汾西矿区煤矿水害与防治0[1]

1、山西焦煤汾西矿区煤矿水害类型分析与防治措施山西汾西矿业集团公司地质测量处 赵益晨摘 要 根据汾西矿区各矿井普遍受老窑、小煤矿采空区积水、地表水、冲积层水、含水层水威胁的现状，通过近年来发生的典型水害案例阐述了矿区各种水害发生的特点、对煤矿安全生产影响及危害程度，结合矿区防治水工作开展现状，总结分析了各种水害发生的原因和防治水工作中存在的主要问题，针对各种水害提出了具体的防治措施和对策，论述了只有针对不同的水害类型，采取防重于治，完善探查手段，建立健全防治水机构和制度，加强技术管理和重视工程投入，才能防止重大水害事故的发生。关键词 水害分析；防治措施；汾西矿区近年来，煤矿重特大水害事故、突水淹井

2、事故多发，并有逐步上升趋势，据不完全统计，在过去的20多年里，有250多个矿井被淹，死亡1700多人，特别是2010年发生的几起重大水害事故，在社会上影响极大，也普遍引起了各级管理部门对煤矿防治水工作的高度重视。汾西矿区为山西省优质主焦煤生产基地，煤层埋藏较浅，开采历史悠久，历史上遗留了大量的老空区，尤其是上世纪九十年代以来，因大量小煤矿的不规范开采，导致汾孝矿区各井田千疮百孔，其大量小煤矿采空区可能存在的积水，构成了煤矿安全生产的重大隐患；近年来，随着开采水平的不断延伸，煤层底板承压水问题亦日益显现，严重影响着煤矿的安全生产。只有分析水害发生的原因，采取积极应对措施，才能防止重大水害事故的发

3、生，保证安全生产。1 常见水害种类汾西矿区开采历史悠久，水文地质条件复杂程度不一，历史上也多次发生水害事故，损失巨大。1.1 地表水体和大气降水造成的水害地表水水害是指地表水体通过含水层漏头、塌陷区、河床裂缝、古井或和大矿贯通的小煤矿井口溃入井下造成的水害事故。特别是雨季，山洪暴发，洪水溃入井下造成淹没矿井及工业广场的灾害。其特点：水量大，来势凶，一旦溃入井下，将给矿井带来毁灭性灾害，危害极大。汾孝矿区地形多为低山丘陵，沟谷纵横，主要含水层在较大沟谷中都有出露。兑镇河、高阳河等横穿矿区，旱时无水或水量较小，但暴雨季节，水量极大。2007年7月29日，新阳煤矿发生洪水灌井事故，大量洪水沿高阳河床

4、塌陷坑进入井下，涌水量达1200 m3/h以上，险些造成淹井事故。事故原因主要为小煤矿私采河床保安煤柱，造成洪水溃入而殃及大矿。此外，由于河床等地表水体底部渗漏而增大矿井涌水量者更为常见。1.2 冲积层水水害 汾西矿区地表大都基岩出露，第三、四系地层被沟古切割强烈，不含水或含水甚微，难以对井下造成威胁，但新阳煤矿九采区煤层埋藏较浅，倾角平缓，第三、四系覆盖层较厚，局部地段基岩厚度不足10m，煤层回采后冒裂带将与松散层沟通，极易发生此类水害事故。常发生的原因：在煤层开采过程中，防水煤（岩）柱难以留设，导水裂隙带直接进入松散强含水体或断层破碎带因支护不当，冒落高度大而造成溃泥沙、溃水事故。1.3

