段李宏

(河南煤业化工集团永煤公司陈四楼煤矿，河南 商丘 476000)

·技术经验·

陈四楼煤矿主要水害及防治研究

段李宏

(河南煤业化工集团永煤公司陈四楼煤矿，河南 商丘 476000)

通过对陈四楼煤矿水文地质、工程地质及开采条件的分析研究，对矿井涌水量进行了预测，并对矿井主要水害进行了分析，提出了多种水害防治措施，基本遏制了采掘工作面底板突水，有效控制了太原组灰岩水对生产造成的不利影响。

煤矿水害;防治;矿井涌水量;预测

陈四楼煤矿位于豫、皖两省交界的河南省永城市北部，为城厢、陈集、顺和乡所辖。井田位于黄淮平原的东部，地势较为平坦，村庄密集，农业发达。陈四楼煤矿矿井自1997年生产以来已发生过多次突水，最大突水量1 046 m3/h，其中5次为断层构造导通太原组灰岩出水。突水一度造成工作面(掘进巷道)停面(重新施工)，严重影响了矿井安全生产。随着煤层开采深度的增加，煤层底板承压充水含水层发生水害的可能性也在增加。

1 水文地质条件分析

井田西部和南部基本以正断层为界，形成相对隔水边界。东部二2煤层露头外灰岩分布面积不大，又被厚层黏土覆盖，在区域上灰岩水侧向补给井田的途径受到一定限制;只有北部F11断层以北局部地段石炭系地层与煤系地层接触，水力联系微弱，为弱补给边界。总体上矿井是一个半封闭的水文地质单元，有利于矿床的开采。根据含水层和隔水层在垂向的沉积层序和岩性，井田自上而下划分为4个含水组:第三、四系孔隙含水组;二叠系裂隙孔隙含水组;石炭系太原组溶洞裂隙承压含水组;奥陶系溶洞裂隙强含水组。矿区内各含水层之间赋存有良好的相对隔水层，正常情况下，可起到隔水作用，矿区内主要隔水层组:新生界底部隔水层;山西组底部隔水层。井田内已发现断层1 008条，其中落差H≥30 m的21条，20 m≤H≤30 m的13条，10 m≤H≤20 m的65条，H＜10 m的909条。决定井田边界及采区划分的大中型断层共计34条。矿井生产中，工作面实际揭露的小断层密度大，单个工作面断层个数在3～15条不等。断层破碎带多被泥质碎块等物质充填，固结程度差。矿井在巷道掘进与工作面回采过程中有部分断层发生涌水，见表1。

表1 涌水断层统计表

2 矿井涌水量及预计

陈四楼煤矿经过10年的开采，积累了大量的矿井水量观测资料，为今后预计全矿井及新采区涌水量提供了可靠依据。

矿井自1997年开采以来，涌水量在2001年度达到最低值(表2)，此后较弱的上升，呈平稳的趋势(图1)。说明随开采强度增加至一定程度矿井涌水量趋于平稳。

表2 1997－2007年度矿井涌水量及原煤产量统计表

图1 矿井历年原煤产量、涌水量变化关系

根据表2的数据，通过计算机拟合，得到了矿井原煤产量和矿井平均涌水量的回归曲线及回归方程为:

式中:Q—涌水量，m3/h;

X—年度原煤产量，万t;

R—相关系数。

据此可用来预测今后矿井正常涌水量，根据矿井今后一段时期(预计将在15年的时间内)产量，预计矿井今后近10年内原煤产量在300～370万t波动，根据上述公式:x1=300万t，x2=370万t

因此，预计矿井正常涌水量为951 m3/h。

根据2002年矿井涌水量最大达1 722 m3/h，矿井正常涌水量为872 m3/h，矿井最大涌水量为正常涌水量的1.97倍，因此，预计矿井最大涌水量1 873 m3/h。

3 矿井主要水害及防治

3.1 矿井主要水害

1)砂岩裂隙水。

陈四楼井田内下石盒子组三煤组及太原组二2煤层顶板砂岩裂隙一般不发育，属于富水性弱的含水层。砂岩水径流滞缓，以静储量为主。在正常地层块段内砂岩出水一般水量较小或无水，涌水持续时间短，对生产影响较小;在新区，巷道揭露时砂岩水一般较大，例如内外水仓初次揭露二2煤顶板砂岩时涌水量一度达到37.4 m3/h;采区首采工作面涌水量一般也比后期回采工作面涌水量大，例如南一采区，2001工作面于1997年10月24出现砂岩出水，水量一度达到96 m3/h，此后开采的2001、2002、2003工作面涌水量均小于30 m3/h。

