李 威

（山西省煤炭地質(zhì)一一四勘查院有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

1 礦井概況

慈林山煤礦位于長(zhǎng)子縣慈林鎮(zhèn)龍?zhí)链逯辽^鎮(zhèn)鮑寨村一帶，北距長(zhǎng)治市約30 km，207 國(guó)道和長(zhǎng)治—晉城高速從礦區(qū)東側(cè)通過，礦區(qū)距太焦鐵路東田良車站約1km，交通運(yùn)輸十分便利。本區(qū)位于太行山脈西側(cè)之長(zhǎng)治盆地南部的低山中，區(qū)內(nèi)溝谷縱橫，地貌特征劃為黃土陡崖沖溝、河漫灘低地和低山侵蝕3 種，由北部慈林山經(jīng)南嶺到南部鮑寨山頂，成一起伏脊線，分別向東西兩側(cè)逐漸降低，標(biāo)高由+1208.8 m(鮑寨山頂)逐漸降為+960 m（東田良村）。井田內(nèi)地表河流主要為鮑寨河，為季節(jié)性河流，位于井田南部，經(jīng)鮑寨向東流，在色頭鎮(zhèn)轉(zhuǎn)為北東向流出井田，現(xiàn)已干涸。

礦區(qū)內(nèi)大部為第四系黃土覆蓋，二疊系上、下石盒子組在局部地段出露。石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組為本煤礦的含煤地層。含煤地層總厚為154.99 m，煤層平均總厚13.49 m，含煤系數(shù)8.70%，含3、9、15 號(hào)等3 層穩(wěn)定可采煤層。

礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造受區(qū)域構(gòu)造影響，構(gòu)造總體為走向NE、傾向NW 的單斜，在此基礎(chǔ)上發(fā)育軸向近EW向或NS 向的寬緩褶曲，地層產(chǎn)狀平緩，傾角一般5°～10°，局部可達(dá)17°，共發(fā)現(xiàn)大小斷層16 條，其中巷道掘進(jìn)及工作面回采過程中揭露了13 條斷層。礦內(nèi)共發(fā)育有陷落柱50 個(gè)，其中43 個(gè)為采掘揭露，7 個(gè)為物探解譯。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 水文地質(zhì)單元

慈林山煤礦區(qū)域水文地質(zhì)單元為三姑泉域。在甘潤(rùn)村南部的晉獲褶斷帶及延河泉域構(gòu)成三姑泉域的西部邊界，其北以地表分水嶺為界；北部邊界在長(zhǎng)治縣韓店鎮(zhèn)到蔭城鎮(zhèn)一帶；柳樹口到奪火一帶的地形地貌分水嶺、大箕至南石翁一帶的近東西向弧形褶斷帶分別構(gòu)成三姑泉域的東、南邊界。

2.2 主要含、隔水巖組及其特征

2.2.1 含水層

1）松散層孔隙含水層。該含水層組的巖性主要是由亞粘土、砂石及礫石等構(gòu)成，孔隙較發(fā)育，出露范圍較大，含水層埋藏深度一般不大，滲透性良好，接受大氣降水和地表水的補(bǔ)給，在局部地段含水豐富。

2）基巖風(fēng)化帶裂隙含水層。該含水層的巖性因地而異，在巖性、構(gòu)造及地形等因素作用下，風(fēng)化裂隙發(fā)育程度不一，該含水層埋藏深度一般在50～80 m，各地段富水性差異較大。

3）二疊系下統(tǒng)山西組及上、下石盒子組砂巖裂隙含水層組。為碎屑巖裂隙含水層組，礦區(qū)內(nèi)上、下石盒子組均有出露。該含水層組巖性主要由中、細(xì)粒砂巖為主，平均厚度為8.68 m。K7 砂巖及3 號(hào)煤層頂板砂巖裂隙含水層構(gòu)成3 號(hào)煤層采空積水的充水水源。在鉆進(jìn)過程中，據(jù)簡(jiǎn)易水文觀測(cè)，該層位泥漿消耗量較大。

