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浅谈青龙煤矿水害影响程度及防治水工作建议

发表时间：2021/7/2 来源：《中国科技信息》2021年8月作者：辛冰

[导读] 青龙煤矿在井筒、井下巷道及工作面的推进过程中，共发生30次突水事件，生产期间共发生突水事件16次，大于等于20 m3/h的突水5次。

贵州黔西能源开发有限公司贵州省毕节市黔西市辛冰 551500

摘要：青龙煤矿在井筒、井下巷道及工作面的推进过程中，共发生30次突水事件，生产期间共发生突水事件16次，大于等于20 m3/h的突水5次。突水大多出现在掘进过程探放采空区积水时，充水水源为采空水，对安全施工有一定的影响，本文分析了矿井主要水害影响因素，并提出了相应的工作建议。
关键词：水害；防治水；涌水；采空区
        一、矿井主要水害影响程度
        1．大气降水
        本区降水多集中在夏季，冬季降水量较小；最大月平均降水量为169.2mm（雨季一般集中在4～7月份），最小月平均降水量为20.2mm（2月份），雨日188天，年平均降雨量1005.2 mm。本区大气降水是地下水的主要补给来源，矿井充水直接或间接受到大气降水的影响，大气降水首先渗入地下，补给充水含水层，然后再涌入矿井，是一个间接的充水水源。
        在靠近煤层露头附近，两带高度将影响到地表，大气降水及所影响至地表的地表水体，为矿井直接充水水源。青龙煤矿现回采工作面相对应的地表大部分无第四系覆盖，玉龙灰岩大面积裸露于地表，接受补给能力较强，大气降雨沿塌陷裂隙区或受采动影响灰岩层理松动面下渗，成为工作面涌水量增大的直接充水水源。
        2014年至2019年，矿井涌水量与大气降水量呈明显的相关关系，矿井涌水量最高时间滞后于大气降水量时间渐短，说明大气降水补给含水层时间较快，从一采区和一采区下部采区涌水量的大小上分析，大气降水主要向一采区的浅部充水，对深部的影响较小。
        2．煤层顶板含水层水
        16煤回采工作面直接充水含水层为16煤顶板砂岩及L7灰岩，间接充水含水层为16煤顶部长兴灰岩。16煤顶板砂岩及L7灰岩，含裂隙水，富水性弱，补给条件差，以静储量为主，充水途径为裂隙。长兴灰岩底界距16煤顶间距约34～42m，平均厚30.38m，岩溶裂隙发育，富水性中等，含水性不均一。16煤顶板砂岩及L7灰岩为开采上组煤直接充水含水层之一，正常情况下以淋水的形式通过采动裂隙直接涌入采掘工作面及回采工作面的采空区，为矿井正常涌水的来源。但16煤顶部长兴灰岩富水性不均一，在断裂破碎带、构造裂隙发育区及岩溶发育等部位富水性较好时，回采工作面冒裂带高度发育较大，超过长兴灰岩底界，回采工作面老顶大面积突然垮落时，在这些部位容易发生较大水量的涌水甚至突水，给安全生产造成一定的影响。如一采区11609外回采工作面生产中发生了1次较大的突水，估算最大涌水量387m3/h（2009年11月10日），水从煤壁1-3#架及采空区涌出，突水量7153m3，转载机被淹，对生产影响较大。
        3．采空区积水
