煤矿矿井涌水量突增原因分析及对策

煤矿矿井涌水量突增原因分析及对策

平顶山煤业集团十一矿胡国勇

摘要通过案例分析大气降水造成矿井涌水量突增的原因，并制定了防治对策，收到了良好效果。关键词渗水原理对策

对于矿井涌水量与大气降水量关系十分密切的生产矿井来说，如何防止大气降水顺层或沿采动裂隙充入井下，避免矿井因此停产甚至被淹，是煤炭企业在雨季“三防”工作中的重要工作之一。平煤集团十一矿，在２０００年雨季治理大气降水渗入井下的过程中，探索出了一套行之有效的防治水方法，并在以后的几年内不断改进和完善，确保了我矿在雨季时能够安全生产。

１矿区自然环境及地质概况

平煤集团十一矿位于平顶山煤田西部、李口向斜西南翼，地处伏牛山东端与华北大平原西南缘的交接部位。主体构造为浅部陡、深部缓、北东倾向的单斜构造。井田东西走向长６．０３ｋｍ南北倾斜宽３．９ｋｍ，面积２３．５ｋｍ２。受古老基底和北东向应力挤压影响，在井田南端形成紧密褶皱带，地层倾角高达８０°，局部出现直立或倒转，并出露于地表。井田北部为三叠系和二叠系所形成的低山丘陵。其走向均与地层走向一致。１．１矿区降水量

本区属暖温带季风区半干旱大陆气候，年最大降水量１３２２．６ｍｍ，最小降水量３７３．９ｍｍ，年均降水量７２３．９ｍｍ，日最大降水量５２５ｍｍ，主要集中在每年的７、８、９三个月内。１．２矿井水文地质

依据地层岩性、含水层充水空间和地下水类型，本区含水层（组）可归并为四大含水岩组。即松散岩类孔隙含水层（组）（第四纪），渗透系数为０．００２１￣１９３．５ｍ／ｄ；碎屑岩类裂隙含水层（组）（二叠系个煤层顶板砂岩），渗透系数为０．０９５１～１．４５７ｍ／ｄ；碎屑岩夹碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层（组）（石炭系上统太原组），渗透系数为０．０２５１～６４．８ｍ／ｄ和碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层（组）（第三系泥灰岩和寒武系白云质灰岩，渗透系数分别为０．４８７～２．９０ｍ／ｄ和０．０００４０２～０．７２６ｍ／ｄ）。

其中，第四系含水层接受大气降水强烈，是矿井最主要的间接充水水源，太原组石灰岩为矿井最主要的直接充水水源。矿区地下水接受大气补给后，受地层产状、导水通道走向和水压等控制沿岩层倾向向井田深部采动区域补给。

１．３矿井排水能力

矿井共分三个水平开采。其中－７０水平已报废，但保留主要大巷和排水系统，排水能力为７９０ｍ３／ｈ；－１８０水平为生产水平，排水能力分别为２２００ｍ３／ｈ；－５９３水平为准备水平，排水系统尚未形成。

２突水过程及治水经过

２０００年７月４日夜班，由于７月２日至３日连续２４小时的强降雨（降雨量１８０ｍｍ），十一矿矿井涌水量由原来的５３２ｍ３／ｈ迅速增至１４１６ｍ３／ｈ，－１８０水平东西运输大巷难以通行，己六、己七采区停产。五日中班又激增至３１８０ｍ３／ｈ．，已严重威胁－７０水平和－１８０水平中央泵房变电所及主、副井的安全，矿立即成立抗洪抢险领导小组分井上井下同时进行。

井下：决定分别在－７０水平水仓口外和－１８０水平水仓口外各构筑一条挡水坝，并宣布全矿停产，全力投入到抗洪抢险斗争中去。７日凌晨３点至６点的又一次强降水（降雨量１２４ｍｍ），导致７日中班矿井涌水量猛增至３４７９ｍ３／ｈ，超过矿井实际排水能力４８９ｍ３／ｈ。情况万分紧急，矿立即制订三套方案：第一方案是，分别在－７０水平和－１８０水平水仓口以里再构筑一道水坝，以两个水平东西大巷作为水仓起缓冲作用，通过里道挡水坝有控制地向水仓排水（当日中班里道坝水位曾达到轨道面以上１．５ｍ），减轻泵房排水压力，争取时间，确保不淹泵房变电所。同时在各有关采区入口处构筑一道水坝，以防巷道水位过高灌入深部采区。第二方案是，在第一方案仍不能解除危机的情况下，通过安装临时排水系统，把部分水量排至已报废采空区内，以采空区作为应急储水区，保现有生产采区不进水。第三方案是，在报废采空区不能满足储水要求的情况下，放弃部分生产采区，力保中央泵房变电所及主、副井不被淹没。三种方案的准备工作同时立即展开，但原则上是争保第一方案成功。

