董家河煤矿充水条件分析及水害防治对策

摘 要：本文主要从矿井充水水源、充水通道和充水强度3个方面对矿井现采煤层的充水条件进行分析，确定了影响煤矿安全生产的主要水害，为采取相应的水害预防与治理对策提供了依据。

关键词：水文地质；充水因素；水害防治；底板打钻；注浆改造

1. 矿井基本概况

董家河煤矿属于水文地质类型“极复杂”型矿井，可采煤层有三层，为3、5、10号煤层，目前开采煤层为5号煤。近几年，随着矿井向深部的不断延伸，5#煤层底板标高为+230～+290m，奥灰“突水”危险随时威胁着矿井的安全生产。因此，分析矿井的充水因素，对矿井的生产安全显得十分重要。

2. 矿井充水条件分析

2.1 充水水源

2.2.1 地表水

县西河自北向南穿过井田，该河流底部为二叠系地层，二叠系地层发育有隔水性能较好的泥岩隔水层，阻隔了河流对地下水的补给。根据《董家河煤矿二采区县西河下压煤开采可行性论证》报告，分析认为在正常回采情况下，县西河水对工作面安全回采不会构成威胁。

2.1.2地下水

（1） 煤层顶板含水层水

5号煤层顶板以上砂岩含水层均属裂隙含水层，主要指K5、K中、K※、K4砂岩裂隙承压水，根据矿井统计情况，煤层顶板砂岩含水层出水点多出现在向斜轴部附近，另外工作面回采一般在煤层直接顶板初次垮落时也会出现10～70m3/h的涌水现象，但出水时间较短，总出水量相对有限，之后工作面正常回采期间，工作面涌水量较小。因此，煤层顶板含水层对5号煤层开采影响不大。

（2）煤层底板含水层水

煤层底板含水层主要指太原组K3、K2和奥陶系灰岩含水层。其中K3含水层为5#煤的直接底板，在回采过程中将被直接扰动破坏，含水层水会进入采掘空间。目前奥灰水位标高+370m，矿井采掘范围5号煤层开采标高为+150～+295m，属于带压开采，奥陶系灰岩含水层是对5煤开采威胁最为严重的含水层。

2.1.3 老空水

因董家河煤矿开采顺序为自浅向深，浅部采空区积水可能对后续深部煤层的回采造成影响。采空区积水对相邻工作面的回采也构成威胁。老空水是董家河煤矿的重要充水水源。

2.2 充水通道

充水通道是指各种充水水源进入矿井的通道，包括断层、裂隙密集带、陷落柱、采动裂隙、采掘空间及封闭不良钻孔等。

2.2.1 断层

董家河井田内断层较发育。井田范围内未发现大断层，但规模较小的正断层发育密集，在空间上有成带密集分布和疏密相间的特点。断层和构造带是董家河矿最主要的导水通道。

2.2.2 陷落柱

董家河煤矿目前共发现岩溶陷落柱4个，皆为不含水、不导水的陷落柱。但在以后采掘活动中不能排除揭露的导水陷落柱存在的可能性，由陷落柱造成的奥灰突水一般突水量大，容易造成突水淹井事故，因此煤层回采过程中应给以重视。

2.2.3 采动裂隙带

（1）顶板导水裂缝带

根据《董家河煤矿覆岩破坏高度与特征实测》报告， 在22509工作面对应地表施工两个地面钻孔，采用钻孔冲洗液漏失量观测和钻孔彩色电视窥视等方法实测工作面煤层采后顶板“两带”发育高度。煤层顶板垮落带发育高度为11.83～14.23m，垮采比为4.23～5.08倍；煤层顶板导水裂隙带发育高度为53.59～61.89m，裂采比为19.14～22.10倍，分析煤层回采后的导水裂缝带可能波及至K中含水层。

（2）底板采动破坏裂隙带

煤层回采后对底板岩层产生扰动，产生了底板岩层破坏深度，减小了底板有效隔水层厚度，如5#煤与奥陶系灰岩含水层之间的有效隔水层厚度，不利于工作面的安全回采。底板岩层破坏深度也是矿井的导水通道之一。

2.2.4 封闭不良钻孔

董家河井田经历了数期勘探，一般鉆孔都按要求进行了封闭。但考虑到施工较早的一些钻孔封孔质量难以保障，在开采接近时应采取相应的防治措施，对封孔质量进行检查，发现异常及时处理。