        矿井开拓以煤巷为主，初期无底板底抽巷，无法施工疏放水孔，工作面内涌水只能靠水泵排出，由于断层、褶曲发育，煤层起伏较大，致使排水环节增多，排水难度加大。特别是16煤工作面回采后，采空区大量积水无法疏放，从而形成了老空水水害隐患。
        2010年前累计施工井下地质、水文地质钻孔183个，钻进7500m；2010年至2013年4月累计施工井下地质、水文地质钻孔320个，钻进15650m。
        2013年4月～2016年8月，在11707、11802、11804、11809、21602工作面轨道顺槽或运输顺槽进行了探放水，累计施工井下地质、水文地质钻孔176个，钻进8522m。生产时期累计施工井下地质、水文地质钻孔679个，先后疏放老空水29处，总钻进31672m，累计放水量 566668m3。
        2016年9月，青龙煤矿地测科编制《11811轨顺掘进工作面水情分析报告及探放水设计》，11809采空区预计积水面积21696m2，积水量22780m3。11811轨顺掘进期间，自G2点前7m至G5点前78m段累计施工探放水钻孔34组（60个），第22组至第34组涌水，钻孔最大涌水量10m3/h，衰减速度较快，一般在24～48小时内干枯，累计放水1790m3。
        2017年5月，在11615轨顺里程95m处采帮硐室施工了3个钻孔对11615工作面音频电透视探测圈定的1#顶板富水异常区进行探放。该富水区探水钻孔累计泄水量约为28760m3。
        2018年3月，11813轨顺共设计了61组探放水钻孔（122个），实际施工62组（123个），其中单孔最大放水量15m3/h，共放出采空水约24190 m3。
        经排查，截止到2019年12月31日，矿井采空区积水面积148272m2，积水量173816m3。采空区积水对今后沿空掘进施工、开采有一定影响。
        4．断层导水性
        根据钻孔、巷道揭露断点及三维地震探测和测井资料所反映的岩、煤层缺失、重复确定断层性质、落差，并结合地质构造规律分析，截至2019年12月底，共组合命名断层50条。
        建井、生产以来，矿井在一采区（原一、二采区）开拓、开采揭露小断层发育，大部分为落差0.5～10 m的断层，一定程度上影响巷道推进和工作面的回采，见断层时一般无水或仅有少量淋水，对生产影响较小。
        根据贵州黔西能源开发有限公司青龙煤矿和中国矿业大学合作完成《黔西青龙煤矿构造-水文动力学特征及断层导水性研究》，水体稳定同位素示踪分析显示，地表水和井下出水之间存在直接水力联系可能性较小。在一般情况下，青龙煤矿地下出水与地表驮煤河之间应无直接水力联系。但是，从矿井边界断层两盘地层对接情况可见，F1支断层和F2支断层导致煤层不同程度与含水层对接，对矿井开采产生较大的充水影响，应该按照《煤矿安全规程》、《煤矿防治水细则》和《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》（2017）的要求，留设防水煤柱。研究项目计算得出大部分地区边界断层防水煤柱边界也在矿界保护煤柱之外，矿井一采区下部西北部的F1支断层以及西南部F2支断层转折处，断层防水煤柱在矿界保护煤柱以内，建议以落差≥100m的断层两侧各留100m作为该段的断层保护煤柱。