地面：立即组织人员拆除泄洪沟上违章建筑，清理、疏通泄洪道，填堵已发现的塌陷裂隙。

随着天气的好转和广大干群的共同努力，第一方案取得了成功。但由于地下含水层水位急剧上升，仍有部分采面被淹。自７月４日至月１０日，累计排出水量５０万ｍ３，矿井直、间接经济损失１１８０万元。

３原因分析

分析认为造成这次矿井涌水量猛增、排水吃紧的因素主要有以下两大方面：

３．１自然因素

由于十一矿所处的地表及地质构造（北东倾向的单斜构造，浅部倾角达８０°，局部倒转）比较特殊，决定了十一矿具有独特的水文地质单元。

十一矿井田处于南为东西走向的青石山与北为东西走向的红石寨山系所形成的槽形谷地之中。而各含煤地层露头特别是己组煤层及其底板太原群灰岩（碳酸盐岩层）强含水层露头正处于谷底中央。局部露头之上上覆含水性和导水性极强的第三系泥灰岩及第四系薄层黄土砾石层。青石山为矿井主要补给水源即寒武系灰岩组成的剥蚀残丘。碳酸岩露头裸露区，大气降水、地表水、地下水的联系极为密切。首先，由于地表岩溶发育，大气降水和地表水可以迅速底被吸收，因此岩溶水的动力补给十分丰富。由于裸露区岩溶水接受补给多而直接，加上近几年天气异常，长期干旱－降水－再长期干旱－再降水，使岩溶裂隙内的填充物不断地冲刷减少，形成畅通无阻的管道式裂隙通道，使水的运动速度加大，故其动态变化速度最为剧烈，枯丰水季节变化幅度可达十倍甚至几时倍。按太

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原群灰岩露头面积为６７００×９０＝６０３０００ｍ２、大气降水５３０ｍｍ（自６月２４日至今）、吸收率６０％计算，有近２０万ｍ３的水是己１６－１７煤层底板太原群灰岩露头直接接受大气降水快速进入井下。按流域面积１３ｋｍ２、大气降水５２５ｍｍ、吸收率５％计算，有近３５万立方的水流经太原群灰岩露头时吸收快速进入井下。其余水量为边远补给区慢速迳流补给的。

大气降水过于强烈和集中。自今年６月２４日至２９日的一次降水，使近已枯竭的岩溶水得以补充，使地表水与地下水之间的水力联系更加密切。７月２日至７日两次强降水，使地下含水层水位分别由原来的＋８２．５６ｍ（５０－１５孔含灰）和＋６３．７４ｍ（５６＇－４孔Ｌ２灰）增至＋１０２．７ｍ和＋１０８．７ｍ。强降水所形成的山洪，分别沿青石山北坡和红石寨山系南坡会聚于槽谷中，并自西向东流入湛河。在流经过程中，地表水沿灰岩岩溶裂隙及塌陷裂隙在高静压的作用下快速充入井下，使矿井涌水量迅猛增加见图１。

图１地表水充入井下示意图

３．２人为因素

（１）自９０年至今，十一矿井田内已建立小煤窑１６家（实际报废的仅一家）３７个井口，且均在各煤层露头之上。其中在己组煤层露头之上的７家１５个井口。由于近几年这些小煤窑越层越界开采，原留设的己组风化带及防水煤柱（约１００ｍ）全部采蚀完，造成煤层露头附近岩层大面积垮落，形成一条沿煤层露头，东西长约３０００ｍ、南北宽约２００ｍ，且正处于谷底的塌陷沟，沟内局部地表裂隙表现明显，使直接接受大气降水的面积进一步扩大。

（２）近几年在谷底泄洪道上违章建筑（如：小煤窑建筑、小煤窑运煤公路、农村房屋、土焦厂建筑、乡间公路等）不断增加，且大多横设在泄洪通道上，这些建筑设施无泄洪设施，造成泄洪通道不畅，洪水聚积，加速洪水下渗。