2.3 充水强度

2.3.1 大气降水和地表水

作为矿井间接充水水源，大气降水和地表水主要通过露头或地面裂隙渗入补给。董家河煤矿5号煤层埋深一般在400m以上，煤层开采基本不受大气降水和地表水的影响。

2.3.2 煤层顶板含水层

煤层顶板含水层主要包括K5、K中、K※和K4含水层等。受煤层回采后形成的顶板导水裂缝带波及，各含水层均为矿井的直接充水含水层。断层、异常构造和导水裂缝带是顶板含水层水进入矿井的主要通道。煤层回采扰动后初期涌水量会较大，后期则逐渐减小。另外，随着矿井的持续开采，顶板各含水层均处于持续疏放状态之中。顶板各含水层对煤层回采的安全威胁较小。

2.3.3 煤层底板含水层

煤层底板山西组K3、K2含水层以静储量为主，在不接受奥灰水补给情况下对煤层回采威胁较小；在接受奥灰水补给时，其涌水量有较大增加。煤层地层基底的奥灰含水层厚度较大，富水性强，易通过断层、裂隙等导水通道进入采掘空间产生突水，对矿井安全威胁较大，奥灰含水层是威胁5#煤安全回采最为严重的含水层。

3矿井水害防治对策

3.1水害防治总体思路

结合以往勘探及采掘揭露资料对奥灰水文地质条件进行分析；采用物探手段查明煤层顶底板的富水异常区；防治水工作以5号煤层底板奥灰水防治为重点，采用钻探对底板含水层导水通道进行探查，经过注浆加固，改造底板含水层为相对的隔水层。对已回采工作面采空区积水进行隔离及加强水位水压观测；完善矿井主排水系统及工作面临排系统，结合矿井水文监测系统等进行矿井水害防治。

3.2 水害防治对策

董家河煤矿针对煤层底板的奥灰含水层的水害防治对策可归纳为以下七条，簡称28字方针，即：

1.物探先行：从事采掘活动前，先利用地面三维地震和地面瞬变电磁等物探手段，初步查明煤层顶底板可能存在的富水异常区和构造发育区。

2.先探后掘：针对地面瞬变电磁探测的富水异常区和三维地震探测的构造发育区，编制探放水设计方案和施工安全技术措施，并按程序审批。在探放水过程中，严格执行安全技术措施。

3.电法测深：在井下采用直流电法、音频电透视法等物探方法对工作面底板进行综合探测，对工作面底板构造及富水性进行评价，并圈定可能的突水危险区。通过施工探放水钻孔和注浆加固对底板含水层裂隙进行封堵。

4.注浆加固：通过注浆加固对底板含水层裂隙进行封堵，将底板含水层改造为相对隔水层。注浆加固的目的层位为5#煤层底板下25m左右。

5.二次测深：工作面防治水注浆工程结束后，通过直流电法物探对煤层底板注浆加固效果进行检验，针对富水异常区进行底板探水和注浆加固，直至电法验证效果为高阻区。

6.钻探验证：工作面注浆工程结束后，仍针对不放心的区域（即使二次电法测深为正常区域）再次进行打钻验证。工作面回采前，申请矿业公司主管部门对防治水工程进行验收。

7.系统保障：在采掘和进行防治水工程的过程中，完善矿井、工作面防排水系统，排水系统应具备一定的抗灾能力。并制定切实有效的水害应急预案，确保矿井安全生产。

4.结论

加强和重视水害防治工作， 对有效控制水害事故的发生具有重要的意义，多年来，董家河煤矿从资金、技术和装备等各方面给防治水工作提供有力保障。今后，矿井仍将不断探索防治水的技术流程和方法，并将其科学应用于矿井水害防治工作，为安全生产提供有力保证。

参考文献：

[1]《陕西陕煤澄合矿业有限公司澄合西区5号煤带压开采可行性研究》.中煤科工集团西安研究院，2012年.

[2] 《陕西陕煤澄合矿业有限公司董家河煤矿分公司矿井水文地质类型划分报告》.中煤科工集团西安研究院，2017年10月.

作者简介：

安院文（1967- ）：男，陕西渭南人，采煤工程师。1990年毕业于陕西煤炭工业学校采煤专业。职务：总经理（矿长），主要从事矿井安全生产和技术管理工作。