刘家沟煤矿水文地质条件分析及防治水对策

　　刘家沟煤矿地处山西省境内，现阶段主要回采煤层为二叠系3 号与 4 号煤，两者均属于上组煤，为有效提升矿井资源配采率，促进企业的长久持续性发展，矿井决定对属于下组煤的石炭系8 号与 9 号煤层进行回采以增加产量。但该矿井下组煤均存在我国华北地区常见的奥灰水水害问题，由鉴于此针对刘家沟煤矿水文地质条件展开分析，并拟定切实可行的针对性综采防治水措施就显得极为必要。

　　1 矿井水文地质概述

　　刘家沟煤矿井田面积约 30 km2,已探明储量近 4 亿 t,其中下组承压水上煤炭储量近 2. 5 亿 t,近年来随着易采煤层的日益殆尽，下组煤层开采已成为必然的发展趋势，但由于下组煤既上覆有太原组薄层灰岩，又下伏有奥陶系高压含水层，使得其回采时同时面临着严重的顶底板突水威胁。

　　1. 1 区域水文地质

　　刘家沟矿地处黄河沿岸山西境内的吕梁山系，属于典型的黄土高原地貌，水文地质单元隶属柳林泉域。区域内地下水多为承压含水层，其中二叠系砂岩含水层在矿区内存在广泛出露，奥陶系与寒武系可溶岩局部出露在泉域的西部与北部，太原组灰岩在中部沟谷中存在零星出露，这些出露区均可直接接受自然降水对含水层进行补水。整个矿区范围内，石炭系与二叠系含水层属于弱富含水层，奥陶系属于强富含水层，其水流呈现由北向南的迁流趋势。

　　1. 2 矿区主要含水层

　　1） 奥陶系熔岩裂隙含水层组。该含水层组共包含两地层，其一为中统马家沟组，以深色层状灰岩或白云质灰岩为主，岩层中存在发育程度不均的岩溶裂隙，使得其富水程度存在显着差异。其中，岩溶裂隙发育完善区域的岩层中富含溶孔、溶隙，呈现典型的蜂窝状，溶蚀现象显着且彼此连通性优良，便于地下水在地层中的运移。地层单位时间涌水量为 2. 73 L/（ s·m） ;其二为中统峰峰组，岩层厚 112 m 左右，岩性以深色层状灰岩为主，由于整个矿区均地处埋藏区，这使得其岩层溶裂发育程度会伴随深度的加深而增强，加之裂隙多充填满各类泥质，使得岩溶裂隙水的赋存与补充条件有限，富水性较差且水质不佳。2） 石炭系太原组岩溶裂隙含水层。石炭系太原组为所含煤层为下组煤，关键含水层有L1 ~ L5 薄层石灰岩，其岩溶形态多为溶隙，不同裂隙间在连通性与开启度上存在显着差别。岩层渗透系数与导水系数分别为0. 013 m / d ~ 0. 003 8 m / d 与 0. 41 m / d2~ 1. 23 m / d2.

　　2 矿井充水因素与水源分析

　　2. 1 充水因素分析

　　1） 开采顶板冒裂带。依照地质勘测数据及相关规定，结合顶板岩层强度特性，可计算得出下组煤回采时产生的导水裂隙带高度可达 65 m,加之上组煤回采对底板的破坏带深度为 10 m,这使得下组煤回采时其冒裂带裂隙可贯通上组煤采空区。2） 断层与陷落柱。在刘家沟煤矿的前期生产中共计揭露各类断层 20 余条，这些断层多为大角度的正断层且断层落差均在 5 m 以上，有着较强的导水性可对下组煤回采造成威胁。除此之外，上组煤回采中先后揭露陷落柱 14 个，虽仅有 1 个出现渗水现象，但在下组煤回采作业中，受采动影响陷落柱下部（ 灰岩至奥灰岩） 存在转化为导水通路的可能。3） 地质钻孔封堵质量不佳。早期矿井勘测作业时的各类钻孔若封堵质量不佳则有可能导致各含水层之间出现水力联系。一旦巷道掘进或工作面回采作业时揭露钻孔就有可能导致封堵不良钻孔变为导水通路。

