新郑煤电公司水害防治技术分析与研究

费贤瑞 赵 江 翟辉辉

（新郑煤电有限责任公司，河南 新郑 451184）

1 矿井概况

新郑煤电公司是由郑煤集团、神火集团、河南省煤田地质局共同出资建设，年产300万吨的大型矿井。矿井位于新郑市辛店镇境内，井田东西长 13.5km，南北宽3～4km，面积48.9613km2，采用主、副立井和回风立井单水平上下山开拓。

矿井主采山西组二1煤，兼采二3煤。二1煤层厚度0～21.75m，平均厚度5.5m，属较稳定煤层；二3煤层厚度0～6.98m,平均厚度1.37m，属不稳定煤层。矿井地质条件中等，水文地质类型属复杂型，设计正常涌水量1910m3/h，最大涌水量2491.4m3/h，目前L7-8灰岩水位标高为-290m，L1-4灰岩水位标高为-68.1m，O2灰岩水位标高为-44.96m。

2 矿井地质及水文地质情况

矿区内主体构造为一两翼地层产状平缓，倾角3～15°，轴向NWW～SEE的宽缓背斜构造。井田内落差较大的断层18条，除温泉、宁沟两条小逆断层外，其它均为正断层。其中落差大于100米的5条，落差100～50米的5条，落差50～30米的7条，落差小于30米的1条。大隗断层、贾梁断层、欧阳寺断层构成本区自然边界。断层走向除大隗断层为近东西向外，其余均为北西～南东向，并以南升北降正断层为主，全区构造复杂程度属中等。

矿井主要含水层有：寒武系（∈3）白云质灰岩岩溶承压水含水层、奥陶系（O2）灰岩岩溶裂隙承压水含水层、太原组下段（C3tL1-4）灰岩岩溶裂隙承压水含水层、太原组上段（C3tL7-8）灰岩岩溶裂隙承压水含水层、山西组（P1sh）二1煤层之上砂岩孔隙裂隙承压水含水层、上、下石盒子组及上部砂岩孔隙裂隙承压水含水层、第三、四系底部砾石含水层。O2灰岩含水层与白云质灰岩岩溶承压水含水层为一个统一含水系统，强富水但不均一，主要富水地带为滹沱背斜轴部、露头风化带及断裂带，平均厚度54.70米，距二1煤间距86米左右；L1-4灰岩岩溶裂隙发育，富水性较强，平均厚度18.8米，距二1煤间距62米左右，为二1煤层底板间接充水岩层，对煤层的开采影响较大；L7-8灰岩岩溶裂隙发育，在局部区域与下部灰岩含水层存在水力联系，平均厚度10米，距二1煤间距平均10.96米，为二1煤层底板直接充水岩层；山西组二1煤层之上砂岩孔隙裂隙承压水含水层为二1和二3煤层顶板直接充水含水层，但富水性较弱，对煤层开采影响不大；上、下石盒子组及上部砂岩孔隙裂隙承压水含水层总厚度94.09米，虽厚度较大，但富水性弱，其间因有数层砂质泥岩及泥岩隔水层而水力联系不佳，且距二1煤间距65米左右，因此该含水层对煤层开采影响不大；第三系底部砾石含水层局部发育，富水性不均一，但在滹沱背斜轴部及二1煤层隐伏露头附近，距二1煤间距小于工作面回采后的导水裂隙带高度，且存在局部富水区，因此，在滹沱背斜轴部及二1煤层隐伏露头附近该含水层对煤层开采产生影响；第四系底部砾石含水层该层含水层富水性不均、渗透性好，其富水性受气候影响较大，大气降水为其直接补给源，对煤层开采基本无影响。

