荥巩矿区煤矿防治水工作体系研究

鹤煤国电郑州能源公司 刘西党

荥巩矿区煤矿防治水工作体系研究

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一、矿区水文地质条件

荥巩矿区地处河南省郑州市荥阳、新密、巩义及新郑等县市，现有矿井主采太原组一1煤，水文地质类型多为复杂、极复杂型，主要含水层是一1煤层顶板的L1～3灰岩含水层和一1煤层底板的奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层，隔水层是一1煤层底板的本溪组铝土泥岩。煤层顶板为石炭系太原组L1～2灰岩，岩溶裂隙较发育，富水性较强。一1煤底板之下8～10 m分布有奥陶系灰岩，岩溶发育很好，富水性强，承压水头高，富含岩溶水。

1. 奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层。奥陶系灰岩含水层主要有白云质灰岩和灰岩组成，厚度300～500 m，裂隙岩溶发育良好，含裂隙承压岩溶水，局部含水丰富，是一1煤底板直接充水含水层。上寒武系灰岩含水层与奥陶系灰岩含水层之间无隔水层，二者有共同的补给、径流和排泄条件，水位一致且同步升降，可视为同一含水层。

奥陶系灰岩岩溶裂隙发育好，但不均匀，在断层破碎地段，岩溶裂隙发育良好，富水性强。根据钻孔揭露，顶面以下30 m范围内岩溶较发育良好，岩溶形态包括溶孔、溶蚀裂隙和小溶洞，钻孔揭露溶洞高0.10～1.0 m，最大可达5.6 m，部分溶洞、溶蚀裂隙被黏土充填。奥陶系灰岩含水层富含岩溶承压水，上距一1煤层底板10 m左右，是威胁安全开采的直接充水含水层。王河矿多次发生以奥灰水为水源的突水，最大突水量1 500 m3/h。

2. 太原组L1～2灰岩含水层。由石炭系太原组L1～2灰岩构成，厚度为10～15 m，平均10 m。岩溶发育程度一般，除浅部风化带及断裂带附近岩溶较发育和富水性较强外，其余地区岩溶发育不太好，富水性较差。钻孔单位涌水量为0.000 43～6.97 L /（s·m）。L1～2灰岩距离奥陶系灰岩较近，与奥灰水水力联系密切。

3. 本溪组泥岩隔水层。由位于一1煤层底板的本溪组铝土泥岩组成，层位基本稳定，钻孔揭露厚度5.49～20.15 m，一般为6～10 m。该隔水层虽有一定隔水作用，但由于以下3方面的原因，隔水效果有限。

（1）铝土泥岩厚度较小，抗压强度较低。

（2）在采动影响下，隔水层受到破坏，有效隔水层厚度减小。

（3）矿区构造裂隙发育充分，大裂隙常能将煤层及顶底板含水层相互沟通。

由于一1煤层与奥灰之间的隔水层为铝土质泥岩，厚度薄、强度低，带压开采（水压1～3 MPa），奥灰承压水易通过裂隙、采动破坏等进入矿井，造成奥灰突水淹井事故。历史上曾发生多个小煤矿出水被淹，多个矿井正常涌水量都在1 000 m3/h以上，最大的高达3 066 m3/h。

二、矿井水文地质类型

目前，在荥巩矿区由河南煤化鹤煤集团整合的煤矿有巩义谷山井、荥阳王河煤矿、徐庄煤矿、顺发煤矿4处，除谷山井开采二1煤外，其余均开采一1煤，均为水文地质条件复杂或极复杂矿井。

王河煤矿位于荥阳市西南部的刘河镇境内，核定生产能力30万t/a，2005年12月并入鹤壁煤业集团。矿井采用立井单水平下山开拓，开采标高±0 ～ -150 m ，灰水位-27 m。矿井正常涌水量1 000 m3/h，最大2 000 m3/h，矿井水文地质类型复杂。在大巷±0水平和109采区-162 m水平各设有一座永久性排水泵房，矿井总排水能力为4 750 m3/h，水仓总容量为12 000 m3。

徐庄煤矿位于荥阳市南部的崔庙镇，核定生产能力21万t/a，2009年5月转归鹤煤集团。矿井采用竖井单水平下山开拓，开采标高-37～-240 m，奥灰水位标高-30 m。矿井正常涌水量为500 m3/h，最大800 m3/h，矿井水文地质类型为复杂。

以上矿井突水水源主要是石炭系薄层灰岩和奥陶系厚层灰岩岩溶水。特别是奥陶纪灰岩裂隙岩溶发育良好，水压高，富水性好，补给条件充沛，对承压开采构成很大的威胁，经常造成大型岩溶突水淹井事故，防治水工作难度很大。

三、煤矿防治水工作体系

经过现场实践经验总结，煤矿基本掌握了该区水文地质规律，矿区岩溶水运移规律，矿区岩溶水富存区岩溶水径流、补给和突水规律，在荥巩矿区复杂水文地质条件下，创建了“物探先行、钻探验证、系统完善、措施保障”的区域性煤矿防治水工作体系。

1.物探先行。就是利用地震等物探技术在地面查清井田范围内老窑、老空、老巷积水边界，在井下采用瞬变电磁、直流电法等物探技术查清所有采掘工程设计范围内的富水情况。加强基础地质与水文地质补充性探查。井上探查手段以物探为主，钻探为辅；井下探测手段坚持物探先行，钻探验证。

2.钻探验证。就是根据物探所揭示的各种富水异常区，分类实施钻探，即对圈定的异常区按照探放水的标准编制钻探设计，对非异常区按照正常的探水标准编制钻探设计，通过钻探验证富水情况，钻探无水开始采掘，钻孔出水及时封堵，封堵后再行钻探验证，直至无水方可生产。

3.系统完善。就是与矿井防治水工作直接相关的各个系统必须完善可靠。譬如矿井排水系统要运转正常，水泵、管路及水仓要符合规程规定，要有足够的抗灾强排能力；矿井供电系统要安全可靠、与排水稀土相匹配；矿井防治水工作系统、矿井水害应急救援系统、矿井水害处理指挥系统等机构要健全、运作正常。

4.措施保障。就是矿井防治水各项制度措施齐全、保障有效。譬如水情动态实时监测及预测预报、超前探测长探短补、水情水害评价及效果检验、设备检修维修、岗位责任制的建立与落实防治水队伍建设及设备仪器配备等。

四、效果评价

“物探先行、钻探验证、系统完善、措施保障”的煤矿防治水工作体系是“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”防治水基本原则和“防、堵、疏、排、截”防治水基本措施在荥巩矿区煤矿防治水工作中的具体体现和应用，是荥巩矿区一煤组开采过程中对防治水工作实践的经验总结。

五年多来，鹤煤荥巩矿区整合煤矿大力实施“物探先行、钻探验证、系统完善、措施保障”防治水工作体系，在外部资源整合矿井取得了巨大成就。以王河煤矿为例，2009年实现了建矿40年来的第一次达产，2010年实现煤炭安全生产42万t，比整合前的年产15万t增长近两番，经济效益增加1.5亿元。排水量从整合前1 300 m3/h减少到现在900 m3/h，减少排水费用1 209.6万元。顺发矿、徐庄矿同时也取得巨大的经济效益和社会效益。