劉 曌

（山西蘭花沁裕煤礦有限公司，山西晉城 048212）

近十年內(nèi)，山西省對(duì)大量資源較差、產(chǎn)能落后的礦井進(jìn)行了資源整合工作。但兼并重組后的礦井由于存在大量采空區(qū)積水問(wèn)題，對(duì)周邊地質(zhì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生一定影響，并對(duì)礦井的安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅[1]。例如2010 年3 月[2]，山西王家?guī)X煤礦發(fā)生1 起特別重大透水事故，事故共造成153人被困，在全力搶救后，共計(jì)115人獲救，但仍有38人遇難。經(jīng)調(diào)查分析，引起該事故的主要原因即為采空區(qū)積水造成。由此看出，如果無(wú)法對(duì)老空區(qū)積水制定合理的防治措施，很有可能發(fā)展成為影響煤礦安全生產(chǎn)的重大災(zāi)害[2]。

截止目前，我國(guó)專家學(xué)者對(duì)采空區(qū)積水的防治已經(jīng)進(jìn)行了廣泛而深入的研究，并取得諸多成就。崔洪慶[3]等以美國(guó)某煤田為例，提出以GPS和GIS為輔助定位技術(shù)對(duì)廢棄井田內(nèi)水位地質(zhì)圖進(jìn)行完善補(bǔ)充的方法，并設(shè)立水位觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)；張壯路[4]通過(guò)對(duì)廢棄礦井的水文條件和地下水動(dòng)力模式的分析，進(jìn)行了水位回彈過(guò)程和動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)的計(jì)算；周建軍等[5]利用FELOW 數(shù)值模擬軟件，對(duì)廢棄礦井的水流模型進(jìn)行了模擬計(jì)算，得到了不同介質(zhì)下水位回彈的特性。

筆者根據(jù)對(duì)采空區(qū)積水防治相關(guān)資料的查閱和對(duì)前人經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，以沁裕煤礦水文地質(zhì)資料為理論依據(jù)進(jìn)行了大量實(shí)地工作，在對(duì)礦井采空區(qū)積水的影響進(jìn)行了全面性的分析后，提出并實(shí)施了合理的治理方案，為確保沁裕煤礦的安全生產(chǎn)具有一定指導(dǎo)意義。

1 礦區(qū)采空積水情況

沁裕煤礦為兼并重組的礦井，位于山西晉城，是由附近三個(gè)產(chǎn)能較小的礦井及部分空白資源整合而成，生產(chǎn)能力為90×104t/a。原先礦井先后關(guān)閉，而閉坑后的采空區(qū)積水水位持續(xù)升高，對(duì)沁裕煤礦的安全生產(chǎn)構(gòu)成了直接的水患威脅。

經(jīng)過(guò)對(duì)沁裕煤礦2號(hào)煤層采空積水的勘查，共發(fā)現(xiàn)10 處積水區(qū)，其中8 處為2017 年8 月經(jīng)過(guò)物探推斷發(fā)現(xiàn)，均為沁裕煤礦正常開(kāi)采所形成，編號(hào)為J1-J8；另外2處為原某一整合礦井開(kāi)采所形成，根據(jù)“隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素普查報(bào)告”的勘查資料發(fā)現(xiàn)，編號(hào)為J9和J10。探查統(tǒng)計(jì)顯示，2 號(hào)煤層采空區(qū)總積水面積達(dá)14.3×104m2，總積水量達(dá)11.5×104m3。

針對(duì)J1-J10積水區(qū)需設(shè)置安全線，根據(jù)井下探放老空水技術(shù)要求，筆者確定由J1-J10積水區(qū)向外推60m作為探水線，并根據(jù)警戒線確定的相關(guān)規(guī)定，確定由J1-J10積水區(qū)探水線向外推50m作為警戒線。

2 煤層頂板采動(dòng)導(dǎo)水裂隙帶對(duì)采空區(qū)充水影響

在沁裕煤礦投入生產(chǎn)后，煤層頂板的巖性組合、開(kāi)采厚度和采煤方法都將對(duì)上覆巖層產(chǎn)生一定的破壞。2號(hào)煤層和15號(hào)煤層分別采用綜采一次采全高采煤工藝和長(zhǎng)壁采煤法，采動(dòng)同樣會(huì)對(duì)煤層產(chǎn)生影響，從而影響采空積水區(qū)的防治。