5、老窑和采空区积水造成的水害古窑因开采历史久远，其开采情况、积水量、积水范围等难以掌握，突水时含有有害气体，而备受关注，常誉为“地下水库”。采空区积水指矿井开采后的采空区或巷道积水，当下水平或下分层开采接近积水区又未认真探放水而造成透水事故。一旦透水，常会造成人员伤亡、淹面、淹水平。1982年10月15日贤者小煤矿掘透古空，淹没矿井，造成11人死亡；1983年11月30日偏城小煤矿和古窑贯通，淹没矿井，排水达半年之久；1984年8月和1985年7月又发生突水淹井，同时导致相邻偏店小煤矿淹没，停产半年之久，排水20万m3；1983年2月韩家滩小煤矿打透古空，造成淹井，排出水量15万m3，等等。新阳

6、煤矿多年来一直受古空积水的制约，随着西部、南部上组煤采区的相继结束，目前上组煤已基本上摆脱了古空水的威胁，但下组煤南部采区和北部采区老窑水威胁依然存在。采空区积水各矿普遍存在，是目前井下探放水的主要对象之一，由此造成的淹巷、停产事故也时有发生，近年来，乡镇矿多次发生此类灾害，主要是滥采乱挖，且不执行探放水有关规定，从管理层到工人均缺乏基本的探放水知识所致。1.4 含水层突水水害 因开采影响到煤层顶部或底板厚层含水层造成突水是常见的一种水害。含水层的富水性不同，其危害程度也有差异。新阳煤矿上组煤，其主要充水层为K8砂岩裂缝水，构造破碎带附近裂缝发育，常给生产带来影响；其底板突水主要为太原组石灰岩

7、岩溶水，经导水断层形成底板出水。开采下组煤的矿井太原组K2为直接顶充水含水层，富水性较强，易发生顶板突水。矿区内新阳煤矿下组煤带压开采条件勘查程度低，加上断层、陷落柱特别发育，存在奥灰突水的危险性。1.5 小煤窑造成的水害上世纪九十年代，乡镇煤矿发展迅猛，非法开采、滥采乱挖、越层越界现象严重，新阳、新峪、新柳井田和大矿贯通的小煤矿比比皆是，给煤矿生产带来很大隐患。新阳煤矿井田内共有50座小煤矿，新峪煤矿井田内共有54座小煤矿，新柳煤矿井田内共有262座小煤矿，目前虽全部关闭，但遗留采空区积水形成的隐患将长期存在。资源整合矿井中，正安煤业井田面积13.42km2，废弃小煤矿井筒48个，正旺煤业井

8、田面积5.2km2，废弃小煤矿井筒46个，正丰煤矿井田面积13.89km2，废弃小煤矿井筒164个，等等。小煤矿开采形成的采空区积水是目前汾孝矿区各煤矿开采面临的最大充水水源，其主要特点是积水以静储量为主，但具有一定的静水压力，突发性强，来势猛，持续时间短，有害气体含量高，对人和设备损伤较大。新阳矿下组煤二采区首采工作面周边分布有泉子山煤矿和青阳岭、老窑沟等煤矿，泉子山煤矿越界开采、青阳岭、老窑沟煤矿越层开采均和2101工作面贯通，排放积水约14万m3(图1)。多数小煤矿开采后没有将积水排出井外，而是汇入其采空区，对大矿采掘生产构成巨大威胁，2010年10月23日在960大巷开拓期间揭露王才堡

9、小煤矿采空区，发生透水事故，排水5万m3，险些造成人员伤亡。图1 新阳矿二采区201工作面小窑破坏情况示意图2 造成井下水害的原因2.1 地面防治水措施落实不到位该区煤层埋藏较浅，开采后地表塌陷、裂缝较多，日常充填治理不及时，雨季洪水通过这些人为通道溃入矿坑，增大矿坑涌水量，甚至造成巨大灾害。对井田内地表塌陷区、地表沟谷中水源、小煤矿井口防洪措施没有全面详细的调查资料，未采取有效治理措施，尤其是废弃的小煤矿，井口标高低于当地历来最高洪水位，地面忽视防洪设施，井下越界开采相互贯通，一矿进水多矿受害。地面防洪措施不当或措施执行不认真，洪水冲垮工程或通过地表塌陷、裂缝涌入矿井造成水灾。2.2 水文地