　　2. 2 充水水源分析

　　1） 太灰含水层。8 号与 9 号煤层上部顶板靠近 L1 灰岩，巷道掘进作业时该层灰岩水可直接进入巷道。此外，回采作业时顶板冒落带高度一般为 10 m ~13 m,这使得垮落带会覆盖 L2 与 L3 灰岩且裂隙带贯通 L4 与 L5 灰岩。由此可见，L1 ~ L5 灰岩层为下组煤回采时的主要顶板充水源。2） 上组煤老空积水。通过地质勘测与数学计算可知，下组煤回采时产生的裂隙发育带高度可贯通上组煤采空区，这使得采空区积水可通过贯通裂隙渗入下组煤回采作业面造成威胁。3） 奥灰含水层。下组煤为承压水煤层下部存在奥陶系中统上下马家沟强富含水层，这使得下组煤回采作业时在底板破坏、陷落柱、断层等要素的影响下极易发生底板突水事故，从而严重威胁作业的安全、高效开展。

　　3 井下防治水措施

　　3. 1 防治水规范

　　刘家沟矿应当依据自身地质特点制定长期的防治水规范，从探明自身水文地质条件着手，通过对太灰含水层实施疏干防水试验，对其富水性及各分层间的水力关联予以探明，从而为下组煤回采时的涌水量计算及疏干工艺选择提供依据。放水试验应选择下组煤前期开采区域并针对性的构建全面的地下水动态观测体系。

　　3. 2 防治水内容

　　1） 带压开采危险性分区。在矿区的前期水文地质勘测中所获得的大量勘测数据显示，矿区内各含水层的富水性一般呈现出显着的分区不一性。矿区东部的地质构造发育程度与复杂性均明显高于西部，在具体的工作面布设中技术人员应当依据工作面所处区域的奥灰水威胁程度，制定针对性的防治水技术措施。2） 防排水工程设计。鉴于下组煤回采作业时会受到太灰水、奥灰水、上组煤采空区等多类水源威胁，这使得下组煤回采时应当对其运输大巷的布设进行严格设计，确保其所处层位、分区隔离状态、排水工艺选择、抗灾及避灾设计等方面均完全符合有关设计规定，同时还应对井下防水工程的各个关键点在设计图上进行明确标示，作业时进行重点监测。3） 采掘工作应开展精细探测。对含水层富水性及导水性的探测是下组煤采掘作业中的关键。巷道开掘前应当综合运用瞬变电磁物探、直流电法物探对掘进端底板及前部的隔水层厚度、构造特性等进行探明并通过钻探进行核实； 工作面回采前则应结合音频穿透法、无线电透视法、钻探验证等多种方法对回采面底板及煤壁后部的隔水层特性进行探明，以便为回采作业的防治水提供指导。4） 太灰水的探测与疏放。太灰水含水层作为下组煤的顶板直接充水源，在采动影响下可直接渗入巷道与工作面。鉴于矿区内的太灰含水层属于弱富水性，则对其的治理主要采取疏干法。疏干的方式可根据现场情况选择巷道揭露疏干、工作面钻孔疏干与顶板垮落自然疏干等多种形式，需要时还可进行专项疏干作业。除此之外，若发现灰岩水存在奥灰水补给则应对补给来源与强度进行探测，制定相应的封堵措施，以确保疏干作业的顺利开展。5） 上组煤采空区积水疏放。

　　上组煤采空区积水多源于其顶板砂岩含水层，鉴于下组煤回采作业后其顶板垮落后裂隙带可贯通上组煤采空区，从而导致渗水，因此在下组煤回采前应当对上部采空区积水范围及分布进行详实的探测并进行钻孔疏放。

　　4 结语

　　针对刘家沟煤矿下组煤回采面临多种水害隐患的实际状况，煤矿管理层应当加强对自身矿井的水文地质分析，充分结合水文地质勘测结果对下组煤的带压开采安全性进行全面分析，并针对性的构建完善的工作面排水体系，与此同时结合井下充水条件制定相应的防治水作业规范，从而从根本上为下组煤回采作业的高效、安全、有效开展提供保障，为矿区的长久可持续发展提供动力。

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