汾阳矿区防治采空区积水面临的问题及对策

闫根智

（山西煤炭运销集团 龙山煤业有限公司，山西 汾阳 032200）

1 汾阳矿区小煤矿积水特征分析

汾阳矿区整个井田为北西-南东倾斜的向斜构造，开采较早的矿井分布于煤层埋藏较浅的西部、北部，由于开采年代不同，其开拓方式、巷道布置、采煤方法也不相同。多年的开采形成大量的采空区和巷道，地表出现一些塌陷区和裂隙。小煤矿关闭后，其积水的补给、径流和排泄方式均发生了变化，并且极为复杂，其特点如下：

1）补给快、积水量大。汾阳矿区井田范围内黄土覆盖大部分地表，内有阳城河、虢义河及支流阳泉河等季节性河流，河两边的山地沟壑发育，河床及沟壑均有基岩出露，矿区内2号、4号、5号煤层大部分采空，9号、10号、11号煤层也有部分开采，地表雨水沿着地表塌陷区或岩层裂隙进入采空区。因此，地表雨水可在短时间大范围的对采空区积水进行补给，迅速增加采空区积水量。另外，由于原小煤矿非规范开采，未按《煤矿安全规程》留设保安煤柱，导致矿井之间隔水煤柱遭到破坏，造成矿井之间互相连通，使得矿井内采空区积水量增大。

2）径流、排泄通道不固定。原小煤矿开采工艺、技术设备落后、采煤方法不正规，煤炭回采率低，造成资源丢失，致使大气降水补给在采空区径流、排泄的通道不固定。地面降雨补给量发生变化时，因冲刷堆积作用，煤泥堵塞形成非畅通的通道，或者由于巷道或采空区再次垮落，造成原通道堵塞。无论以上何种情况，当原通道堵塞，积水量增加水压至一定程度时，都将发生溃水，形成新的通道。据调查，2004年7月汾阳降暴雨，安家煤业沟口虢义河的洪水从地表塌陷溃入安家煤业采空区，经维安煤业最后流入处于低处的汾阳煤矿三号井。

3）矿井之间水互相补给。由于历年小煤矿生产技术水平低，多数矿井实际测量资料少，还有越层越界行为，小矿与小矿之间连通现象十分普遍。生产期间正常排水情况下，小矿井水一般不会互串。关闭停产后，随着积水增多，水位上升，小矿积水通过采空区、巷道以及导水断层和含水层相互补给，致使一些条件简单的小矿，在相邻充水条件好的小矿倒灌补给下，迅速充水，最终形成统一的积水体，甚至有的区域上下组煤层采空区积水联为一体。

4）导水裂隙带沟通上下煤层之间的水力联系。该区域2号、4号、5号煤层层间距约10 m，9号、10号、11号煤层与5号煤层间距约60 m。经计算，2号煤层开采后，导水裂隙带高度为38.14 m；4号煤层开采后，导水裂隙带高度为55.52 m；5号煤层开采后，导水裂隙带高度为56.78 m；9号、10号、11号煤层开采后，导水裂隙带高度为103.82 m。导水裂隙带高度全部大于与上层煤之间的间距，导水裂隙带沟通了上下煤层之间的水力联系。

井田内因2号煤层采动引起的导水裂隙带沟通了顶板砂岩、下石盒子组底界砂岩含水层，形成顶板淋水。2号煤层大部分采空，在西部埋深较浅的地段，导水裂隙带已达到地表或与风化裂隙带沟通，地表水将通过裂隙灌入2号煤层。经实地调查，井田西部多处出现地表裂隙。9号、10号、11号与2号煤煤层间距57.16～109.61m。9号、10号、11号煤层导水裂隙带高度已沟通2号煤层，井田西部煤矿在开采9号、10号、11号煤层时，地表也出现裂缝。2号煤层的积水（包括流入2号煤层的地表水）将通过塌陷、裂缝等通道流入9号、10号、11号煤层。同时早期开采9号、10号、11号煤形成的采空积水也会运移至东部采区内。

