摘要：针对南岔煤矿水文地质条件，综合分析了地表水、煤系地层砂岩裂隙水、废弃老窑（井筒）和封闭不良钻孔、采空积水、奥灰水对矿井充水造成的威胁，并按危害程度对各种水患进行了综合分析，为避免矿井水害事故的发生奠定了基础。结果显示上部煤层形成的采空积水以及周边煤矿老空、采空区积水将对下部煤层有较大影响。
关键词：地表水；裂隙水；采空积水；奥灰水；水患分析
1 概述
对于地质构造丰富且地下水量较大的矿井而言，突水事故是造成人员和财产损失的重要原因。由于充水来源的不同，突水量和突水方式等也存在显著差异。因此，针对矿井充水水源进行综合分析，并对其危险性进行界定是预防各种水害事故的基础。
南岔煤矿位于山西宁武县阳方口镇三岔村东一带，距宁武县城8km。井田位于云中山脉北端与恒山山脉西南端的交汇处，为典型的黄土、基岩切割型中山～丘陵地形地貎，井田内沟谷山梁发育，按其形态类型分为侵蚀地形及堆积型地形，前者占绝对优势。目前威胁南岔煤矿安全生产的水患主要有：地表水、煤系地层砂岩裂隙水、废弃老窑（井筒）和封闭不良钻孔、采空积水、奥灰水，本研究将按危害程度对各种水患分析。
2 不同充水水源危害分析
2.1 地表水对煤矿充水的影响
南岔煤矿地处云中山北端，地貌上属剥蚀断块低中山区，区内地形东高西低，区内沟谷切割严重，区内最高点位于井田的东北部，海拨+1693.0m，最低点位于井田的西部，海拔+1398m，相对高差295m，因沟谷纵向坡度较大，不易于集水汇水。井口标高与其附近洪水沟洪水位标高对照关系详见表1。
表1 各井口与其附近洪水位标高对照表
由上表可得，南岔煤业三个井口标高均高于附近的洪水位标高，所以雨季洪水一般不会对矿井生产造成危害。通过计算2号煤层的导水裂隙带和冒落带，2号煤层采空以后其冒落带高度为17.17m，导水裂隙带的高度为72m，2号煤层距离地面最小距离为0m，距离地面最近地方位于煤层露头附近，因此开采埋藏浅的煤层时应注意地表水对煤层开采的影响。因此雨季时仍应注意防洪，加强地裂缝、塌陷区的调查与治理工作。
2.2 废弃老窑（井筒）和封闭不良钻孔评价分析
（1）废弃井筒。该矿为兼并重组整合矿井，目前已形成新的生产系统，整合前以往各矿井筒均已关闭填埋，但矿方仍不容忽视，建议在今后生产过程中要定期检查各井筒及小窑井口封堵不良，防止其成为地表水、大气降水涌入矿井的直接通道。
（2）封闭不良的钻孔。南岔煤业井田内及周边共施工28个钻孔，由于钻孔未进行启封检查，因此在开采过程中，应注意钻孔的导水危险性，特别是揭露奥陶系灰岩的钻孔，遇到钻孔前应进行探放水工作或预留保安煤柱，防止事故发生。
2.3 煤系地层砂岩裂隙水
2号煤层直接充水含水层为老顶K2砂岩含水层，间接充水含水层为K2以上二叠系砂岩裂隙孔隙含水层。5号煤层直接充水含水层为顶板砂岩含水层，间接充水含水层为顶板以上太原组碎屑岩类夹碳酸盐岩含水层。
由于5号煤层导水裂隙带的高度为90.80m，其导水裂隙带的高度大于3、5号煤层平均间距40.06m。开采下部煤层形成的裂隙与上部煤层采空区能构成水力联系，会引起矿井涌水量急剧增加，因此煤层开采时一定要注意上覆煤层采空区积水对开采的影响，要超前探放水并留设足够的保安煤柱，以防采空区积水对生产造成影响。
2.4 采空区积水评价分析
（1）井田内老空、采空区积水情况
本井田主要水害是采空区积水，矿井经多年开采，现2、5号煤层有部分采空区，因此矿井的采空区积水、古空区积水，是对煤矿安全最大的隐患。
① 小窑。井田东部为煤层露头，煤层露头处有古窑破坏区，有两个古窑，开采深度在100～300m，开采规模不大，实际采出量少，破坏的多，2号煤层古空区面积约7770m2，5号煤层古空区面积约51950m2，经调查古空区暂没有积水和火区。
② 采空区。井田内关闭的矿井为原山西宁武泰华煤业有限公司，2号煤层共有4个采空积水区，5号煤层有2个积水区，采空区积水计算依照煤矿规程规范中采空区积水量可得，该矿2号煤层采空区积水面积约为62591m2，积水量约为131816m3，巷道积水量约为15075m3；5号煤层采空区积水面积约为19529m2，积水量约为44282 m3，巷道积水量约为162m3。注意采空区积水对以后煤层开采的影响。