在采区褶曲构造发育处，砂岩裂隙发育，富水性明显增加，巷道掘进与工作面回采时涌水量均比正常地层块段处大。如北十采区，21201与21204工作面两巷道在小背斜发育处单巷涌水量达到25 m3/h，正常块段处巷道没有出水现象。

二2煤工作面回采后，涌水量在短期内一般稳定在5～40 m3/h，待四周工作面回采后便逐渐枯竭。

2)灰岩岩溶裂隙水。

矿井太原组最上层灰岩L11距离可采煤层二2煤32.14～72.58 m，一般51 m左右。在构造发育处，二2煤底板完整性被破坏，强度降低，在工作面回采时可造成太原组上段灰岩突水。矿井从建矿至今已发生太原组突水6次，其中以2002年3月15日2301首采工作面突水量最大，为1 046 m3/h;工作面太原组上段灰岩突水，最小涌水量也达到80 m3/h。太原组灰岩一旦突水，均可对矿井安全生产造成严重影响。太原组上段灰岩出水，涌水量一般较砂岩涌水大，且水量衰减缓慢(图2)，治理困难，往往造成工作面停产、跳面搬家回采。就矿井初期的突水案例来说，太原组灰岩水对矿井安全生产影响最大，是重点治理的含水层。

图2 2301工作面太原组上段灰岩涌水量变化曲线

3)老空水。

井田范围内向背斜及断层构造发育造成地层起伏，工作面回采后，老塘低洼处往往储存一定量的积水。例如南五采区2502与2504工作面2个老塘相连通，积水面积达到114 570 m2，积水量达到82 490 m3，至2008年3月底矿井累计已有积水区17处，单个积水区最大积水量达到100 000 m3，累计老空积水量达到490 286 m3。老空积水在后期巷道施工中对生产影响较大，容易引起溃水事故，因此，矿井在巷道掘进过程应严格按规程施工探放水钻孔。

4)钻孔水。

自1957年安徽地质局三二五地质队开展皖北～豫东找煤工作以来，先后有5队(次)在本井田范围内开展过钻探工作，累计施工钻孔283个，其中封闭不良钻孔20个。矿井生产过程中已揭露钻孔29个，其中Y4钻孔出现太原组上段灰岩出水，其余均安全回采通过。

3.2 矿井水害防治

陈四楼煤矿严格执行《煤矿安全规程》、《水文地质规程》、《永煤集团水害防治工程总体规划》、《永煤集团防治水工作实施细则》，落实永煤集团公司确定的“立足采面、探查先行、以堵为主、疏堵结合、分类治理、综合防治”的24字防治水方针，并制定严格的安全技术措施予以实施，确保矿井安全生产。矿井现已建立健全了水文观测网，地面有太原组上段灰岩、太原组下段灰岩及奥陶系灰岩水文长观孔，共计7个，定期进行水位观测;井下也施工了太原组灰岩水位观测孔，并建立水压观测系统，对水压进行不间断观测。

工作面回采之前进行电法勘探，探明工作面底板异常富水区。编制防治水设计，实施工作面底板注浆改造工程，提高二2煤层底板地层的抗剪切能力。在工作面回采结束后，及时圈定积水范围，计算积水面积、积水量等参数。巷道施工到防水危险区警戒线处，开始边探边掘，在距离实际积水线20 m处停止施工，进行探放水，确保积水不影响安全施工后，方可进行采掘活动。

对于掘进或回采即将揭露的封闭良好的钻孔，提前发放水害通知单，要求生产单位编写过断层措施，施工探查钻孔，边探边掘(采);对于揭露太原组及其它灰岩含水层的钻孔，提前对灰岩含水层进行注浆充填。

4 结论

通过对陈四楼煤矿水文地质工程地质及开采条件的分析研究，对矿井涌水量进行了预测，并对矿井主要水害进行了分析，陈四楼煤矿自从2003年实施工作面底板改造工程以来，加大创新力度，提高矿井防治水技术水平;加强对矿井防治水的管理，提高了矿井防治水管理水平，解决了采掘工作面底板突水，有效控制了太原组灰岩水对生产造成的不利影响。

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Study on Main Water Hazards and Prevention and Control in Chensilou Coal Mine

Duan Li－hong

Through analyzing and studying the hydrogeology，engineering geology and mining conditions of Chensilou coal mine，predicted the mine water inflow，andmain water hazards of mine are analyzed.A variety of prevention and control measures were put forward，basically keep down the floor water inrush of mining working face，effectively control the adverse impact to production from the limestone water of Taiyuan formation.

Water hazards of coal mine;Prevention and control;water inflow of mine;Forecast

TD745

A

1672－0652(2012)08－0009－03

2012－06－13

段李宏(1986—)男，山西临汾人，2007年毕业于中国矿业大学，助理工程师，主要从事煤矿防治水工作(E －mail)dlhcumt@163.com