武章軍

（山西沁和能源集團(tuán)南凹寺煤業(yè)有限公司，山西晉城048000）

煤礦生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)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(kāi)采或淺部存在小窯老空區(qū)的礦井，致災(zāi)因素更加復(fù)雜，對(duì)礦井安全高效生產(chǎn)造成嚴(yán)重危脅[6]。為保證礦井安全生產(chǎn)，必須對(duì)這些致災(zāi)因素進(jìn)行詳細(xì)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(duì)常村煤礦主要致災(zāi)因素進(jìn)行深入的調(diào)查和分析，并探討主要災(zāi)害的應(yīng)對(duì)策略，可以為礦井災(zāi)害防治提供依據(jù)，指導(dǎo)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(yùn)銷集團(tuán)金山煤業(yè)有限公司，南鄰山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)同富新煤業(yè)有限公司。該礦批準(zhǔn)開(kāi)采1#~10#煤層，設(shè)計(jì)開(kāi)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(gè)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(tái)，功率為：110kW，額定電壓為：660V/1140V，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1480r/min，排水管路選用194×6無(wú)縫鋼管進(jìn)行排水，根據(jù)2020年礦井排水系統(tǒng)聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)報(bào)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(gè)礦井整合而來(lái)，在礦井整合之前，井田范圍內(nèi)已經(jīng)對(duì)2#煤層和10#煤層進(jìn)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(dǎo)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(huì)留有一定底煤，加之頂?shù)装宓暮繋r層，會(huì)釋放出大量CH4；采空區(qū)內(nèi)物質(zhì)經(jīng)過(guò)物理化學(xué)變化還會(huì)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(bào)告，2#煤層和10#煤層具有自燃傾向性，采空區(qū)漏風(fēng)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(guò)對(duì)以往礦井生產(chǎn)資料進(jìn)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(yàn)公式對(duì)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(kāi)采后形成的冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶會(huì)溝通上部煤層采空區(qū)積水，可根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則釋義》煤層開(kāi)采時(shí)導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算公式覆巖巖性中硬、堅(jiān)硬，選用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

1#、2#煤層采用：

10#煤層采用：

導(dǎo)水裂隙帶高度（Hf）計(jì)算公式：

1#、2#煤層采用：

10#煤層采用：

式中：M——累計(jì)開(kāi)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(jì)為4.97m，經(jīng)計(jì)算，1#、2#煤層開(kāi)采后垮落帶高度為9.53~13.93m，導(dǎo)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(fēng)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(duì)1#、2#號(hào)煤層有充水影響。

10#煤層最大厚度為3.05m，經(jīng)計(jì)算，10#煤層開(kāi)采后垮落帶高度為11.11~16.11m，導(dǎo)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(fēng)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(duì)10#煤層有充水影響。

10#煤層至2#煤層間距51.85~69.95m，扣除開(kāi)采2#煤層底板擾動(dòng)破壞深度16m，說(shuō)明1#、2#煤層形成的采空區(qū)積水對(duì)10#煤層開(kāi)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(kāi)采范圍較大，積水較為嚴(yán)重，因此在開(kāi)采10#煤層時(shí)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(jì)有2#煤層10處采空積水區(qū)，總積水量301525m3。詳見(jiàn)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(tái)頭前灣煤業(yè)有限公司：臺(tái)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(kāi)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(duì)本井田開(kāi)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(kāi)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(duì)本井田開(kāi)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(kāi)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(duì)本井田開(kāi)采無(wú)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(duì)礦井安全生產(chǎn)影響較大，因此開(kāi)采本井田內(nèi)靠近采空區(qū)積水區(qū)時(shí)，應(yīng)留設(shè)煤柱，并嚴(yán)格堅(jiān)持“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，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(huì)解析出CH4，殘余的煤炭中也會(huì)繼續(xù)釋放瓦斯氣體，采空區(qū)內(nèi)物質(zhì)經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)變化還會(huì)形成CO、CO2、H2S等有害氣體，這些都會(huì)在采（古）空區(qū)中聚集，形成積氣區(qū)。根據(jù)對(duì)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(huì)通過(guò)裂隙連通井田內(nèi)采空區(qū)，可能會(huì)形成較大的積氣量，在煤礦開(kāi)采時(shí)需要嚴(yán)格防范。