但由于各煤层采空后形成的导水裂隙带均大于各煤层间距，因此上部煤层形成的采空积水将对下部煤层有较大影响，开采下部煤层时必须对上部煤层采空区积水进行探测和排放，做到“预测预报、有掘必探（钻探）、先探后掘、先治后采”。
（2）周边煤矿老空、采空区积水情况
山西宁武榆树坡煤业有限公司位于井田南部，该矿于2007年已关闭，在多年的开采过程中未发生水患事故。在山西宁武泰华煤业有限公司边界采空区附近开采2号煤层时，应引起高度重视，防止其2号煤层采空积水对本矿的开采造成威胁；在山西宁武榆树坡煤业有限公司（被整合矿井三岔煤业）、山西宁武泰华煤业有限公司边界采空区附近开采2、5号煤层时，防止其2、5号煤层采空积水对本矿的开采造成威胁。
2.5 奥灰水对煤矿开采的影响
本井田奥灰水位标高为+1062～+1068m，井田范围内2号煤层、3号煤层、5上号煤层、5号煤层的最低底板标高分别为+1040m、+1000m、+960m、+940 m，而2号煤层、3号煤层、5上号煤层、5号煤层的最低底板标高均低于奥灰水位标高，所以2号煤层、3号煤层、5上号煤层、5号煤层在井田西南部局部处于承压开采状态。
现利用《煤矿防治水细则》中突水系数公式来计算奥灰岩溶水对开采石炭系2号煤层、3号煤层、5号煤层的影响程度。采用公式：
其中，T—突水系数（Mpa/m）；P—隔水层承受的静水压力（Mpa）；M—底板隔水层厚度（m）。
因2号煤层、3号煤层、5号煤层带压区域相对范围较小，并且带压区域范围内目前无水文孔。所以隔水层厚度我们取最小值，2号煤层隔水层厚度为103m，3号煤层隔水层厚度为88m，5号煤层隔水层厚度为36.67m；为杜绝突水隐患确保安全生产的前提下，隔水层底板水压值取最大值1.64MPa。由公式算出各煤层突水系数如下：
表2 突水系数计算表
由以上公式计算结果可知：本矿西南部2号煤层、3号煤层、5号煤层均有带压开采区域，根据《煤矿防治水细则》，各煤层最大突水系数均小于正常块段临界突水系数0.10，同时也小于受构造破坏块段临界突水系数0.06，所以开采以上各煤层时，遇突水的可能性很小。但在断层、陷落柱等特殊构造及其导、水富水性和水压突变的情况下煤矿还是存在底板涌水的可能。
2.6 水害防治建议
根据山西忻州神达南岔煤业有限公司水文地质条件，对防治水工作给予以下建议，在建设及开采过程中，严格按照山西的“预测预报、有掘必探、有采必探、先探后掘、先探后采”的防治水原则，做好井下探放水工作，以确保安全生产。
（1）针对地表水，防治工作主要是做好水文地质工作，经常检查井田地表是否存在裂隙或其它导水通道，发现裂隙及其它导水通道，应及时将其回填密实；对井田及周边废弃井筒要进行排查，对未填实的进行回填密实，避免雨季洪水灌入井下。
（2）针对导水裂隙带范围内的含水层，矿井涌水的充水水源主要为煤层顶板砂岩裂隙水，顶板砂岩裂隙水沿着构造裂隙及回采放顶冒落裂隙带直接向矿井充水，是矿井的主要充水来源。但是其水量相对较小，补给较差，井下现有的排水设备能够满足井下排水要求。
（3）针对采空积水，防治工作主要是查明井田及周边矿井采空范围及其积水情况，做好隔离工作，对采掘有影响的采空积水进行抽排。
（4）针对断层水，防治工作主要是查明断层发育情况及其导、富水性，进行抽排或注浆加固。
3 结论
本研究针对南岔煤矿矿井充水水源潜在危险性及防控措施开展研究，针对不同充水水源的分析结论如下：
（1）通过计算得到2号煤层导水裂隙带和冒落带高度为17.17m，导水裂隙带的高度为72m，开采埋藏浅的煤层时应注意地表水对煤层开采的影响。
（2）在开采过程中，废弃老窑（井筒）和封闭不良钻孔具有导水危险性，特别是揭露奥陶系灰岩的钻孔是导致奥灰水突水的重要原因。
（3）采空区积水、古空区积水，是对煤矿安全最大的隐患，还应防范周边矿井已采2、5号煤层采空积水对本矿的开采造成威胁。
（4）南岔煤矿各煤层奥灰水最大突水系数均小于正常块段临界突水系数0.10，遇奥灰水突水的可能性较小。此外，还针对不同充水水源的特点，提出了包含回填密实、机械排水、注浆加固等防治水建议。
论文作者:马建纲
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/10/9
标签：煤层论文; 积水论文; 采空区论文; 裂隙论文; 井田论文; 矿井论文; 含水层论文; 《基层建设》2019年第20期论文;