西山煤田麦地掌煤矿奥灰水对煤层开采的影响及对策

王　鑫

(太原市梗阳实业集团有限责任公司麦地掌煤矿)

奥灰含水层是煤系地层沉积的基底，其具有良好的岩溶水通道，并具有补给强、水压高、水量大之特点，当煤层底板隔水能力弱或有断层、陷落柱等构造存在时，下伏奥灰承压水在高水头压力作用下，直接涌入矿井。西山煤田麦地掌煤矿开采2#煤层时奥灰水局部带压，因此分析研究了该区奥灰含水层等水文地质资料，对矿井的安全开采起着至关重要的作用。

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1　矿井概况

麦地掌井田位于山西省太原市清徐县马峪乡麦地掌村，向南约10 km处为清徐县城。井田内可采煤层有02、2、6、8、9共5层，可采储量9 403万t，设计生产能力120万t/a，服务年限56 a，矿井自2012年9月破土动工，于2017年9月批准进入联合试运转阶段，现正开采2#煤层。

2　矿井地质构造简况

西山煤田位于山西省中部，太原市以西，清交矿区处于西山煤田东南边缘，矿区总体为一走向北东、向北西倾斜的单斜构造，在此背景上发育着一系列褶曲和断裂构造。麦地掌井田处于清交矿区的东北角，井田总体为走向近南北向向西倾斜的单斜构造，受区域构造影响井田内主要发育峪道川向斜及F1、F2、F66断层等地质构造。在此背景上使地层走向又发育次一级的地层产状转折变化，地表地层倾角6°～18°，向下至煤系倾角变缓为2°～11°，勘探阶段井田内揭露2条断层及2个陷落柱构造，在基建过程中巷道揭露53个陷落柱及70条小断层，揭露的断层绝大部分落差小于3 m，井田陷落柱相对较发育，但多数陷落柱未塌陷到地表，单个陷落柱在平面上呈圆形或椭圆形，在剖面上呈倒锥形，对煤层的破坏直径一般为30～120 m。据井田东邻的官地煤矿在开采过程中证实，该地区陷落柱平均18个/km2陷落柱，陷落柱面积占开采面积的5.2%，井田内未见岩浆岩。总之，井田构造复杂程度属简单类。

where S was the area of the longitudinal section of the SCR.

3　奥灰水对2#煤层开采影响分析

3.1　井田内奥灰水的富水特征

麦地掌煤矿发现3条落差大于10 m以上的断层，在生产过程中又揭露53个陷落柱及70条小断层，均未出现导水现象，根据已揭露的地质及水文地质资料来看，井田内揭露的陷落柱及大断层的断层带内的岩石胶结程度均较好，井田内暂未发现导水断层及导水陷落柱。

矿井必须坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原则，根据井田的实际情况，采用瞬变电磁法等物探方法进行超前探查，然后根据物探结果进行必要探放水工作。根据探查情况综合研究确定防治水措施，通常可采用留设防水煤柱、注浆加固构造带或调整采掘工作面宽度，从而控制底板采动破坏深度等方式预防水害发生。生产过程中应对断层及陷落柱的含、导水性进一步研究，特别对于陷落柱垂向上隔水性能的变化进行必要的探查研究[2]。

通过对井田内的地质及水文地质条件分析，麦地掌煤矿带压开采充水途径是导水构造，加强导水构造的探测预报是矿井防治工作的重点。

据井田相邻小回沟井田上马家沟组与峰峰组混合抽水试验，其单位涌水量为0.003 L/(s·m)，渗透系数为0.003 65 m/d。含水层富水性弱，水质类型属SO4· HCO3-Ca·Na。另据井田南部5.8 km处的鑫泰煤矿T3号孔，上马家沟组与峰峰组混合抽水试验，其单位涌水量为0.000 75 L/(s·m)，渗透系数为0.006 5 m/d，含水层富水性弱。

补充勘探施工的B1号钻孔揭露该地层141.48 m，在B1号钻孔中对奥陶系中统峰峰组及上马家沟组进行了混合稳定水位观测，其水位标高为849.96 m。据井田西部C22号水文孔，峰峰组和上马家沟组混合抽水资料，静止水位标高为874.86 m，恢复水位标高为871.82 m，钻孔单位涌水量仅为0.000 8 L/(s·m)，渗透系数为0.000 26 m/d，井田南部李家楼煤矿的LS-1号水文孔峰峰组的抽水资料水位标高为837.385 m。