4）石炭系上統(tǒng)太原組巖溶裂隙含水層組。該含水層組由K2、K3、K4、K5 4 套灰?guī)r構(gòu)成，平均總厚度為17.88 m，一般不發(fā)育巖溶裂隙（個(gè)別鉆孔除外）。鉆進(jìn)過程中，簡(jiǎn)易水文觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，除少量鉆孔沖洗液漏失外，大部分鉆孔變化不明顯。

5）奧陶系中統(tǒng)峰峰組石灰?guī)r巖溶裂隙含水層。該含水層組巖性主要由石灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r及白云巖等構(gòu)成，隱伏于15 號(hào)煤層之下，地表未見露頭。奧陶系灰?guī)r含水層埋藏深度大，厚度較大，承壓水頭較高，是礦區(qū)主要含水層組。

2.2.2 隔水層

1）上石盒子組中下部及下石盒子組隔水組。該層巖性組成是由泥巖、砂質(zhì)泥巖夾薄層砂巖，在垂向上呈復(fù)合結(jié)構(gòu)，裂隙較少存在，為相對(duì)石盒子組與山西組之間的相對(duì)隔水層。

2）山西組和太原組上部所夾透鏡體狀泥巖和砂質(zhì)泥巖，以及松散層中透鏡狀分布的粘土，在一定程度上起著局部隔水作用。

3）石炭系上統(tǒng)太原組底部及中統(tǒng)本溪組隔水層。該層巖性組成是由塑性的鋁土質(zhì)泥巖、泥巖及砂質(zhì)泥巖等，層厚8.50（522 孔）～27.96（513 孔）m，平均18.57 m，位于15 號(hào)煤層與奧陶系中統(tǒng)峰峰組之間，該層巖性致密，透水性差，其中本溪組底部鋁土泥巖質(zhì)地細(xì)膩，隔水性極好，是慈林山煤礦主要隔水層組之一，對(duì)隔斷下部奧陶系巖溶水起著重要作用。

3 充水條件及突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

3.1 礦井充水條件

通過對(duì)含隔水層巖組特征、地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件及其水力聯(lián)系等條件進(jìn)行分析，并結(jié)合臨近礦井充水因素，綜合得到對(duì)本礦煤層開采有影響的充水水源主要有大氣降水及地表水、含水層水、底板奧灰水、采空積水。

3.1.1 充水水源

1）大氣降水及地表水。區(qū)域內(nèi)年平均降水量在449.90～634.10 mm，平均558.80 mm，大多集中在7、8、9 月份。各井口標(biāo)高都高于其附近最高洪水位標(biāo)高，一般不會(huì)發(fā)生洪水潰入井下。根據(jù)各煤層導(dǎo)水裂隙帶高度，3 號(hào)煤層采空區(qū)積水的可以由大氣降水及地表水補(bǔ)給，有可能影響到9、15 號(hào)煤層開采。

2）含水層水。3 號(hào)煤層頂板及以上砂巖裂隙含水層水可直接補(bǔ)給3 號(hào)煤層采空區(qū)積水，對(duì)礦井充水有影響。石炭系上統(tǒng)太原組巖溶裂隙含水層組總共由4 套灰?guī)r構(gòu)成，即K2、K3、K4、K5 層，該含水層組屬于弱富水性含水層，為開采9、15 號(hào)煤層的直接充水含水層。根據(jù)采掘揭露情況，在向斜軸部存在頂板涌水量異常增大現(xiàn)象，特別是在15 號(hào)煤層北翼回風(fēng)大巷、軌道大巷開拓過程中，頂板淋水異常增大，在30～50 m3/h 之間，根據(jù)礦方提供近3 年礦井涌水量臺(tái)賬，現(xiàn)已降至18 m3/h。根據(jù)物探成果，在其北部存在物探解釋異常區(qū)（相對(duì)富水異常區(qū)三、四、五），根據(jù)煤層底板等高線其北側(cè)為最低點(diǎn)，且靠近慈林山斷層，其北部在未來采掘過程中可能存在頂板水突水危險(xiǎn)。15 號(hào)煤層底板奧陶系灰?guī)r含水層埋藏深度大，厚度較大，承壓水頭較高。井田內(nèi)推測(cè)奧灰含水層水位標(biāo)高為+640.00～+644.50 m。莊頭斷層以西（上盤）15 號(hào)煤層帶壓地段為奧灰水突水的危險(xiǎn)區(qū)。

