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曹家滩煤矿矿井充水条件及充水因素分析汪传吉（陕西陕煤曹家滩矿业有限公司，陕西榆林7 19 0 0 0）摘要：为探明曹家滩煤矿矿充水条件及充水因素，采取勘探钻孔研究分析矿井充水水源、充水通道，预测矿井涌水量构成及水量,为有效防止矿井各类水害提供理论依据。关键词：矿井；充水条件；充水因素中图分类号：F406.3;TD745.21矿井概况陕西陕煤曹家滩矿业有限公司曹家滩煤矿位于陕西省榆林市北部，行政区划隶属榆林市榆阳区孟家湾乡及神木市大保当镇。曹家滩煤矿于2 0 13 年8月筹建，2 0 18 年6 月底矿井完成基建工作，移交投产。批准开采2-、3-、43、5-3 上（5-3）号煤层，生产能力为1500万t/a,开采深度标高为10 51 7 59 m，开采矿种为煤,开采方式为地下开采,井田东西长约12.2 km,南北宽约9 km，面积10 8.48 9 3 km。目前正在进行2-号煤层的回采工作。2充水因素各煤层顶板基岩裂隙承压水，煤系地层含水层是直接充水含水层，主要包括风化基岩含水层、直罗组含水层和延安组含水层，以往钻孔抽水资料显示单位涌水量小于0.0 1L/sm，虽有较高的水头压力，但涌水量较小，富水性弱，易于疏干，一般不会对矿井开采造成危害。需要注意的是，为查明井田内首采区2-2 煤上覆延安组、直罗组、安定组及基岩风化带富水异常区的分布范围、相对强弱特征等水文地质情况，2 0 18、2019年曹家滩煤矿委托中煤科工集团西安研究院有限公司分别对井田内首采区、12 盘区西翼进行地面瞬变电磁法勘探，对解释出的2-号煤层顶板各含水层富水异常区域，矿方应在日后的工作加强井下探放水工作，采用物探、钻探的方法进一步验证，防止顶板水害事故发生。3矿井充水通道矿井充水必备的两个条件：一是充水水源，二是充水途径。两个条件同时具备才有可能发生突水,因此，煤矿的充水途径是研究煤矿突水的重要因素-1。3.1断裂及破碎带构造裂隙（断裂）包括各种节理、断层、断裂破碎带和陷落柱等，是矿井充水和矿井透水的主要通道。22文献标识码：B构造裂隙对矿井充水的影响一方面表现为其本身的富水性，另一方面往往是水源进人采掘工作面的天然通道。因此，当采掘工作面和它们相遇或接近时，与其相关的水源会通过上述两种情况涌入并下。井田地层总体为走向NE、倾向NW的单斜构造,地层倾角不足1，局部有宽缓的波状起伏。目前，曹家滩煤矿在井下采掘过程中未发现断层及陷落柱。2 0 12 年曹家滩煤矿井田东北部开展的三维地震勘探共解释26条断层，DF18断层落差大于等于5m，其余断层落差均小于5m。未来五年采掘规划区域内存在三维地震勘探解释、落差小于5m的正断层，在日后的生产中应加强地质构造探测及井下编录工作。3.2煤层开采后因顶板垮落形成的采动裂隙煤层开采后会破坏煤层与围岩的原始平衡关系，煤层上覆岩层特别是煤层顶板岩体，会因成分与结构形态的不同而呈现出不同的运移状态，最终形成新的结构与构造形态，使自身趋于稳定,与周围地质体形成新的平衡。导水裂隙带波及到上覆含水层，会导致上覆含水层沿裂隙涌人井下，导水裂隙带波及到含水砂层，有可能会引起矿井突水溃沙事故。因此，导水裂隙带高度确定对评价矿井充水通道具有重要作用。未来五年曹家滩煤矿会开采2-号煤层，故本次仅针对2-2号煤层开采后形成的跨落带、导水裂隙带高度进行计算，定量评价煤层上部含水层水体对煤层开采的影响。导水裂隙带发育高度受采煤方法、采厚、坚硬岩性比例系数、工作面倾向长、采深及工作面推进速度等诸多因素影响。未来五年曹家滩煤矿采用综采放顶煤采煤方法，而矿区水文地质工程地质勘探规范（G B/T I 2 7 19-9 1）、建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范（2 0 17)及保水采煤技术规范（DB61/T295-2019）中的经验公式均不适用于综采放顶煤采煤方法，因此本次不采用规程规范中文章编号：10 0 8-0 155(2 0 2 3)12-0 0 2 2-0 3的经验公式，采用2 0 2 0 年12 月徐州中国矿大岩土工程新技术发展有限公司提交的干旱半干旱区风积沙盖层下厚煤层综放开采覆岩破坏规律研究及应用技术研究报告中的探测值计算，即：根据建筑物下、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程,12 2 10 6 工作面上覆基岩属中硬岩层，选择中硬岩层的顶板，导水裂隙高度经验计算公式为：H=-(1)1.6 ZM1.6H=20 ZM+10式中:H一导水裂隙带最大高度(m);M一采厚(m）)。