长平矿井充水条件及水害防治
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201Leabharlann Baidu 年第 9 期
中州煤炭
总第 201 期
长平矿井充水条件分析及水害防治
张育恒
( 山西晋城无烟煤矿业集团 长平矿，山西 高平 048400)
摘要: 针对山西晋城长平煤业有限责任公司开采的山西组下部 3# 煤层受顶板多层砂岩裂隙水、底板灰岩岩
溶裂隙承压水威胁的实际情况，运用地质学、地理学、水文地质学理论和定性、定量相结合的方法，对矿井主
要充水水源、充水通道和充水强度等充水条件进行了系统分析，并提出了相应的防治技术措施。生产实践表
明，该防治水措施技术可行，安全可靠，效果显著。
关键词: 顶板砂岩裂隙水; 底板灰岩岩溶裂隙承压水; 充水条件; 安全稳定生产
中图分类号: TD745． 2
文献标志码: B
文章编号: 1003 － 0506( 2012) 09 － 0102 － 03
图 1 地质综合柱状图
2. 1 煤层顶板砂岩裂隙水 3#煤层顶板砂岩含水层自下而上依次为 K 砂
岩、山西 组 顶 板 砂 岩、下 石 盒 子 组 K8 、K9 和 K10 砂 岩，以中粒结构为主，次为细粒，局部相变为粉砂岩， 平均厚累计 28 m，最大 50 m。单位涌水量 0. 022 3 L / ( s·m) ，渗透系数 0. 122 6 m / d。在统计的 24 个 简易水文钻孔中，冲洗液消耗量一般在 1 m3 / h 以 下，仅有 5 孔大于 1 m3 / h，最大 19. 02 m3 / h。依据 地面瞬变电磁物探测试结果，富水异常区均呈分散
2012 年第 9 期
张育恒: 长平矿井充水条件分析及水害防治
总第 201 期
相互独立的形式出现。上述测试结果表明，在以弱
含水为主的情况下，局部存在相对富水区。
回采工作面冒落导水裂隙带计算公式为:
H导
= 3.
100M 3n + 3.
8
+ 5.
1
式中，M 为采厚，平均 5. 65 m，最大 7. 09 m; H导 为导 水裂隙带高度。
由表 1 可预测 K6 与 K5 灰岩岩溶裂隙承压水分 别在 + 530 m 和 + 380 m 标高以下，超出临界突水系
数及安全水压值，存在突水危险性; K3 、K2 与奥陶系
灰岩水均在临界突水系数与安全水压值范围以内， 预测在无导水断层和导水陷落柱影响的情况下，不 存在突水危险性。
炭纪太原组 K6 、K5 、K3 、K2 和奥陶纪峰峰组灰岩，其 中，石炭系太原组灰岩单层平均厚 2. 51 ～ 7. 25 m。
依据物探与抽水试验结果，富水异常区均呈分散不
连续的形状分布，单位涌水量为 0. 000 4 ～ 0. 001 3
L / ( s·m) ，渗透系数为 0. 011 ～ 0. 023 m / d，水位标高
水害一直是制约与影响煤矿安全稳定生产的主 要因素之一，伤亡人数仅次于瓦斯( 排第 2 位) ，所 造成的财产与经济损失位于煤矿各类事故之首。造 成水害的主要原因是在矿井充水条件与危害程度未 查明、以及未采取相应防治技术措施的情况下盲目 组织生产。山西晋城长平煤业有限责任公司针对矿 井开采的山西组下部 3# 煤层受顶板多层砂岩裂隙 水、底板灰岩岩溶裂隙承压水威胁的情况，制订了一 系列防治水害措施，其应用效果良好。
( 2) 临界突水系数。依据区内岩性特征及实际 生产揭露，3 # 煤 层 底 板 隔 水 层 以 砂 岩 与 砂 质 泥 岩 为
主，完整性较好，突水系数采用 0. 10 MPa / m。 ( 3) 煤层底板标高。井田范围区内，3# 煤层底
板标高在 + 290 ～ + 697 m 之间。
( 4) 水位标高。石炭系太原组 K6 、K5 和 K3 灰 岩水为 + 681 m; K2 灰岩为 + 667 m; 奥陶系灰岩水 为 627. 0 m;
2 矿井充水条件分析
井田内影响 3# 煤层采掘的主要含水层( 水体)