3 采取的主要水害防治措施

3.1 主要水害类型

我公司井田内无水库，主要河流为双洎河，该河为常年性河流，自西北向东南流经本井田，在矿井西北部距二1煤约300m左右,在矿井东北部及东部距二1煤超过400m，工作面回采时不受双洎河影响；井田范围内没有小煤矿生产矿井，仅在区外南部有双岭岗煤矿开采过七4煤，1979年秋停产，其主要开采区域位于欧阳寺断层以南，距离公司采掘区域较远，且开采标高在-25m以浅，距该区二1煤层300m左右，对二1煤层采掘没有影响；矿井主采的二1煤距太原组上部含水层L7-8灰岩平均间距10.96米，隔水层的隔水性不佳，特别是断裂带成为煤层底板突水通道，同时还可能成为下部L1-4灰岩甚至O2岩溶水间接充水的通道；井田东部灰岩隐伏露头地带，汇集丰富的混合型岩溶裂隙承压水，矿井大降深疏排水时，将会形成回流，成为二1煤层重要充水水源；北部边界大隗断层和东北部的贾梁断层，其下盘使三个岩溶含水层在垂直方向上发生水力联系，并形成高水位的富水导水带，另外区内一系列北西向的断层其落差多大于30米，常造成O2m和C3t灰岩与可采煤层对接；井田区域内发育的滹沱背斜走向长3.6km，其轴部地带，岩溶裂隙发育，各岩溶含水层之间存在密切的水力联系，既有来自深部的纵向水流，又有沿背斜轴运移的横向水流，弹性储量丰富；滹沱背斜及二1煤隐伏露头附近第三系砂、砾石含水层距二1煤层间距10～120米，回采过程中受第三系砂、砾石含水层影响较大；首采区及14采区为两层煤压茬开采，先开采二3煤，二3煤开采后形成的老空水对下部二1煤开采影响较大，另外，工作面沿空送巷布置，同煤层已回采结束工作面内老空水对相邻工作面造成影响；二1煤层工作面均为下部灰岩水带压开采，井田大部分区域受底板水威胁；井田内有106个封闭不良或不详钻孔，对工作面回采影响很大。

因此，我公司在生产期间面临的水害类型主要有底板灰岩水害、老空水水害、封闭不良（详）钻孔水害、断裂构造水害及顶板第三系砂砾石层水害。

3.2 主要水害防治措施

（1）每月进行“水害评价”，超前预测采掘工作面可能存在的水害隐患，制定针对的防治措施

每月底，由总工程师组织地测防治水科、开拓掘进科、生产技术科、总工程师办公室、通风管理科、调度室及机电运输科等生产科室，对矿井下月各采掘工作面及周边情况、构造地质、水文地质条件、老空区、物探异常区等进行分析预测是否存在突水可能性，防排水系统是否可靠、防治水措施是否合理等各个环节逐一进行排查评价，并上报集团公司进行审查，将受水害威胁的采掘工作面作为重点监控，发布到生产信息网上，每天由相关业务科室进行跟踪监控。严格执行“工作面不评价不生产、评价地点不通过不生产、评价措施落实不到位不生产”的“三不生产”原则。

（2）采取“疏水降压、底板注浆加固”等措施，防止底板灰岩水突水

对煤层开采影响较大的底板含水层主要有L7-8灰岩含水层、L1-4灰岩含水层及O2灰岩含水层。L7-8灰岩含水层距二1煤底平均间距10.96米，位于底板扰动破坏带内，为二1煤层底板直接充水含水层，我们将水平大巷、采区上山布置在该层位中，并施工疏水钻孔，超前对L7-8灰岩水进行疏放，自2007年至今，通过疏水，L7-8灰岩含水层水位已从+84.7m降至-290m，累计降深374.7m，基本解除了-325水平以上L7-8灰水对采掘面的威胁；L1-4灰岩及O2灰岩含水层为二1煤底板间接充水含水层，水力联系密切，富水性强，对煤层开采威胁较大，我们首先通过疏水降压，尽可能降低水头压力，自2007年至今，L1-4灰岩含水层水位已从+79.9m降至-68.1m，累计降深148m，O2灰岩水位从+93.7m降至-44.96m，累计降深138.66m，大大降低了L1-4灰岩及O2灰岩水压。同时，在二1煤层工作面形成后，进行直流电法物探，查出垂向导水通道，并根据水压值和临界突水系数，反算出需要进行底板注浆加固的深度，然后把此深度附近含水层作为注浆目的层，增加底板隔水层厚度，阻断下部灰岩水导水通道。