10、质条件不清各矿井以往地质勘探工作，主要偏重于资源勘探，对水文地质条件只是附带性地、粗略地进行了勘查，对太灰、奥灰等主要含水层的富水性分布及发育规律、峰峰组含水层水位等尚未查清，尤其是开采下组煤的矿井，水文地质勘探程度不足，对带压开采条件缺乏认识与评价。1996年11月26日，新峪煤矿6402工作面顶板K2灰岩突水，最大出水量184.8 m3/h,全部设备被淹，停产17d；等等。巷道过分靠近强含水体又没有采取有效防治措施，一旦特殊情况，就会酿成水灾，2009年4月新阳矿下组煤北采区胶带巷揭露本溪组薄层灰岩，下距峰峰组富含水层约14m，发生奥灰突水事故，最大涌水量460m3/h，稳定水量320 m

11、3/h，治水达半年之久（图2）。 图2 新阳矿北胶带巷突水水文地质剖面图对构造等勘探和分析不够，导致水情水害预报不及时或不准确，如：河东煤矿崔家沟井东二采区1257工作面切眼，1980年4月10日揭露断层，最大水量68m3/h,当时淹没工作面，累计排水49445m3。2.3 小煤矿采空区积水情况不明 新柳、新峪、新阳煤矿井田内及周边小煤矿星罗棋布，对小煤矿在开采期间缺乏有效监管，越层越界，滥采乱挖严重，没有真实的采掘图纸；小煤矿关闭后不提交关井资料，缺乏实测图纸。老窑、小煤矿采空积水范围难以确定，且很多已关闭的小煤矿开掘层位难以考证，甚至存在大量不明位置的私开小煤矿，对井下探放水工作带来很大困

12、难。2.4 探放水措施落实不到位对采空区积水及关闭废弃的小煤窑积水特征及其潜在的透水危险性认识不足，未制定或落实严格的探放水管理制度，管理层思想麻痹，现场工人冒险蛮干。2001年6月6日孝义市柱濮镇子善村小煤矿发生透水，死亡6人，其原因是小煤矿滥采乱挖，破坏防水煤（岩）柱，在有明显透水征兆的情况下，仍不进行探放水而发生事故。井巷在接近老空积水区，导水断层、强含水体等时未认真执行探放水制度，探放水设计不合理，对积水巷道和上部采空区积水范围控制不准或遗漏，新掘巷道与之贯通而发生突水。如:河东矿崔家沟井北一采区1115回风巷，1987年11月3日打透古空，淹没1211工作面和12115回风巷，死亡1

13、人。3 水害防治对策3.1 坚持“安全第一，预防为主”的方针 提高广大职工特别是各级领导干部对防治水害的认识，克服侥幸心理和麻痹思想；坚持“查明条件，查治结合，预防为主，疏堵截排，综合治理”的防治水原则，依靠科技进步，加强技术管理，加大工程投入。应针对不同的水害种类，制定和采取不同的措施，确保矿井安全生产。3.2 地表水害的防治地表水害来势凶猛，无法抗拒，对此类水害的防治应做到防重于治。其基本对策和方法是： 购置“三防”物资，包括防洪草袋、铁锹、铁镐、抬筐、雨衣、雨鞋、手电筒、水泵、排水胶管、电缆线、开关等。以上物资由专人负责，不得随意挪作他用。 雨季来临之前，对矿区内地面河床及排水通道，进行

