矿井回采工作面上覆基岩水位变化规律研究

韩 强 曹祖宝 王国强

(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)

矿井回采工作面上覆基岩水位变化规律研究

韩 强 曹祖宝 王国强

(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)

为了分析预测顶板水对煤矿生产的危害，以陕北某国有煤矿为例，通过对矿区南翼水文监测系统的数据分析，结合煤矿生产状况，分析得出矿井正常开采下，基岩含水层水位的变化特征，研究结果在该煤矿S1224工作面的回采过程中，起到了很好的预测预报作用，安全回采煤炭资源近千万吨。

实时监测，预测预报，安全回采，水位降幅

煤层顶板突水具有突发性、水量大的特点，给矿井造成的灾难是极其严重的，近年来分布在内蒙古、陕西、宁夏三省(区)的部分煤矿一直深受着煤层顶板砂岩裂隙水突水危险的严重影响,使煤矿基建速度明显放缓、生产进度受阻。因此在煤矿现代化生产中有必要建立突水预警系统，以保证工作面的安全回采。

煤层开采后，引起顶部岩体的开裂、垮落和移动，形成冒落带、导水裂隙带和弯曲下沉带。冒落带的岩块间空隙多而大，透水、透砂，故一般不允许冒落带发展到上部地表水体或含水层底部，以免引起突水和溃砂。导水裂隙带其断裂程度、透水性能由下往上由强变弱。导水裂隙带与采空区联系密切，若上部发展到强含水层和地表水体底部，矿井涌水量会急剧增加。煤矿顶板突水前，在工作面煤壁环境和顶板水压等方面都会有一些征兆[1]，具体概况为以下四点：1)煤层变潮湿、松软；煤帮出现滴水、淋水现象，且淋水由小变大。有时煤帮出现铁锈色水迹；2)工作面气温降低，或出现雾气或硫化氢气味；3)有时可听到水的“嘶嘶”声；4)矿压增大，发生片帮、冒顶及底鼓。以上预兆是典型的情况，在实际具体的突水事故过程中，并不一定全部表现出来，很难形成规范的预警系统。因此，通过对煤层顶板上覆主要含水层的水位进行监测，分析其水位变化，可以直观的掌握顶板水是否要溃入矿井，从而对突水的可能性进行评价。本文结合煤矿南翼布置的地面水位监测站的监测结果，分析南翼2-2煤上覆基岩含水层的水位变化，根据统计的水位变化规律，得出矿井正常生产下基岩水位变化的规律。

1 监测区域地质概况

该煤矿位于陕西省神木县境内，井田东西宽约9.9 km，南北长约19.305 km，面积约119.773 5 km2。矿井设计生产能力为12.00 Mt/年，主要开采侏罗系延安组煤层。本区地处我国西部内陆，为典型的中温带半干旱大陆性季风气候，四季冷热多变，昼夜温差悬殊。干旱少雨，蒸发量大，降雨多集中在7月～9月这三个月。井田处于黄河支流窟野河流域，区内水系由北向南主要为庙沟、考考乌素沟及其支沟，河流流量与季节相关。井田南翼地表水系主要为考考乌素沟及其支沟肯铁岭河、小侯家母河沟，最南部为麻家塔沟的支沟芦草沟。本区地表水受季节影响较大，一般规律是每年冬末(3月份)和雨季(7月份～9月份)为丰水期，而冬季和春季之交则为枯水期。

1.1 地质概况

1.2 水文地质概况

总体上，本区域地下水主要接受大气降水入渗补给，区域内多年平均降水量为436.6 mm，并多以暴雨形式集中于7月～9月，沙漠滩地区地形平缓，透水性好，入渗系数0.3～0.6；黄土丘陵区,地形破碎，沟谷坡度大，入渗系数一般小于0.1。矿井主要包括四个含水层[2]，其中潜水含水层包括河谷冲积层潜水和萨拉乌苏组潜水。基岩含水层包括侏罗系中统直罗组(J2z)含水层和侏罗系中统延安组(J2y)含水层。J2z含水层分布普遍，零星出露于考考乌素沟一带。岩石受到不同程度的风化，一般表现为上强下弱，岩石结构杂乱，松软易碎，孔隙度增大，岩石透水性增强。含水层厚度一般为14.7 m～49 m，平均厚26 m。其岩性由一套黄绿色、紫杂色泥岩、粉砂层和灰白色砂岩组成。J2y含水层厚度21.75 m～114.13 m，平均66.5 m。本组地层为一套灰白色中细粒砂岩，青灰色粉砂岩及砂质泥岩为主。本组地层含水微弱，以裂隙承压水为主，局部为潜水。据以往资料，该组地层单位涌水量为0.000 065 2 L/(s·m)～0.000 58 L/(s·m)，渗透系数为0.000 269 m/d～0.004 356 m/d。

2 水文监测预警系统

对该矿井来说，水害主要来自于煤层顶板砂岩裂隙水，只要是煤层回采导致顶板垮落破坏形成导水裂隙带波及至侏罗纪中统直罗组砂岩裂隙含水层，才会造成顶板涌水。因此在矿井整个南翼采区共布设了28个水文长观孔，24个2-2煤上覆基岩J2z含水层监测孔，4个第四系萨拉乌苏松散砂层含水层监测孔，重点对回采工作面区域附近的地面水文监测孔加强、加密监测，并且每天对这些监测孔的水位监测信息进行分析、解读，以起到水害预报的作用[4]。目前矿井南翼正在回采S1224工作面，在S1224工作面附近布置有J2，J4和J5三个重点水位监测孔。每小时进行1次水位监测，监测站采集15条数据后，将数据发送回主站(矿区地测科办公室)，可以随时观察这三个重点观测孔水位有无异常变化，以达到水情水害预报的目的。其余监测孔附近没有采掘活动，每月的监测数据显示其水位没有异常变化。

