翟補(bǔ)拴

（山西焦煤西山煤電官地礦， 山西 太原 030022）

引言

煤礦的滲漏水是威脅采煤作業(yè)安全的重大問題之一，不當(dāng)?shù)姆琅潘O(shè)計(jì)和治理措施往往會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患[1]，因此對(duì)煤礦的防排水方案設(shè)計(jì)必須引起足夠重視。諸多學(xué)者對(duì)我國(guó)一些大型煤礦的防水措施進(jìn)行了深入研究和探討，取得了較好的效果[2-4]。官地煤礦坐落于山西省太原市，自20 世紀(jì)60 年代投入使用以來經(jīng)過多次改造和擴(kuò)建，目前井田面積達(dá)到78 km2，屬于大型國(guó)有煤礦。為了保證礦區(qū)的安全作業(yè)和正常生產(chǎn)，對(duì)官地煤礦的防排水方案和防治措施進(jìn)行深入研究，此研究結(jié)果可以為其他類似工程提供借鑒。

1 礦區(qū)地質(zhì)概述

1.1 礦山簡(jiǎn)介

官地煤礦位于太原市西南17.5 km 處，地處黃土高原，地形地貌復(fù)雜，氣候干燥、水源匱乏，于20世紀(jì)60 年代建成并投入使用，至今已連續(xù)生產(chǎn)了近60 年，礦井主要可采煤層包括2 號(hào)、3 號(hào)、6 號(hào)、8 號(hào)、9 號(hào)煤，目前每年產(chǎn)煤量約為390×104t。官地煤礦為地下開采，自上而下，由近至遠(yuǎn)，主要采用的采煤方式是走向長(zhǎng)壁式，頂板采用全部垮落法進(jìn)行管理，煤礦整體機(jī)械化開采程度高，產(chǎn)煤質(zhì)量好。

1.2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

從地質(zhì)勘查報(bào)告可知，礦區(qū)的含水層有三層，具體為：第一含水層，主要由二疊系砂巖含水層組成，其間有泥巖、砂質(zhì)泥巖隔水層，構(gòu)成了多層裂隙承壓水，主要位于2 號(hào)煤層工作面頂板以上，含水層主要為K5等砂巖，富水性弱；第二含水層，主要由石炭系上統(tǒng)太原組各層石灰?guī)r（L1、K3、L4、L5）等主要含水層構(gòu)成，其中K3厚度較大，溶蝕裂隙較發(fā)育，富水性相對(duì)較強(qiáng)，其他含水層富水性弱，主要位于6 號(hào)煤層工作面頂板以上；第三含水層，煤系基底的奧陶中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶含水層組是主要含水巖組，由兩層含水層組成，為上馬家溝組和峰峰組石灰?guī)r含水層，位于9 號(hào)煤層底板以下約50 m，富水性強(qiáng)。

2 官地煤礦滲漏水狀況分析

2.1 工作面滲漏水現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采煤工作面的調(diào)查，工作面9 號(hào)煤上覆灰?guī)r為含水層，屬碎屑巖類裂隙含水層組，富水性較弱。

工作面8 號(hào)煤層北東側(cè)30 m 為瓦斯治理巷，北東側(cè)60 m 為28407 工作面采空區(qū)，采空積水已排放約353760 m3，目前積水仍在排放，積水面位置已超過29409 工作面切眼，積水對(duì)工作面回采無影響；上部23413、23415 采空區(qū)積水在26411 工作面采掘期間已疏放，33419 工作面采空區(qū)積水于29409 副巷疏放，共計(jì)施工鉆孔2 個(gè)，進(jìn)尺152m，疏放水量10400m3；在副巷7 號(hào)點(diǎn)附近對(duì)33419 采空區(qū)局部低洼點(diǎn)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，施工鉆孔2 個(gè)，均見空無水；其上部26411工作面采空區(qū)積水在29409 正巷疏放，共計(jì)施工鉆孔10 個(gè)，進(jìn)尺706 m，疏放水量4996 m3。上部及相鄰采空區(qū)積水已全部排除。

