張榮敏

（昭通市昭陽區(qū)工業(yè)信息商務(wù)科技局，云南 昭通 657000）

昭通金寰礦業(yè)有限公司石埡口煤礦地處云南省昭通市昭陽區(qū)小龍洞鄉(xiāng)，距昭通市區(qū)25km，是山東豐源集團股份有限公司實施做大做強、向外擴張戰(zhàn)略，在山東省外投資建設(shè)的首個煤礦。2010 年10 月成立煤礦項目籌建指揮部，提交可研報告，2012 年8 月取得開工備案手續(xù)，2013 年3月正式動工興建，目前已進入三期工程施工，礦井涌水量為230m3/h。本文以石埡口煤礦為研究對象，分析了該礦的充水因素，提出了防治水對策，指明了該礦今后的防治水工作的方向，具有針對性、可操作性，也可供周邊礦井參考借鑒。

一、概況

（一）礦井規(guī)模及儲量

根據(jù)全市煤炭資源儲量、賦存條件、災(zāi)害程度，昭通市能源局組織專家編制了《昭通市煤炭產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行業(yè)技術(shù)指導(dǎo)建議》，把昭陽區(qū)劃分為六個區(qū)塊，保留煤礦6個，其中：30萬噸4個，45萬噸和60萬噸各一個。其中鮑家地礦區(qū)4 個區(qū)塊，石埡口煤礦所屬的鮑家地礦區(qū)第2 區(qū)塊，面積33.8216km2，儲量10000 萬噸。石埡口煤礦主要可采煤層自下而上分別為M1、M4、M7，均厚分別為1.00m、1.52m、1.97m，低瓦斯礦井按高瓦斯設(shè)計，地質(zhì)條件中等，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，礦井地質(zhì)資源量69290.0kt，工業(yè)資源儲量48264.0kt，設(shè)計可采儲量為29617.4kt，設(shè)計生產(chǎn)能力450kt/a，資源儲備及礦井主要生產(chǎn)設(shè)備配置具備擴大產(chǎn)能至900kt/a 的條件。

（二）地形地貌、水系及降雨量

石埡口煤礦位于云南省東北部烏蒙山脈東段，屬構(gòu)造侵蝕溶蝕高中山區(qū)，山脈走向與地層走向基本一致，總體呈近南北向展布。區(qū)內(nèi)地勢總體呈北西高南東低，標高一般在 +2700～+2100 m；最高點位于礦區(qū)西北角，標高 +2775 m，最低侵蝕基準面位于礦區(qū)東南角偏坡寨西溝溪出境口，標高 +2175 m，相對高差600 m，一般為300～500 m，地形切割劇烈。

本區(qū)地處灑漁河與模洛河分水嶺地帶，地表水系不發(fā)育，僅四條季節(jié)性溪溝，流量0.8～24 L/s，雨季流量較大，旱季多數(shù)斷流。各溪溝一般由北向南徑流，出境后匯入模洛河，屬金沙江水系，模洛河在井田東邊界，河床（最低侵蝕基準面）標高+2100m。氣溫垂直分帶明顯，每年5～10月為雨季，多年平均降雨量1009 mm，雨季降雨量約占全年80%左右。

（三）地層、構(gòu)造及水文地質(zhì)類型

井田范圍出露最老地層為石炭系下統(tǒng)金子溝組、含煤地層為石炭系下統(tǒng)萬壽山組、上覆地層依次為石炭系下統(tǒng)舊司組、上司組、擺佐組、中統(tǒng)威寧組，二疊系下統(tǒng)梁山組、棲霞組、茅口組、上統(tǒng)峨眉山玄武巖組及第四系，簡述于下。地層水文地質(zhì)特征見表1。

表1 地層水文地質(zhì)特征表

石埡口煤礦總體為單斜構(gòu)造，緩傾斜地層，傾角變化不明顯。斷裂構(gòu)造較發(fā)育，較大斷裂構(gòu)造為F1、F2、F3，其余為小斷層，且分布零星，礦井范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有其他構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度為中等類型。水文地質(zhì)條件復(fù)雜類型。

