陈岩 刘强 张传杰 王琪

摘要：矿井水害是我国煤矿开采遇到的三大灾害之一，是制约煤矿安全生产的重要因素。本文根据兖州矿务局杨村煤矿在生产开发中所遇到和解决的矿井水害的实际情况，总结了杨村煤矿水害的预防和治理的有效手段，并对矿井水害的预防治理提出了相关的建议，希望可以对杨村矿以及其他煤矿以后矿井水害治理起到积极的影响。

关键词：水层、矿井、煤柱、防治水

水文地质条件是科学评价煤矿开采的一个十分重要的方面，矿井涌水量是事关矿井防治水安全的大事，涉及矿井水文地质与供水水文地质的关系、水文地质勘探的质量对矿井水文地质资料的精确掌握和矿井涌水量进行准确的预测对于防止矿井突水、淹井等矿山恶性事故、保障矿山安全生产具有重要意义。

一、矿井主要水害及影响程度

杨村井田中小型断裂构造、次级褶曲发育，十下灰和十三-十四灰富水性弱至中等，奥灰富水性不均一，尤其主要受十三-十四灰及奥灰岩溶水的威胁。未来矿井开采的主要水害有第四系下组含水层、3煤层顶底部砂岩含水层、十下灰含水层、十三-十四灰含水层组、奥灰含水层，以及采空区积水、封闭不良钻孔等。

（一）矿井开采的主要水害

1.含水层水

（1）第四系下组含水层

第四系下组平均厚度50.01m，其下段厚度22.30～33.80m，底部含水层（底含）富水性弱，大部区域连续分布，直接覆盖在煤系基岩之上。当导水裂缝带波及底含时，底含将对工作面直接充水。故在提高开采上限区域开采，应稳步进行，防止开采中发生突水溃砂事故。

（2）3煤层顶部砂岩

3煤层顶部砂岩为开采3煤层直接充水含水层，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。3煤层顶部砂岩富水性弱，补给条件不好，受矿井多年排水影响，静储量已被疏放，补给量较小，故对采掘影响不大。

（3）十下灰含水层

十下灰是16上煤层开采的直接充水含水层。在矿井大巷开拓时期，涌水点较多。井下揭露点最大涌水量97.8m3/h。矿井生产揭露情况表明，十下灰涌水量与构造有关，断层附近、裂隙发育地段出水量大，对生产有一定的影响。

（4）十三-十四灰含水层

十三-十四灰为矿井开采16上、17煤层的间接充水含水层， 富水性弱～中等。自矿井下组煤开采以来， 十三-十四灰水位持续下降。经对靠近突水点的十三-十四灰观测孔和奥灰观测孔水位动态进行分析，十三-十四灰水位变动与奥灰水位变动不存在相关性，证实突水水源为十三-十四灰水。总体看，十三-十四灰含水层在构造发育区可能向矿井充水，影响生产。

2.采空区积水

井田内采空区局部低洼处存有积水。经排查，截止2013年底，本矿采空区积水共8处，积水总量14.669万m3，今后在积水区附近采掘施工将受其影响。

3.封闭质量不良钻孔

本井田有封闭不良钻孔41个，这些钻孔比较均匀地分布在整个井田内，对矿井生产构成潜在威胁。

二、已开展的防治水工作

（一）矿井排水系统

杨村煤矿采用中央泵房直接排水法排水。中央泵房布设在井底车场附近，负责全矿井排水。中央水仓设有内环水仓两个、外环水仓一个，总容积9120m3。中央泵房水泵单机流量450 m3/h，总装机能力2700m3/h，满足相关规定的要求。

（二）矿井防水（隔离）设施

1.留设防水煤柱

（1）井田边界防隔水煤（岩）柱

杨村矿井与兴隆庄煤矿、横河煤矿、田庄煤矿、杨庄煤矿间的边界隔离煤柱留设情况见表1。

（2）第四系防水煤（岩）柱

第四系防水煤柱：下组煤由煤层顶板至冲积层底界面的垂距30m留设防水煤柱；上组煤3煤层按兴隆庄煤矿和鲍店煤矿的确定原则：煤层顶板至冲积层底界面垂高80m留设。

（3）断层煤柱

按建井地质报告中的煤柱留设原则，下组煤落差10～20m的断层按30m留设；3煤層中落差为10～20m的断层按20m留设（以上均指在断层一侧）。落差大于30m的断层均为边界断层，按矿井边界煤柱留设，落差小于10m的断层不留设煤柱。

