摘要：近年来，煤矿水害事故频发，为了有效的预防和控制煤矿水害的发生，切实做好煤矿企业的水害防治工作。以利民煤矿为例，本文在结合利民煤矿水文地质条件的基础上，提出了预防和治理水害的相应对策。
关键字：煤矿水害防治；水文地质条件；防治水
1．矿井概况
1.1 矿井基本情况
利民煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市鄂托克旗境内,利民煤矿矿井井田面积 7.986km2，井田含煤地层为石炭纪上统太原组和下二叠纪统山西组 。其中主要可采煤层为9号、16号煤层。井田位于苛素乌背斜西翼，含煤地层总体为一走向NW-N、倾向SW-W的单斜形态，地倾角一般5-15°，局部受断层切割可达25°左右，主要煤层赋存形态起伏变化不大，层间距稳定，构造相对复杂。受桌子山煤田大地构造的影响，井田内发育两组断裂，断裂主要以南北向的逆断层以及近东西向正断层为主，一般前者被后者切割，规律性强。
井田含水层自上而下依次为第四系松散岩类孔隙潜水含水层组、下二叠纪统山西组第三岩段上部-二叠纪上统碎屑岩类裂隙承压水含水层、石炭纪上统太原组上部-下二叠纪统山西组第二岩段碎屑岩类裂隙承压水含水层、中奥陶统灰岩岩溶溶隙承压水含水层。
井田内山西组中各含水层之间的泥岩、粘土岩及本溪组及太原组泥岩隔水层使各个含水层形成独立的层间含水结构，水力联系微弱。
2、矿井充水因素分析
2.1充水水源
2.2.1地表水及大气降水
矿井所在区属于温带高原大陆性气候，无常年水系，大气降水不大且集中在6-9月份，本区又为中低山地形，沟谷发育，只是雨季期间大雨之后在季节性河流沟谷中有河水流动，不久即干。由于本区煤层埋藏较深，达到200m以上，因此大气降水不具备成为矿井的直接充水水源的条件，但是可以下渗补给基岩含水层，为煤层的间接充水水源。
2.1.2含水层水
根据以往勘探资料16号煤层顶板岩性主要为灰色中细粒砂岩、深灰色砂质泥岩、泥岩组成，顶板砂岩含水层单位涌水量q=0.000134～0.113L/s•m，富水性变化较大，在无构造地段富水性弱，而在断裂及背、向斜较发育的地段，富水性中等。顶板砂岩水为16号煤煤层开采的直接充水水源。
中奥陶统灰岩富水性不均一，在构造发育地段富水性较好。目前开采的16号煤层全部处于奥灰水水位以上。矿井中西部块段属于带压开采范围，奥灰水对矿井开采有一定影响。
2.1.3本矿及周边采空区积水
本井田老空水包含两方面内容：一是矿井自身开采后形成的采空区积水，这部分积水特点是采空区范围清晰，积水量相对清楚；二是周边小煤窑开采后遗留的老窑水，这部分积水特点是积水范围及积存水量绝大部分不清楚，也难以查清楚，故其采空区积水对本矿开采造成较大的影响。
2.2充水通道
2.2.1 构造
井田内发育两组断裂，断裂主要以南北向的逆断层以及近东西向正断层为主，一般前者被后者切割，规律性强。据实际生产过程中遇到断层时顶板有淋水现象，持续时间短。正断层张性力场作用下可能导水，不排除其他断层导通深部奥灰水、及其他含水层水。可能对矿井生产造成威胁。
2.2.2封孔不良的钻孔
由于井田内钻孔较多，对以往施工的钻孔，封孔情况不清，应防备封闭不良的钻孔构成导水通道。水文长期观测孔不进行封闭，矿方已留设相应的防水保安煤柱。
2.2.3顶板冒落、导水裂缝带
利民煤矿主采9号、16号煤层，其导水裂隙带高度计算如下：
9号煤(包括9-1、9-2)平均厚度约4.54m，开采方式为综采一次采全高。依据资料，9号煤层顶板岩层抗压强度约49.5MPa, 属于中硬岩层，因此，选择以下公式：
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其中：Hli——为导水裂缝带高度，m；
n——分层数；
∑M——为煤层厚度，m。
计算导水裂缝带发育高度。其中，累计厚度∑M取4.54 m。计算结果分别47.38 m、
52.61 m。取最大值，即导水裂缝带发育高度Hli=52.61 m。
16号煤厚度约5.16m，开采方式为放顶煤。针对综放开采，顶板导水裂缝带发育高度还没有统一的经验公式，很多矿井采用现场实测数据，一般采用裂采比进行计算。利民煤矿没有进行过顶板导水裂缝带发育高度测试，因而借鉴其它煤矿资料。根据以往勘探资料，16号煤层顶部岩层进行岩石物理力学性质测试，测得岩石的抗压强度介于20-40Mpa，属中硬岩体，参照根据国内相似条件研究成果，综放条件下中硬岩层裂隙发育高度约为煤层采厚的12.5倍，计算出：
Hli = 5.16×12.5=64.5m
上式中Hli为导水裂缝带发育高度，求得Hli＝64.5m。
由于9号煤层距地表厚度约200米，远大于导水裂缝带发育高度，大气降雨不会直接涌入井下，但是煤层回采后会在地表形成塌陷及地裂缝，可能导通大气降水渗入矿井，从而成为矿井充水的主要途径。
