斜沟煤矿矿井水患分析

＊王 俊

（阳煤集团寿阳景福煤业有限公司 山西 045000）

1.引言

斜沟煤矿位于山西省兴县县城北直距20km处，由山西西山晋兴能源有限责任公司开发建设，是国家重点建设的10个千万吨级矿井之一，煤矿由中煤西安设计工程有限责任公司设计，设计年生产能力1500万t/a，设计生产年限71.7年，为特大型煤炭企业，是国家煤炭工业“十一五”规划重点项目，于2005年投产，2011年达产，现实际生产能力达到1500万t/a。采用主、副斜井运输，双水平生产，主采8号、13号煤，配采6号，开采标高为+1046m～+350m。

2.矿井水文地质分析

（1）矿井充水因素。根据井田水文地质条件分析，矿井充水水源有大气降水及地表水、地下水、老空水。

本区属温带大陆性季风气候，降雨量分布极不均匀。井田东部为老（小）窑区及煤层隐伏露头区，煤层埋深较浅，大气降水可通过导水裂隙带进入采空区，通过对11采区北翼采空区涌水量观察，大气降水对采空区具有明显的补给作用，而且井田东部石炭系以上地层均有出露，可接受大气降水的补给。大气降水可以通过补给采空区及煤层顶板砂岩裂隙含水层来间接增加矿井涌水量。

斜沟煤矿地层总体向西倾斜，东部煤层埋藏浅，采煤工作面盖山厚度小于冒落或导水裂缝带高度的地段，裂缝一般会延伸到地表并产生水力联系。在雨季一旦有洪水形成，存在地表水通过导水通道溃入工作面造成灌井的致灾。

斜沟煤矿6号、8号、13号煤系围岩中影响采掘活动的含水层为二叠系砂岩含水层与石炭系砂岩含水层，均为弱含水层，含水量少，一般以静储量为主。工作面回采后，顶板砂岩裂隙水流入采空区内，形成采空区积水。井田内奥灰岩溶水位标高在850-854m之间，6号、8号、13号煤层底板标高位于850m水平以下，属于带压开采区域，受到奥灰承压水的威胁。由于工作面回采后地应力重新分布，奥灰承压水有可能通过隐伏断裂及陷落柱等导水通道涌入矿井，成为矿井充水水源。

斜沟矿井田内各采空区内有不同程度的积水，根据斜沟煤矿提供的资料，工作面回采后形成的采空区积水面积及积水量清楚，虽在生产过程中已对部分采空区积水进行了探放，但仍对斜沟矿井的安全生产存在一定的威胁。

（2）矿井充水通道。根据现有地质及水文地质资料分析，目前井田内未发现大的断裂构造，也未发现陷落柱，总体上为一走向近南北，倾向西的单斜构造，构造简单。但是需特别注意的是此结论是在井田内大部分区域未进行地面三维地震条件下得出的，不能排除井田内发育有隐伏的导水断裂构造及岩溶陷落柱的可能，由于井田处于天桥泉域岩溶水系统的极强径流带，一旦揭露导水构造，就会造成上覆及下伏含水层中地下水与矿井开采煤层相沟通，导致煤层顶部含水层中地下水下渗，以及下伏含水层中地下水涌入矿井，严重时还会使得强富水的奥灰（O2s）岩溶水进入矿井，从而造成突水或淹井。矿井应当对地质构造的探查与防治有足够的重视，应将其看做矿井的主要充水通道。

在井田东部煤层露头发育，煤层埋藏相对较浅，井田内地层向西倾斜，大气降水可通过煤层露头的松散沉积物孔隙、基岩裂隙下渗，在基岩裂隙相互沟通的情况下进入采掘工作面。煤层回采后，会对煤层顶底板造成扰动破坏，形成一定的导水裂缝带，从而缩短与充水水源之间的距离，有时甚至直接沟通地表，工作面的整体下沉形成不同程度的地面塌陷与地裂缝，这些成为大气降水及地表水渗入矿井的通道。

由于斜沟井田东部煤层埋深较浅，工作面回采后，在地表均形成不同程度的地面塌陷与地裂缝，这些成为大气降水及地表水与矿井的导水通道。沉陷区的地表裂缝大致可以分为两组。一组是永久性裂缝带，位于采区边界周围的拉伸区，裂缝的宽度和落差较大，平行于采区边界方向延伸；另一组为动态裂缝，它随工作面的向前推进，出现在工作面前方的动态拉伸区，裂缝的宽度和落差较小，呈弧形分布，大致与工作面平行而垂直工作面的推进方向。

据2015年矿方编制的《斜沟煤矿隐蔽致灾地质因素普查报告》，井田内未封闭的水文长观孔、水井、煤层气勘探孔，往往是奥灰高压强含水层岩溶水与上覆含水层沟通的通道，同时已封闭的水文孔、煤层勘探孔、各类勘探事故孔也存在封闭不良的可能性，成为潜在的导水通道，因此井田内所有钻孔，都是潜在威胁煤矿安全生产的重大隐蔽致灾因素。

（3）矿井充水状况。斜沟煤矿自建井以来未发生突（涌）水现象。斜沟煤矿现阶段主采6号、8号、13号煤层，矿井排水量主要以井筒残留水量、巷道涌水量、工作面涌水量及工作面探放水量为主。

统计分析，近年来矿井正常排水量平均为178m3/h，最大排水量352m3/h。2015年4月-10月排水量增大的原因是由于通过在13采区皮带上山、18108材料巷及23112材料巷、皮带巷对18110采空区积水进行探放，故该时间段内矿井涌水量突增变大。