2 號(hào)煤層底部與8 號(hào)煤層相距75 m 左右，主要由泥巖、砂巖、煤層和4 層灰?guī)r（L5、L4、K3、L1）組成。由于自然狀態(tài)下的泥巖和砂巖組成的隔水層具有較好的隔水性能，可以減弱上部含水層與太原組石灰?guī)r之間的水力聯(lián)系，整體未出現(xiàn)大量滲漏水現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作面實(shí)測(cè)，預(yù)計(jì)正常涌水量為3.0 m3/h，最大涌水量為10.0 m3/h。

2.2 滲漏水原因分析

2.2.1 地表水

礦區(qū)東部的煤層埋深較淺，并且在南華溝、偏橋溝、風(fēng)峪溝溝谷一帶分布有大量采空區(qū)和小窯水，地表的塌陷導(dǎo)致大氣降水和地表徑流可以直接進(jìn)入礦區(qū)，極易在強(qiáng)降雨后造成巷道的涌水。

根據(jù)井下實(shí)際情況，南、北兩巷道在強(qiáng)降雨后會(huì)出現(xiàn)涌水、淋水等現(xiàn)象，并且涌水面積大，涌水量達(dá)到3～5 m2/h。

2.2.2 含水層

官地礦區(qū)滲漏水主要原因是煤礦開采破壞了含水層，含水層自身結(jié)構(gòu)被破壞，從而產(chǎn)生滲漏水。

最上層2 號(hào)煤層的開采，破壞了上覆的K6砂巖裂隙含水層的結(jié)構(gòu)；2 號(hào)煤層和3 號(hào)煤層間距平均在8 m 左右，3 號(hào)煤層的開采直接貫穿2 號(hào)煤層而破壞了K6砂巖裂隙含水層的結(jié)構(gòu)；6 號(hào)煤層的開采破壞了其上覆的L5灰?guī)r含水層和K5砂巖含水層的結(jié)構(gòu)；8 號(hào)煤層和9 號(hào)煤層現(xiàn)狀條件下開采較少，9 號(hào)煤層開采形成的導(dǎo)水裂隙延伸至8 號(hào)煤采空區(qū)，現(xiàn)階段8 號(hào)煤層開采產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙沒有延伸到6 號(hào)煤層，8 號(hào)、9 號(hào)煤層的開采破壞了太原組L1、K3、L4含水層的結(jié)構(gòu)。綜上，開采活動(dòng)破壞了二疊系太原組、山西組各含水層的結(jié)構(gòu)，對(duì)含水層結(jié)構(gòu)的影響嚴(yán)重。

2.2.3 采空區(qū)積水

由于同時(shí)開采多個(gè)距離較近的煤層，在開采過程中極易導(dǎo)通上層煤采空區(qū)的積水?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果顯示，3 號(hào)、6 號(hào)、8 號(hào)、9 號(hào)煤層導(dǎo)水裂縫帶最大高度分別為79.43 m、47.47 m、84.28 m、111.25 m，均大于各煤層間距，可溝通上覆煤層采空區(qū)積水。

2.2.4 小窯水

礦區(qū)范圍內(nèi)有許多已經(jīng)關(guān)閉的小煤窯，其中許多小煤窯私自越界、亂挖，與大礦有多處聯(lián)通，在雨季時(shí)常常會(huì)成為滲水的通道，產(chǎn)生灌井的危害，對(duì)大礦造成了嚴(yán)重的安全隱患。

3 官地礦區(qū)排水措施

3.1 地表水防治措施

對(duì)于地表水，重點(diǎn)在于疏浚與封堵。官地煤礦的技術(shù)人員認(rèn)真制訂方案，將附近的地表裂隙回填，將塌陷的河床、河溝進(jìn)行重新修整鋪設(shè)，并定期對(duì)河床進(jìn)行巡檢，發(fā)現(xiàn)裂隙立即進(jìn)行填堵。經(jīng)過治理，地表水滲流明顯減弱，起到了較好的效果。

3.2 工作面排水系統(tǒng)

3.2.1 基本情況

正、副巷各鋪設(shè)一趟4 寸（13.3 cm）排水管路，污水經(jīng)中四采區(qū)軌道巷排水管路排至中四采區(qū)集中水倉(cāng)，由水倉(cāng)排入正前大巷，通過大巷自流排出。