3）采空積水。3 號(hào)煤層采空區(qū)積水共12 處（其中1 處已完成探放），9、15 號(hào)煤層采空區(qū)經(jīng)調(diào)查不存在積水。未來礦井開采9、15 號(hào)煤層，9、15 號(hào)煤層距離3 號(hào)煤層較近，可能會(huì)溝通3 號(hào)煤層采空區(qū)積水，對(duì)礦井安全生產(chǎn)有影響。

3.1.2 充水通道

斷層和裂隙密集帶、陷落柱、煤層頂板、底板破壞形成的導(dǎo)水通道、未封堵和封堵不良的鉆孔及巖溶塌陷等均是可能的充水通道。礦區(qū)內(nèi)斷層在井巷揭露時(shí)均未出現(xiàn)涌水增大，僅有少量滲水，說明揭露斷層導(dǎo)水性相對(duì)較差。

在揭露的陷落柱內(nèi)的充填物，一般為泥巖、砂巖及煤塊的混合物，棱角明顯，形狀不規(guī)則，排列紊亂，大小混雜；揭露時(shí)無水，經(jīng)后期監(jiān)測(cè)無水，陷落柱不導(dǎo)水。

井田開采3 號(hào)煤層后，兩帶最大高度可達(dá)二疊系下石盒子組地層中下部，從而使3 號(hào)煤層上部山西組砂巖含水層受到破壞。鉆孔507、522 附近3 號(hào)煤層埋藏淺，導(dǎo)水裂隙帶高度達(dá)地表（見表1）。井田開采9 號(hào)煤層后，兩帶最大高度可達(dá)上部石炭系上統(tǒng)太原組地層中上部，從而使9 號(hào)煤層頂部石炭系上統(tǒng)太原組巖溶裂隙含水層遭到破壞。考慮到3 號(hào)煤層采掘活動(dòng)對(duì)底板的破壞，9 號(hào)煤層可能會(huì)溝通3 號(hào)煤層采空區(qū)積水。井田開采15 號(hào)煤層后，兩帶高度能達(dá)到上部石炭系上統(tǒng)太原組中下部及9 號(hào)煤層，從而使15 號(hào)煤層上部石炭系上統(tǒng)太原組巖溶裂隙含水層受到破壞。15 號(hào)煤層可導(dǎo)通9 號(hào)煤層采空區(qū)積水。

表1 3 號(hào)煤層導(dǎo)水裂隙帶高度

3.1.3 充水強(qiáng)度

根據(jù)慈林山煤礦2019-2022 年煤層實(shí)測(cè)涌水量值進(jìn)行計(jì)算，開采9 號(hào)煤時(shí)富水系數(shù)為1.30 m3/t，開采15 號(hào)煤時(shí)富水系數(shù)為1.39 m3/t，均小于2 m3/t，充水強(qiáng)度為弱。

