黄建军

(潞安环能股份公司 上庄煤业有限公司，山西 长治 046031)

上庄煤矿是兼并重组整合矿井，主体隶属于潞安环能股份公司，井田面积3.954 km2，核定生产能力90万t/a，批采3～15号煤层，开采标高950～520 m。全井田设置两个主水平和1个辅助水平开拓全井田各煤层，一水平标高为+830 m，开采3号煤层；二水平标高+795 m，开采15号煤层；辅助水平标高+854 m，开采9号煤层。矿井3号煤层平均厚度2.16 m，9号煤层平均厚度0.88 m，15号煤层平均厚度3.13 m，均为稳定可采煤层。井田总体构造形态为单斜构造，地层倾角3～13°。根据已有地质资料显示，井田内发育有2条断层、1个陷落柱，未发现有岩浆岩侵入现象，井田地质构造复杂程度评定为简单类型。由于矿井开采涉及3号、9号和15号煤层，采掘活动造成的煤岩体破裂和应力场变化极有可能导致含水层导通引起矿井水害事故，所以为了确保矿井的安全生产，极有必要对矿井的水文地质情况进行评价并提出相应的防治水建议。

1 矿井水文地质概况

上庄煤矿井田位于长治盆地北部中低山黄土峁梁区，第四系黄土大面积覆盖，属黄土侵蚀地貌。井田南部边界有3号煤层露头出露，雨季来临时，自然降水大部分顺沟谷流出井田，小部分沿基岩裂隙及煤层露头下渗补给各含水层，导入井下，因此靠近煤层露头处的含水层富水性增强，对矿井涌水产生明显的影响。井田中部北部有两条正断层穿过井田，落差最大10 m，断层两侧基岩裂隙比较发育，巷道中平时有微弱的淋水现象，雨季较为严重，是矿井导水的重要因素，因此开采至断层附近时，一定要预留防水煤柱，防止侧向突水。遇到的陷落柱无明显导水迹象。

依据区内分布含水层的时代、岩性、地下水类型等，可以将井田内主要含水层综合划分为：第四系松散孔隙含水层、二叠系碎屑岩类裂隙含水层、石炭系上统太原组碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙含水层、奥陶系中统碳酸盐岩岩溶裂隙含水层，矿井正常涌水量15 m3/h，最大涌水量30 m3/h。根据矿使用的岩溶水深井实测，地下水位埋深307.00 m(水位标高为644.30 m)，石板沟煤矿1号深井水位标高为646.00 m，水井出水量20～25 m3/h，水位降深4.64～20.50 m，单位涌水量0.34～1.20 L/s·m，为中等-强富水性含水岩层，由此推算井田内奥灰岩溶静水位为643～647 m。除此之外，井田3号煤层共存在7处采空区积水，总积水面积约352 490 m2，总积水量约246 161 m3，井田周边共5处采空区积水，其总积水面积约为116 451 m2，总积水量约79 371 m3。

2 矿井充水条件及水力联系

2.1 导水裂缝带

根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中导水裂缝带计算公式，分别对3号、9号和15号煤层开采形成的垮落带、导水裂缝带最大高度进行计算。

1) 3号、9号煤层直接顶板为泥岩、砂质泥岩，岩石类型为中硬岩，根据规程中垮落带Hm和导水裂缝带Hli的最大高度计算公式，见式(1)和式(2)，其中∑M为开采煤层厚度，计算结果见表1。

Hm=100∑M/(4.7∑M+19)±2.2

(1)

(2)

2) 15号煤层顶板多为石灰岩，岩石类型为坚硬岩，垮落带Hm和导水裂缝带Hli的最大高度计算公式，见式(3)和式(4)，其中∑M为开采煤层厚度，计算结果见表1。

Hm=100∑M/(2.1∑M+16)±2.5

(3)

(4)

2.2 奥灰水突水系数

根据已有水文地质资料，井田内奥灰水水位标高643～647 m，井田内3号煤层底板标高为620～960 m，9号煤层底板标高580～930 m，15号煤层底板标高850～510 m，奥灰岩溶水位标高高于各煤层部分底板标高，奥灰水对煤层开采有一定影响。根据《煤矿防治水细则》的相应公式，计算全井田3号、9号、15号煤层底板突水系数，见式(5)。根据计算，3号、9号、15号煤层突水系数分别为0.011 7、0.018 1和0.056 6，均小于临界突水系数0.06 MPa/m，所以井田内各煤层带压区均处于安全区域。

Ts=P/M=(H0-H1+M)×0.009 8/M

(5)

其中：Ts为突水系数，MPa/m；P为隔水层底板承受的静水压力，MPa；M为底板隔水层厚度,m；H1为煤层底板最低标高；H0为奥灰岩溶水水位标高。

2.3 矿井充水条件

根据水文地质条件进行分析，矿井的主要充水水源包括大气降水及地表水、顶板水、井筒渗水、奥灰水和采空区积水等。

1) 大气降水及地表水。井田范围内无地表水体，沟谷在洪水季节主要接纳洪水的排泄。但在井田南部3号煤层露头及附近各煤层埋藏浅部，导水裂隙带高度可达基岩风化带甚至达到地表，大气降水、地表水可通过松散层、基岩风化带从导水裂隙带渗入井下，对矿井产生充水影响。因此，大气降水、地表水是矿井开采的主要充水水源之一。

