、四采區(qū)、五采區(qū)和六采區(qū)，其中一采區(qū)和二采區(qū)為可采區(qū)，其余采區(qū)為緩采區(qū)。目前，主要的采掘工程集中在一采區(qū)和二采區(qū)。井下中央水泵房位于一采區(qū)南部，共安裝MD155~30×5型水泵三臺，功率為：110kW，額定電壓為：660V/1140V，電動機轉(zhuǎn)速為1480r/min，排水管路選用194×6無縫鋼管進行排水，根據(jù)2020年礦井排水系統(tǒng)聯(lián)合試運轉(zhuǎn)報告，最大排水能力為5800.3m3/h，能夠滿足礦井排水需要。

2 礦井面臨災(zāi)害情況

（1）老空水威脅。常村煤礦是由5個礦井整合而來，在礦井整合之前，井田范圍內(nèi)已經(jīng)對2#煤層和10#煤層進行部分回采（包括淺部小窯），存在大量的采空區(qū)，煤層回采后頂板垮落，導水裂隙帶溝通含水層（地表水），使采空區(qū)含有大量積水。

（2）采空區(qū)積氣威脅。煤層回采結(jié)束后，采空區(qū)內(nèi)會留有一定底煤，加之頂?shù)装宓暮繋r層，會釋放出大量CH4；采空區(qū)內(nèi)物質(zhì)經(jīng)過物理化學變化還會造成CO、CO2、H2S等有害氣體聚集，被封閉在采空區(qū)中。

（3）煤層自燃威脅。根據(jù)礦井生產(chǎn)地質(zhì)報告，2#煤層和10#煤層具有自燃傾向性，采空區(qū)漏風有可能使采空區(qū)內(nèi)遺留煤炭及采空區(qū)邊界煤體氧化甚至出現(xiàn)明顯火區(qū)。

3 礦井主要致災(zāi)因素調(diào)查與分析

3.1 井田內(nèi)老空水害調(diào)查與分析

（1）采空區(qū)積水情況。通過對以往礦井生產(chǎn)資料進行分析，繪制礦井采空積水區(qū)分布圖。根據(jù)井田內(nèi)積水情況，現(xiàn)采用經(jīng)驗公式對井田內(nèi)1#、2#、10#煤層采空區(qū)積水量估算如下：

式中：Q積——采空積水總量，m3；

M——采空區(qū)平均采高線或煤厚，m；

F——采空積水區(qū)的水平投影面積，m2；

α——煤層傾角，（°），取6°；

k——采空區(qū)充水系數(shù)，取0.30。

據(jù)調(diào)查本井田2#煤層采空區(qū)積水區(qū)20處，積水量541538m3，10#煤層采空區(qū)積水區(qū)2處，積水量3383m3， 積水量估算值如表1所示。

表1 井田內(nèi)采（古）空區(qū)積水量估算

（2）采空區(qū)充水通道及充水水源。井田1#、2#、10#煤層傾角一般在3°~5°之間，下部煤層開采后形成的冒落帶和導水裂隙帶會溝通上部煤層采空區(qū)積水，可根據(jù)《煤礦防治水細則釋義》煤層開采時導水裂隙帶高度計算公式覆巖巖性中硬、堅硬，選用以下公式進行計算：

1#、2#煤層采用：

10#煤層采用：

導水裂隙帶高度（Hf）計算公式：

1#、2#煤層采用：

10#煤層采用：

式中：M——累計開采厚度，m。

1#、2#煤層最大厚度分別為1.30m、3.67m，1#、2#煤層最大厚度累計為4.97m，經(jīng)計算，1#、2#煤層開采后垮落帶高度為9.53~13.93m，導水裂隙帶高度為Hf=37.42~48.62m，或Hf=54.59m。1#、2#煤層在烏泥溝河谷有露頭，埋深在0~200m之間，基巖風化帶深度50m左右，黃土厚度0~10m。根據(jù)分析，大氣降水及地表各溝谷水對1#、2#號煤層有充水影響。

