杨士春

（霍州煤电集团公司霍宝干河煤矿，山西 霍州 031400）

水害是矿井的五大自然灾害之一。根据历年我国煤矿水害事故统计情况，水害事故中因奥灰水突水引发的水害事故，往往因突然发生并且极具破坏性，导致了井下现场发生伤亡事故、财产损失等恶性后果，产生了不良的社会反响[1-2]。所以，为消除奥灰水突水隐患、保障煤炭生产安全，须在研究矿井水文地质条件基础上，分析评价矿井各可采煤层带压开采的安全性和可行性，以达到为煤矿开拓合理规划、采掘工程科学布局以及有针对性地确定带压开采防治对策提供有力的水文地质依据。

1 矿井概况

霍宝干河矿区位于山西洪洞县境内。矿井产能1.80 Mt/a，布置有主立井、副立井和回风立井，其水文地质类型属复杂型，为低瓦斯矿井。矿井目前开采1、2号煤层。

霍宝干河矿井田处于万安详查区的东北部，其南东边界为下张端正断层，其北西边界为下团柏正断层，地层的整体走向变化幅度较小，其倾角范围为5°～12°，倾向北西。南东、北西边界附近与大断层相伴生有宽缓的背、向斜，轴向和地层总体走向一致，亦为北东方向。区内发育大小断层116条，其中落差大于5 m的38条，井田内小断层比较发育，主要分布在井田的一、二采区，大部分断层均在采掘过程中发现。大于5 m断层对采区划分及采掘工作面布置具有较大影响，小于5 m断层对回采工作面煤层开采有影响。矿井开采过程中已揭露陷落柱共21个，此外岩浆岩侵入现象未出现。其构造复杂程度属中等类型。

井田范围内的可采煤层从地表向下共有1、2、7下、9、10、11号煤层等6层，其中1、2号煤层为较稳定煤层，均属于山西组范围之内，并且在井田的东南部这两层煤合二为一，是本井田先期开采的主采煤层。

2 奥灰水带压开采安全评价

2.1 奥灰水水位

本井田奥陶系峰峰组岩溶水水位标高在+505～+523 m左右，1、2号煤层底板标高范围分别为-10～+370 m、-20～+370 m，其底板都比奥灰水水位要低，属于带压开采范畴。

2.2 奥灰岩溶水岩溶发育程度及富水性

奥灰岩溶裂隙水是主要含水层，其总厚度为617 m，2018年水文补勘施工了1个GK12号水文奥灰孔，终孔进入奥灰110 m，2008年水文补勘施工BK5和BK6号孔，终孔各进入奥灰100 m，地质勘探期间共施工水文孔2个，分别为401和603孔，其中401为终孔峰峰组钻孔，进入奥灰106.66 m，603孔为终孔上马家沟组钻孔，进入奥灰205.67 m。本区603号孔完全揭露峰峰组，该组层厚146.8 m，分上、下段，一般上段含水，下段以石膏层、泥灰岩为主，基本不含水，可视为隔水层，在此峰峰组仅说明上段。

（1）峰峰组（O2f2）石灰岩溶裂隙含水层

峰峰组上段下部岩溶裂隙相对发育，含水层平均厚度为15.3 m。在文水补勘期间分别对BK5、BK6孔采取了抽水试验的方法，其单位涌水量为0.027 7～0.552 L/s·m，属弱—中等富水含水层。

（2）上马家沟组（O2s）石灰岩溶隙含水层

井田内水源井揭露该段，揭露厚度为217.74 m，岩性上部为灰岩，夹泥灰岩，中部白云质泥灰岩，岩溶裂隙较发育，其中在945～958 m处出现全孔漏失现象；底部为泥灰岩。水源井O2s+O2x三降深混合抽水单位涌水量平均为0.482 L/s·m，水质类型为SO4HCO3-Ca·Mg型水，属中等富水含水层。

（3）下马家沟组（O2x）岩溶裂隙含水层

水源井揭露该段，揭露厚度均为109.73 m，岩性上部为泥灰岩，中部为豹皮灰岩，钻探时出现掉钻，岩溶裂隙发育，底部为泥灰岩。水源井O2s+O2x三降深混合抽水单位涌水量平均为1.54 L/s·m，水质类型为HCO3·SO4-Ca·Mg型水，为强富水含水层。

2.3 断层导水性分析

本井田区域构造属汾渭裂谷系临汾盆地的北部，边界断裂控制着盆地的范围，也控制着盆地的形成和发展。由于受盆地边界的影响，井田总体走向北东，发育一系列走向北东的正断裂，井田内共发现116条正断层，其中延伸较长、落差较大的主要有下团柏断层、下张端断层、F1断层。这些断层均为正断层，在井田内F1落差为20～200 m，下张端断层落差为50～120 m，下团柏断层落差280～350 m。

