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-1-河流下采煤技术与防治水探析（铜川矿业公司东坡煤矿吴刚727023）摘要：通过对东坡煤矿广阳河下开采的地质及水文地质条件分析，结合近年来井上、下实际观测与理论计算结果的比较，制定了水体下开采的安全技术措施，得出了现采煤方法不会影响地表水源及井下安全生产。关键词：水体下分析开采与防治一、矿井概况东坡煤矿隶属于铜川矿业公司下属的一个大型矿井，行政区划归铜川市印台区高楼河乡。矿井为黄土覆盖式井田，平均埋深280米。广阳河位于井田中部，为本区地表仅有的一条长年河流，由南向北流入洛河。全长约20公里，河床宽3—30米，水深0.4—0.9米，一般流量270.2—950.7m3/h，最大洪流量2782m3/h，其它均为季节性小溪。东二扩大区西翼采区布置的2105工作面现横垮广阳河开采。二、开采区地质及水文地质条件（一）地层及含水性根据多年矿井生产资料统计结果显示，本区域水文地质条件较简单。主要含水层从上而下依次为：(1)第四系松散层孔隙含水层本层不整合覆盖于基岩之上，主要岩性由更新世黄土与底部细砂、砂砾石组成，厚0～150m，一般厚100m。含水层主要为底部细砂与砂砾石充水。-2-砂质土:厚度0～30m,含水属孔隙潜水,最大涌水量为8.3L/s。砾石、砂质土:此层厚度0～7.0m,含水属古河床及风化裂隙水,如井筒最大涌水量为10.7～15m3/h。由于沟谷的侵蚀切割作用，该层泉水甚多，但流量皆甚微。(2)二叠系下石盒子组含水层其底部砂岩含水,岩性为中粗粒长石石英砂岩,厚2～22m。常分上下两层,上层为承压水,单位涌水量为0.326L/s·m。该含水层总体含水不丰富，但在砂岩厚度大、裂隙发育的构造复合部位，富水性较强。(3)二叠系山西组含水层山西组中上部砂岩为中粗粒长石石英砂岩,厚度5～20m,为承压含水层,其单位涌水量0.0166～0.46L/s·m。属于弱含水层。山西组底部砂岩(K4),厚度约0.35～24.5m。为承压含水层,单位涌水量0.001～0.0869L/s·m。含水量小，属于弱含水层。(4)奥陶系石灰岩裂隙岩溶水该层是渭北煤田的一个区域含水层，其岩性主要以灰、深灰色石灰岩及白云质灰岩、浅灰色白云岩组成。该层裂隙、岩溶较发育，此层水对煤层开采没有影响井田内发育有较好的隔水岩层，主要有：(1)第四系更新统：上中部为黄土夹砂质粘土,下部为红色粘土，中夹10多层钙质结核,隔水层厚度15～100m；(2)二叠系下石盒子组：有多层泥岩、砂质泥岩组成，遇水膨胀起着隔-3-水作用，厚度10～100m。(3)二叠系山西组：有多层泥岩、砂质泥岩及钙质结核组成，是很好的隔水层，厚度13～30m。（二）地质构造东二扩大区西翼总体为一轴向SN的宽缓向斜。根据《东坡煤矿精查勘探地质报告》及《东坡井田精查补充勘探报告》资料，认为该区域没有大的地质构造，小断层较为发育，断距一般为1-3米，以正断层为主，地质构造较复杂。三、水力联系与矿井充水因素分析1、水力联系及隔水层分析以上各含水层之间均有数米到几十米的泥岩、砂质泥岩相隔，厚度稳定，隔水性能好。又据水文地质资料分析，各含水层之间的水位及水质各不相似，故说明各含水层之间无水力联系。2、矿井开采“二带”计算本矿因未进行过水体下开采，无资料和经验可利用，因此以2000年5月26日国家煤炭工业局制定的《建筑物、水体铁路及主要井巷煤柱开采规程》为标准（以下简称“三下”规程）。根据《“三下”规程》第50条表4：矿区的水体采动等级及允许采动程度规定，我矿水体为重要水源，允许采动等级应属1级，不允许导水裂隙波及到二叠系下石盒子组含水层及地面水体。根据《“三下”规程》附表6—2：厚煤层开采的导水裂隙带高度计算公式，对我矿导水裂隙带进行预计。-4-公式：HLi=20(ΣM)1/2+10=40.0米HLi导水裂隙带高度，ΣM为累计采厚，取3.0米。根据《“三下”规程》中关于开采单一煤层的垮落带最大高度计算公式，对我矿垮落带最大高度进行预计：公式：Hm=100ΣM/(4.7ΣM+19)±2.2=11.3米式中：Hm垮落带最大高度，ΣM为累计采厚，取3.0米。计算结果确定我矿垮落带最大高度为11.3米，导水裂隙带最大高度为40.0米。3、矿井充水因素分析根据“二带”计算，导水裂隙带高度仅40米，K4为山西组砂岩，5号煤层老顶，距5#煤层0—3米，属弱含水层。