10#煤層最大厚度為3.05m，經(jīng)計算，10#煤層開采后垮落帶高度為11.11~16.11m，導水裂隙帶高度為Hf=44.99~62.79m，或Hf=62.39m。10#煤層在烏泥溝河谷有露頭，埋深在0~260m間，基巖風化帶深度50m左右，黃土厚度0~10m。根據(jù)分析，大氣降水及地表各溝谷水對10#煤層有充水影響。

10#煤層至2#煤層間距51.85~69.95m，扣除開采2#煤層底板擾動破壞深度16m，說明1#、2#煤層形成的采空區(qū)積水對10#煤層開采有充水影響。

（3）老空水危害分析。由以上采空區(qū)積水，可以得知，井田內(nèi)由于開采范圍較大，積水較為嚴重，因此在開采10#煤層時一定要引起高度重視，采取防范措施，防止突水事故的發(fā)生。

3.2 井田周邊老空水害調(diào)查與分析

（1）井田周邊采空區(qū)積水情況。常村煤礦經(jīng)調(diào)查井田南、北部界外相鄰區(qū)域共計有2#煤層10處采空積水區(qū)，總積水量301525m3。詳見周邊礦井采空區(qū)積水量估算表（表2）。具體情況如下。

表2 井田內(nèi)采（古）空區(qū)積水量估算

（2）井田周邊老空水影響分析。

①臺頭前灣煤業(yè)有限公司：臺頭前灣煤業(yè)有限公司位于本井田北部，與本礦邊界未發(fā)現(xiàn)超層越界開采現(xiàn)象。與本礦邊界有采空區(qū)分布，2#煤層采空區(qū)有2處積水區(qū),積水位置位于本井田北部邊界，積水面積為0.127km2，積水量為8.5670×104m3。對本井田開采有充水影響。

②金山煤業(yè)有限公司：金山煤業(yè)有限公司位于本井田東部，與本礦邊界未發(fā)現(xiàn)超層越界開采現(xiàn)象。與本礦邊界有采空區(qū)分布，2#煤層采空區(qū)有4處積水區(qū)；積水區(qū)位置位于本井田東部，積水面積為0.199 km2，積水量為11.7171×104m3。對本井田開采有充水影響。

③同富新煤業(yè)有限公司：同富新煤業(yè)有限公司位于本井田南部，與本礦邊界未發(fā)現(xiàn)超層越界開采現(xiàn)象。與本礦邊界有采空區(qū)分布，2#煤層采空區(qū)有積水；積水位置位于本井田南部，積水面積為0.196km2，積水量為9.8684×104m3。對本井田開采無充水影響。

依據(jù)礦方調(diào)查提供的資料，相鄰的前灣煤業(yè)有限公司、金山煤業(yè)有限公司均位于本井田上山位置，采空區(qū)積水對礦井安全生產(chǎn)影響較大，因此開采本井田內(nèi)靠近采空區(qū)積水區(qū)時，應(yīng)留設(shè)煤柱，并嚴格堅持“預測預報，有掘必探，先探后掘，先治后采”的防治水原則，以免發(fā)生水害事故。

3.3 采空區(qū)有害氣體調(diào)查分析

礦井在工作面煤層采空后，垮落的黑色泥巖、炭質(zhì)泥巖頂板會解析出CH4，殘余的煤炭中也會繼續(xù)釋放瓦斯氣體，采空區(qū)內(nèi)物質(zhì)經(jīng)過物理、化學變化還會形成CO、CO2、H2S等有害氣體，這些都會在采（古）空區(qū)中聚集，形成積氣區(qū)。根據(jù)對采空區(qū)的調(diào)查，采空區(qū)內(nèi)存在瓦斯積存。另鄰界礦的采（古）空區(qū)內(nèi)的瓦斯也會通過裂隙連通井田內(nèi)采空區(qū)，可能會形成較大的積氣量，在煤礦開采時需要嚴格防范。

