乡镇煤矿水害危险程度评价研究

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  乡镇煤矿水害危险程度评价研究

秦福彬



　　目前，国内外一般使用矿井水文地质条件复杂程度来评价水害的危险程度。由于乡镇煤矿井田面积小、排水能力相对较低，按《矿井水文地质规程》的分类，即使水文地质条件简单的乡镇矿井也有淹井的危险。因此，用以上方法确定乡镇煤矿的危险程度不太合适，有必要研究一种能准确评价乡镇煤矿矿井水害危险程度和适合乡镇煤矿技术条件的方法，同时能更好地指导乡镇煤矿防治水工作。河北省武安市煤炭局在深入调查研究的基础上，结合水文物探工作，制定了乡镇煤矿矿井水害威胁程度分类办法，用于取代水文地质条件复杂类型划分，这对指导乡镇煤矿的防治水工作产生了积极的影响。

　　一、 武安矿区内矿井主要水害类型

　　1.地表水。由于部分煤矿的煤层埋藏较浅，煤层开采后形成的顶板冒落带和导水裂隙带往往成了导通地表水的通道，尤其在地表水体、季节性河流的河床、河漫滩及冲沟附近，受地表水的威胁较大。

　　根据矿井开采过程中对地表破坏的程度和受地表水的影响程度，本评价将矿井受地表水的影响程度分为三类：

　　（1） 危险性较小，指大气降水可能通过导水裂隙带与矿井发生水力联系。

　　（2） 危险性较大，指在地表水体、河床、河漫滩下开采并可能通过导水裂隙带与矿井发生水力联系。

　　（3） 危险性大，指井口低于最高洪水位。

　　2.采空区积水。采空区积水虽然动储量不大，但其巨大的静储量和突水时的瞬时水量，透水时往往是灾难性的，其危害性还在于它这们是极不规律的。

　　本评价将采空区控制程度分为类三类：

　　（1） 已控制，指经采掘工程控制。

　　（2） 基本控制，指采掘工程仅控制大体范围。

　　（3） 未控制，指没有采掘工程控制。

　　3.断层水。断层是薄弱的地质体，它往往成为地下水进入矿井的通道，尤其是落差较大的断层直接使煤层与含水层对接。当含水层的水量较大时，突水将对矿井造成巨大的损害。尤其是控制程度较低的断层，由于其位置和落差不清将使我们采用的防治水技术失败。

　　（1） 构造复杂程度：

　　①简单型，指矿井（含边界）没有落差较大的断层。

　　②中等型，指仅在矿井边界有落差较大的断层。

　　③复杂型，指在矿井中部有落差较大的断层。

　　（2）控制程度：

　　① 已控制，指经矿井采掘工程已探明断层的产状。

　　② 基本控制，指虽然没有经采掘工程控制，但构造发育程度基本没有较大的出入。

　　③ 控制程度较差，指构造是推测的。

　　4.含水层承压水。

　　（1）煤层直接或间接顶底板含水层水。以于开采煤层附近的含水层，在采掘过程中将被疏干或保持一定的动储量，它是矿井正常涌水的主要成分。

　　（2）煤层间接底板强含水层水。由于煤层存在底板强含水层时，疏放开采是不可能的，只有进行带压开采。

　　5.封闭不良钻孔透水。

　　6.陷落柱突水。本区内采掘过程中未发现有陷落柱。虽然乡镇煤矿水害类型与国有大矿基本一致，但由于乡镇煤矿一般范围较少，开采深度较浅，生产能力较低，矿井涌水量和排水能力较少，勘探程度较低，技术力量较薄弱的因素，决定了它们受地表水和空区水威胁程度较国有重点煤矿更加明显。此外，下组煤开采的危险程度更大。

　　二、 武安矿区内煤层富水带的划分及矿井涌水量评价标准

　　1.矿区内煤层富水带的划分。通过探测将矿区内煤层的富水性分为三个带：一是富水性较差带，二是中等带，三是较强带。三个带的采掘一般涌水量预计考虑了如下因素：一是煤层具强含水层奥灰的远近，二是该矿煤层所处的水文单元，三是各矿开采不同煤层时顶底板及煤层通常发生的出水情况。本矿区以邯（郸）武（安）路为界分为南单元和北单元，南单元为富水性较强单元，北单元为富水性较差单元。结合乡镇煤矿通常发生的采掘涌水量，对不同煤层“三带”的一般涌水量划分标准如表1。



表1 可采煤层“三带”涌水量划分标准表 单位: m3/h




　　2.矿井涌水量评价标准。由于乡镇煤矿的开采范围和开采能力远小于国有大矿，其开采范围仅相当于国有矿山的一个采区甚至不足一个工作面，因此不能采用《矿井水文地质规程》中规定的煤矿水文地质类型的标准。考虑到其年产量多为6万吨、矿井排水多使用2寸泵和3寸泵，少数为4寸泵和6寸泵，故规定分类标准为：

