煤矿充水因素及水害防治措施的应用研究

王海涛

（霍州煤电集团有限责任公司团柏煤矿水害防控工程技术中心，山西 霍州 031400）

1 矿井地质分析

霍州煤电集团公司团柏煤矿位于霍州市城南，井田面积33.8372km2，当前核定矿井生产能力为270万t/a，矿井现有主、副斜井及3个风井。井田内以小落差断层为主，10-301工作面内遭遇F3、F4断层，其余均距离计划开采区较远。井田投产以来，在生产中揭露较多断层，断层落差多为1.0～3.0m左右的层间断层。

2 矿井充水水源

2.1 10号煤充水水源

未来采掘范围松散层厚度150 m左右，10号煤层埋深400 m左右，埋藏较深，一般不接受大气降水和地表水的直接补给。但10号煤层未来开采区上方存在废弃小窑，不排除构造导通或个别开采较深的小煤窑积水涌入矿井的可能。10号煤开采的底板破坏深度为12 m，+400 m水平10号煤至奥灰平均间距约为35.6 m，采掘中直接揭露导水陷落柱或断层，奥灰水就能通过导水构造进入矿井成为充水水源。

2.2 11号煤充水水源

采掘范围松散层厚度150 m左右，11号煤层埋深350 m左右，埋藏较深，一般不接受大气降水和地表水的直接补给。11号煤开采时顶板直接充水水源为10号煤采空区积水。10、11号煤层间距平均5.83 m，11号煤开采时的导水裂缝带高度为61.6～68.7 m。11号煤开采时不会导通2号煤采空区，仅可导通太原组灰岩含水层，该含水层在开采10号煤时已经得到疏放，预计会在10号煤采空低洼处形成积水，以采空积水的形式向11号煤充水。10号煤为矿井自有采空区，积水范围、标高清楚，通过放水钻孔可基本疏放完毕，一般对生产造成的影响小。

11号煤开采的底板破坏深度为15 m，首采区11号煤至奥灰平均间距约为27 m，缩小了11号煤与奥灰顶面有效隔水层厚度，根据华北型煤田的带压开采经验，当底板隔水层厚度小于25 m时，奥灰水有可能直接突破隔水层进入矿井，奥灰水有可能成为11号煤开采的直接充水水源。因此团柏煤矿开采11号煤时，必须采取必要的带压开采防治水措施，降低奥灰突水的可能性。

3 矿井充水通道

3.1 自然形成充水通道

3.1.1 裂隙充水通道

井田内10号煤层工作面回采后产生的顶、底板裂隙将破坏砂泥岩的完整性，这成为矿井的自然充水通道。

3.1.2 断层

井田内以小落差断层为主，大、中断层不多，勘查阶段在井田西北、北部有落差10～20 m断层8条（F3～F10），中东部有落差大于20 m断层2条（F5、F6），计划开采的10-301工作面内遭遇F3、F4断层，其余均距离计划开采区较远。井田投产以来，在生产中揭露较多断层，断层落差多在5 m以下，多为1.0～3.0 m左右的层间断层，主要包括 F1上团柏断层、 F2下团柏断层、 F5正断层和F6正断层。截至2017年底，下组煤生产共揭露断层约102条，断层落差0.3～3.3 m。注意底板隐伏构造的探查，尤其11号煤层下距奥灰近，小断层密集区破坏底板隔水层的稳定性，可能使底板奥灰水沿薄弱地带突入矿井。

3.1.3 陷落柱导水通道

井田内陷落柱较多，上组煤已开采区域揭露的陷落柱基本不含水。截至2017年底已揭露陷落柱303个，其中有10个陷落柱为上下煤层同时揭露。目前下组煤开采的+400 m水平已揭露陷落柱近200个，其中下组煤一采区揭露陷落柱97个，有8个陷落柱涌水；二采区揭露陷落柱81个，有10个陷落柱涌水；三采区揭露陷落柱15个，有8个陷落柱涌水。根据开采揭露实际情况，分析陷落柱有随煤层底板标高降低增多且导水性增大的趋势。

