李振江

（山西新景煤业有限责任公司，山西 阳泉 045000）

1 概 况

矿井水害是煤矿主要自然灾害之一，制约着矿井的高效开采，煤炭资源赋存水文地质条件复杂多变，导致我国煤炭开采过程中水害事故频发，且易造成极大的人员伤亡和经济损失。相关资料显示，我国煤矿水害事故主要是由采空区积水以及底板高压水造成的，截至目前，我国受水害威胁的矿井达到8 000余座，为实现矿井水害的有效防治，国家相关部门提出了“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”十六字方针指导防治水工作的开展。以新景矿矿井水文地质条件为背景，调查分析了地表水、地下含水层水、采空区积水等矿井水害因素。

新景矿位于山西省阳泉市西部，生产规模500万t/a，井田面积为54.922 1 km2，井田内主要可采煤层4层，分别为3、8、9、15号煤层，其中，3、8、9号煤层属较稳定大部可采，15号煤层属稳定可采，平均厚度分别为4.31、3.64、3.15、8.21 m，井田内3、8、15号煤层分别进行了不同程度开采。

2 矿井水害因素分析

充水水源是导致矿井水害的主要因素，新景矿充水水源主要包括地表水、地下含水层水、采空区积水。

2.1 地表水

新景矿矿区范围内有3条季节性河流（马家坡沟河、芦湖沟河、保安沟河），流量均较小，且新景矿各井口标高高于河流水位标高，加之本区新景矿主要可采煤层（3、8、9、15号煤层）埋藏较深，达到300 m以上，因此，地表水不会对新景矿生产造成较大危害，仅对基岩含水层有一定的补给作用，为煤层的间接充水水源。

2.2 地下含水层水

地下含水层水是新景矿矿山充水的最主要水源，根据含水层与各开采煤层（3、8、9、15号煤层）的相对位置关系，可将其分为顶板含水层和底板含水层。

2.2.1 顶板含水层

（1）3号煤层。该井田3号煤层顶板含水层主要有第四系松散岩类含水层以及上、下石盒子组砂岩裂隙含水层，根据采掘现状，上述含水层对3号煤层生产活动影响不大，仅在采掘工作面局部出现顶板淋水现象，水量约为0.2～2 m3/h，对生产影响不大。

（2）8号煤层顶板含水层。该井田8号煤层顶板含水层主要是山西组砂岩裂隙含水层，该含水层富水性较弱，8号煤层生产以顶板淋水为主，对安全生产影响不大。

（3）15号煤层顶板含水层。该井田15号煤层顶板主要含水层为太原组灰岩岩溶裂隙含水层，主要包括3层薄层灰岩含水层（K2灰岩、K3灰岩、K4灰岩），灰岩含水层总厚度15.95 m，其中以K2厚度最大，且在井田东部补给条件好，岩溶裂隙较为发育，富水性大，而在井田西部，埋藏条件及补给条件均较差，富水性差，为15号煤层顶板直接充水含水层，在富水性大的区域需做好顶板水探放工作，改善开采条件，消除水害隐患。

2.2.2 底板含水层

（1）煤层在奥灰水位线以上。

该井田3号煤层底板含水层主要有山西组砂岩裂隙含水层（K7）、太原组灰岩岩溶裂隙含水层、奥陶系中统灰岩岩溶裂隙含水层，含水层富水性较弱，对3号煤层安全生产影响不大。

该井田8号煤层底板含水层主要为太原组灰岩岩溶裂隙含水层（K2、K3、K4）、奥陶系中统灰岩岩溶裂隙含水层，8号煤层底板采动破坏带深度未波及太灰主要含水层。

该井田15号煤层底板含水层主要为奥陶系中统灰岩岩溶裂隙含水层，15号煤层底板采动破坏带深度未波及奥灰主要含水层。

（2）煤层在奥灰水位线以下。

各开采煤层在奥灰水位线以下时（处于奥灰水带压区下），底板含水层除上述情况外，还涉及奥陶系中统灰岩岩溶裂隙含水层。该含水层属于承压含水层，采掘区域在承压水位线以下时，一旦存在导水构造，将煤层与承压含水层导通，奥灰承压水将会淹没该区域，甚至威胁到整个采区和矿井的安全生产。

2.3 采空区积水

新景矿为多煤层、分水平开采，上部煤层采空区积水对于同层及下层煤层开采具有一定的水害威胁。

2.3.1 采空区积水情况

（1）井田内采空积水。

新景矿井曾经对3、8、9、15号煤层进行过不同程度的开采，存在采空区及采空积水。井田内采空积水为矿井主要充水水源之一。

经调查计算，该井田的3号煤层积水区17处，总积水量约111 440 m3；8号煤层积水区6处，总积水量约11 491 m3；9号煤层积水区2处，总积水量约2 752 m3；15号煤层积水区21处，总积水量约274 462 m3，各煤层总积水量400 145 m3。