经查看井田内各钻孔奥灰顶界与煤层底板的高差，井田内2#煤层奥灰隔水层厚度在125～170 m。根据《煤矿防治水规定》突水系数计算公式，计算得出2#煤层带压区奥灰突水系数在0.010～0.013 MPa/m。即在带压开采区中没有导水构造存在的情况下，2#煤层开采发生底板突水的可能性比较小[1]。

综合以上资料及区域水文地质分析，区内的奥灰岩溶含水层富水性弱。麦地掌井田范围内奥灰水位标高为833～853 m。而2#煤层底板标高为780～1 010 m，井田内2#煤层属局部带压开采煤层。

3.2　井田内奥灰水对煤层的开采影响分析

（42）三角护蒴苔Calypogeia azurea Stotler＆ Crotz.Calypogeia trichomanis（L.） Cardat in Opiz.马俊改（2006）；李粉霞等（2011）

一是建立风险源识别分类评估制度。应当组织各单位对依照工艺流程，在所辖范围对所有可能发生的风险源进行识别汇总，并按照可能发生的概率大小以及影响程度进行分类评估。对于发生概率大影响程度高的风险源作为防控的重点；对于发生概率小影响程度大或者发生概率高影响程度低的风险源作为防控的次重点；而对于发生概率小影响程度低的风险源作为防控的一般重点。

井田内揭露的地层由下到上有峰峰组、本溪组、太原组、山西组、上下石盒子组、石千峰组等地层，井田内主要有太原组石灰岩、砂岩裂隙含水层、山西组砂岩裂隙含水层、二叠系上下石盒子组砂岩裂隙含水层，各含水层均以静储水为主，补给量有限。抽水试验结果表明，上述含水层富水性弱，对煤层开采影响不大。另有奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层，现就井田内奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层进行详细阐述。

4　安全技术措施

煤层底板以下奥陶系岩溶含水层富水性是影响矿井出水的重要因素，在垂向上奥陶系灰岩上、下段的岩溶发育程度对突水危险性影响也较大。根据钻孔资料统计，奥陶系中统峰峰组地层厚度80～97 m，其中上部以浅灰、深灰色厚层状石灰岩、泥灰岩为主，夹有白云质灰岩。下部以灰、灰白色角砾状泥灰岩、白云质灰岩为主，夹脉状纤维石膏及层状隐晶质石膏，上下石膏带分别赋存于此段上下部，中部以深灰色厚层状石灰岩、泥灰岩及角砾状白云质灰岩为主。

在传统的物理教学中，实验多以教师“说实验”的方式呈现在学生的面前，一方面，教师考虑课时的安排，认为实验操作太过于耗时，更多的选择教师“说实验”，学生“记实验”的方式，虽见效快，但是严重抑制学生思维的发展和动手能力的提升；另一方面，教师实验教学的能力欠缺，缺少有效的实验教学策略，实验资源的开发能力等，导致实验教学效率低。具体表现如下：

其次，生产过程中及时跟踪收集地质及水文地质资料，分析预测构造对采掘工作面的影响，对于异常构造带及时提出合理的处理意见，存在水害隐患时，严格按照“有疑必探，先探后掘”的原则进行探放水。工作面回采前后，利用物探、钻探等手段，查明工作面内地质构造，对影响生产的各类构造跟踪观察，分析研究其延展趋势，总结工作面及附近区域主要地质规律，重点要加强各工作面的井下水文地质观测工作，还要注意断层构造、陷落柱构造的观测、井巷出水点的观测以及矿井涌水量的观测，及时分析研究构造带涌水量变化规律，为该区的突水预测、预报积累资料，特别应注意观测断裂带延迟滞后型突水[3]。

此外，要制定符合矿井水文地质条件的可靠的安全技术措施，在突水的危险程度较高的区域，必须编制专门的带压开采设计，严格按照制定的安全技术措施和带压开采设计进行组织生产。

5　结　语

经综合分析麦地掌井田奥灰含水层的水文地质条件，正常情况下2#煤层开采发生底板突水的可能性较小，但仍应加强大型导水构造的探查。矿井自开采2#煤层以来，在奥灰水带压开采区域实现了安全生产。

[1]国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.煤矿防治水规定[S]．北京：煤炭工业出版社，2009.

[2]武强.煤矿防治水手册[M].北京：煤炭工业出版社，2013.

[3]张正浩.煤矿水害防治技术[M].北京：煤炭工业出版社，2010.