郝建卿

(同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司)



麻家梁煤矿开采受水害影响程度分析

郝建卿

(同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司)

摘要结合麻家梁煤矿地质及矿井水文地质资料，全面分析了矿井充水水源、充水途径及充水强度等，在此基础上，对各种水害影响因素进行了分析，结合《煤矿防治水规定》，对开采受水害影响程度进行了评价，为矿井防治水措施的制定提供了科学依据。

关键词充水水源充水途径充水强度水害影响因素防治水

近年来，随着矿井开采水平的延伸和开采强度的日益增加，矿井开采水文地质条件也在不断发生变化，水害成为影响与制约煤矿安全生产的主要隐患之一。矿井开采受水害威胁程度决定了矿井防治水工作的难易程度，它关系到矿井开拓方式的选择和采掘系统的布置，近而影响到矿井的总体规划和设计[1-3]。为了杜绝水害事故的发生，2009年12月1日颁布的《煤矿防治水规定》第十二条明确要求，矿井应对本单位的水文地质情况进行研究，编制矿井水文地质类型划分报告。为此，开展开采水害影响程度分析研究具有十分重要的现实意义。

麻家梁井田位于山西省朔城区东南部，年产能力为1 200万t/a，面积约104.16 km2。矿井采用竖井开拓方式，现主采4#煤层，采用综放开采方式。4#煤上部为砂岩含水层，开采受到奥灰承压水威胁，开展开采受水害威胁影响程度分析研究，为矿井防治水措施制定提供科学依据是十分必要的。

1井田地质概况

1.1地层

根据钻孔揭露和麻家梁井田外围出露，区内地层由老到新依次有下古生界奥陶系、上古生界石炭系、二叠系及新生界地层。其中奥陶系仅发育中、下统，为含煤建造基底，广泛出露于井田南部外围，主要由砾屑和亮晶方解石组成。石炭系中的本溪组平行不整合于奥陶系石灰岩侵蚀基准面之上，主要由铝土泥岩、石灰岩及泥灰岩组成；太原组为本区主要含煤地层，连续沉积于本溪组地层之上，主要由煤层及砂岩、碎屑岩、泥岩及铝土质泥岩组成。二叠系中的山西组也是本井田的主要含煤地层，含目前麻家梁煤矿主采的4#煤层，主要由砂岩、砾岩、泥岩和煤层组成。新生界主要为第四系松散沉积，不整合于下伏地层之上，岩性以灰色、灰绿色、浅红色、红黄色亚砂土及砂质黏土为主，区内新生界厚度变化较大，一般厚150～300 m。

1.2构造

麻家梁井田位于朔县向斜东翼南段,基本构造形态为一向西倾斜略有起伏的单斜构造。区内地层走向在35勘探线以北总体呈NNE向，且地层倾角平缓，一般为5°左右。35线以南地层走向由NNE转为NE方向，且地层倾角自西向东逐渐增大，可达30°以上。在此之上发育了一些与地层走向大致平行的宽缓褶曲和大小不等的断裂构造，主要发育有分厂向斜、麻家梁背斜、马场背斜、梨园头向斜、下石碣峪—王万庄向斜和F2、F20、F22、F34、F34等16条断层，其中落差大于100 m断层有2条。

1.3水文地质

麻家梁井田为神头岩溶泉域水文地质单元径流区的一部分。本区6个含水层：下奥陶系岩溶裂隙含水层以溶隙、溶洞为主要岩溶形态，富水性强，为一岩溶裂隙承压含水层；中奥陶系岩溶裂隙含水层岩溶裂隙发育强弱不等，富水性极不均一，奥灰水是下部煤层开采的主要威胁；上石炭系裂隙含水层局部构成9#煤层的直接顶板，裂隙发育一般，富水性弱；早二叠系下部裂隙含水层砂体厚度变化大，层位多不稳定，裂隙发育一般，为4#煤层直接充水含水层，但由于富水性弱，补给条件较差，含水体较为封闭，对煤层开采存在一定影响；新生界中、下部孔隙含水层全区分布，构成基岩直接盖层，富水性较弱；新生界上部孔隙含水层全区分布，富水性强～中等，为一孔隙潜水含水组。

麻家梁煤矿隔水层发育主要有2层：中石炭系碎屑岩隔水组岩性以泥岩、砂岩为主，全区来看，本溪组地层为一较稳定隔水组，隔水性能较好；二叠系中下部碎屑岩隔水层岩性以泥岩为主，砂岩次之，裂隙不甚发育，富水性很弱，是一相对隔水组，隔水性能良好。