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        5．疑似含/导水通道异常体探查研究
        根据中煤科工集团西安研究院有限公司2018年9月《青龙煤矿二采区岩溶发育富水特征及控制技术研究》，研究以瞬变电磁法勘探取得的成果为参考，结合水文地质资料，从物性特征的角度对测区内的疑似潜在的导/含水通道进行推断分析。
        一采区下部测区内地下水主要为碳酸盐岩岩溶水和基岩裂隙水，碳酸盐岩分布面积广，多属裸露及半裸露的基岩山区，地表岩溶洼地、落水洞、溶斗、岩溶潭、岩溶泉等较发育，地下局部发育溶洞、甚至可能存有暗河，大气降水或地表的驮煤河水容易渗入岩溶裂隙、管道、暗河之中，岩层中可能赋存着丰富的岩溶水。本次电法勘探成果显示，该层异常区有明显的条带性，推断可能与岩溶、裂隙较为发育局部含/富水有关，从本次的断面图横向电性变化趋势来看，电阻率等值等值线有较多处的断缺口形态分布，连通上下层，呈明显的低阻异常特征，具有含/导水通道异常体特征，不排除通过其使得上下含水层连通。
        由测区内及周边钻孔可知，测区西南部大多钻孔长兴灰岩组钻井液漏失量较大，且部分钻孔上、下地层漏失量均较大现象，表明该区域位置可能岩溶裂隙较为发育，煤层开采形成的裂隙及冒落带可能波及到长兴灰岩含水层，导通上部的岩溶裂隙水，对煤矿安全开采构成较大威胁。
        6．部分钻孔封闭质量不良
        2007年，ZK503地质孔因影响11604工作面的回采，为确保安全，青龙煤矿委托兖矿集团东华建设有限公司进行全孔启封，封孔质量合格。近几年，矿井未因封闭不良钻孔而影响矿井安全生产。
        经核查，综合（一期）勘探、补充勘探、二采区补充勘探和四采区补充地质勘探，井田内及周边累积封闭不良钻孔有19个，截止2019年12月31日，除ZK503钻孔已启封外仍有18个孔未进行启封，采掘工程揭露或岩移角波及至封孔质量不良钻孔，可能使不同含水层发生水力联系，甚至形成水害隐患。
        目前矿井主要开采16、17、18煤层，对煤层开采有影响的含水层以静水量为主，在发生突水后，一般在突水的初期水量即达到最大，而后水量逐渐减小。矿井开采受水害影响，但不威胁矿井安全。
        二、矿井防治水工作建议
        1.顶板水的预防和处理
        对顶板水的预防和处理首先采用的物探的方法查明富水区的范围，然后再施工井下探放水孔，在工作面采煤前提前进行探放水。今后三年，新增工作面4个（21601、21606、11808、11809工作面），工作面采煤前，对存有疑问的、赋水情况不明确的工作面有针对性采用物探、钻探、巷探和化探等方法以查清工作面内断层、含水层富水性等水文地质情况，根据物探成果编制工作面顶板探放水设计，施工探放水钻孔，确保工作面的回采不受顶板水害的影响。
        2.老空水探放工作
        老空水对相邻采区及底部煤层的开采影响较大，可在瞬间对煤层产生较大的突水量，而造成突水事故，因此对老空积水要及时探放。
        今后三年生产期间，11813采面已开始回采，逐渐远离11611泄水巷积水区，受其影响越来越小；2021年规划开采的11808采面可能受11806切眼处积水区的影响；2022年规划开采的11809W工作面在11609W采空区下方，可能受11609W积水区的影响。
        今后三年，应对可能影响工作面正常生产的老空积水及时探放。同时加强监视工作面低洼处新的老空水的形成。
        3.封闭质量不良的钻孔处理
        井田内累积封闭不良钻孔有18个（一期施工钻孔17个；二期施工钻孔1个Z6-2孔），对封闭质量不良的钻孔的处理一般可采用启封原钻孔或井下留设保安煤柱的方法。
        4.断层防水煤柱留设
        今后三年，矿井逐步向一采区深部水平开拓，一采区深部边界附近有断层F1和F2，以及驮煤河，根据贵州黔西能源开发有限公司青龙煤矿和中国矿业大学合作完成《黔西青龙煤矿构造—水文动力学特征及断层导水性研究》，建议以落差≥100m的断层两侧各留100m保护煤柱，今后应严格参考研究报告留设保护煤柱。
在断层附近采煤时应加强断层水的探测，并留设安全保护煤柱。
        5.大气降水
        本井田大气降水与矿井涌水量存在相关关系，对大气降水量观测，可对本矿井涌水量的变化趋势起到一定的指导作用。
        6.地表裂缝的调查和处置
        矿井一采区浅部煤层的开采导水裂隙带高度可能直接影响到地表，在这一地段要预防雨季低洼处积水的发生。今后应及时进行野外调查，对因采煤引起的地裂缝进行充填，以减小地表水及大气降水对矿井的充水危害。
        7.根据2018年中煤科工集团西安研究院有限公司《青龙煤矿二采区岩溶发育富水特征研究验收报告》，富水异常区有明显的条带性，推断可能与岩溶、裂隙较为发育局部含/富水有关，对一采区下部的21605、21606、21607三个工作面开采防治水工作的重点为驮煤河水、玉龙山灰岩层水及长兴灰岩层水的防治。
        8.基于一采区下部回采矿井充水条件和矿区水文地质条件的分析，结合一采区浅部采煤防治水经验，一采区下部未回采区域防治水以地表水截流和两带高度影响范围内的充水含水层水抽排为主，结合井下工作面疏水降压，建立和完善水文观测系统，采用物探和钻探相结合，监测与试验相结合，井上下立体防治等方式，实现安全开采。
参考文献：
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[2]探讨煤矿防治水工作常见问题和对策[J].李劲松,史桃桃.能源与节能.2015(12)
[3]矿区地下水环境影响评价的关键问题探讨[J].任改娟,胡春雷,齐海云,回广荣.中国环境管理干部学院学报.2014(05)