根據(jù)沁裕煤礦地質(zhì)資料，需要對(duì)2 號(hào)和15 號(hào)煤層開(kāi)采后所產(chǎn)生的導(dǎo)水裂縫帶高度進(jìn)行計(jì)算。2 號(hào)煤層中硬巖導(dǎo)水裂隙帶計(jì)算根據(jù)公式（1）：

式中：HIi——導(dǎo)水裂隙帶高度，m；

∑M——煤層累計(jì)采厚，m。

經(jīng)計(jì)算，本井田2號(hào)煤層開(kāi)采后導(dǎo)水裂隙帶最大高度為40.98m。

15號(hào)煤層頂板巖性為石灰?guī)r，屬堅(jiān)硬巖石，導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算參見(jiàn)公式（2）：

式中：Hli——導(dǎo)水裂隙帶高度，m；

∑M——煤層累計(jì)采厚，m。

取煤層最大厚度值，15 號(hào)煤層最大厚度5.8m。經(jīng)計(jì)算，本井田15 號(hào)煤層開(kāi)采后裂隙導(dǎo)水帶高度為82.25m。

根據(jù)勘查資料顯示，2號(hào)煤層導(dǎo)水裂隙帶高度可至煤層上部的幾層砂巖，最高可達(dá)下石盒子組底部K8砂巖層。據(jù)勘察資料分析，煤層埋藏較淺，溝谷中多有煤層露頭，2 號(hào)煤開(kāi)采過(guò)后，頂板冒落產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶將直接溝通煤層頂板各含水層之間的水力聯(lián)系，并使含水層之間的泥巖隔水層遭到破壞，無(wú)法起到很好的隔水作用。

防治方案：因此在煤層開(kāi)采的過(guò)程中應(yīng)采取相應(yīng)的措施，預(yù)防導(dǎo)水裂隙帶溝通上覆巖體含水層地下水和附近的采空區(qū)積水，防止雨后洪水沿裂隙灌入礦井，造成突水事故。

3 斷裂構(gòu)造對(duì)采空區(qū)積水的影響

沁裕煤礦煤礦所處構(gòu)造主要是在單斜基礎(chǔ)上局部發(fā)育寬緩褶曲，主要見(jiàn)于井田中部發(fā)育NE向背斜和向斜；其向斜軸部較低，采空區(qū)容易積水。當(dāng)巷道進(jìn)入向斜軸部地段時(shí)，礦井涌水量會(huì)增大，因此對(duì)礦井的開(kāi)采有一定的影響。

目前根據(jù)勘探資料顯示，礦井內(nèi)共發(fā)現(xiàn)有4條斷層發(fā)育，均為正斷層。其中，F(xiàn)1斷層斷距相對(duì)較大，達(dá)到30～70m；F2斷距僅為2～4m；F3和F4的斷距分別為15m和20m。4條斷層破碎帶均與河流相交，河谷內(nèi)的地表水、河谷松散含水層都存在通過(guò)斷層對(duì)礦井充水可能。特別是井田西部的F1斷層，穿越整個(gè)井田全境，不光與溝谷相交，該河谷上游段更有泉水持續(xù)補(bǔ)給，雨季來(lái)臨后溝谷地表水可能會(huì)通過(guò)斷層的破碎帶對(duì)礦井充水。

防治方案：可以看出，地質(zhì)構(gòu)造特別是斷層對(duì)井田水害防治有一定影響，重點(diǎn)主要是向斜構(gòu)造的聚水作用和個(gè)別斷層的導(dǎo)水作用。隨著采掘范圍和深度的加大，加之采動(dòng)影響，不能排除斷層及隱伏斷層、陷落柱導(dǎo)水的可能性，一旦導(dǎo)通，則對(duì)礦井開(kāi)采影響較大，所以對(duì)斷層、陷落柱的導(dǎo)水性和富水性絕不可低估，在礦井開(kāi)采過(guò)程中應(yīng)密切關(guān)注這些構(gòu)造的富水情況，重視對(duì)隱伏斷裂及其它構(gòu)造形跡的探查和研究，防治斷裂及破碎帶突水造成的水害。當(dāng)采掘接近斷層、陷落柱時(shí)，必須加強(qiáng)探放水工作，及時(shí)排查隱伏斷層、陷落柱構(gòu)造，制定必要的防范措施，確保煤礦安全生產(chǎn)。