二、實見水文地質(zhì)及充水因素分析

（一）煤系地層上覆含水層對礦井充水的影響

石埡口煤礦采用斜井開拓，主、副井口位于井田東部偏坡寨附近，井口標高為+2305m，25°下山，斜長1200 m；西回風(fēng)立井位于井田西部距主副井口2065m，深度767m，井口標高+2555m。

1.突水層位、突水形式及涌水量。2013 年10 月，在施工主、副井筒及西回風(fēng)立井在揭露和穿過P1q+m（棲霞、茅口灰?guī)r）巖溶強含水層時未發(fā)生突水，該巖溶強含水層接近地表，巖溶裂隙很發(fā)育，連通性好，淺部在雨季是地下水涇流的通道，深部裂隙基本全部被粘土充填滿，成為了良好的隔水層；主、副井筒施工至二疊系梁山組（隔水層）底部、石炭系威寧組頂部，主斜井施工至423m 時發(fā)生底板突水，初始水量為17.8m3/h，副斜井施工至417m 時發(fā)生底板突水，初始涌水量約17.0m3/h，后主副井筒突水量分別逐漸增大至34 m3/h，主、副井初始突水（初見水位）標高+2125 m；2014 年3 月，在西回風(fēng)立井施工至井深443m 的石炭系中統(tǒng)威寧組底界面和下統(tǒng)擺佐組頂界面附近位置（標高+2122m）發(fā)生突水，突水量由12m3/h 逐漸增大至32m3/h，由于排水系統(tǒng)不完善導(dǎo)致淹井。經(jīng)完善主、副、風(fēng)井排水系統(tǒng)恢復(fù)被淹井筒后繼續(xù)施工，各井筒由上而下依次穿過前述的各含水層，揭露和穿過各含水層的過程中均出現(xiàn)突水，突水形式為巖溶裂隙水，突水點分散，單點的突水量不大。2017 年7 月礦井涌水量達到225m3/h，直到2017 年12 月軌道石門、運輸石門穿過舊司組含水層進入萬壽山組（C1w）煤系地層（弱裂隙含水層，可視為相對隔水層）時，礦井涌水量（西回風(fēng)立井涌水量因未與主、副井貫通且獨立排水，未計入）在200m3/h 上下波動，2018 年2 月西回風(fēng)立井落平，2018 年5 月三井貫通（礦井已完成煤系地質(zhì)上覆含水層及隔水層的所有開拓工程量4800m），2018年8 月－12 月礦井涌水量達到建礦以來的最大值270m3/h，2019 年2 月（旱季）達到一個谷值220m3/h，2019 年6 月（雨季）又升高到一個峰值256 m3/h，2020 年3 月（旱季）又降低到一個新的谷值160 m3/h。井筒及2 條石門揭露的絕大多數(shù)出水點由淺部至深部已逐漸疏干、斷流。

2.各含水層水化學(xué)類型。在施工過程中遇到突水選擇有代表性的點取水樣送到有資質(zhì)的水化學(xué)中心進行了工業(yè)全分析，分析結(jié)果見表2。