3.2 人为形成充水通道

计算各煤层顶板垮落带、导水裂缝带高度，结果见表1所示。

10号煤层产生的导水裂缝带最大高度为60.3 m，最高可达太原组顶部，直接充水含水层为顶板石灰岩夹砂岩裂隙含水层，2、10号煤层相距65.61～111.3 m，平均90 m左右，开采时形成的导水裂缝带，会沟通10号煤层上覆含水层。据生产实践证明，2号煤层采空区积水一般以渗、淋水进入10号煤层，影响较小。10、11号煤层间距很小，11号煤层最大综合开采厚度取10、11号煤累积厚度5.65～6.64 m，计算11号煤层产生导水裂缝带最大高度为68.7m，10、11号煤层相距3.52～7.43 m，平均5.83 m左右，11号煤层开采后会沟通上方10号煤层采空区及其上石灰岩、砂岩含水层。

3.3 矿井自掘采空区积水

（1）2号煤层采空区

矿井2号煤层开采主要在井田东部，现已采完停采，10、11号煤层计划开采区上方不存在2号煤采掘区，不受上方2号煤层自掘采空积水影响。

（2）10号煤层采空区

11号煤层开采后会沟通上方10号煤层采空区及其上石灰岩、砂岩含水层，受10号煤采空区积水的威胁，必须采取防治措施。核减掉已探放的采空积水，通过地质、水文地质条件分析推测估算今后三年煤层开采有影响的采空积水见表2。

（3）11号煤层采空区

矿井以往未开采过11号煤层，目前正掘进11号煤层11-101巷道，井田内无11号煤层采空区。

4 矿井水害防治措施研究

4.1 含水砂岩水害防治措施

当砂岩水柱高度小于6 m时，开拓准备时间应提前1～2年，开采时基本处于疏干状态，采用防水煤柱的原则是“稍大于最大冒落高度”，防水煤柱应尽量缩小，以采煤工作面不漏砂为原则；当含水层水柱高6～10 m时开拓准备期间内不完全疏干，采取留设煤柱并且边采边疏的办法。团柏矿根据自己的情况和回采工艺的特点采用了开拓准备疏水与边采边排放的办法，取得很好的效果。在11号煤层1122工作面生产时，周围均为未采区，其涌水较大，根据权台矿的突水经验，1122工作面采取了一系列行之有效的防治措施，首先设置排水道，采用两级排水，在风道设置一临时水仓和足够排水能力的排水系统，设置一台备用水泵，其次，生产上加强工程质量，加强顶板管理，加快推进速度，防止来压和导水通道过大，造成涌水量增加。另外超前工作面打钻进行探放水，该种办法的采取保证了生产的顺利进行。

4.2 煤层顶板砂岩裂隙水的防治措施

对于团柏矿11号煤层1225工作面回采时，因工作面顶板砂岩裂隙水掉水，涌水量最高达60～80m3/h，造成工作面运输巷被淹，工作面停产近10d。为了恢复工作面的正常生产，在运输巷上方，另掘进一条巷道抬高运输巷，改变生产系统。运煤走抬高了的运输巷，原运输巷作放水道，且增加了原运输巷的排水能力，使工作面恢复正常生产。主要防治水措施及经验有：（1）对上覆岩层中的含水层、隔水层等对采煤工作面的回采影响做到心中有数。（2）工作面建立完善的、具有足够排水能力的排水系统。（3）当工作面倾角小于10°时，将运输巷布置在采煤工作面上方，材料道布置在工作面下方，利于排水。（4）适当调面回采，将工作面涌水汇集到工作面下部的采空区，在运输巷超前刮板输送机尾挖临时水仓，安泵排水。

4.3 陷落柱的防治水措施

团柏矿在加强陷落柱的防治水工作的主要措施经验有：（1）采用物探手段进行勘查，获取了全面的水文资料；（2）对导水陷落柱留设足够的煤（岩）柱保护；（3）进入陷落柱内的钻孔严格进行注浆封堵；（4）对误人陷落柱的巷道，立即砌挡水墙封闭。

4.4 采空区水的防治措施

（1）标明积水区及其最洼点的具体位置和积水外缘标高，并外推20～60 m，用红色圈出积水采空区警戒线。（2）以平面图、剖面图切实反映积水区与采掘工作面的空间位置，分析其主要充水因素，估算积水量和补给水量。（3）加强对职工的安全技术培训，要求职工掌握透水征兆，发现透水征兆及时向矿调度室汇报，情况危急时及时撤出人员。

5 结论

本文以团柏煤矿井田地质为基础，对其充水因素和充水通道进行了详细的分析研究，基于以上分析提出了水害防治措施。实践应用效果良好，防止了井下水灾事故的发生，保障了团柏煤矿的安全开采。