3.4 煤層自燃情況調(diào)查與分析

礦井分別對井田內(nèi)2#、10#煤層進行開采，據(jù)煤礦采樣測試資料，2#、10#煤層自燃傾向性為自燃。經(jīng)本次調(diào)查和參考以往礦井地質(zhì)報告資料，各煤礦開采生產(chǎn)以來均未發(fā)生過煤層自燃現(xiàn)象，現(xiàn)各煤礦井下均無火區(qū)分布。但在今后的生產(chǎn)過程中，應(yīng)采取有效地防范措施，保證煤礦順利開采。

4 礦井災(zāi)害應(yīng)對策略

4.1 老空水應(yīng)對策略

本次對井田范圍內(nèi)和井田周邊的老空水進行詳細的統(tǒng)計，并對其危害進行分析。在生產(chǎn)過程中可根據(jù)分析結(jié)果采取不同的應(yīng)對措施。當老空水沒有在井田范圍內(nèi)或位于保護煤柱內(nèi)且不對生產(chǎn)造成影響的，可不采取措施，但需要定期對其進行調(diào)查和監(jiān)測；若生產(chǎn)過程中采掘巷道接近或穿過老空水的，必須準確劃分警戒線、探水線和積水線，并對老空水采取探放措施，并對探放效果進行驗證和評價，確保解除老空水威脅。

4.2 采空區(qū)有害氣體應(yīng)對策略

采空區(qū)有害氣體異常涌出有可能會造成重大人員傷亡，甚至誘發(fā)瓦斯爆炸等事故。因此在探放水或采掘工程接近采空區(qū)時一定要做好有害氣體的檢測工作，必要時施工抽采鉆孔對有害氣體進行抽放。

4.3 煤層自燃應(yīng)對策略

根據(jù)礦井以往生產(chǎn)經(jīng)驗，在開采2#和10#煤層過程中未出現(xiàn)煤層自燃現(xiàn)象。但隨著回采向縱深發(fā)展，地質(zhì)條件出現(xiàn)變化，仍有可能造成局部煤層或老空區(qū)遺留煤炭自燃，形成火區(qū)。因此在生產(chǎn)過程中應(yīng)嚴格按照規(guī)定設(shè)計生產(chǎn)系統(tǒng)和通風系統(tǒng)等，并對煤層和采空區(qū)進行有害氣體監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。

4.4 存在問題

由于采（古）空區(qū)積水、積氣為一動態(tài)變化過程，本次調(diào)查的采（古）空區(qū)積水、積氣情況只反映礦井目前積水、積氣情況，隨著時間的推移，本礦和鄰近礦開采范圍的擴大，采空區(qū)積水、積氣范圍會不斷擴大，積水、積氣量也會不斷增加；采空區(qū)造成的地面塌陷形成的地裂縫，可能會使地面水流進入采空區(qū)內(nèi)，對井田的生產(chǎn)造成影響；同時下部煤層采空區(qū)也可能會通過裂隙帶導通上部煤層采空區(qū)，使上部煤層采空區(qū)積水進入下部煤層，對本井田下部煤層的開采造成影響；隨著回采向縱深發(fā)展，地質(zhì)條件出現(xiàn)變化，仍有可能造成局部煤層或老空區(qū)遺留煤炭自燃，形成火區(qū)。因此建議該礦在今后生產(chǎn)過程中定期對采空區(qū)積水、積氣、火區(qū)進行調(diào)查，并采取有效的防范措施。

5 結(jié)論

（1）井田內(nèi)2#煤層采空區(qū)積水區(qū)20處，積水量541538m3，10#煤層采空區(qū)積水區(qū)2處，積水量3383m3；井田周邊相鄰區(qū)域共計有2#煤層10處采空積水區(qū)，總積水量301525m3。這些老空積水對礦井正常生產(chǎn)產(chǎn)生較大影響，在生產(chǎn)過程中要加強監(jiān)測，并采取相應(yīng)措施。

（2）采空積氣區(qū)會對礦井正常生產(chǎn)產(chǎn)生一定影響，在探放水和采掘工程接近采空區(qū)時要進行有害氣體檢測和通風管理工作，必要時對采空區(qū)積氣進行抽采。