表2 分析結(jié)果

通過以上觀測、水質(zhì)化驗及分析，可以得出幾點結(jié)論：（1）礦井初見水位與當?shù)厍治g基準面一致。本礦東鄰的漠洛河河床標高+2100m 應(yīng)視為當?shù)厍治g基準面。該基準面（+2100m 水平面）以上的棲霞、茅口 (P1q+m)灰?guī)r巖溶強含水層上部巖溶發(fā)育，出露部分呈卡斯特地貌特征，具備大量過水的巖溶通道，通道在旱季不含水，在雨季是主要的地下徑流通道，該含水層下部被地下水所攜帶的粘土沉積并長期充填成為相對隔水層；井筒施工中的初見水位僅與最低侵蝕基準面（標高+2100m）相關(guān)，在這個標高以上掘進時無涌水，掘至該標高以下時開始出現(xiàn)涌水?！妒瘓嚎诿旱V勘探報告》中關(guān)于“最低侵蝕基準面位于礦區(qū)東南角偏坡寨西溝溪出境口，標高+2175m”的論述有誤。（2）開拓工程量是礦井涌水量增大的主要影響因素。從礦井涌水量與礦井掘進總進尺圖可以看出：在2017 年底（揭露含水層面積達到最大）之前，礦井涌水量隨著礦井開拓工程量的增加而增大，開拓工程完全揭露煤系地層上覆含水層（之后的井巷工程是在煤系地層萬壽山組相對隔水層中施工）后礦井涌水量達到最大值。（3）降水量變化是礦井涌水量波動的主要影響因素。由于2018 年降水量與前后幾年相對大一點，礦井涌水量增大到建礦以來的最大值270m3/h。（4）2018 水對礦井涌年之降水量的影響時間后，大致滯后10 個月。每年礦井涌水量最大值均要先于雨季最大降雨月份2 個月，看似矛盾，實則是降水對礦井涌水影響時間滯后所致，這與涌水點的埋深大，地表水補給時間長有密切關(guān)系。（5）淺部含水層水質(zhì)類型以HCO3-Mg2+Ca2+型水質(zhì)為主，深部含水層水質(zhì)類型則以HCO3-Na+型水質(zhì)為主，深部較早揭露（舊司組頂部、上司組底部）突水點水質(zhì)類型為SO42-Ca2+Mg2+型，且有硫化氫（H2S）的刺鼻氣味；水樣的PH 值均大于7，呈堿性；標高越高（+2122.0m）、埋藏越淺地下水的流動性越強其礦化度越低（182.0 mg/L），標高越低（+1775m）、埋藏越深水的流動性越差其礦化度越高（1232mg/L≥1000mg/L，屬微咸水）。（6）深部含水層處于最低侵蝕基準面以下，無排泄點，長期處在封閉缺氧的還原環(huán)境中，地下水對圍巖的溶蝕作用導(dǎo)致巖溶水的礦化度高。初揭露深部含水層時突水水源以靜儲量為主，長期礦井排水形成了降落漏斗，處于降落漏斗之上的出水點逐漸干涸斷流，而處于降落漏斗之下的突水點經(jīng)長期疏排后，充水水源則由原來的以靜儲量為主逐漸轉(zhuǎn)為以動儲量為主，即深部含水層接受了淺部含水層水的徑流補給，因而后來水樣的化驗結(jié)果礦化度低。（7）深部地下水中有H2S 氣味是原巖中的水化學(xué)環(huán)境所致。上司組底部夾一層14～17m 厚的淺灰～灰黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，局部含較多星點狀黃鐵礦結(jié)核及炭化植物碎屑。因該地層中含有黃鐵礦（Fe2S）結(jié)核，遇水后產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)：Fe2S+H2O+O2->Fe2O3·3H2O+H2SO4（煤礦地質(zhì)學(xué)，煤炭工業(yè)出版社184 頁第24 行）,在缺氧條件下經(jīng)過(一般在地下深處封閉的地質(zhì)構(gòu)造中)生物化學(xué)還原（脫硫酸）作用生成H2S 氣體。在有機物存在的條件下，當?shù)叵滤械腟O42-,因微生物(脫硫細菌)的作用還原而生成H2S 時，水中的SO42-減少以至消失，而H2S 氣體及HCO3-的含量增大（實測水樣中HCO3-含量占陰離子總量的19.97 mmol %）。脫硫酸作用的化學(xué)反應(yīng)式：SO42-+2C+2H20->H2S+2 HCO3-。在地下深處缺氧的封閉地質(zhì)構(gòu)造中(如緊閉背斜)和富含有機物的巖層(如黑色的石灰?guī)r)常有利于H2S 的形成。