随着煤层的开采而垮落或断裂，这些含水层会遭到破坏，预计矿井涌水量会增大。根据开采实践，开采初期工作面涌水量较大，一般5到15m3/h，随后逐渐减小到每小时几立方米。根据地质报告资料，矿井正常涌水量为20-40m3/h，最大涌水量为150m3/h，主要为第四系古河床水，距5＃煤层约150米，是导水裂隙带高度的3倍，又无大型断层，隔水层较好，一般不会破坏该含水层。广阳河距5＃煤层260米，导水裂隙带波及不到二叠系下石盒子组含水层，更不会波及到地面广阳河，矿井不会由于开采引起广阳河水溃入井下而发生突水现象。根据以上分析，按《“三下”规程》第51条规定，我矿广阳河河床下-5-允许开采。四、综合防治措施1、地表打水文观测孔通过在地表补打水文观测孔，定期对开采工作面进行观测。开采初期每月最少一次，工作面开采后每10天观测1次，及时掌握水位变化情况，采取防范措施。2、加强河区地面观测在地表设立观测站，由地测科负责测绘，发现有地表裂缝，通知矿上应立即进行充填处理措施，防止地表水渗漏井巷。3、加强水文地质分析采掘工作面地质说明书中必须有水文地质情况分析，对工作面进行充水性调查，并建立台帐。采掘工作结束后，必须进行水文地质分析总结。对煤层顶板砂岩含水层与开采煤层之间的空间关系、岩性组合特征、采后“二带”发展高度及充水含水层在空间上的变化进行分析。4、加强井下探放水工作坚持“有必探、先探后掘（采）”的原则，在有可能存在水灾威胁的地点都必须坚持探放水。对煤层顶板砂岩富水性及有出水征兆地段，预先实施探放水措施。5、工作面必须根据实际编制专门的防治水措施建立健全技术保障体系，从设计源头抓起，工作面设计时将管路和泵数一并进行设计，在过程中必须编制专门的防治水措施。6、完善井下排水系统，增强排水能力-6-经常清理水仓及各运输中巷、石门等巷道，按规定对井下排水设备进行检查、检修和联合试运转,使其保持完好。回采工作面的运、回槽及掘进工作面设水仓、水泵、排水管路，加强对管路的维修、保养,以利于工作面排水。7、定期观测广阳河流量在矿井广阳河流域范围内建立上、下水文观测站，如果发现广阳河流量有漏失现象，必需采取安全有效的防范措施，做好井上、下涌水量观测工作。8、对水源井水位情况经常观测如发现水源井水位有变化，及时向矿井有关部门汇报。9、研究地表开采移动规律在开采区域建立地表移动观测站，掌握开采沉陷规律，进行相关设施变形观测，以便及时采取有力安全技术保护措施。10、开采中控制顶板在河床附近必须随机拉架、控制顶板，防止漏顶，可减小导水裂隙带和跨落带的高度，以利于水下安全开采。五、广阳河水体下开采特点：广阳河水与基岩地下水有直接的水力联系，一旦基岩含水层与采场沟通将导致地表水溃入矿井。所以水下开采的研究重点是基岩主要含水层受采动影响的变化情况。六、地表移动影响分析1、地表移动理论计算结果-7-依据所选的地表移动参数及数学模型，对开采后产生的地表移动影响进行了预计。开采后地表最大下沉为2256mm，最大水平移动为139mm，最大倾斜为41mm/m,最大曲率为0.55×10-3/m,最大水平变形为12mm/m。依据此计算结果可绘制地表下沉、倾斜等值线图。2、地表移动实际观测结果经过对岩移观测资料的计算整理，该工作面实测移动变形最大值分别为：最大下沉量为1645mm,最大水平移动值为75mm,最大水平变形值为9.36mm/m.最大倾斜变形值为38.4mm/m,以上数值小于预计值。3、水文观测孔水位观测情况统计表（单位：m）月份年度12345678910111220095.665.355.395.645.615.4020105.425.555.625.71七、结论通过对地表水、地下水、矿井涌水以及地表移动的观测和综合分析，-8-形成以下几点认识：①目前开采对水源地含水层未造成破坏。水源地水位变化的原因，应为受气候、降水条件影响造成的暂时水位下降。②目前开采未出现预料之外的不良后果。回采期间工作面出现滴、淋水现象，符合新水平、新采区开采的水文地质基本特征。地表水与矿井充水无关。③在采深大于260米，采长、采宽较小、推采速度较慢，对地表不会造成明显破坏。通过开采及相关水文地质观测工作，有望为实现水下安全开采提供有力的保证。同时为保护水源地和工业设施提供理论依据，也为进一步研究开采引起的覆岩破坏、导水裂隙带发育情况以及矿井防治水等工作打下基础。参考文献：《建筑物、水体铁路及主要井巷煤柱开采规程》个人简介：吴刚，1987年毕业于徐州煤炭建筑工程学校煤矿建井专业。现任东坡煤矿副矿长。