3.2 突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

根據(jù)山西省煤炭工業(yè)廳晉煤行發(fā)[2017]128 號(hào)文及《煤礦防治水細(xì)則》附錄四中“底板受構(gòu)造破壞塊段突水系數(shù)一般不大于0.06 MPa/m，正常塊段不大于0.1 MPa/m”的規(guī)定，結(jié)合礦井?dāng)嗔寻l(fā)育程度，本次采用一個(gè)分區(qū)系列：在對(duì)礦井導(dǎo)水?dāng)嗔褬?gòu)造、陷落柱發(fā)育程度綜合分析的基礎(chǔ)上，以突水系數(shù)0.06 MPa/m 為劃分標(biāo)準(zhǔn)，劃分為①突水威脅區(qū)（突水系數(shù)小于0.06 MPa/m），該區(qū)帶壓水頭小，突水危險(xiǎn)發(fā)生的可能性較小，或即使發(fā)生突水危險(xiǎn)其可能造成的破壞影響較小，但是在斷裂構(gòu)造附近存在突水事故發(fā)生的可能性；②突水危險(xiǎn)區(qū)（突水系數(shù)大于等于0.06 MPa/m），該區(qū)帶壓水頭較高，不僅在斷裂附近發(fā)生突水的危險(xiǎn)性高，而且一旦發(fā)生突水事故造成的破壞亦較大，在煤礦安全生產(chǎn)和建設(shè)過程中，必須制定專門的帶壓開采設(shè)計(jì)，施工必要的防治水工程，在開采前務(wù)必做好應(yīng)急預(yù)案。

由于莊頭斷層以西（上盤）1201 孔底板隔水層厚度為11.50 m，計(jì)算突水系數(shù)為0.16～0.31 MPa/m＞0.10 MPa/m。因此，莊頭斷層以西（上盤）15 號(hào)煤層帶壓地段存在奧灰水突水可能性。本井田未來采掘區(qū)域位于莊頭斷層以東，莊頭斷層以西帶壓區(qū)域“三區(qū)”劃分結(jié)果為禁采區(qū)。故奧灰水對(duì)未來9、15 號(hào)煤層開采影響較小。井田西部莊頭正斷層落差約200 m，導(dǎo)致莊頭斷層以西（上盤）的15 號(hào)煤層直接與奧灰接觸，有底板突水可能，并且奧灰水在此處可能水平滲流進(jìn)入礦井。在未來采掘接近莊頭斷層時(shí)，應(yīng)按煤礦防治水細(xì)則留設(shè)物理隔水煤柱，同時(shí)高度注意奧灰水涌入礦井。

4 礦井水害防治措施

根據(jù)本礦現(xiàn)已知的水文地質(zhì)條件以及充水因素，針對(duì)地表水害、老窯水害以及頂板水害作出評(píng)價(jià)，就本礦目前所存在的問題提出以下建議。

4.1 地表水防治

對(duì)采掘區(qū)內(nèi)存在積水及地裂縫及時(shí)進(jìn)行排水和填埋地裂縫，避免雨季地表水滲漏涌入煤層采空區(qū)造成水害事故。在雨季，專門人員每周均應(yīng)對(duì)地面裂隙、廢棄井筒及封閉不良鉆孔、塌陷的老空區(qū)和廢棄巷道等情況進(jìn)行觀測(cè)。應(yīng)當(dāng)在收到暴雨災(zāi)害預(yù)警信息和警報(bào)之后，實(shí)行24 h 持續(xù)巡視，對(duì)地表塌陷區(qū)及地裂縫區(qū)要進(jìn)行及時(shí)封填治理，在較危險(xiǎn)的地段要設(shè)置警示牌和警戒線。

4.2 采空區(qū)積水防治

采空區(qū)積水是礦井充水的重要因素，采掘工程一旦意外接近或揭露，便可能突然潰出，發(fā)生對(duì)煤礦安全生產(chǎn)和建設(shè)的威脅較大的透水事故。

1）老空積水區(qū)調(diào)查。井田內(nèi)老空區(qū)分布及積水區(qū)已基本查明，但是老空區(qū)積水處在動(dòng)態(tài)變化過程中，隨時(shí)間的推移，無積水區(qū)會(huì)逐漸成為積水區(qū)。所以，在煤礦采掘過程中必須開展礦區(qū)內(nèi)實(shí)地檢驗(yàn)和調(diào)查周邊礦井老采空區(qū)積水情況等，避免礦井水害事故的發(fā)生。

