煤矿水文地质特征与防治措施
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摘要：通过对忻州窑矿的水文地质特征进行分析研究，针对性地提出了有效防治矿井水害的应对措施，以供煤矿安全生产作为参考依据。
引言
矿井水害是煤矿五大灾害之一，在煤矿建设及工作面开采过程中经常遇到。如果矿井在生产过程中突发涌水情况，且涌水量较大难以排出的话，就会导致矿井水灾发生。矿井发生水害事故，轻则会破坏矿井环境及正常开采的工作面，重则危害矿工的生命财产安全。目前矿井水害问题已成为制约煤矿生产的主要问题之一，所以加强对煤矿水文地质特征的研究，有效控制矿井水害，对煤矿企业的长效发展具有重大意义。
1矿井概括
忻州窑矿位于大同煤田的东北端，井田呈一不对称的向斜构造。其向斜轴位于井田中央，南部与煤峪口向斜相接，呈一弧形向斜轴走向，井田南部为NW10°，向北逐渐转为NE40°延至晋华宫矿，向斜轴略有起伏，下部分向北轻倾伏。向斜西翼平缓，倾角为1°～5°，东翼较陡倾角为2°～20°，向斜西翼煤岩层稍呈波状起伏，形成宽缓的次一级褶曲。其中忻州窑矿向斜轴部两翼500m范围内集中了大量断裂构造，大约有300条左右的大小断层，主断层形成多字型构造，由南向北大致以NW20°左右呈雁行排列，即：低斜坑断层（落差H=5m），洋灰台断层（落差H=17.5m），东二断层（落差H=16.21m），404断层（落差H=16.1m），主断裂西侧有3个次一级断裂构造带，东侧有1个次一级断裂构造带，与主断裂构成“入”字型，呈NE-SW走向。除上述几个大断层外，其余断层落差较小基本都是在2m以内，多数为NE向高角度正断层。
2矿井水文地质概况
忻州窑矿水文地质条件中等，影响矿井防治水安全的主要因素分别是：a)忻州窑矿现采14-3#煤层上覆存在多层采空区，由于侏罗系煤层埋深较浅，地面降水入渗导致采空区存在积水；b)忻州窑井田在地质构造上处于向斜轴部，轴部岩层裂隙发育，两翼岩层含水不断向轴部汇集，致使向斜轴部采掘工作面涌水量增大；c)忻州窑矿井田周边及井田内历史上存在小窑破坏，部分小窑破坏范围和积水情况不清。
3矿井防治水综合措施
针对矿井产生水害的主要原因，主要从地面及井下两方面针对不同地质条件采取综合探防措施，有效治理矿井水患。
3.1地面防治水主要措施
依据忻州窑矿的地理位置可知，该矿井属于典型的大陆性气候，全年降水量不多，历年平均降水量大约为448mm左右，且全年降水量的60%～70%主要集中在7月—9月这3个月。从地质条件可知，忻州窑矿煤层及上覆地层含水性弱，地下水主要以地表水入渗为主，所以地面防治水工作的重点在于控制地表水导入井下的通道。在这方面采取的具体措施有：a)做好忻州窑矿各井筒附近的防洪排涝措施。忻州窑矿各井筒标高均高于当地历史最高洪水位，但矿井位于山区，井筒附近不排除在降雨中有小股汇水通过，因此在井筒周边采取构筑排水沟渠、在雨季储备沙袋及增加排水设备等措施，防止地表水通过井筒灌入井下；b)由于忻州窑矿煤层埋深浅，多层开采后造成地面变形、塌陷、裂缝等，这些塌陷、裂缝易成为地表降水导入井下的通道；另外，井田内及周边已关闭小窑井口由于封闭不严，也会将水导入井下，可能间接影响忻州窑矿防治水安全。对此，在每年雨季前开展全井田范围的地表裂缝、塌陷及小窑井筒的排查治理工作，在工作面开采过程中，不定期地对工作面对应地表情况开展巡查，发现有可能导水的通道，及时封堵；c)针对忻州窑矿周边及井田内存在小窑破坏且部分小窑破坏积水情况不清的情况，开展地面电法物探，圈定可能积水的异常区，根据异常范围划定探放水“三线”指导井下探放水工作[1]。
3.2井下防治水主要措施