3.2.2 排水管的選型

根據(jù)式（1）確定排水管的管徑dP：式中：QB為最大涌水量，以最大涌水量的2 倍計(jì)算，取20 m3/h；VP為經(jīng)濟(jì)流速，一般取1.5～2.2 m/s。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1）得：dP=56.68 mm。

3.2.3 水泵的選型

水泵的有效功率N 計(jì)算公式如下：

式中：γ 為水的密度，kg/m3；Q 為水泵的流量，m3/s；H為水泵的總揚(yáng)程，m；η 為水泵的效率。

水泵的總揚(yáng)程H 用式（3）計(jì)算如下：

式中：Ha為實(shí)際揚(yáng)程，指吸水水面到排水管出口中心的垂直距離，取53 m；λ 為摩擦阻力系數(shù)，取0.0249；ξ 為局部阻力系數(shù)，接頭取0.5，每6 m 一個(gè)接頭，彎頭取2；L 為直管長(zhǎng)度，取1564 m；D 為管路內(nèi)徑，取0.1 m；Q 為水泵的流量，取6 m3/h。

排水管長(zhǎng)1000 m，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（2）（3）得：H=53 m，N=1.15 kW。

綜上，水倉(cāng)處應(yīng)配備兩臺(tái)不小于1.15 kW 的水泵（工作泵和備用泵），結(jié)合礦水泵型號(hào)，選擇5.5 kW水泵，巷道鋪設(shè)一趟4 寸排水管，以達(dá)到排水能力不小于最大涌水量的2 倍。

3.2.4 排水方式

工作面涌水自流至順槽低洼處的集水池，通過水泵將水排至中四采區(qū)集中水倉(cāng)。

3.2.5 排水管路管徑及布置方式

排水管采用4 寸膠管。吊掛必須平直，無起伏，最下面的一根水管距底板不低于1.2 m。當(dāng)不能保證1.2 m 時(shí)，必須保證不影響行人和運(yùn)輸，安全距離不小于0.5 m，高度不得低于0.8 m（與瓦斯管路同側(cè)吊掛時(shí)）。橫貫巷道時(shí)，走上方設(shè)計(jì)拱形，走下方要挖地溝。每隔4 m 必須用Φ9.3 mm 鋼絲繩和“抱箍”吊掛在頂板專用起吊錨桿上。

3.3 小窯水防治措施

為解決小窯水的問題，官地煤礦采取井下防水密閉的方案。統(tǒng)計(jì)表明，井下共建有防水密閉總計(jì)128 道，并且將小窯礦的井口全部封閉，以杜絕灌井的安全隱患。但由于小窯數(shù)量多、情況復(fù)雜，簡(jiǎn)單的封閉難以達(dá)到預(yù)期的效果，地表水仍會(huì)沿裂隙不斷滲入小窯，掘進(jìn)過程中仍可能發(fā)生突涌水的現(xiàn)象。因此，在煤層開采時(shí)一定要沿古空區(qū)或采空區(qū)留足防隔水煤柱，穿越古空區(qū)或采空區(qū)時(shí)一定要先做探放水工作，尤其在汛期嚴(yán)防各類事故的發(fā)生。

3.4 采空區(qū)積水防治措施

堅(jiān)持“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，有掘必探，有采必探，先探后掘，先治后采”的防治原則，在開采掘進(jìn)過程中嚴(yán)格遵守相關(guān)的防治水規(guī)定，實(shí)施“一探二放三開采”的方案，探測(cè)到同層或上層采空區(qū)有積水的情況下，利用鉆孔先將積水排出，之后再進(jìn)行開采作業(yè)。

4 結(jié)語(yǔ)

1）滲漏水是影響煤礦安全生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的重要危害之一，不當(dāng)?shù)姆浪胧?huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的水災(zāi)害。

2）官地煤礦的滲漏水原因主要包括地表水滲流、含水層破壞、采空區(qū)積水、小窯水等。

3）根據(jù)官地煤礦的實(shí)際情況，制定了一套完整的防排水措施，保證了煤礦開采工作的安全。