2）加強(qiáng)采空積水區(qū)的探測(cè)工作。井下物探，探查異常區(qū)。采用井下瞬變電磁或直流電法等方法進(jìn)行超前探，以掘進(jìn)、回采工作面前方異常水文地質(zhì)特征探查為重點(diǎn)，避免由于接近或揭露前方采空積水區(qū)而造成礦井突水事故。

3）探放水前準(zhǔn)備工作。嚴(yán)密組織探水掘進(jìn)，在有足夠幫距、超前距和控制密度的鉆孔掩護(hù)下，掘進(jìn)巷道逐步接近它，利用物探和鉆探探明、核實(shí)積水區(qū)的積水量及范圍，調(diào)查清楚積水線、探水線和警戒線的確切方位。對(duì)需探放的老空積水分析、查明后，在確定的探水線位置布置鉆場(chǎng)和積水區(qū)下部布置輔助水倉等排水設(shè)施進(jìn)行探放水前的準(zhǔn)備：科學(xué)計(jì)算采空區(qū)積水量，依據(jù)煤礦排水能力和水倉容量，設(shè)計(jì)合理的放水流量，避免透水事故引起淹井；另外，還需專門人員水文監(jiān)測(cè)鉆孔水位及出水情況，測(cè)定水量和水壓，建立臺(tái)賬并做好記錄。

4）老空水疏放水工作。在全面了解采空區(qū)積水情況的基礎(chǔ)上，科學(xué)編制探放水設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求實(shí)施探放水工程，確認(rèn)無水害情況下開展采掘活動(dòng)。

4.3 封閉不良鉆孔的防治

本井田內(nèi)部分鉆孔未進(jìn)行啟封檢查，當(dāng)巷道及工作面接近鉆孔時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行探、放水作業(yè)或留足夠的保安煤柱，之后再行掘進(jìn)。以確保安全生產(chǎn)。

4.4 煤層頂板碳酸鹽巖巖溶裂隙水防治

在煤層開采后，頂板垮落，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度將溝通上覆各個(gè)含水層，將含水層水導(dǎo)入采空區(qū)形成礦井水。井田內(nèi)太原組巖溶裂隙水補(bǔ)給條件一般，總體富水性弱，局部富水性強(qiáng)。頂板水易于疏干。防治水工作以井下探放水為主。采用直流電法或坑透法在掘進(jìn)工作面和回采工作掘進(jìn)頭進(jìn)行超前探測(cè)，目的是探查掘進(jìn)頭前方構(gòu)造（導(dǎo)水?dāng)嗔眩┖退牡刭|(zhì)條件異常區(qū)域，以防因揭露或接近含水體（層）而導(dǎo)致突水事故的發(fā)生。井下放水建議采用預(yù)疏干和采動(dòng)疏干相結(jié)合的方法。減少超前探水的工作量。以鉆探為主，物探資料要有鉆孔驗(yàn)證。

4.5 煤層底板奧灰水防治

莊頭斷層以西（上盤）15 號(hào)煤層帶壓地段為奧灰水突水的危險(xiǎn)區(qū)。本井田未來采掘區(qū)域位于莊頭斷層以東，莊頭斷層以西帶壓區(qū)域“三區(qū)”劃分結(jié)果為禁采區(qū)。故奧灰水對(duì)未來9、15 號(hào)煤層開采影響較小。

5 結(jié) 語

礦井水害是影響煤礦安全生產(chǎn)和建設(shè)的重要因素，查明礦水文地質(zhì)條件、充水條件等，評(píng)價(jià)突水危險(xiǎn)性，提出水害防治措施及存在問題。為煤礦隱蔽致災(zāi)因素普查治理提供技術(shù)依據(jù)，夯實(shí)煤礦防治水技術(shù)管理基礎(chǔ)，從源頭上有效防范和堅(jiān)決遏制各類煤礦事故的發(fā)生。