（３）矿井排水设施设计不太合理。初步设计时，－７０水平正常涌水量按９３０ｍ３／ｈ，最大涌水量按１８６０ｍ３／ｈ，－１８０水平正常涌水量按１１６４ｍ３／ｈ，最大涌水量按１９８０ｍ３／ｈ。按当时考虑的－７０有６０％的水下泄至－１８０水平计算，－７０水平最大涌水量为７４４ｍ３／ｈ，－１８０水平最大涌水量为３０９６ｍ３／ｈ。而矿井实际综合排水能力为２９９０ｍ３／ｈ，这也是造成这次矿井排水吃紧的原因之。

（４）自上而下思想麻痹。自１９７９年投产至１９９９年，除１９８４年矿井涌水量曾达到２２０３ｍ３／ｈ以外，最大涌水量均在１９００ｍ３／ｈ以下，且大气降水量长年偏少，使我们轻视了防洪防淹井意识。主要表现在：地面防洪设施常年失修，没有及时整修；对地面小煤窑采蚀防水煤柱的认识不足；对雨季气象资料搜集不足，影响矿井涌水量预测的准确性。４对策

为防止雨季时再次出现大气降水威胁矿井安全的现象，在总结２０００年防治水工作经验基础上，近几年随不断加大地表整治力度，取得了明显的效果。

（１）加强宣传工作，自上而下提高人们的防水患意识。

（２）对地面塌陷情况进行全方位调查，并在调查基础上，拿出地面防治水整体方案，逐年分阶段实施。每年雨季前对当年地面的塌陷情况及时调查，并对整体防治水方案进行局部调整。在治理过程中，对碳酸盐露头区、塌陷区进行“填、截、拦、疏”，即充填塌洞、形沟截洪、筑坝截洪、疏渠排洪。原则是因势利导，顺水导流。扫清泄洪道上所有障碍，加速泄洪速度，减少洪水在渗漏区的滞留时间，尽可能减少在渗漏区内开挖垂直于洪流方向的导流沟或构建垂直方向的拦水坝（因为这种方法容易导致洪水在渗漏区滞留时间长，加速渗漏速度，增加渗漏量）。对碳酸盐裸露区和塌陷坑应尽可能垫高。除进一步完善现有的防洪体系（特别是要加固岳庄北原防洪截流沟，使其真正起到第一道防洪屏障作用）外，在煤系露头两侧，即南部东西公路内侧、北部沿王庄～岳庄一线南沿，各挖一道东西走向的防洪沟，起分流挡洪作用。甚至可以考虑在地面５５勘探线以西至５６勘探线之间合适位置筑一道南北走向的挡水坝，使该坝以西原向东流动的水改向东流动，经过余官营东的河流向南流至水库。尽可能减少流经渗漏区的洪水量，从而减少下渗量。重点应放在矿井西翼，因雨季时８０％的涌水量来自矿井西翼下渗区。到目前为止，已填堵塌陷坑和塌陷裂隙２．５万ｍ３，开挖和整修疏水防洪沟８２０ｍ，泄洪通道上的主要阻水设施已基本拆卸完毕

（３）加强井下防排水工作。井下积极采取“善、堵、控、排”等措施，即继续保持和完善现有的防洪设施及排水系统；筑墙堵水，在－７０水平西大巷和－１８０水平西大巷各建一座水闸墙；控制疏水，在挡水墙上安装卸压管路，有控制地放水；积极排放，对各水平中央排水泵进行定期检修，－１８０水平增加两台泵作为备用，加快－５９３水平排水设施的安装，以确保－１８０水平排水紧张时向深部水平分流。实现井上、下相结合，综合治理。通过三年多的努力，以上各项工作已基本完成，其中－５９３水平排水系统能力已增设至１５００ｍ３／ｈ。

（４）积极向上级有关部门反映，关闭越层越界开采对大矿生产威胁的小煤窑。

（５）雨季前矿成立雨季防洪指挥部，负责对地表资料搜集、预测预报及系统指挥。实现了监视检查、通讯和组织指挥一体化。

５效果

通过三年多的井上、井下的综合治理，矿井综合抗水灾能力得到了很大提升，效果十分明显。２００２年和２００３年雨季时矿井涌水量均未超过历史最大值，保证了矿井正常生产。

作者简介

胡国勇，１９７１年出生，男，汉族，１９９４年毕业于湘潭矿业学院采矿工程系，现任平顶山煤业集团十一矿总办室主任。

（收稿日期：２００６－１０－２７）

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