2.防水闸墙

兴隆庄煤矿在未将铺子断层以西的3煤层划归杨村煤矿之前曾有4条巷道过铺子断层，当边界调整后，兴隆庄煤矿于1998年～2002年在本井田铺子断层东侧井田边界煤柱处共筑建了4道隔离墙，以确保井田边界防隔水煤（岩）柱的隔离作用。

表1 杨村煤矿与相邻矿井边界煤柱留设情况表 单位：m

煤

层 与兴隆庄矿边界煤柱 与横河矿边界煤柱 与田庄矿边界煤柱 与杨庄矿边界煤柱

计 杨村

一侧 兴隆庄一侧 计 杨村

一侧 横河

一侧 计 杨村

一侧 田庄

一侧 计 杨村

一侧 杨庄

一侧

3 80 50 30 120 80 40 74 37 37

16上 130 100 30 120 80 40 114、68 80、34 34 68 34 34

17 150 120 30 120 80 40 116、72 80、36 36 72 36 36

3.防水闸门

（1）五采区防水闸门

1996年在五采区设立了两座防水闸门。一座设在采区下山变坡点以下5m处，另一座设在皮带下山联络巷以下4m处。防水闸门设置后，该采区停止生产，已封闭，防水闸门从未开启。

（2）南大巷、南副巷防水闸门

2003年在南大巷、南副巷各设置一座防水闸门，规格为3.2LM-2X2.32，断面尺寸为宽2m、高2.32m，额定压力3.2MPa。南大巷闸门墙体长度5.5m、闸门墙体嵌入围岩长度0.7m，南副巷闸门墙体长度6.0m、闸门墙体嵌入围岩长度0.85m。

（三）施工探水孔和疏放水孔

1.观测孔

为观察奥灰水位情况，2003年在南大巷共施工奥灰水位观测孔4个，见奥灰初始水量0.5～5m3/h，最大水量29～40 m3/h，终孔水压2.67～3.2MPa；为观察十四灰水位情况，2011年在十采皮带下山JP7处施工观测孔一个（井下L14-1号孔），工程量54.5m，见十四灰初始水量1.2m3/h，最大水量16 m3/h，终孔水压0.98MPa。

2.基岩探查孔

为查清基岩厚度，保障提高上限开采工作面安全试采，1998年至2011年，先后在几个工作面及北总回、3煤皮带集中巷等地点施工了工作面泄水孔34个。

3.十四灰探放孔

为查明16上、17煤层下伏含水层十四灰的富水性及工作面水文地质条件，2002年～2013年，先后在各个工作面施工了十四灰探放水孔51个，其中9个钻进揭露十四灰无水，其余钻孔终孔水量0.5～60 m3/h，为制定工作面防治水措施提供可靠依据。

4.探放老空水孔

为解除老空区积水对采掘工作面的威胁，2001至2012年，先后对部分采空区施工老空水疏放水孔24个，确保了安全生产。

5.3煤顶板砂岩探放水

为保证工作面正常生产，2002～2013年，先后在几个工作面施工了顶板砂岩超前疏放水孔11个。

（四）井下水文地质勘探

杨村煤矿自建井以来，为查明采掘工作面地质构造和水文地质条件，应用地质雷达、瞬变电磁、直流电法、音频电透、坑透、井下三维电法等技术先后对18个工作面及开拓巷道进行了井下物探探测23次。井下物探完成后，对物探圈定的富水区分别进行打钻验证，取得了良好效果。

（五）启封封闭不良钻孔

1990年以来，结合生产接续，共启封对生产有影响的封闭不良钻孔27个，均采用水泥砂浆全孔重新封闭，质量较好。

（六）建立地下水位长期观测系统

为了查清杨村井田水文地质条件，建立主要含水层水位动态观测网，实行动态观测。投产后留设主要含水层水位观测孔31个。至2013年，仍在使用的长观孔14个，各观测孔均采用遥测法进行观测。剩余17个孔中，有16个钻孔已启封完毕，剩余 O-1号孔在相邻杨庄煤矿范围内，距离矿井边界650m，2000年3月堵塞，对杨村煤矿安全生产无影响。