2矿井充水条件

2.1充水水源

根据4#煤层与各主要含隔水层关系图(图1)，对井田各主要含水层充水情况进行分析：

(1)地表水。根据4#煤层顶板上覆地层厚度分布情况分析，煤层覆盖层厚度均在300 m以上，而根据经验计算，4#煤层回采后导水裂缝带高度为137.46 m，正常情况下导水裂缝带不会发育到地表，地表水对煤层回采无影响。

(2)松散层含水层(第四系冲积层含水组、第三系砂砾层含水组)。该含水层主要接受地表水和大气降水的补给，富水性较强。根据计算，4#煤层回采顶板导水裂缝带为137.46 m，结合煤层上覆基岩等厚线分布情况，煤层上覆基岩厚度一般都在200 m以上，煤层回采后一般不会沟通松散层含水层，但由于4#煤层顶板强度较低，胶结程度差，因此，不排除导水裂缝带与之沟通，从而出现溃水、溃沙等灾害事故，甚至威胁矿井安全。

(3)山西组砂岩裂隙含水组。该含水层组以4#煤层顶底板K5、K4砂岩为主，厚度较大且比较稳定，为4#煤层主要直接充水水源。根据矿井地质及水文地质资料分析，该含水层组富水性一般较弱，主要以静储量为主，在采取一定的防治水技术措施后，含水层对煤层开采一般不会造成威胁。但该含水层在向斜轴部和裂隙发育区段富水性相对较强，水量比较集中，对矿井生产会造成一定影响，因此，在采掘至这些区段时，应加强探查和探放水工作，避免水害事故的发生。

(4)太原组砂岩裂隙含水层组。该含水层组主要为K1、K2砂岩裂隙水，厚61.61～98.65 m，平均为79.32 m，裂隙发育一般，富水性较弱，对煤层开采一般不会造成威胁。

(5)中奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层。麻家梁井田地处神头泉域奥灰水的径流区，属强含水层。据矿方提供资料，奥灰水(马家沟组)水位标高为+1 059～+1 062 m。根据4#煤底板等高线图可以看出，底板标高等值线在+620～+720 m，4#煤层相对奥灰含水层均为带压开采，但从4#煤层距奥灰顶面等厚线来看，4#煤层距奥灰含水层距离较远，隔水层厚度均在100 m以上。保守计算矿井突水系数Ts=0.043 MPa/m，处于安全带压范围，在完整底板情况下奥灰水对煤层回采一般不会造成威胁。

图1　井田主采煤层与主要含隔水层关系示意

但是，由于麻家梁井田断层比较发育，断层大大缩短了煤层和奥灰含水层之间的距离，有的甚至成为奥灰含水层与上部含水层发生水力联系的导水通道，在采掘过程中，断层一旦被揭露就可能发生水害事故，因此，在矿井防治水工作中，应加强构造探查工作，重点预防构造突水，确保矿井安全。

山西组砂岩裂隙水为4#煤直接充水水源，中奥陶系灰岩含水层为煤层间接充水水源。由于4#煤层顶板岩性的特殊性，松散层水也有可能成为煤层的间接充水水源。

2.2充水途径

结合麻家梁煤矿矿井地质及水文地质条件分析，矿井充水途径大概有以下几种情况：

(1)顶底板采动裂隙导水。煤层回采后，顶板受到破坏，采动裂隙发育高度延伸上百米左右，将直接与煤层顶板及上覆基岩含水层沟通，从而影响矿井生产，甚至造成水害事故；同样开采扰动也会破坏底板隔水层，缩短煤层与下覆含水层的距离，有可能诱发构造突水或造成底板突水。

(2)封闭不良钻孔导水。麻家梁矿井由于前期勘探钻孔较多，并且许多钻孔封孔质量不详，如果钻孔封闭不良，这些钻孔都可能成为各个含水层特别是奥灰含水层的水力联系通道，采动过程中一旦被揭露，将会造成突水事故。所以，在今后的开采过程中要引起高度重视，做好日常钻孔台帐工作，避免封闭不良钻孔引发突水。

(3)断层导水。断层发育、分布较密是麻家梁井田的一大特点。根据地震勘探资料，井田内存在16条断层，使主采煤层与各主要充水含水层距离缩短甚至对接，造成断层破碎带有可能成为各含水层的导水通道，引发突水，因此，对断层突水必须引起高度重视。

(4)陷落柱导水。井田内目前还未揭露和发现陷落柱，但随着井田开拓面积的不断扩大，在井田内不排除存在陷落柱的可能，因此，在矿井采掘之前应对采掘区段进行地面三维地震和井下精细构造探查，预防发生陷落柱水害事故。

(5)褶曲构造裂隙导水。麻家梁井田褶曲发育，较大的褶曲有5个。在这些褶曲的轴部一般裂隙比较发育，且相对富水，当采掘过程中通过这些部位时有可能发生构造裂隙突水事故，因此，在矿井防水工作中也应引起重视。