井下防治水主要分井下防水和井下疏干排水两方面。当遇到煤层与水体或含水层之间存在隔水层的情况下，通常采用防水措施就能起到很好的效果。反之，如果煤层没有隔水层而是直接与水体接触或距离非常近的情况下，采用疏干排水措施更为安全有效，但唯一不足的是疏干排水的费用较高，因此，在进行防治水时应结合实际情况综合考虑选择合适的防治水对策[2]。a)依据水文地质条件合理开采。煤矿矿井在设计过程中，要首先考察好矿区的水文地质条件，结合水文地质条件将井田合理地进行划分，并选择合适的采掘方法。在矿井布局上应遵循先简后繁的原则，即优先开采简单、容易开采的煤层，当积累一定防治水经验以后，再向水文地质复杂的煤层扩展；b)开采层预留防水隔离煤柱确保安全开采。防水隔离煤柱即在开采煤层与含水层或含水带直接预留的一定宽度的煤层。通过预留一定宽度的不采煤层（防水隔离煤柱）不仅可隔绝地下水涌入矿井中，且能杜绝瓦斯及火灾事故的发生。一般情况下防水隔离煤柱主要有以下几种类型：(a)在井田边界及风化带设立的防水隔离煤柱。这样主要是防止相邻煤田或相邻矿井之间发生沟通，防止邻矿积水或发生透水危及本矿。此外在煤层的风化带也要预留防水隔离煤柱，防止巷道或硐室掘进过程中发生水害事故[3]；(b)在被淹井巷间留设的防水隔离煤柱。假如矿井内局部积水较多或有井巷被淹，无法排出积水时，就要在被淹井巷留设防水隔离煤柱，这样可将生产区域与被淹区域充分隔离开，以便安全开采；(c)在断层等导水构造留设防水隔离煤柱。由于断层破碎带内通常含有大量的水，且断层还具有一定的导水性，能将含水层与地表水、采空积水进行沟通，危害采掘工作面的安全；(d)在其它特殊情况下留设的防水隔离煤柱。煤矿采掘进过程中，可能遇到封闭不良钻孔或导水陷落柱等一些突发状况，当采掘过程中遇到这种情况也必须要留设防水隔离煤柱，以免发生矿井水害事故[4]；c)加强采空区积水的探测工作。忻州窑矿已开采多年，一些采空区内避免不了会存有大量积水。因此，井下探放水是防治水工作最为重要的一个环节。(a)掘进过程中首先查清对巷道有影响的各类水害因素，在掘进过程中实施“有掘必探”措施，开展超前物探和超前钻探，进一步消除防治水不确定因素；对掘进前方存在积水或物探异常的情况，科学合理划定探放水“三线”；探水线内探放水工程布置完全符合《煤矿防治水规定》要求；(b)针对回采工作面的探放水，由于侏罗系煤层间层间距小，经测算开采下层煤层及导水裂隙带发育必然导通上覆积水，因此贸然开采极易发生来自采空区积水的危险。因此对每个综采工作面均对上覆及周边采空积水进行探放，在开采前彻底消除水患；d)科学合理配备井下排水系统。首先做好矿井排水系统的维护保养，保持排水系统正常运转，并且保证一定抗灾、抗变能力。合理配备采掘工作面排水设置，根据巷道的起伏、涌水量的大小，灵活合理地布设排水管路、排水沟渠、排水泵、小水仓等设施，及时排除工作面涌水。在井田向斜轴部涌水量大的区域回采时，为工作面设置专用排水巷道，将工作面涌水引入排水巷排出，消除对回采工作面影响。
4结语
矿井水害防治工作是一项艰巨而又复杂的系统工程，各煤矿企业均应在明确矿井水文地质特征的情况下，贯彻和遵循煤矿防治水的相关原则和规定，有针对性地运用相关技术策略，加强水害防治力度，杜绝矿井水害事故的发生，确保煤矿企业各工作人员的生命财产安全。
参考文献：
［1］李海龙.忻州窑矿灾害综合治理技术［J］.同煤科技，2015(3)：55-57.
［2］曾凡品.煤矿水文地质特征与矿井水害的防治技术论述［J］.能源与节能，2014(12)：77-78.
［3］杨延文.柳林矿区水文地质特征及矿井充水因素分析［J］.山西焦煤科技，2011(4)：54-56.
［4］陈江峰，许亚坤.芦沟煤矿水文地质特征及矿井涌水量计算［J］.煤矿安全，2009(11)：39-42.
作者:王存 单位:同煤集团地质勘测处
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