4 奧灰水帶壓開(kāi)采影響分析

沁裕煤礦煤礦井田內(nèi)奧灰水巖溶水位標(biāo)高704.0～710.0m，位于東北邊界，當(dāng)對(duì)15號(hào)開(kāi)采時(shí)，由于煤層埋深大、層位低，最低底板標(biāo)高僅為690m，部分采區(qū)存在奧灰水帶壓開(kāi)采的可能。

根據(jù)帶壓區(qū)內(nèi)的ZK7-1 勘探孔資料，該孔奧灰水水位標(biāo)高702.1m，奧灰?guī)r層頂面標(biāo)高為700.9m，計(jì)算水頭壓力P值為0.012MPa，15號(hào)煤層底板下隔水層厚度為2.08m，用公式（3）計(jì)算該區(qū)15號(hào)煤層底板的突水系數(shù)。

式中：T——突水系數(shù)，MPa/m；

P——底板隔水層承受的壓力，MPa；

M——底板隔水層厚度，m。

計(jì)算突水系數(shù)為0.006MPa/m，小于構(gòu)造塊段的0.06MPa/m的臨界值，該區(qū)未發(fā)現(xiàn)斷層，其帶壓區(qū)內(nèi)奧灰地下水對(duì)15號(hào)煤層底板不具有突水威脅，15號(hào)煤層開(kāi)采是安全的。

5 礦井未來(lái)五年建設(shè)生產(chǎn)受采空積水影響分析

根據(jù)沁裕煤礦中短期的采掘銜接計(jì)劃來(lái)看，將會(huì)計(jì)劃完成2號(hào)煤層膠帶大巷、軌道大巷以及201采區(qū)各條大巷的掘進(jìn)工作，并進(jìn)行計(jì)劃完成201采區(qū)各工作面的掘進(jìn)及回采工作；同時(shí)完成15號(hào)煤層井底車場(chǎng)、膠帶大巷、回風(fēng)大巷等巷道的掘進(jìn)工作。

在2號(hào)煤層的采掘過(guò)程中，共圈定了5處采空積水區(qū)，編號(hào)分別為J1、J2、J3、J7、J8；在15 號(hào)煤層的采掘過(guò)程中，共圈定了2 處采空積水區(qū)，編號(hào)分別為J2和J3。采空積水區(qū)。積水量與積水面積見(jiàn)表1。

表1 礦井未來(lái)五年各采掘工作面受采空積水影響情況統(tǒng)計(jì)表

防治方案：由于15 號(hào)煤層的導(dǎo)水裂隙帶會(huì)直接溝通2號(hào)煤層下方，因此，在工作面采掘之前，需采用鉆探技術(shù)提前對(duì)2號(hào)煤層采空區(qū)積水進(jìn)行探放、疏排，若出現(xiàn)涌水量較大的異常鉆孔，需在其附近進(jìn)行加密補(bǔ)探，直到涌水量趨于穩(wěn)定并符合標(biāo)準(zhǔn)后才可繼續(xù)工作。

6 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)沁裕煤礦的水文地質(zhì)資料，采用物探勘察、井下鉆孔等勘查手段進(jìn)行了多次現(xiàn)場(chǎng)普查工作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2 號(hào)煤層采空積水區(qū)10 處，總積水面積14.3×104m2，總積水量11.5×104m3，并編號(hào)為J1-J10。最后結(jié)合礦井未來(lái)五年采掘規(guī)劃情況，對(duì)沁裕煤礦采空區(qū)積水進(jìn)行了有針對(duì)性的調(diào)查摸底，取得并提出以下防治措施：

（1）根據(jù)井下探放老空水的相關(guān)技術(shù)要求，確定本次由J1-J10積水區(qū)向外推60m 作為探水線，確定由J1-J10積水區(qū)探水線向外推50m作為警戒線。

（2）在未來(lái)的五年采掘中，2 號(hào)煤層的采掘主要受同層J1、J2、J3、J7和J8采空積水區(qū)的影響；15號(hào)煤層的采掘主要受J2和J3采空積水區(qū)的影響。在采掘前需采用鉆探技術(shù)提前對(duì)所采煤層的采空區(qū)積水進(jìn)行探放、疏排，并注意涌水量較大的異常鉆孔。

（3）在礦井開(kāi)采過(guò)程中應(yīng)注意斷層、構(gòu)造帶的影響，必須加強(qiáng)探放水工作，重視對(duì)隱伏斷裂及其它構(gòu)造形跡的探查和研究。