2.2.4底板岩层破坏裂缝
利民煤矿16号煤层底板至奥灰顶界面间距在12.92-64.88m之间，井田由西北向东南隔水层厚度减少，且井田中部存在隔水层变薄带，位井田中部的L06孔，隔水厚度为12.92m。回采过程中底板破坏带发育和奥灰含水层原始导升扩张，使有效隔水层厚度降低，存在直接导通奥灰水的可能。因而，煤层底板破坏裂缝是导通奥灰含水层水的主要途径。
2.3矿井充水强度
利民煤矿矿井排水量主要由生产用水及掘进及回采过程中顶板砂岩水组成。开采9号煤层时矿井正常涌水量为48 m3/h，最大涌水量为57 m3/h。开采16号煤时正常涌水量为25 m3/h，最大为64 m3/h。从资料可以看出矿井总体充水强度不大，并且矿井涌水量有逐渐减少的趋势。同时从16号煤中央回风大巷出水点水量也可看出，随着奥灰水位下降，突水点涌水量逐渐衰减。
3、主要的水害情况
通过对矿井充水条件分析，利民煤矿主要充水水源是含煤地层砂岩裂隙承压含水层水、本矿9号煤采空区积水，周边矿井小窑采空积水和奥陶纪灰岩承压含水层水。
经计算16号煤层导水裂缝带高度为64.5m，大于16号煤与9号煤间距，9号煤采空区积水会对16号煤开采有一定影响，但由于9号煤层为本矿自身采空区，采空区位置清楚，再加上9号开采年限较短、采空区积水有限，积水范围易于控制，对16号煤层开采威胁较小。
井田内周边矿井小窑因开采时间早，没有收集到小窑采掘资料，无法查清其采空区破坏范围及积水情况，而采空区积水是动态变化的，要彻底查清楚采空积水情况难度大，因而掘进工作面受采空区威胁较大。
目前矿井奥灰水位标高+1015m，并且逐年下降。井田南采区9号煤层
北采区16号煤层回采工作面标高均高于奥灰水位，正常情况下受奥灰水影响不大。南采区0309采区下山向西掘进标高逐渐降低，且紧邻DF3断层，巷道掘进时可能受到奥灰水威胁。
4、防治水措施
1、必须认真检查矿井范围内的地表是否存在裂缝塌陷或其他导水通道，并将其回填埋实；
2、在巷道掘进接近采空区时，越界采空破坏区强含水层或煤层受顶底板含水层威胁及出现出水征兆时，要进行探放水工作尤其在开采下组煤层时对上组煤层采空区积水进行探测排放；
3、对矿井井下存在的隐伏导水构造采空区、采空破坏区应采用先进的探测方法准确探明其位置及特征，尤其对煤层采空积水要重点进行探测排放；在地面无法查明矿井水文地质构造和充水因素时，必须坚持“有疑必探”。凡井下采掘地点发现有透水征兆，必须严格执行探放水原则”先探后掘”，并专门编制探水措施，要留设足够的安全保护煤柱，防止矿井突水事故的发生密切观察采空区是否有积水，探放水要由专业人员使用专用探放水钻机进行施工，保证探放水钻孔的超前距离，探放水钻孔必须打中老空水体并要监视放水全过程，直到老空水放完为止；放水时，要撤出探放水点位置以下受水害威胁区域的所有人员，发现有突水预兆时，必须立即撒出所有受威胁区域的人员并采取有效措施，水患消除后方可继续施工；
4、必须经常了解相邻矿井开采情况，掌握其采空范围涌 （积）水情况，防止越界开采，造成巷道相互贯通，采空区积水涌入矿井，造成涌（突）水事故的发生；
5、对井田带压开采煤层进行疏干降压；
6、在断层、陷落柱附近应按照设计留设足够的防隔水煤柱，必要时进行探放水；
7、在井下设置容量足够的水仓及排水设备，主排水泵房和主变电所通道内设置密闭门；
8、应加强培养防治水专业技术人员，加强矿井防治水管理及矿井水文地质资料的收集，适时对水害进行有针对性的预测预报，配备配足防治水设备及材料，掌握井田范围内有水害威胁的各种隐患；
9、建立完善水害应急救援预案增置排水设备，定期对设备进行检修，保证设备完好，以提高抢险救灾能力和效果 企业要储备足够的抢险物资和设备，确保抢险救灾时能够及时到位并发挥作用；
5、结论
根据对井田水文地质条件分析，矿井矿井正常涌水量为25m3/h，最大涌水量64m3/h。东北边界16号煤采掘区域附近存在小窑，但对积水范围、积水量不清楚。所以根据《煤矿防治水规定》的划分原则本区煤层水文地质条件为复杂类型。因而，在思想上要重视防治水工作、在技术措施上要逐步开展防治水工程、在水文地质基础工作上要不断补充、完善相关资料，进一步调查周边煤矿采空区范围和积水量井下采煤掘进时，要根据探放水原则，坚持 “预测预报、有掘必探 先探后掘、先治后采”的防治水原则，加强矿井地质及水文地质工作，以确保安全生产。
参考文献
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论文作者:李阳
论文发表刊物:《基层建设》2016年32期
论文发表时间:2017/1/17
标签：矿井论文; 煤层论文; 含水层论文; 采空区论文; 井田论文; 积水论文; 水害论文; 《基层建设》2016年32期论文;