5）积水位置分布无规律。原小煤矿开采时，大部分矿井未经过正规设计，矿井开拓、采区巷道布置等不规范，随意性很大，主要表现在：①有的煤矿2号煤层尚未采完时，开采4号、5号煤层，甚至多煤层同时开采，造成垂向多段采空区分布。②部分小煤矿局部开采下山煤，形成零星独立的采空区。因此，原小煤矿开采方式均会形成无规律的采空区，最终导致积水区位置分布无规律可循。

2 保留矿井防治水面临的问题

1）整合保留矿井涌水量会急剧增加。小煤矿的开采，地面塌陷、地表裂缝增多，大量的大气降水经采空区地面塌陷、地表裂缝等直接溃入井下。本矿区内断层多为张力作用产生的正断层，岩层节理发育，陷落柱多具有导水性，造成今后开采下组煤涌水量增加。另外，这些煤矿关闭后，原井下的涌水将直接溃入采空区，小矿关闭后，原地面防排水工程，也不同程度地失去作用。

2）采空区积水补给的时差缩短。主要原因：①原小煤矿开采区域采后沉陷区变成地表水的积聚盆地，为大气降水提供了良好的下泄通道。②地表沉陷形成盆地使得井田地面积水增多，水压增大，从而增加了地表水渗流的速度，缩短了雨水的下泄时间，极大的缩小了降雨与井下涌水增加的滞后效应，加剧了矿井涌水量增加的突然性。

3）防治矿井水难度加大。关停部分小煤矿后，由于井下积水量大，积水位置分布无规律可循，实际测量资料少，尤其是小矿与小矿之间补给关系密切，补给通道常有变化，给防治水带来诸多问题，增加了难度。

4）新建矿井井筒涌水量增大。煤矿企业兼并重组整合后，保留的4个矿井，除山西煤销集团龙山煤业有少部分上组煤外，其余3矿均开采下组煤。由于旧井筒不能利用，有的新建井筒还需穿过上组煤采空区，既增加施工难度，又增大井筒涌水量。

3 防治水对策与措施

汾阳矿区面临的整合后矿井水防治问题，应针对性地从以下几个方面采取措施，确保安全生产。

1）矿井防治水工作必须做到“五专”。即设置专业防治水机构，配齐专业技术人员，成立专门的探放水队伍，建立专项防治水制度，配备专用探放水设备和抢险救灾设备。

2）做好水文地质基础工作。加强对古井老窑和关闭小煤矿的调查研究，对小煤矿的位置、范围和开采层位、开采的时间长短、地质构造、可能储水的容量、排水的资料等都进行调查了解，建立水文地质台账。建立水文地质信息管理系统，实现矿井水文地质资料、数据、图件、计算评价和矿井防治水预测预报一体化。

3）综合治理小煤矿集中开采区，防止地表水大量下泄。对关闭井的井口要填实，井口用混凝土封闭。对地表裂缝、地面沉陷区、矸石堆进行统一平整压实，修筑集中排洪渠道。对矿区的沟壑、河床及时疏通，使大气降雨形成地表迳流自然排泄。根据不同区域的开采程度，结合现状，统一规划，重新修筑地面永久性防排水工程和临时性防排水工程，做好防治水的第一道防线，最大限度地减少大气降水、地表水的渗漏补给。每年雨季前开展地面隐患排查治理工作。

4）做好预测预报和井下探放水工作。①矿井要制定详细的防治水规划，对预测的积水区制定探放水措施。建设、生产中必须坚持“有掘必探，先探后掘，有采必探，先探后采”的原则。对于掘进中遇到的地质构造特别是有疑问的地方，应进行充分合理的分析，并采取针对性措施。②加强水文地质分析，对隐覆构造和陷落柱及封闭不良的钻孔要足够重视，结合关闭井开采的采空位置，考虑小矿采空积水的因素，合理布置井巷工程和采区。③对新涌水的涌水通道及储水因素等进行分析，规划好井下含水构造、采空区等隔离煤柱和井下防堵水墙工程。④在对关闭井开采集中的区域即大型人为地下水库下开采下层煤前必须采取科学的方法，先进行探放，做到彻底消除隐患，直至确认无积水后，方可进行开采。

5）加强井下的排水工作，防止水灾事故的发生。根据小煤矿关闭后井下涌水量大幅增加的实际情况，保留矿井排水设施应根据水文地质划分类型合理设计，配备相应排水设施，确保矿井排水能力充足，提高矿井抗灾能力。