莒山煤矿3号煤复采水害分析与防治措施

杨树才

（山西兰花集团 莒山煤矿有限公司，山西 泽州 048002）

莒山煤矿1961年投产，位于晋城市东北部约18 km处的泽州县巴公镇三家店村附近。井田地理坐标为：东经 112°53′01″～112°54′56″，北纬 35°39′37″～35°41′36″。矿区面积9.016 km2，生产规模90万t/a。目前3号煤层已近枯竭，为了缓解水平接替紧张，主要对原刀柱工作面下弃滞煤炭复采，探放同煤层采空积水是防治水工作的重要任务。

1 3号煤复采技术概况

莒山煤矿3号煤复采主要回收从前刀柱工作面下的弃滞煤炭，复采面在原刀柱面基础上布置，采区运输及回风大巷布置于原采区隔离煤柱间，复采面顺槽与上分层刀柱面顺槽采用内错布置，间距5 m，均沿3号煤底板掘进，采用长壁综合机械化全部垮落法采煤方法。复采工作面示意图，见图1。

图1 复采工作面示意图

2 水文地质条件

1）地表水系：井田内地表河流不发育，大小沟谷常年缺水，雨季时才有洪水排泄，雨过数小时水流即减退至消失，属季节性河流。

2）含水层：①第四系松散岩类孔隙含水层。②基岩风化带含水层。③二叠系上、下石盒子组砂岩裂隙含水层。④二叠系山西组砂岩裂隙含水层。⑤石炭系太原组砂岩、灰岩岩溶裂隙含水层。⑥中奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层。

3）主要隔水层：①本溪组及太原组底部泥岩、铝土质泥岩隔水层组：奥陶系灰岩顶面为一套以泥质岩为主的细碎屑岩地层，厚度约10.51m，岩性致密、不透水，特别是本溪组的铝土泥岩，质地细腻，具有极好的隔水性能，为矿区主要隔水层组，对下伏奥灰水起到了重要的阻隔作用。②石炭系灰岩、砂岩及二叠系砂岩含水层之间的层间隔水层：均分布有厚度不等的泥岩、砂质泥岩等泥质岩层，岩性较致密；不透水，阻隔了各含水层之间的水力联系，起到了层间隔水作用。

3 主要水害类型分析

1）矿井充水特征：根据矿井2012-2013年煤炭开采量、降水量、矿井涌水量资料分析，矿井涌水量有随煤炭开采量增加而增大的趋势；矿井涌水量与降水量变化基本一致。煤炭开采量、降水量与矿井涌水量关系图，见图2。

图2 煤炭开采量、降水量与矿井涌水量关系图

矿井充水特征主要有：①矿井涌水量与煤炭开采量变化总体趋势基本一致（见图2），但在不同时段又有差异，说明煤炭产量增大时，矿井涌水量的增大是必然趋势。②矿井涌水量与降水量变化关系基本一致，见图2，但在不同的开采部位，由于煤层埋藏深度的不同，矿井涌水量和降水量的变化存在差异。

2）地表水体：大气降水和地表水是矿井充水的间接水源之一。多年平均降水量573.8 mm，主要集中在7～9月份，受季节性影响较大，具有明显动态特征。洪水期可经不同成因的基岩裂隙及松散沉积物孔隙在裂隙沟通时进入矿坑；受采掘活动影响，产生的导水裂隙带最高可达163 m，部分地段可沟通地表。在浅部，开采产生的塌陷裂隙，会直接沟通与地表水的联系；在雨季，降水沿着裂隙，直接进入矿井。

2）地下水：开采3号煤层，将构成K8砂岩、K9砂岩含水层的联系；局部的隔水层变薄地段，将会沟通K10含水层。因此，K8砂岩、K9、砂岩、K10砂岩含水层是3号煤层的直接水源。由于含水层均为弱富水性，补给条件较差、一般性充水，因此对矿井危害不大。

3）同煤层采空积水：经多年开采，3号煤层己有大量采空区，会对同煤层复采造成积水影响。依据《煤矿安全手册》第五篇中，采空区积水估算公式：

式中：K为采空区充水系数（介于0.25～0.5之间）；M为采空区的平均采高线或煤厚，m，取5.70 m；F为采空积水区的水平投影面积，m2；α为煤层倾角，°。算得结果：积水面积153 109 m2，预计积水量186 746 m3。由于3号煤层开采范围较大，并有一定量的积水，虽然说基本掌握采空区范围与积水量，依然必要引起高度重视、采取防范措施，防止水害事故。

4 水害防治措施

4.1 地表水害防治

井田内河流、沟谷常年无水，雨季才有洪水排泄。雨季到来之前，专项成立防治水领导组，完善目标计划，统筹安排，常备防洪专用的物资设备，加强雨季前排水系统的检查检修工作，确保备用水泵、管路齐全完好，并符合相关规定。组织相关人员对河流、沟谷中障碍物进行清理，对河道进行疏通，保证雨季安全泄洪。对因受采动影响形成的塌陷、裂隙等进行填埋，防止雨季洪水通过裂隙溃入矿井。

4.2 采空积水探测

探测方法有两种：超前物探和超前钻探。

1）综合物探。首先利用综合物探方法，探测工作面内部原刀柱工作面上分层采空积水情况及富水区段，分析工作面地质异常区域水文情况，以便有效指导工作面布置及采掘中防治水的技术实施，见图3。综合物探方法的选择。①探测目的：主要探测采掘前方及顶板富水区段，同煤层采空积水情况等。②物探方法特征：物探方法须对构造敏感，对富水区段敏感，针对性、有效性和可靠性强。③原则：以井下物探为主，地面物探为辅。以一种物探方法为主，其它物探方法为辅，尽量减少物探解译多解性的不足；适合工作面地质、水文地质条件特征。

图3 物探方法及作用图

2）必要钻探：防治同煤层采空水的有效方法就是探水掘进，在有足够帮距、超前距和控制钻孔密度的掩护之下，方可逐步循序渐进。根据原刀柱工作面图纸资料及物探结果，分析复采工作面水文地质情况，查明原刀柱工作面遗留煤体及老空水体的空间位置、积水区域、水压，采用长探与短探相结合的方式、合理布置探水钻孔，针对性地探放水。探放水钻孔分两组布置（长探1组、短探1组）见图4。①长探：在巷道前方平行于煤层底板方向探测，布置3个钻孔，钻孔距巷道底板高度1.0 m，中间钻孔垂直煤帮，孔间距100 cm，两帮钻孔夹角10°，并按规定保持足够的安全距离。②短探：主要探测掘进巷道前方原刀柱工作面上分层空区，在巷道前方沿煤层方向大于煤层倾角3°布置3个钻孔，钻孔距煤层底板1.5m，孔间距均为120 cm，两帮钻孔夹角20°，超前距离不低于30 m。

5 结束语

图4 掘进工作面钻孔布置示意图

根据3号煤复采工作面采空积水具有分散、孤立、隐蔽性特点，及其动态发展过程，结合物探成果、图纸、资料，要认真细致地对复采工作面地质构造、充水因素、水文地质情况进行分析，掌握水害类型及其重要性，采取有效的防治水措施，探明复采工作面水文情况，顺利探放出原刀柱工作面采空积水，确保矿井安全生产，才能顺利复采原刀柱工作面弃滞煤炭，提高资源回收率，缓解了矿井水平接替紧张，获得安全效益和经济效益。

[1]李延辉.防治老空水技术途径[J].山东煤炭科技，2004（5）:38-39.

[2]王晚宁.水害致因及其防治措施[J].中国煤矿安全，2012（6）:40-44.