计算结果如下：采高6 m时,按式（1）计算导水裂隙带高度为59.269.4m,式(2）计算导水裂隙带高度为58.9 m，裂采比为9.8。根据矿井水文地质规程，结合研究区煤层顶板岩层的工程地质特征（12 2 10 6 工作面上覆基岩属于中硬岩层），其导水裂隙带发育最大高度按以下公式计算：H=(3)3.3n+3.8式中:H一导水裂隙带最大高度（m)；M一采厚（m）;n 一煤层分层层数。计算结果如下：采高为6 m时，导水裂隙带高度为89.6m,裂采比为14.9。2-号煤层顶板埋深在16 1.18 3 8 0.9 6 m之间，2-2号煤层顶板至直罗组距离在4.9 4 13 5.9 6 m之间，2-号煤层顶板至安定组距离在13 7.9 2 2 58.8 8 m之间,2-2 号煤层顶板至新近系保德组距离在8 0.9 7 294.48m之间，通过干旱半干旱区风积沙盖层下厚煤层综放开采覆岩破坏规律研究及应用技术研究报告中的探测值，计算得出井田及周边各钻孔处2-号煤层垮落带高度为3 9.2 4 6 3.7 3 m，导水裂隙带高度为160.64260.94m，井田内2-号煤层开采形成的导水裂隙带大部分可达至新近系保德组地层，局部发育在安定组正常基岩内。2-号煤层导水裂隙带分布情况见图1。D225223盘区图1导水裂隙带发育高度等值线图综上所述，曹家滩煤矿井田面积较大，12 盘区西翼12 2 2 0 9 工作面导水裂隙带实测的探测经验公式尚不能代表井田内导水裂隙带全部发育规律。因此，曹家滩煤矿在今后的工作中要综合考虑工作区域实际情况,加强对“上三带”探查与研究工作。3.3封孔不良的钻孔勘探时施工各种钻孔，工作结束后按要求封闭，封100ZM5.6100M+5.1孔质量未达到标准要求，钻孔会成为煤层与其顶底板含水层或地表水间的充水通道。开采过程中遇到或接(2)近上述钻孔时，会引起涌水或造成淹井事故。曹家滩煤矿历经普查、详查、勘探及补充勘探等多个阶段，在煤矿范围内共施工各类钻孔119 个，其中探煤孔8 5个、水文孔3 4个（其中水文长观孔18 个），如图2 所示。11盘区图2 封闭不良钻孔分布示意图采煤层底板以下2 0 m起封至最顶部可采煤层顶板以上3 0 m，采用50 0 、42 5水泥封孔，水泥、纯砂、净水按1：2：0.8 配成水泥砂浆，再用泥浆泵送入，按设计提浆深度提取浆样，浆样均固结良好，并已妥善保存，达到当时的设计要求。勘探阶段：2 0 0 3 年勘探阶段共施工各类钻孔12个，钻孔封闭由孔底用水泥砂浆封至基岩面以上，松散层地段用泥浆封闭。封闭方法为先用清水冲洗孔壁，用425硅酸盐水泥（或达到同样标号的水泥）、纯砂、净水按1：2：0.8 配成水泥砂浆，再用泥浆泵送人,在设计深度提取浆样，孔口埋石造标，注明孔号，浆样均固结良图例N11盘区6513盘区112盘区13盘区好，并已妥善保存，封孔质量按19 8 7 年颁布的煤田勘探钻孔质量验收为合格。4矿井涌水量构成及预测矿井的充水强度主要决定于煤层顶板以上含水层23图例帐矿边界十日盈区分界线未来五年规划范用的富水性与厚度、煤层上覆基岩的性质和赋存条件、煤层采动后覆岩变形破坏形成的导水裂隙沟通上覆各含水层的程度、矿井采煤方式和开采强度及大气降水特征和隔水层的隔水性能等，不同充水方式的充水强度也有所不同。4.1基建时期矿井涌水量曹家滩煤矿基建过程中的矿井涌水量维持在450m/h左右。其中，主斜井涌水量约18 0 m/h；副斜井涌水量约2 3 0 m/h；进、回风立井涌水量约2 5m/h，经过治理已经下降至4m/h左右。4.2矿井涌水量现状曹家滩煤矿现阶段为生产矿井，目前正进行2 2号煤层12 2 2 0 8、12 2 2 0 9 工作面的回采和12 2 2 0 7 工作面顺槽的掘进工作。根据本次收集到的2 0 2 0 年1月2021年4月矿井涌水量观测数据，全矿井涌水量为819.50940.20m/h，见表1。2 0 2 0 年矿井煤炭产量为146 7 万t,矿井涌水量主要来源于2-号煤层回采后导水裂隙带影响范围内的上覆各基岩含水层及风化岩含水层。