干河井田内煤层属带压开采，断层两侧区域具有发生导水的潜在隐患，上下两层含水层之间将具有通过断层构造产生水力沟通的可能性，对煤层开采造成不利影响。断裂构造无论大小，均具有形成充水水源突入工作面通道的可能性。

2.4 煤层底板岩层特征

根据本区及周边先后共施工的钻孔资料隔水层厚度可以得知，2号煤层底板隔水层厚度范围为63.32～145.28 m，一般117.50 m。隔水层主要由泥岩、粉砂岩等构成，岩体整体比较完整且较为致密，由于其结构为泥质岩同砂岩及灰岩之间具有相互叠置作用，不易在砂岩同灰岩之间产生垂直裂隙。因此，在无地质构造及采动裂隙沟通的情况下，其隔水性能对2号煤的安全开采是较为有利的。

2.5 突水系数计算及突水危险性区带划分

按《煤矿防治水细则》附录五[3]，分别对1、2号煤层的突水系数进行计算，对突水可能性作出评价。

图1 1号煤层奥灰含水层带压开采分区结果（比例尺1:25000）

图2 2号煤层奥灰含水层带压开采分区结果（比例尺1:25000）

式中：P为作用于底板隔水层上的水头压力，P=（H0-H1+M）×0.009 8，MPa；H0为奥灰水的标高，m；H1表示煤层底板标高的最小值，m；M为煤层底板隔水层厚度，m。

计算得，1、2号煤层奥灰突水系数范围分别为0.019～0.056 MPa/m、0.022～0.059 MPa/m，均比规定的临界值0.06 MPa/m要小。因此，通常状况其突水可能性也相应较低。

干河矿的断层等地质构造发育较多，因此将其划分到受构造破坏范畴之内。以临界值0.06 MPa/m，分别对1、2号煤层的非突水危险区和突水危险区进行划分。考虑到井田曾发生过断层突水事故，故将断层两侧50 m范围划分为突水危险区，图1、图2为1、2号煤层奥灰含水层带压开采分区结果。

2.6 巷道掘进安全性评价

根据《煤矿防治水细则》附录五[3]，对掘进工作面底板隔水层的安全厚度进行计算。

式中：L为巷道宽度大小，m；r为底板隔水层重度均值，MN/m3；KP为底板隔水层抗拉强度均值，MPa。

根据矿井地质报告及采区设计参数，巷道宽度取设计宽度5.2 m，松动圈取2 m，则巷道底板宽度取7.2 m；据地质报告资料，各煤层底板抗拉强度为1.09～2.39 MPa；隔水岩柱平均重度，取0.024 5 MN/m3；最大水头压力为6.992 MPa。代入式（2），则2号煤层安全隔水层厚度为8.58 m。由于2号煤层底板隔水层厚度范围为63.32～145.28 m，大于安全隔水层计算厚度8.58 m。因此，底板奥灰水不会威胁到正常掘进工作面，但在断层等地质构造破坏处会有突水隐患。

3 奥灰水突水量预测

巷道及工作面在推进过程中遇断层时单点突水计算公式是依据达西定律，按照势迭加原理，将水平掘进的巷道穿过垂直或近于垂直的充水断裂视为垂直含水层中的水平井。由于2号煤为上组煤最下部煤层，本次设计矿井奥灰水突水量预测按照2号煤进行计算[4]。

预测涌水量Q计算公式[5]：

式中：S为水平井降深，m；M为断裂带及影响带宽度，m；K为渗透系数，m/d；r0为开拓巷道的半径，m；R为含水层引用补给半径，m。

根据矿井地质报告及采掘工程设计资料，渗透系数取0.13 m/d；断裂带及影响带宽度取10 m；水平井降深值的确定：煤层底板标高最低点处奥灰水位标高523 m，2号煤层底板最低标高-20 m；开拓巷道的半径的确定：取2号煤层大巷、顺槽、切眼等掘进断面的最大及最小半径值。煤层顺槽掘进断面16.8 m2，工作面切眼掘进断面28.35 m2，即2号煤层开拓巷道的半径为3.0 m。代入式（3），预测奥灰岩溶水突水量为234 m3/h。

4 结语

在分析霍宝干河煤矿矿井水文地质条件的基础上，根据《煤矿防治水细则》相关要求对1、2号煤层奥灰含水层带压开采突水系数进行计算，并按突水威胁程度进行了分区，预测了奥灰水突水量，并对巷道掘进的安全性进行评价，为煤矿开拓合理规划、采掘工程科学布局以及有针对性地确定带压开采防治对策提供了有力的水文地质依据。

根据奥灰突水的特性及以往奥灰突水事故，断层、陷落柱等构造通常是奥灰突水的通道，在导水时甚至会存在滞后性。因此，在1、2号煤层开采时，关键是要做好对断层、陷落柱等地质构造的探测和监控工作，加强对断层、次生小断层、陷落柱等地质构造的探测、控制，查明断层的含水性、导水性，以防断层导水造成透水事故。