总体来讲，斜沟煤矿充水水源主要以大气降水、地表水、顶板砂岩水、岩溶水及采空区积水为主，充水通道主要以煤层露头、地表塌陷与地裂缝、导水裂缝带及封闭不良的钻孔等为主。

3.矿井水患分析

在分析矿井地质、水文地质及矿井充水因素的基础上，对矿井各种水患进行分析。

（1）大气降水及地表水水患分析。本区属温带大陆性季风气候，降水量分布极不均匀，多集中于每年6月下旬至9月上旬，占全年的66.2%。大气降水通过采煤引起的地面塌陷、地裂缝及导水裂隙带渗入矿井，间接增加矿井涌水量，从而影响矿井的安全生产。

岚漪河自东向西通过井田中部，河床常年有水，五十年一遇的最高洪水位线为+920m～+965m。其它沟谷均为季节性河流，在雨季，沟内会出现洪水。从地质图可看出，井田内东部岚漪河有6号、8号、13号煤层露头线，河床两岸沟谷中自东向西出露太原组、山西组及下、上石盒组地层，6号、8号、13号煤层在井田西部边界岚漪河床最大埋深分别为573m、588m、660m，在岚漪河床两岸一带最大厚度分别为1.82m、5.42m、14.09m，按前述理论公式计算6号、8号、13号煤层导水裂缝带最大高度分别为52.10m、79.84m、122.61m。其导水裂缝带可达地表及松散层底部，其工作面边缘拉伸带形成的地裂缝及塌陷则是地表水涌入井下的通道，有地表水灌井的威胁。

（2）井田充水含水层水患分析。6号、8号煤层开采主要受顶板二叠系下统山西组（P1s）、下石盒子组（P1x）各砂岩裂隙含水岩组的共同影响。根据已有水文地质资料，二叠系山西组及上覆砂岩裂隙含水层段抽水试验，钻孔单位涌水量为0.0062-0.0711L/s·m，说明含水层富水性弱。

13号煤层开采主要受顶板石炭系太原组（C3t）及上覆各砂岩含水层的共同影响。砂岩层单层厚度一般为2.60-4.0m，累计厚度一般为6-8m。井田内本组含水层钻孔单位涌水量为0.00082-0.07L/s·m，说明太原组各砂岩含水层富水性弱。东部砂岩浅埋区，砂岩裂隙局部较发育，富水性好，容易造成顶板淋水。但随着煤层埋深加大，顶板砂岩裂隙发育弱，富水性弱。

井田内13号煤层平均厚度13.88m，上距8号煤层38.10-78.10m，平均52.42m，据以上估算13号煤层开采后，导水裂隙带最大高度为132.52m，将导通太原组砂岩裂隙含水层，并与上覆8号煤层采空区沟通，上覆岩层裂隙水及8号煤层采空区积水会沿导水裂缝带渗透进入工作面引起工作面涌水量增大。

（3）奥灰承压含水层水患分析。斜沟煤矿6号、8号、13号煤层未来5年开采部分工作面不带压，奥灰水对工作面的回采无影响；部分工作面带压，开采煤层受奥灰水威胁。未来5年内，6号煤层计划回采15采区16502工作面，16502工作面突水系数最小为0.012MPa/m，最大为0.016MPa/m；属带压开采突水小概率区，因此，6号煤层的带压开采危险性较小。8号煤层与奥灰间发育有厚度110.5-151m的隔水岩层，为粉砂岩、泥岩、煤、中粒砂岩、石灰岩、铝质泥岩等互层组合结构；根据目前掌握的构造发育情况，井田内断裂构造发育少、规模小，暂未发现陷落柱。所以，斜沟井田8号煤层的带压开采危险性较小。未来5年13号煤层计划回采的23111、23112、23114工作面均不带压，奥灰水对工作面的安全回采无影响。

（4）井田及周边老空水水患分析。井田东部煤层浅埋区有关闭的小煤矿和老空水分布，主要分布在井田东部斜沟、麻墕塔沟、庙沟、石佛沟和迷糊沟内的煤层露头附近。斜沟村～马圐圙村一带的老小窑均在13号煤层露头开采。麻墕塔沟内有23个小窑坑口，其中15个开采8号煤层，8个开采13号煤层，其中6个见煤。斜沟井田及周边除神达晋保煤业外，其余范家疃煤矿、阳坪煤矿、店湾煤矿、斜沟旧矿、马圐圙煤矿、高家峁煤矿、白家沟煤矿、黄辉头煤矿均已关闭。

近年来，斜沟煤矿委托有资质单位对15采区北部扒楼沟煤矿及私挖滥采区域、阳坪煤矿、高家峁煤矿、马圐圙煤矿、黄家辉煤矿一带范围内进行了地面瞬变电磁法及测氡法勘探，通过勘探工作，推断出勘探区内异常区域和采空积水异常区，画出采空积水异常区探水线、警戒线。

4.小结

为了更好地对斜沟煤矿矿井水患防治，对斜沟煤矿的水患进行了系统分析。通过分析斜沟煤矿的水文地质情况，主要有矿井充水因素、矿井充水通道以及矿井充水状况等，系统地分析了大气降水及地表水水患、井田充水含水层水患、奥灰承压含水层水水患以及井田及周边老空水水患。可以为煤矿防治水提供系统地参考。