莒山煤礦3 號煤層采空區積水調查分析及防治措施

郭陽陽

（山西蘭花科技創業股份有限公司 大陽煤礦分公司，山西 澤州 048021）

1 概 況

礦井水害威脅著煤礦安全生產，嚴重時可能淹沒礦井，造成巨大的人員傷亡和經濟損失。隨著煤礦開采強度和煤炭需求量的不斷增加，煤礦開采深度不斷增加，頂底板所承受的水壓也不斷增加，嚴重影響到了礦山的安全生產，是制約煤礦安全生產的主要因素之一，如何防治水害成為研究熱題。

莒山煤礦目前開采的3 號煤層即將殆盡，下階段計劃開采9 號煤層，9 號煤層位于太原組三段下部，厚0.37～1.55 m，平均厚1.24 m，煤層厚度穩定，煤層結構簡單，含0～2 層矸石。煤層頂板以泥巖、砂質泥巖、粉砂巖為主；底板多為泥巖，局部為砂質泥巖。經多年開采，井田內3 號煤層己形成大量采空區，采空區積水會對下一步煤層的開采造成影響，因此，在莒山煤礦9 號煤層開采前，必須查清上覆采空區積水位置和積水量，為安全高效開采提高地質保障。

井田內主要含水層為第四系松散巖類孔隙含水層，基巖風化帶含水層，二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含水層、二疊系山西組砂巖裂隙含水層、石炭系太原組砂巖、灰巖巖溶裂隙含水層、中奧陶系灰巖巖溶裂隙含水層。

3 號煤層采空區積水主要有二疊系山西組砂巖裂隙含水層，以泉點形式排泄或向內排泄，該含水層位于井田東北部出露，主要接受降水補給及含水層之間的垂向滲透補給，地下水的埋藏條件在長期開采3 號煤層疏排礦坑水的影響下，目前主要以潛水形式賦存。地下水動態變化較大，富水性一般較差。據二疊系砂巖裂隙含水層抽水試驗資料顯示，鉆孔單位涌水量為0.002～0.003 7 L/s·m，滲透系數為0.002 m/d，弱富水性，水質類型為HCO3- Ca及HCO3·SO4- Ca 型。

2 采空區積水調查分析

經多年開采，井田內3 號煤層己形成大量采空區，采空區積水會對下一步煤層的開采造成影響。采用現場調查和查閱礦井探放采空區積水資料的方式對莒山煤礦3 號煤層采空區積水進行調查分析，歷年探測范圍如圖1 所示。

圖1 采空區物探范圍Fig. 1 Geophysical exploration scope of goaf

隨著井下采掘工程的不斷推進，在對3 號煤層復采回收工作中，掘進F2031 和F2032 巷道時，揭露了以往回采工作面，對其中原Q5、Q7 及Q9號積水進行了探放。井田內3 號煤層采空區積水詳見表1。

表1 井田內采空區積水統計Table 1 Statistics of water accumulation in goaf in mining field

經本次調查及相關資料分析，截至2019 年4月底，井田內3 號煤層存在14 處采空積水區，采空積水面積226 717 m2，積水量304 375 m3。

礦井周邊山西煤炭運銷集團蘭煜煤業有限公司、山西高平科興新莊煤業有限公司及山西澤州天泰錦辰煤業有限公司開采多年，存在大面積采空區，且不同程度存在老空積水，其中山西煤炭運銷集團蘭煜煤業有限公司與該礦邊界相鄰處存在兩處3 號煤層采空積水，積水量分別為27 302 m3、33 039 m3；山西澤州天泰錦辰煤業有限公司距該礦最近的3 號煤層采空積水區距離約210 m，積水量約32 600 m3；山西高平科興新莊煤業有限公司3號煤層采空區積水主要位于原新莊煤礦中部，積水量約為669 327 m3，9 號煤層采空積水3 處，積水量約7 515 m3。周邊積水量總計約為295 400 m3。

調查時無積水的地段隨著時間的推移，可能會出現積水，已有積水的地段積水面積有可能會增大。各個礦都有礦界保安煤柱相隔，且無越界開采現象，距離該礦未來5 a 采掘活動范圍也較遠，故周邊采空區積水對該礦未來5 a 開采暫不構成威脅。

3 9 號煤層頂板導水裂隙帶計算

煤層采出后形成的采空區，導致上覆巖層原始平衡狀態遭到破壞，頂板巖層在自重作用下產生彎曲、開裂、離層、冒落，并形成導水裂隙帶。井田內9 號煤層為緩傾角，頂板以泥巖、砂質泥巖、粉砂巖為主，屬堅硬巖層，9 號煤層頂板導水裂隙帶計算。

式中：HIi為導水裂隙帶高度，m；ΣM 為煤層累計采厚，m。

根據井田范圍內已知鉆孔計算9 號煤層頂板導水裂隙帶發育高度，結果見表2。

由表2 可知，9 號煤層開采后導水裂隙帶最大發育高度41.48～50.23 m。根據以往地質資料，9號煤層距K5 距離為17.08～27.19 m，9 號煤層距3號煤層距離為50.56～94.67 m，9 號煤至地表距離為123.36～231.96 m。9 號煤層導水裂隙帶發育高度可溝通K5 含水層，達不到3 號煤層采空區，但考慮到3 號煤層的底板破壞高度，局部區域（如莒3、莒7、莒補1 鉆孔附近） 有可能溝通3 號煤層采空區。

表2 9 號煤層頂板導水裂隙帶發育高度計算結果Table 2 Calculation results of the development height of the water conduction crack zone in No.9 coal seam roof

4 采空區積水防治措施

根據3 號煤層采空區積水調查分析以及9 號煤層頂板導水裂隙帶計算，莒山煤礦9 號煤層開采面臨著采空區積水威脅，提出采空區積水防治措施。

（1） 加強防治水技術培訓，牢記礦井突水征兆。

（2） 先探后掘，并在掘進和回采工作面探水前，編制探放水設計，確定探水警戒線，嚴格按設計進行探放水。

（3） 井下探放水采用專用的探放水鉆機，嚴禁使用煤電鉆探放水。在探水鉆孔鉆進過程中，發現煤巖松軟、片幫、來壓或者鉆眼中水壓、水量突然增大和頂鉆等透水征兆時，應當立即組織所有受水害威脅區域人員撤到安全地點，分析原因，采取有效措施進行處理。

5 結 論

（1） 以莒山煤礦9 號煤層開采面臨著采空區積水威脅為背景，分析了煤層賦存及水文地質特征，采用現場調查和查閱礦井探放采空區積水資料的方式對莒山煤礦3 號煤層采空區積水進行調查分析，截至2019 年4 月底，井田內3 號煤層存在14處采空積水區，采空積水面積226 717 m2，積水量30 475 m3，井田外周邊采空區積水對該礦未來5 a開采暫不構成威脅。

（2） 計算了9 號煤層頂板導水裂隙帶高度，結果顯示9 號煤層導水裂隙帶發育高度可溝通K5含水層，達不到3 號煤層采空區，但考慮到3 號煤層的底板破壞高度，局部區域（如莒3、莒7、莒補1 鉆孔附近） 有可能溝通3 號煤層采空區，因此，莒山煤礦9 號煤層開采面臨著采空區積水威脅，據此提出了采空區積水防治措施。