2.3充水强度

根据矿井资料分析，矿井水文地质条件中等，主要受4#煤层顶板砂岩裂隙水和奥灰水的影响。由于奥灰水距煤层较远，正常情况下不会对煤层开采造成威胁，重点预防构造突水，而目前直接影响矿井生产的为煤层顶板砂岩裂隙水。从矿井涌水量统计资料看，矿井涌水主要由井筒淋水、煤层顶板砂岩裂隙水及巷道和工作面探放水(亦为顶板砂岩裂隙水)组成。根据矿井资料分析，4#煤层上部山西组和太原组含水层单位涌水量为0.001 62～0.003 51 L/(s·m)，均为弱含水层，即使在部分区段相对富水，但一般都以静储量为主，采掘前采取对含水层进行提前探放等技术措施后，对矿井安全生产不会造成大的影响。矿井采掘整体充水强度一般。而真正对矿井安全生产存在潜在威胁的为奥灰水，也是今后矿井防治的工作重点。

3开采受水害影响程度评价

3.1煤层采掘扰动破坏计算

根据《煤矿防治水规定》[4]，4#煤层顶板岩层抗压强度为41.6～82.8 MPa，采用下面公式对跨落带和导水裂缝带进行计算。

跨落带高度为

(1)

式中，Hm为垮落带高度，m；ΣM为累积采厚，6.32 m。

经计算，垮落带高度Hm约为24.09 m。

导水裂隙带高度为

(2)

式中，Hli为裂缝带高度，m；ΣM为累积采厚，6.32 m。

经计算，导水裂缝带高度Hli为74.84 m。

对于综放采煤条件下导水裂缝带的预计，目前采用相似条件比拟法计算比较合理。国内相关矿井综放开采条件下的研究成果对评价麻家梁矿井顶板“两带”发育高度具有重要的借鉴意义。在水体下采用综采放顶煤开采时，应先进行试验开采，最好选用本矿区的实测数据和计算方法，经地面钻液漏失量观测、钻孔水位长观、顶板覆岩数值模拟、工作面涌水及地面水位动态变化等资料综合分析，矿井4#煤层在综放开采条件下裂高采厚比为21.75，所以导水裂缝带发育高度取137.46 m。

3.2矿井主要含水层影响分析

(1)根据上面计算，上组煤层回采后顶板裂缝带高度为137.46 m，而从煤层顶板基岩厚度分布情况可以知道，煤层上部基岩厚度均在200 m以上，煤层回采后顶板裂缝带一般不会与松散层水沟通，正常情况下地表水及松散层水对矿井不会造成威胁。

(2)根据分析，影响煤层采掘的主要为煤层顶板砂岩裂隙含水层，一般富水性较弱，在采掘过程中采取一定的探放水等技术措施后，对煤层开采不会造成太大影响。

(3)奥灰水(马家沟组)水位标高在+1 059～+1 062 m。4#煤底板等高线在+620～+720 m，4#煤层相对奥灰含水层均为带压开采，但4#煤层距奥灰含水层较远，隔水层厚度均在100 m以上，突水系数Ts=0.043 MPa/m，处于安全带压范围，在底板完整情况下奥灰水对煤层回采不会造成威胁，但应重点预防构造突水。

3.3大气降水及地表水影响分析

煤层覆盖层厚度均在300m以上，而根据经验计算，4#煤层回采后导水裂缝带高度为137.46m，正常情况下导水裂缝带不会发育到地表，大气降水及地表水对煤层回采无影响。

4结论

本文分析了麻家梁煤矿的矿井充水条件，对开采受水害影响程度进行了评价。综合分析认为，麻家梁煤矿目前主要受煤层顶板较弱的砂岩裂隙含水层影响，条件相对简单。但由于煤层相对奥灰含水层均为带压开采，井田构造相对发育，因此，存在构造突水的可能，这给矿井防治水工作带来一定难度，对矿井安全开采存在一定的潜在威胁。所以，在开采过程中，要严格按照“预测预报,有掘必探,先探后掘,先治后采”的十六字方针进行矿井防治水，保障生产安全。

参考文献

[1]刘兆昌，李广贺，朱琨，等.供水水文地质[M].3版.北京:中国建筑工业出版社，2000.

[2]武强，赵苏启，孙文浩，等.中国煤矿水文地质类型划分与特征分析[J].煤炭学报，2013，38(6):901-905.

[3]王建彬，程绍强，李永军，等.胡底煤矿水文地质类型划分探讨[J].华北科技学院学报，2014，11(4):25-30.

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

(收稿日期2016-01-29)

郝建卿(1984—)，男，助理工程师，036000 山西省朔州市。