2) 含水层对煤层开采的影响。井田内对3号煤层开采有影响的顶板含水层为下石盒子组K8砂岩裂隙含水层及山西组的砂岩裂隙含水层，单位涌水量为0.075 L/s·m，富水性弱，在井田的东南部，由于煤层埋藏较浅，3号煤层开采时可导通上层风化带裂隙水和第四系松散地层的地下水，从而成为K8砂岩裂隙含水层、第四系松散沉积物孔隙含水层甚至地表水渗入巷道的充水通道。太原组灰砂岩、岩岩溶裂隙含水层为9号、15号煤层直接或间接充水含水层，太原组主要含水层为K2、K3、K4、K5灰岩含水层，据S1号水文孔抽水实验资料：单位涌水量0.004 L/s·m，弱富水性。

3) 奥灰水。经过上述计算，各煤层虽然都处于带压开采，但突水系数都小于临界突水系数，所以带压区均处于安全区域。

3 矿井开采受水害影响程度

1) 3号煤层的最大导水裂隙带为46.88 m，考虑基岩风化带发育深度30～50 m，在3号煤层隐伏露头附近及各煤层埋藏的浅部，煤层开采时可导通上层风化带裂隙水和第四系松散地层的地下水，从而成为K8砂岩裂隙含水层、第四系松散沉积物孔隙含水层甚至地表水渗入巷道的充水通道。根据已有勘探资料，圈定勘探区3号煤层K8砂岩含水层富水区异常区6处，说明了石灰岩岩溶发育的不均一性，局部地段富水性较强，因此开采9号、15号煤层时应认真做好顶板水的探放水工作。

2) 井田内3号煤层存在7处采空区积水，积水总量246 161 m3，为了保证剩余资源的安全开采，必须做好采空积水的探放工作。

3) 9号煤层开采后导水裂缝带最大发育高度为38.50 m，而9号煤层与3号煤层间距为24.8～49.24 m，平均为42.65 m，但3号煤层现已基本采空，煤层采动后，由于矿山压力作用，底板必定会遭受一定程度的破坏，3号煤层底板扰动破坏带取经验值16 m，因此9号煤层最大导水裂缝带与3号煤层底板扰动破坏带之和为54.5 m，大于两煤层间的最小距离，故本井田开采9号煤层所产生的导水裂缝带可沟通3号煤层的采空区积水。

4) 15号煤层开采后导水裂缝带最大发育高度为73.99 m，而15号煤层与9号煤层间距为57.45～78.35 m，平均为64.35 m，故井田开采15号煤层所产生的导水裂缝带可沟通K2、K3、K4灰岩含水层以及9号煤层开采所产生的采空区积水，15号煤层的最大导水裂隙带高度无法到达3号煤层。

5) 除此之外，虽然处于奥灰水带压开采的安全区域，但随着开采深度的不断增加，煤层与奥灰含水层间距不断减小，采掘活动造成的煤岩体破裂和应力场变化都可能会导致井田范围内隐伏地质构造与含水层导通，造成突水事故的发生，所以，决不能忽视对奥灰水的日常监测。

4 防治水工作建议

为了提升矿井水害防范意识，确保矿井安全生产，通过对矿井水文地质情况的分析，以及对矿井受水害影响程度的评价，提出相应的防治水工作建议。

1) 加强地表水的防治。由于3号煤层在井田南部露头，且3号煤层开采形成的导水裂缝带可能会使地面水系与井下工作面形成导水通道，所以必须做好地表水的防治工作。

2) 合理布置工作面，按照设计留设足够的巷道、采空区、矿界等保安煤柱，及时了解清楚采空区水量及水压等情况，严格执行“有掘必探、先探后掘”的探放水原则。

3) 定期对相邻矿井的水文地质资料进行收集，及时了解相邻矿井采掘情况以及采空区积水动态。在矿界附近布置工作面时，要探清相邻矿井留设保安煤柱的情况，重点排查相邻矿井是否越界开采，以及保护煤柱隐蔽致灾情况，并做好水情水害预测预报工作。

4) 对矿井涌水量进行定期观测，及时掌握准确的矿井最大和正常涌水量，严格按照“预测预报、有掘必探、有采必探、先探后掘、先探后采”的方针和“探掘分离”的管理细则组织生产，严格执行“物探先行、钻探验证、化探跟进”的综合探放水措施，科学布置物探位置和探水钻孔，探放水设计做到一面一策，进一步完善矿井排水系统，保障矿井排水系统的正常运转。

5) 加强隐伏地质构造的探测工作，强化地质构造水力联系查明和防治水工作。