（七）防治水科研攻关

1.水文地质条件研究和复杂条件下组煤开采防治水技术研究

矿井水文地质类型的确定，对指导矿井有效地开展水文地质工作具有重要的意义。对杨村煤矿水文地质类型的确定有一个逐步认识过程。1990年对矿井水文地质条件进行了分类，确定为水文地质条件中等的矿井，即二类矿井；1996年，2602工作面开采时发生底板突水，在专家论证会上，对矿井水文地质条件进行了分析，确定为大水隐患矿区。1997年矿井地质报告修编，将杨村矿水文地质类型确定为三类，即水文地质条件复杂的矿井。1994年～1997年间，杨村井田进行了水文地质补充勘探，建立了地下水动态监测网，对井田内主要含水层实行了动态观测，为矿井防治水工作提供了保障，也对分析矿井水文地质条件，合理评定矿井的水文地质类型提供了条件。

2.提高开采上限研究

（1）3煤層防水煤柱留设及提高开采上限研究

针对3层煤防水煤柱留设及提高开采上限自1996年开始便进行了一系列的研究，至2008年5月，最终确定杨村煤矿3煤层C区按留设防砂煤柱进行管理，即：在煤岩柱厚度大于38.6m范围内，采高7.7m，采用综放开采；煤岩柱大于31.6m小于38.6m范围内，采高7.7m，采用网下综放开采；煤岩柱大于21.3m，小于31.6m范围内，采高7.7m，采用综采分三个分层开采。

（2）下组煤提高开采上限的研究

自1997年开始，对杨村煤矿进行了“杨村煤矿薄煤层提高开采上限”的研究。2013年5月，确定杨村煤矿16上、17煤层二、四、六采区浅部设计防水煤柱在30m范围内，按11.0mm防砂煤岩柱留设，采用一次全厚开采。

（八）两带观测

为探测3煤层薄基岩柱条件条带开采冒落带和导水裂缝带（两带）发育的最大高度与形态，合理确定3煤层防砂安全煤岩柱尺寸，2003～2006年委托地质工程公司在TD304、305两个工作面施工了4个两带观测孔并通过对观测资料的分析汇总取得一定的成果。

（九）泗河河堤治理

1.313工作面开采后沉陷治理

313工作面开采后实测河堤最大下沉6.0m。为恢复其防洪功能，实行了泗河堤防修复加固治理工程，完成土石方8.6万m3，其中煤矸石量2.2万m3，滩地填筑土方2.7万m3，堤防填筑土方1.8万m3，清基1.3万m3，土石方整理0.6万m3。堤防防洪标准达到五十年一遇，堤防比二十年一遇的高程高1.8m。

2.3煤区段工作面泗河备土一期工程

为给采煤影响的泗河东岸段堤防、护堤地以及后期泗河治理储备土源，继续施行了杨村煤矿3煤区段泗河备土工程。

三、结论及防治水工作建议

杨村煤矿目前所做的水害防治措施较为齐全，对于水害防治起到了十分积极的作于，结合之前工作的经验和今后五年开采区充水条件，对今后防治水工作提出如下建议：

1.做好提高开采上限工作面第四系底含水的防治工作。对基岩柱高度、下组底部含（隔）水层分布及厚度、构造发育情况等局部控制不够的区域，开采前尚需做一些必要的探测和研究工作，为制定防治水措施提供可靠的依据。

2.提高开采上限的工作面回采前要委托有资质的机构对工作面开采可行性进行论证，编制《开采方案》，按程序进行报批，并严格按审批意见落实各项防治水措施。

3.对位于泗河下采煤工作面或开采对泗河有影响的工作面，要做好河堤下沉预计、治理措施和开采设计的报批。开采中做好河堤下沉段复堤加固，确保泗河防洪能力。

4.老空水探放工作。随着矿井采掘活动范围的扩大，造成老空区积水地点逐步增多，新采掘地点施工时老空水成为最大的水害隐患，对今后沿空掘进巷道生产有一定的影响，应慎重对待。

5.继续启封封闭质量不良的钻孔。根据生产安排，对回采工作面内及影响范围内的封闭质量不良的钻孔超前启封处理，防止钻孔导水事故的发生。

6.杨村煤矿在靠近田庄煤矿越界开采的采空区附近进行巷道掘进前，应按照“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，进行水情探测与水害分析，并根据水害分析预测报告，制定并落实防治水措施，防止老空突水事故发生。

参考文献：

[1] 国家安全生产监督管理局，国家煤矿安全监督局. 煤矿防治水规定[M]. 北京：煤炭工业出版社， 2009.

[2]邵明喜，尚衍峰，王玉芹.杨村煤矿3煤开采充水条件研究[J].山东煤炭科技，2004（3）：62-63.