收稿日期: 2012 － 07 － 19 作者简介: 张育恒( 1973—) ，男，山西沁水人，工程师，2000 年毕业 于太原理工大学，长期从事矿井通风及瓦斯灾害的防治工作，现任长 平煤矿总工程师。
·102·
为煤层顶板砂岩裂隙含水层、底板太原组及奥陶纪 灰岩岩溶裂隙含水层，如图 1 所示。该矿回采结束 的工作面老空水也有所参与。
根据公式计算导水裂隙带高度分别为 85，113
m，显然工作面回采冒落形成的导水裂隙可使 K—
K10 砂岩裂隙水进入矿井。由于受砂岩结构、厚度的 影响，富水具有显著的不均衡性，单工作面涌水量一 般在 50 m3 / h，最大达 150 m3 / h，对矿井正常生产影
响较大。
2. 2 煤层底板灰岩岩溶裂隙水 ( 1) 3#煤层底板灰岩岩溶裂隙含水层依次为石
+ 681. 43 ～ + 687. 75 m，均以弱富水为主，局部存在
相对富水区。奥陶纪峰峰组灰岩厚 150 m 左右，依
据物探和抽水试验分析结果，富水异常区均呈分散
不连续的形状分布，单位涌水量 0. 000 7 ～ 1. 391 7
L / ( s·m) ，渗透系数为 0. 010 3 ～ 0. 293 6 m / d，属弱
至强富水性，原始水压 6. 41 ～ 6. 94 MPa，由于水源
井排水，目前水压为 6. 27 MPa。
依据《煤矿防治水规定》附录四、五突水系数与
安全水压值计算公式:
T = P / M，P = TSM 式中，P 为安全水压值，MPa; T 为突水系数; TS 为临 界突水系数; M 为隔水层厚度。
1 矿井概况
长平矿位于晋东南含煤盆地高平市寺庄镇境 内，井田面积达 54. 9 km2 ，目前已回采面积约 7. 5 km2 ，开拓面积达 20 km2 。矿井于 2003 年 10 月投 产，采用立井分盘区开拓，走向长壁式综采，设计生 产能力为 300 万 t / a。
井田总体为一向北西缓倾斜的单斜构造，地层 倾角一般在 10°以下，断裂构造简单，小型宽缓褶皱 和陷落柱发育。矿井目前开采的二叠系山西组下部 3#煤层，厚 4. 60 ～ 7. 09 m，平均厚 5. 65 m，为全区可 采稳定煤层，煤层底板标高 + 290 ～ + 697 m，埋深 200 ～ 900 m。
中州煤炭
总第 201 期
长平矿井充水条件分析及水害防治
张育恒
( 山西晋城无烟煤矿业集团 长平矿，山西 高平 048400)
摘要: 针对山西晋城长平煤业有限责任公司开采的山西组下部 3# 煤层受顶板多层砂岩裂隙水、底板灰岩岩
溶裂隙承压水威胁的实际情况，运用地质学、地理学、水文地质学理论和定性、定量相结合的方法，对矿井主
要充水水源、充水通道和充水强度等充水条件进行了系统分析，并提出了相应的防治技术措施。生产实践表
明，该防治水措施技术可行，安全可靠，效果显著。
关键词: 顶板砂岩裂隙水; 底板灰岩岩溶裂隙承压水; 充水条件; 安全稳定生产
中图分类号: TD745． 2
文献标志码: B
文章编号: 1003 － 0506( 2012) 09 － 0102 － 03
图 1 地质综合柱状图
2. 1 煤层顶板砂岩裂隙水 3#煤层顶板砂岩含水层自下而上依次为 K 砂
岩、山西 组 顶 板 砂 岩、下 石 盒 子 组 K8 、K9 和 K10 砂 岩，以中粒结构为主，次为细粒，局部相变为粉砂岩， 平均厚累计 28 m，最大 50 m。单位涌水量 0. 022 3 L / ( s·m) ，渗透系数 0. 122 6 m / d。在统计的 24 个 简易水文钻孔中，冲洗液消耗量一般在 1 m3 / h 以 下，仅有 5 孔大于 1 m3 / h，最大 19. 02 m3 / h。依据 地面瞬变电磁物探测试结果，富水异常区均呈分散
2012 年第 9 期
张育恒: 长平矿井充水条件分析及水害防治
总第 201 期
相互独立的形式出现。上述测试结果表明，在以弱
含水为主的情况下，局部存在相对富水区。
回采工作面冒落导水裂隙带计算公式为:
H导
= 3.
100M 3n + 3.
8
+ 5.