表1曹家滩煤矿矿井涌水量观测台账观测日期矿井涌水量(m/h)进风回风主斜井副斜井122106122109122108122107年月立井立井落平点落平点工作面工作面工作面工作面顺槽11.602.70169.70190.30208.00205.7070.7021.602.70169.70188.30204.00200.3067.3031.602.80170.30193.00164.70229.7073.4041.602.70168.00189.00124.002245.3088.8051.702.80176.00189.30139.30242.7074.7061.602.70173.00183.30123.30291.0081.70202071.602.70187.30189.00111.30225.0095.3081.602.70130.00187.70110.30252.00127.3091.602.70163.70192.7094.70253.700151.30101.602.70109.70202.0090.00255.70177.00111.602.70110.00190.00104.70266.30193.00121.602.60103.70192.70121.702262.70207.3011.602.6085.00181.00122.00260.70|1196.3021.602.7086.30171.00|1104.70276.70189.00202131.602.7085.00180.00116.70274.00189.0041.602.7084.70160.30119.302曹家滩煤矿进、回风立井治理后，进风立井涌水量1.601.70m/h，回风立井涌水量2.6 0 2.8 0 m/h。2020年，主斜井涌水量在10 3.7 0 18 7.3 0 m/h，副斜井涌水量在18 3.3 0 2 0 2.0 0 m/h；2 0 2 1年，曹家滩煤矿对主副斜井进行惟幕注浆治理，截至2 0 2 1年4月，主斜井涌水量在8 5.0 0 8 6.3 0 m/h，副斜井涌水量在160.30181.00m/h。目前，主、副斜井过砂化段治理工作仍在进行。根据以往曹家滩煤矿基建到生产阶段的矿井涌水量，矿井涌水量的动态特征为随着开采面积的扩大而逐渐增加，煤层上覆含水层中静储量消耗到一定程度，矿井将以排动储量为主，矿井涌水量随着采深逐渐增加并趋于稳定。顶板砂岩裂隙含水层富水性弱，补给量较小，煤矿范围内顶板砂岩水存在局部富水性不均一，随着开采面积的扩大，矿井涌水量还会因波及构造等富水异常地段而突然增大。5矿井涌水量构成现阶段矿井涌水量主要由工作面涌水、主副井涌水和进、回风立井涌水组成。工作面涌水主要包括122106工作面涌水量9 0.0 0 2 0 8.0 0 m/h，12 2 10 9 工作面涌水量2 0 0.3 0 2 9 1.0 0 m/h，12 2 10 8 工作面涌水量67.30207.30m/h，12 2 10 7 工作面顺槽涌水量13.3 0 68.00m/h，工作面涌水量占全矿井涌水量的55.9 0%72.11%；主、副井涌水包括主斜井涌水量8 4.7 0 187.30m/h，副斜井涌水量16 0.3 0 2 0 2.0 0 m/h，主副井涌水量占全矿井涌水量的2 7.40%43.56%；进、回风立井涌水包括进风立井涌水量1.6 0 1.7 0 m/h，回风立井涌水量2.6 0 2.8 0 m/h，进、回风立井涌水全矿井量占全矿井涌水量的0.45%0.54%。因此，工作面848.70涌水和主副斜井涌水占全矿井涌水量的9 9%以上。833.30835.50819.5013.30839.9043.70900.3068.00880.3068.00879.6042.30902.6035.00873.6050.00918.3048.00940.2036.30885.5050.00882.0050.30899.30284.70191.0049.70894.006结语矿井受水害影响会随着开采的不断深人而逐渐增大，必须时刻做好矿井防治水工作,坚持按照相关规定实时监测井下水文地质，对后期形成的井下采空区、富水异常区域等，应提前采取相应探放水措施和预测预报工作，为有效防止矿井各类水害提供理论依据。参考文献：1王路，杨维弘，李锦明，等.高强度开采地表移动变形规律研究一以曹家滩矿为例J.当代化工研究,2 0 2 2(13):107-109.2董博文.曹家滩煤矿采煤对地下水的影响研究 D.西安科技大学,2 0 2 1.3武忠山,王晓康.曹家滩煤矿2-煤层开采对地下水流场的影响研究 J.内蒙古煤炭经济,2 0 19(0 6)：44-46+117.作者简介：汪传吉（19 8 8-），男，陕西铜川人，本科，采矿工程师，研究方向：采掘技术。24