　　Ⅰ类矿井为矿井涌水量无或微量

　　Ⅱ类矿井最大涌水量为<18m3/h

　　Ⅲ类矿井最大涌水量为18～<60m3/h

　　Ⅳ类矿井最大涌水量为60～<300m3/h

　　Ⅴ类矿井最大涌水量为>300m3/h

　　3.下组煤带压开采突水系数计算方法和标准。

　　（1）计算方法。使用《矿井水文地质规程》附录5的计算公式：

　　TS=P/M-GP

　　式中：TS——突水系数（Mpa/cm2·m）;

　　P——隔水层承受的水压（Mpa/cm2）;

　　M——底板隔水层厚度（m）；

　　GP——采矿对底板隔水层的扰动破坏厚度（m），选用10m。

　　（2）分类标准。《矿井水文地质规程》中，规定峰峰矿区的突水系数经验值为0.066Mpa/cm2·m。由于下组煤开采受含水极丰富的奥灰系灰岩水威胁，考虑到乡镇煤矿的技术管理水平，控制标准应严格，将突水系数值适当减小，以增加安全保障。

　　三、 乡镇煤矿水害危险程度分类

　　根据矿井水文地质和煤层的富水性情况，以及矿井的实际防排水能力，将乡镇煤矿水害危险程度分为以下五类：

　　Ⅰ类矿井：在当地侵蚀基准面以上或在含水层水位以上开采，没有大的地质构造，矿井涌水量无或微量。此类矿井基本没有水患威胁。

　　Ⅱ类矿井：井口标高和开采的顶板导水裂隙带位于该地区最高洪水位以上，地表水的危险性较小；矿井没有空区积水或开采水平以上没有空区积水，空区位置控制程度较高，没有空区积水危险；构造发育程度简单（即井田内没有落差较大的断层）或中等（仅在边界有断层），断层的位置和落差控制程度较高，即已控制，没有断层突水的危险；含水层以静储量为主并基本被疏干，矿井的最大涌水量<18m3/h。该类矿井的水害危险程度较小。

　　Ⅲ类矿井：虽然井口位于该地区最高洪水位以下，但是已采取了加高和防护措施；空区（含巷道）积水位置基本控制，空区水突水危险较小，需要局部探放；构造发育程度中等或复杂，断层的位置和落差基本控制，断层突水的危险较小；含水层的动储量较小，矿井的最大涌水量在18～<60m3/h。该类矿井属于水害威胁中等的矿井。只要我们按规程进行矿井防治水工作是可以保证矿井生产安全的。

　　Ⅳ类矿井：矿井位于地表水体、河床，河漫滩等下部开采，地表水的危险性大，没有采取可靠的防治水措施；空区积水（含巷道）位置不清，空区积水的危险性较大，需要在采掘过程中进行探放或防治；构造复杂，落差较大的断层基本控制，断层突水的危险性较大；有较强的富水带，矿井的最大涌水量在60～<300m3/h；在奥灰系灰岩水位以下开采下组煤，其突水系数小于0.02Mpa/cm2，但是仍然存在底板突水的危险。该类矿井属于水害危险程度较大的矿井，必须有专门的防治水技术人员、防治水安全员和有资质的设计部门作的防治水设计。

　　Ⅴ类矿井：地表水的危险性较大，没有采取正确的防治水措施；空区积水（含巷道）位置不清，空区突水的危险性较大，需在采掘过程中进行探入或防治；构造复杂，有落差较大（指可能导通下盘含水层的断层）的断层或导水断层，断层突水的危险性较大；有较高的富水带，矿井的最大涌水量>3003/h；开采下组煤的突水系数>0.02Mpa/cm2·m～≤0.04Mpa/cm2·m。这类矿井属于水害危险程度极大的矿井，必须有专门的防治水技术人员、防治水安全员有资质的设计部门作的防治水设计。

　　四、 评价对乡外埠煤矿管理产生的作用

　　1.由于《矿井水文地质规程》、《水文地质勘探规程》等是针对国有煤矿的实际情况制定的，对于乡镇煤矿来说，有些标准不适用。因此，本研究根据武安市乡镇煤矿的特点制定了水害危险程度分类标准。突出了地表水溃入井下危险性、空区积水的控制程度和危害性、下组煤开采突水系数及矿井防治水技术管理水平，考虑了断层控制和复杂程度及突水危险性，含水层的富水性与矿井排水能力的关系等因素。将矿井分为五类。这样，便于对矿井进行分类指导并监督矿井落实安全技术措施，从而达到保证矿井安全的目的。

　　2.武安市范围内的117个乡镇煤矿，我们依据本研究成果，结合每个矿的特点制定了《武安市乡镇煤矿水害治理意见》，由于该《意见》对各矿井分别提出了有针对性的治理措施，因此，煤矿企业易于接受，防治水措施得到较好的贯彻和实行。

　　通过两年多的实践，武安市范围内的乡镇煤矿在防治水方面取得了较好的成绩，未发生任何水害事故，为乡镇煤矿的安全生产工作做出了贡献。