主采煤層充水因素分析

1.頂?shù)装搴畬訉γ簩娱_采時充水的影響。礦區(qū)位于上雄塊向斜南部的西翼，地表以碳酸鹽巖地層為主，而碎屑巖類地層分布范圍局限，呈條帶狀形成了區(qū)域性巖溶含水層的隔水邊界。礦區(qū)范圍內(nèi)P1q+m(棲霞、茅口灰?guī)r)強含水層下伏有梁山組相對隔水層相阻，是該含巖溶發(fā)育（落水洞、凹陷的底限），對煤層開采時充水無直接影響。煤系為萬壽山組（C1w）上覆地層為舊司組（C1js）、下伏為金子溝組（C1j），均為巖溶含水層，煤系弱裂隙含水層可視為相對隔水層。經(jīng)計算M7回采時兩帶高度可達37m,大于局部地段該煤層與舊司組含水層的層間距；回采M1煤層時，下三帶的深度為15m,大于局部地段該煤層與金子溝組含水層的層間距。因此，各煤層的直接充水水源為煤系地層弱含水層，M7間接充水水源為上覆舊司組灰?guī)r巖溶裂隙含水層，M1煤層間接充水水源為下伏金子溝組灰?guī)r巖溶裂隙含水層。2.斷層對礦井充水的影響。礦區(qū)斷層較發(fā)育，但對礦區(qū)各類含水層影響較大的僅有三條，即F1、F2、F3。斷層可能導(dǎo)水，或因采掘活動影響致斷層由不導(dǎo)水轉(zhuǎn)為導(dǎo)水。3.地表落水洞對礦井充水的影響。石埡口井田范圍內(nèi)地表存在不少落水洞，這些落水洞由出露于地表的小型溶蝕洼地形成，大部分充填了第四系粘土，在雨季成為集水坑，雨水下滲沿巖溶裂隙在地下涇流。根據(jù)《石埡口煤礦勘探報告》及礦井施工時水文地質(zhì)觀測及素描成果可知，落水洞僅發(fā)育于地表淺層，因發(fā)育不深（基本以梁山組隔水層為底界），未造成四周巖層坍塌進而形成陷落柱構(gòu)造，僅能稱之為地表凹陷或落水洞，有些落水洞在地面上呈串珠狀分布，在地下則相互連通，是淺層地下水徑流的主要通道，對煤層充水無影響。