1
式中，M 为采厚，平均 5. 65 m，最大 7. 09 m; H导 为导 水裂隙带高度。
由表 1 可预测 K6 与 K5 灰岩岩溶裂隙承压水分 别在 + 530 m 和 + 380 m 标高以下，超出临界突水系
数及安全水压值，存在突水危险性; K3 、K2 与奥陶系
灰岩水均在临界突水系数与安全水压值范围以内， 预测在无导水断层和导水陷落柱影响的情况下，不 存在突水危险性。
炭纪太原组 K6 、K5 、K3 、K2 和奥陶纪峰峰组灰岩，其 中，石炭系太原组灰岩单层平均厚 2. 51 ～ 7. 25 m。
依据物探与抽水试验结果，富水异常区均呈分散不
连续的形状分布，单位涌水量为 0. 000 4 ～ 0. 001 3
L / ( s·m) ，渗透系数为 0. 011 ～ 0. 023 m / d，水位标高
水害一直是制约与影响煤矿安全稳定生产的主 要因素之一，伤亡人数仅次于瓦斯( 排第 2 位) ，所 造成的财产与经济损失位于煤矿各类事故之首。造 成水害的主要原因是在矿井充水条件与危害程度未 查明、以及未采取相应防治技术措施的情况下盲目 组织生产。山西晋城长平煤业有限责任公司针对矿 井开采的山西组下部 3# 煤层受顶板多层砂岩裂隙 水、底板灰岩岩溶裂隙承压水威胁的情况，制订了一 系列防治水害措施，其应用效果良好。
( 2) 临界突水系数。依据区内岩性特征及实际 生产揭露，3 # 煤 层 底 板 隔 水 层 以 砂 岩 与 砂 质 泥 岩 为
主，完整性较好，突水系数采用 0. 10 MPa / m。 ( 3) 煤层底板标高。井田范围区内，3# 煤层底
板标高在 + 290 ～ + 697 m 之间。
( 4) 水位标高。石炭系太原组 K6 、K5 和 K3 灰 岩水为 + 681 m; K2 灰岩为 + 667 m; 奥陶系灰岩水 为 627. 0 m;
2 矿井充水条件分析
井田内影响 3# 煤层采掘的主要含水层( 水体)
收稿日期: 2012 － 07 － 19 作者简介: 张育恒( 1973—) ，男，山西沁水人，工程师，2000 年毕业 于太原理工大学，长期从事矿井通风及瓦斯灾害的防治工作，现任长 平煤矿总工程师。
·102·
为煤层顶板砂岩裂隙含水层、底板太原组及奥陶纪 灰岩岩溶裂隙含水层，如图 1 所示。该矿回采结束 的工作面老空水也有所参与。
根据公式计算导水裂隙带高度分别为 85，113
m，显然工作面回采冒落形成的导水裂隙可使 K—
K10 砂岩裂隙水进入矿井。由于受砂岩结构、厚度的 影响，富水具有显著的不均衡性，单工作面涌水量一 般在 50 m3 / h，最大达 150 m3 / h，对矿井正常生产影
响较大。
2. 2 煤层底板灰岩岩溶裂隙水 ( 1) 3#煤层底板灰岩岩溶裂隙含水层依次为石
+ 681. 43 ～ + 687. 75 m，均以弱富水为主，局部存在
相对富水区。奥陶纪峰峰组灰岩厚 150 m 左右，依
据物探和抽水试验分析结果，富水异常区均呈分散
不连续的形状分布，单位涌水量 0. 000 7 ～ 1. 391 7
L / ( s·m) ，渗透系数为 0. 010 3 ～ 0. 293 6 m / d，属弱
至强富水性，原始水压 6. 41 ～ 6. 94 MPa，由于水源
井排水，目前水压为 6. 27 MPa。
依据《煤矿防治水规定》附录四、五突水系数与
安全水压值计算公式:
T = P / M，P = TSM 式中，P 为安全水压值，MPa; T 为突水系数; TS 为临 界突水系数; M 为隔水层厚度。
1 矿井概况
长平矿位于晋东南含煤盆地高平市寺庄镇境 内，井田面积达 54. 9 km2 ，目前已回采面积约 7. 5 km2 ，开拓面积达 20 km2 。矿井于 2003 年 10 月投 产，采用立井分盘区开拓，走向长壁式综采，设计生 产能力为 300 万 t / a。
井田总体为一向北西缓倾斜的单斜构造，地层 倾角一般在 10°以下，断裂构造简单，小型宽缓褶皱 和陷落柱发育。矿井目前开采的二叠系山西组下部 3#煤层，厚 4. 60 ～ 7. 09 m，平均厚 5. 65 m，为全区可 采稳定煤层，煤层底板标高 + 290 ～ + 697 m，埋深 200 ～ 900 m。