（3）采取“超前探放，短孔补探”的防治措施，防治老空水害

我公司井田范围内无小煤窑及废弃井筒，存在的老空水害类型主要有两种：一是，二1煤和二3煤压茬布置，上部二3煤层工作面回采结束后形成的老空水对下部二1煤层工作面产生的水害威胁；二是，沿空送巷布置工作面时，同煤层回采结束形成的老空水对相邻工作面产生的水害威胁。针对上部二3煤工作面老空水，提前在下部二1煤工作面钻场内施工钻孔进行探放；针对同煤层工作面老空水，在沿空送巷工作面掘进至距预计老空积水位置30m时停掘，对老空水进行超前探放，恢复掘进后，为防止局部小范围积水未放净，用小钻向老空区内进行补探。

（4）对井田范围内每个钻孔封闭情况进行排查，针对不同原因的封闭不良钻孔制定针对性的封闭方案

我公司井田范围内共有地质及水文地质钻孔216个，由于勘探时间较长，在不同时期施工的钻孔，封孔要求不同，部分钻孔按照现有情况可能不符合要求，因此我们按照以下两个原则将所有钻孔进行全面排查：一是排查钻孔煤顶板向上封闭距离是否大于其周边最大煤层厚度回采后形成的最大导水裂隙带高度，否则视为封闭不良钻孔；二是该孔自煤层底板向下是否封闭至孔底，否则视为封闭不良钻孔。通过排查共查出封闭不良（详）钻孔145个，针对第一类封闭不良钻孔，我们从平地透孔，重点对富水性较强的第三、四系砂、砾石含水层进行封闭；针对第二类封闭不良钻孔，由于钻孔较深，若从平地透孔，很难顺原孔位置透至孔底，因此在井下巷道内对钻孔终孔位置周边50m范围内下部灰岩含水层进行注浆加固，终孔间距按20m布置钻孔。

（5）通过直流电法超前物探断层富水与导水性，采取超前预注浆措施防治掘进工作面断裂构造突水

采区开发前，我们首先对采区进行地面三维地震勘探，进一步查明落差10米以上断层位置，在掘进过程中，在距断层100米时，我们开始施工钻孔对断层进行探查，并循环进行直流电法超前探，超前距20米，并对物探异常区前方及下方进行打钻探查及注浆加固。

（6）通过顶板导水裂隙带高度计算、地面瞬变电磁物探，找出采煤工作面受顶板水威胁区域，进行疏干开采

我公司顶板含水层主要有山西组砂岩含水层、上下石盒子组及上部砂岩含水层、第三系底部砂砾石含水层及第四系底部砾石含水层，根据钻孔抽水试验及巷道实揭资料，山西组及上下石盒子组砂岩含水层富水性较弱，第三系底部砂砾石含水层局部富水，第四系底部砾石含水层富水性较强。通过导水裂隙带高度等值线图与二1煤层距第三系等值线图进行比对，在滹沱背斜轴部及11、12采区东翼二1煤隐伏露头附近，工作面回采导水裂隙带高度会影响到第三系底部砂砾石含水层，且该处存在局部瞬变电磁物探异常区。在工作面回采前，我们需超前打钻将影响范围内顶板水疏干，确保工作面安全回采。

4 总结

虽然新郑煤电公司属于水文地质类型复杂矿井，矿井水害类型种类多，但是通过采取上述一些列水害防治措施，有效地减小了矿井水害威胁，经过底板注浆改造，二1煤层回采工作面回采期间正常涌水量10m3/h左右，为矿井完成300万吨产量打下了坚实的基础。