三、防治水對策

1.嚴格落實《煤礦防治水規(guī)定》（國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第28 號 ）等法律法規(guī)有關(guān)防治水的規(guī)定。2.煤礦企業(yè)要加強防治水主體責任意識，要高度重視防治水工作，設(shè)立防治水機構(gòu)，配備防治水專業(yè)技術(shù)人員，設(shè)立建立健全水害防治崗位責任制、水害防治技術(shù)管理制度、水害預(yù)測預(yù)報制度和水害隱患排查治理制度；建立健全探放水制度、重大水患停產(chǎn)撤人制度，編制專門防治水設(shè)計、措施等；定期組織開展水患排查活動，研究制定治理措施。加強對職工防治水知識的培訓(xùn)和教育，保障防治水所需的人力、物力和資金，必須堅持“預(yù)測預(yù)報、有掘必探、有采必探、先探后掘、先探后采”防治水原則，采取“防、堵、疏、排、截”的綜合治理措施，切實落實各項防治水措施，遏止水害事故的發(fā)生。3.疏放含水體積水，對于采掘活動附近的含水體積水，采掘活動前需要對其進行提前疏放，生產(chǎn)過程必須堅持“有掘必探、有采必探”的防治水原則，巷道掘進前進行井下超前探測，對于物探解釋的異常區(qū)需進行鉆探驗證。4.嚴格執(zhí)行井下探放水的各項規(guī)定，在煤層掘進和回采工作面探水前，必須編制探放水設(shè)計，確定探水線、警戒線，并采取防止瓦斯和其他有害氣體危害等安全措施，嚴格按設(shè)計進行探放水。井下探放水必須使用專用的探放水鉆機，嚴禁使用煤電鉆探放水。在探水鉆孔鉆進過程中，發(fā)現(xiàn)煤巖松軟、片幫、來壓或者鉆眼中水壓、水量突然增大和頂鉆等透水征兆時，應(yīng)當立即組織所有受水害威脅區(qū)域人員撤到安全地點，分析原因，采取有效措施進行處理。5.在采掘工程平面圖上標明積水區(qū)及其最低點的具體位置和積水外緣標高，積水外緣外推30m 標出探水線，探水線外推40m 標出警戒線。當掘進工作面進入積水警戒線后，必須超前探放水，并在距積水實際邊界30m 處停止掘進，進行打鉆放水，在確證積水已被基本放凈后，才允許繼續(xù)掘進。以平面圖、剖面圖確切反映積水區(qū)與采掘工作面的空間關(guān)系。要分析其主要的充水因素，預(yù)計可能的積水量和動水量。超前探放老空積水，同時要制定預(yù)防有害氣體溢出傷人的專門措施。6.在掘進回采前需采用物探方法進行勘探，并結(jié)合井下鉆探和化探等手段進行驗證，并采區(qū)相應(yīng)防治水措施。7.加強對周邊小煤礦積水情況的探測，采用物探方法進行勘探，并結(jié)合井下鉆探和化探等手段進行驗證，探查采掘工程附近老空水的具體位置、積水量大小和壓力，將驗證已確認的老空水，必須采取超前探放水或留取保護煤柱，確定無突水危險時方可采掘。8.完善井下排水系統(tǒng)，井下排水系統(tǒng)應(yīng)進行經(jīng)常性的維護工作，保障整個排水系統(tǒng)的暢通，對于排到地面的礦井水，應(yīng)當妥善處理，避免再滲入井下。9.建立水害監(jiān)測系統(tǒng)，備足設(shè)備，施工抗災(zāi)水倉，一旦發(fā)生突水意外及時強排。10.制定礦井防治水預(yù)案：包括人員組織、水情觀測、防治措施等諸多環(huán)節(jié)。加強全礦井防治水的安全技術(shù)培訓(xùn)，在井下明顯標志出礦井防治水避災(zāi)路線，并保持暢通。并配備專人負責這項工作，定期定時定點觀測水情變化，出現(xiàn)異常情況，應(yīng)加密觀測次數(shù)，以免延誤時機；當出現(xiàn)透水征兆時，應(yīng)迅速撤離人員，觀測發(fā)展變化的趨勢，啟動防治水預(yù)案，采取相應(yīng)的防治水工作。11.每年雨季來臨前，防治水領(lǐng)導(dǎo)組必須組織各部門對井口、工業(yè)廣場的防洪設(shè)施（包括攔水壩、橋涵、護坡、導(dǎo)水渠等），生產(chǎn)、輔助、生活建筑物和設(shè)施進行全面檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時維修、清理。同時儲備充足的防洪搶險工具、物資、材料，專人管理，所儲工具、物資、材料不得挪作他用。12.做好現(xiàn)有排水設(shè)施的維護清理工作，組織有關(guān)人員疏通清挖工業(yè)廣場流水通道，對漏水的溝渠進行排查分析，并制定措施進行封填、改道，必要時維修加固。嚴禁將矸石、爐灰、垃圾等雜物堆放在山洪河流可能沖刷到的地方，對場地內(nèi)堆放的廢棄物及時清理。13.每年雨季前，對井田范圍內(nèi)的地表裂縫、地表塌陷進行全面調(diào)查，重點是往年開采的范圍，并將裂縫、塌陷區(qū)的分布情況、規(guī)模、范圍填繪在井上下對照圖上。較大的塌陷坑和裂縫塌陷區(qū)外圍，應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件筑提包圍或挖攔水溝截水，不能讓雨水匯集。在雨季，每次降雨時和降雨后，必須派專人檢查礦區(qū)及其附近地面有無裂縫和塌陷等現(xiàn)象，若有，必須及時堵塞。裂縫、塌陷區(qū)治理必須保證質(zhì)量，能夠有效阻止降水入滲。