14、逐段检查，发现阻塞及时疏通完善。特别是兑镇河有太原组灰岩出露，应对出露段进行注浆封堵，防止地表水灌入矿坑。 对地表滑坡地段进行维护、清理、修筑，完善护坡、护墙。 定期组织有关人员进行地表裂缝调查，尤其在每年雨季来临前和大雨后，对矿区附近地面裂缝和老空塌陷情况进行发现，对矿井安全可能造成影响的裂缝及时充填、夯实。 继续修筑和完善地表沟渠及堤坝。 加强雨季对地表水体与井泉水位、水量的动态观测，并进行记录，分析与矿井充水的关系。 定期对矿区小煤窑进行实地调查，查明矿井涌水及开采情况，防止越界开采及煤柱遭到破坏，避免发生透水事故。近年来，在实际中采取截断补给水源，疏堵漏水河段，铺砌和改造河流，填排塌陷

15、区积水等措施非常有效。3.3 冲积层水害的防治针对受冲积层水威胁区域，以查明冲积层的沉积特征、含水层厚度、分布范围、富水性等为前提，开展水文地质条件补勘工作，主要工作内容包括：冲积层富水性及其分布规律、煤层顶板岩性组合及其岩石力学性质、煤层开采水害防治可行性研究、防水煤岩柱留设安全性论证以及煤层开采对水源地的影响评价等。防水煤（岩）柱的留设必须根据冲积层的富水性和分层结构，特别是其底部良好隔水层的分布特点，以及地层倾角、采高和煤层顶板岩组的力学特征等按规程留设。采用能够有效控制采高、防止抽冒的采煤方法，开采时严格按开采设计控制采高和上风道的标高，做到上、下煤层的间歇开采。若冲积层含水性较强，地

16、下水动、静储量有限，可采用疏干开采；冲积层含水性中等，地下水动、静储量不大，预计开采中、后期可能疏干的地区，前期仍必须按规程留设保护煤柱，后期再根据水位降深实际情况另行对待。3.4 老窑和采空区积水的水害防治此类水害防治要从管理和技术两方面入手。加强物探探测是非常必要的手段，物探先行，钻探验证是行之有效的防治路线。新柳煤矿在241101工作面掘进期间，虽按规定要求布设了探放水钻孔，但因对小煤矿开采层位判断失误及钻孔的局限性，仍与不明空巷打通，突水约10000m3，造成淹巷事故，并淹没综掘机。如果采用物探进行超前探测，就会避免此类事故发生。主要技术对策：首先在地面进行瞬变电磁物探，主要探查小煤矿

17、积水区域及边界。根据物探成果将异常区域标注于采掘图上，并画出积水线、探水线和警戒线，为井下采掘和重点探放提供依据。在巷道掘进过程中，至少提前200m对前方巷道每隔60-80m进行井下直流电法超前探测，根据探查结果对异常区依据采空区探查要求进行钻探探查。工作面形成后，对工作面进行音频电透视，探查工作面上部采空区积水，根据探查结果对异常区域进行探放水。条件复杂时，探放水结束后还需进行电透，探查采空区积水疏放效果以及是否还存在积水，如仍有积水还需要进行探放。老空水作为矿井主要水害隐患，对其进行探放是矿井日常水文地质工作的重要内容，利用井下直流电法超前探，操作简单，且避免了钻探方法以点带面的弊端，提高

18、了生产效率。对小煤矿应设立专门的管理制度，专人负责，对已探出的采空区积水，应总结分析其积水条件，研究其分布规律，有重点地进行探放。防止老空区透水，不单纯是技术问题，管理也占很大比重。3.5 含水层突水水害的防治煤系地层薄层灰岩水对矿井威胁不大，基本的防治方法以疏排为主。常用双巷交替施工的方法，以加速涌水的自然衰减，一条巷道超前施工，一方面起指导地层作用，另一方面可提前疏放水。当碰到大的涌水即停止施工，让水量自然衰减，双巷在同一层位近距离施工，水位疏降快，涌水衰减十分迅速，能达到争取施工时间的目的。奥灰水对下组煤威胁较大，必须认真开展水文地质工作，查明水文地质条件，查明构造的导水性，进行开采水文地质条件评价论证，制定探治结合等综合防治水措施。3.6 完善防治水制度、机构，加强专业培训 权威的防治水机构和过硬的防治水