3.4 煤層自燃情況調(diào)查與分析

礦井分別對(duì)井田內(nèi)2#、10#煤層進(jìn)行開(kāi)采，據(jù)煤礦采樣測(cè)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(bào)告資料，各煤礦開(kāi)采生產(chǎn)以來(lái)均未發(fā)生過(guò)煤層自燃現(xiàn)象，現(xiàn)各煤礦井下均無(wú)火區(qū)分布。但在今后的生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)采取有效地防范措施，保證煤礦順利開(kāi)采。

4 礦井災(zāi)害應(yīng)對(duì)策略

4.1 老空水應(yīng)對(duì)策略

本次對(duì)井田范圍內(nèi)和井田周邊的老空水進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)，并對(duì)其危害進(jìn)行分析。在生產(chǎn)過(guò)程中可根據(jù)分析結(jié)果采取不同的應(yīng)對(duì)措施。當(dāng)老空水沒(méi)有在井田范圍內(nèi)或位于保護(hù)煤柱內(nèi)且不對(duì)生產(chǎn)造成影響的，可不采取措施，但需要定期對(duì)其進(jìn)行調(diào)查和監(jiān)測(cè)；若生產(chǎn)過(guò)程中采掘巷道接近或穿過(guò)老空水的，必須準(zhǔn)確劃分警戒線、探水線和積水線，并對(duì)老空水采取探放措施，并對(duì)探放效果進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)價(jià)，確保解除老空水威脅。

4.2 采空區(qū)有害氣體應(yīng)對(duì)策略

采空區(qū)有害氣體異常涌出有可能會(huì)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(shí)一定要做好有害氣體的檢測(cè)工作，必要時(shí)施工抽采鉆孔對(duì)有害氣體進(jìn)行抽放。

4.3 煤層自燃應(yīng)對(duì)策略

根據(jù)礦井以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在開(kāi)采2#和10#煤層過(guò)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(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定設(shè)計(jì)生產(chǎn)系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)等，并對(duì)煤層和采空區(qū)進(jìn)行有害氣體監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。

4.4 存在問(wèn)題

由于采（古）空區(qū)積水、積氣為一動(dòng)態(tài)變化過(guò)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(shí)間的推移，本礦和鄰近礦開(kāi)采范圍的擴(kuò)大，采空區(qū)積水、積氣范圍會(huì)不斷擴(kuò)大，積水、積氣量也會(huì)不斷增加；采空區(qū)造成的地面塌陷形成的地裂縫，可能會(huì)使地面水流進(jìn)入采空區(qū)內(nèi)，對(duì)井田的生產(chǎn)造成影響；同時(shí)下部煤層采空區(qū)也可能會(huì)通過(guò)裂隙帶導(dǎo)通上部煤層采空區(qū)，使上部煤層采空區(qū)積水進(jìn)入下部煤層，對(duì)本井田下部煤層的開(kāi)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(guò)程中定期對(duì)采空區(qū)積水、積氣、火區(qū)進(jìn)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(jì)有2#煤層10處采空積水區(qū)，總積水量301525m3。這些老空積水對(duì)礦井正常生產(chǎn)產(chǎn)生較大影響，在生產(chǎn)過(guò)程中要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，并采取相應(yīng)措施。

（2）采空積氣區(qū)會(huì)對(duì)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(shí)要進(jìn)行有害氣體檢測(cè)和通風(fēng)管理工作，必要時(shí)對(duì)采空區(qū)積氣進(jìn)行抽采。