对于S1224工作面，提前对工作面进行疏放水，降低采面上覆基岩含水层的水头高度，减弱工作面回采时顶板垮落导致的峰值涌水量，消峰平谷，同时加强对J2孔，J4孔和J5孔的水位监测数据分析，加密监测频率、认真分析各孔有无水位变幅过大等异常现象。各监测孔的参数详见表1。

表1 水文监测孔参数一览表

3 回采工作面附近监测孔水位变化规律

3.1 一年内监测孔水位变化和矿井生产情况

2014年3月～2015年2月期间，项目监测区域内水位监测情况汇总见表2。

表2 一年内各监测孔监测情况汇总表(2014年—2015年) m

由各监测孔的监测数据分析可知，各监测孔整体水位呈下降趋势，其中J5和J2号孔水位一直呈缓慢下降趋势，且每月降幅较小。J4号监测孔从3月～6月孔水位一直在1 252 m上下波动，每月最大变化幅度不超过2 m，在6月下旬水位有下降趋势，在7月份水位缓慢下降，最低降到1 250.01 m，比上月最高水位下降了3.22 m。因此为了更好的分析出S1224工作面生产情况下，基岩含水层水位变化规律，以7月份获取的监测数据以及生产情况为依据，进行分析。7月份中旬，项目检测区域的S1224工作面开始回采，截至月底回采至80 m处，在工作面回采前矿方对S1224工作面施工了50个放水孔，并进行放水，降低采面上覆基岩含水层的水头高度，减弱工作面回采时顶板垮落导致的峰值涌水量，消峰平谷。从6月下旬开始水位的下降是由于S1224工作面顶板疏放水导致水位变化异常。

3.2 工作面附近基岩含水层降落漏斗半径预测

位于S1224工作面附近共有J2，J5及J4三个水位观测孔，结合井下疏放水资料可知，J2孔附近井下的出水点主要为NW2，NW3和NW4号疏放水孔，其流量在1 m3/h～3 m3/h，最近放水孔距J2孔的平距约500 m，其水位一直稳定在1 235.4 m左右，后期有下降趋势，但降幅很小。J5孔附近井下的出水点主要为JF45和JF46号疏放水孔，其初始流量在24 m3/h左右，衰减较快，最近放水孔距J5孔的平距约510 m，其水位一直稳定在1 226 m左右，

且并无下降趋势。从这两个孔的观测结果可推出，此处降水漏斗的影响半径约510 m，J4孔距井下最近放水孔距离约150 m，在降水漏斗内，因此水位下降3.22 m属于正常情况。测区域内基岩含水层的影响半径没有考虑各个疏放水孔的叠加效应，可能会使预测值有些偏差。各放水孔、监测孔及工作面位置如图1所示。

3.3 在生产中的应用

通过工作面顶板疏放水时，水位的变化幅度，运用统计规律定性的分析出了矿区S1224工作面附近基岩含水层的降落漏斗半径约为510 m，在工作面回采的过程中一直对J2，J4和J5孔进行实时监测，当2015年2月份工作面回采至距J4孔500 m时，如图1所示，J4孔的水位出现了明显下降，这是由于采空区顶板冒落后，导水裂隙带发育至基岩含水层，造成基岩含水层水位下降，这与此处工作面疏放水时确定的基岩含水层降落漏斗接近。

4 结语

在煤矿生产过程中，通过对采区含水层水位的观测，分析采煤过程中水位的合理变幅，可以对煤矿水害起到预测预报作用。

1)对于监测区域内的回采工作面，应提前进行顶板水疏放，降低采面上覆基岩含水层的水头高度，减弱工作面回采时顶板垮落导致的峰值涌水量，消峰平谷，同时密切监测采面附近的水位监测孔，水位出现突变应及时预警；2)对于项目监测区域内的巷道掘进头，应坚持“有掘必探、先探后掘”的原则，密切监测采面附近的水位监测孔，如水位出现下降趋势，应加强巷道迎头煤帮出现滴水、淋水、挂红等透水征兆的观测工作；3)通过疏放水时数据的收集，结合各观测孔的水位变化情况，统计得出该工作面降水漏斗的影响半径约为510 m，如在影响半径外的观测孔水位降幅过大，应加强防治水措施。

[1] 杨海军，王广才.煤矿突水水源判别与水量预测方法综述[J].煤田地质与勘探，2012，40(3)：70-71.

[2] 曹祖宝.柠条塔矿南翼西大巷以南2-2煤水文地质补充勘探报告[R].西安：中煤科工集团西安研究院有限公司，2012.

[3] 国家煤矿安全监察局.煤矿防治水规定[M].北京：煤炭工业出版社，2009.

[4] 刘中宽，周 欢.矿井水文监测系统在煤矿生产中的应用[J].煤炭技术，2013，32(9)：23-24.

The mine’s bedrock water level variation law research on the working face

Han Qiang Cao Zubao Wang Guoqiang

(Xi’anResearchInstituteCo.,LtdofChinaCoalTechnology&EngineeringGroupCrop.,Xi’an710077，China)

Analysis and prediction of roof water hazards of coal mine production, taking a state-owned coal mine in North Shaanxi as an example. Through analysis the South Wing of the mining area of hydrological monitoring system’s data.Combined with coal production situation analysis that when the working face is normal mining, the bedrock aquifer water level changes. Results of this study in the S1224 coal mine working face of mining process played a very good role in forecasting, safety ming millions of tons of coal resources.

real-time monitoring， prediction and forecast， safety mining， water level decline

2015-04-06

韩 强(1987- )，男，硕士，助理工程师

1009-6825(2015)17-0046-02

P641

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