（2）周边矿井采空区积水。

周边煤矿的3号煤层积水区5处，总积水量约83 700 m3；6号煤层积水区2处，总积水量约101 087 m3；15号煤层积水区12处，总积水量约940 175 m3；各煤层总积水量1 124 962 m3。

2.3.2 导水裂隙带

新景矿3、8、9号煤层顶板为中硬岩性，15号煤层老顶为石灰岩，属坚硬岩性，根据“三下”开采规范中的推荐，3、8、9号煤层导水裂隙带采用公式（1）和（2）计算，15号煤层导水裂隙带采用公式（3）和（4）计算。

式中：Hli为导水裂隙带高度，m；∑M为最大采厚，m。

经计算，3号煤层导水裂缝带高度为51.52 m；8号煤层导水裂隙带高度为48.16 m；9号煤层导水裂隙带高度为45.50 m；15号煤层导水裂隙带高度为95.96 m，各煤层间距及导水裂缝带高度见表1。

表1 各煤层间距及导水裂缝带高度Table 1 Each coal seam spacing and water conduction fracture zone height

从表1可以看出，8号煤层采厚3.64 m，其导水裂缝发育高度48.16 m，大于3号煤层之间的隔水层厚度（38.99 m），其导水裂缝成为导通3号煤层采空区积水的通道，对8号煤层开采形成威胁；8号煤层与9号煤层之间隔水层厚度15.65 m，开采时导水裂缝可以成为导通8号煤层采空区积水的通道；15号煤层导水裂缝发育高度延伸向上95.96 m，大于与9号煤层隔水层厚度（67.92 m），其导水裂缝会成为导通9号煤层采空区积水的通道，对15号煤层开采构成威胁。

总体而言，新景矿及周边矿井采空区存在较大量的积水，且导水裂缝发育高度均沟通上覆采空区，因此，采空区积水对该矿安全生产具有一定威胁。

3 奥灰水水文地质条件及带压开采分析

新景矿井田范围内奥陶统灰岩含水层主要由峰峰组和上马家沟组含水层组成，井田内主要可采煤层部分位于奥灰水位线以下，属于奥灰水带压开采，面临底板突水的危险性。

（1）奥陶统灰岩含水层垂直分布特征。

奥陶统灰岩含水层由峰峰组和上马家沟组含水层组成，垂直分布特征如下。

峰峰组水文地质特征。根据钻孔揭露，峰峰组整体水位标高约为+479.03—504.34 m，其中，峰峰组二段厚度为57.48～124.80 m，平均厚度为89.92 m，单位涌水量为0.591 L/s·m，富水性中等；一段厚度为78.90～145.70 m，平均厚度为121.98 m，单位涌水量为0.008 5 L/s·m，富水性弱，整体看峰峰组二段比一段富水性强且在地层处于上段，对上覆煤层开采不利。

上马家沟组水文地质特征。据勘探资料显示，本区上马家沟组的水位标高+381—+455 m，奥灰水总体上自北西向南东流，单位涌水量为0.063～3.388 L/s·m，在马家沟组奥灰富水性强的区域若发生突水，对矿井的安全威胁较大。

（2）底板突水系数。

《煤矿防治水细则》指出，底板突水的必要条件是存在导水破碎带，充分条件是承压水的水压大于或等于隔水层水平最小主应力，提出了采用突水系数用于评价底板突水可能性，计算公式见式（5）：

式中：Ts为突水系数，MPa/m；p为底板隔水层承受的水头压力，MPa；M为底板隔水层厚度，m。

经计算，3号煤层突水系数为0～0.013 9 MPa/m，8号煤层突水系数为0～0.017 4 MPa/m，9号煤层突水系数为0～0.019 4 MPa/m，15号煤层带压区域最大，突水系数为0～0.038 0 MPa/m，自北向南随着煤层埋藏深度增加，煤层承受的奥灰水压力增高，突水系数增大。

（3）带压区平面分布特征。

在井田西部各开采煤层存在局部带压。井田奥灰水水位标高386—542 m（由北西向南东逐渐降低），各开采煤层在井田西部或西南部存在不同程度的带压现象，其中，3号煤带压面积5.87 km2，最大突水系数0.013 9 MPa/m；8号煤带压面积10.67 km2，最大突水系数0.017 4 MPa/m；9号煤带压面积12.43 km2，最大突水系数0.019 4 MPa/m；15号煤带压面积27.94 km2，最大突水系数0.038 0 MPa/m，为矿井最大突水系数，但小于临界突水系数0.06 MPa/m，因此，奥灰水带压区属于相对安全区。

4 结 语

以新景矿矿井水文地质条件为背景，调查分析了地表水、地下含水层水、采空区积水等矿井水害因素，目前新景矿主要受采空区积水和奥灰承压水影响，根据计算，新景矿主要开采的8、9、15号煤层形成的导水裂缝带均会沟通上覆采空区，采空区积水给矿井安全生产带来威胁。同时，井田内各可采煤层存在奥灰水带压区域，但最大突水系数小于临界突水系数，表明井田内各可采煤层奥灰水带压区属于相对安全区。