三明市煤炭管理中心  章永凤

摘要  煤炭市场持续低迷，煤矿企业经营越是困难越要加强安全管理。通过对三明煤矿水文地质特征分析研究，认为构成三明煤矿水害威胁主要为老空水、地表水和岩溶水水害，提出了水害防治技术和管理对策，遏制重特大事故发生。

关键词  煤矿水害；水文地质特征；水害防治对策

三明市是福建省重点产煤区域，已探明煤炭储量5亿多吨，居福建省第2位，现有煤矿企业53家、煤矿75处，地质类型全部为复杂类型，水文地质类型为简单或中等类型，不存在复杂或极复杂类型。笔者深入三明市辖区内煤矿开展水文地质特征调查，认为对三明市辖区内煤矿构成水害威胁的主要为老空水、地表水和岩溶水水害，结合矿井实际，经分析研究，提出了水害防治对策和建议。

1  矿井水文地质特征

1.1  充水水源

1.1.1  大气降水

三明煤矿矿区地下水的主要补给来源是大气降水，是矿井水的间接充水水源^[1]。由于矿区地形相对高差大，沟谷发育，切割较深，大气降水大部分以地表迳流方式排泄至矿区沟谷和主要地表水体中，仅少部分渗入地下，以不明显的下降泉或片流的形式从切割的沟谷中缓慢渗出，或者通过风化带透水层、构造破碎带等补给基岩裂隙含水层。从地下水动态长期观测结果表明，矿井涌水量大小与大气降水量关系密切^[1]，雨季矿井涌水量比枯季大1-2倍，是矿井涌水量大小的决定因素，除了雨季期间略增排水费用外，对矿井充水无大的影响，没有对矿井构成水害威胁。

1.1.2  含水层（带）水

三明煤矿矿区主要含水层以基岩裂隙承压水、灰岩岩溶水含水层为主，次为风化带裂隙潜水和第四系孔隙水含水层。第四系孔隙水主要赋存在第四系残坡积层、冲积层中，厚度大于3m，富水性一般弱；风化带裂隙潜水主要赋存在基岩风化带裂隙中，厚度一般5～15m，富水性一般弱；基岩裂隙承压水主要赋存在童子岩组（P₁t）第一段和第三段、翠屏山组（P₂cp）、梨山组（J₁l）砂岩中，构成含水层组，单层厚度0.5～30m，平均厚度3～6m，一般富水性弱～极弱，由于该含水层直接分布于煤层顶底板及其附近，开采中易被揭露，成为矿井水的直接充水来源^[1]，但含水层厚度小，水量有限，揭露后，仅出现渗水、滴水和淋水现象，对矿井充水影响较小；岩溶水主要赋存在栖霞组（P₁q）灰岩中，一般埋藏较深，经调查，矿区范围内存在灰岩的矿井占26％，因栖霞组灰岩与煤系地层童子岩组之间存在稳定隔水层文笔山组（P₁w），对矿井开采没有影响的矿井占13％，因断层作用，导致煤系地层（P₁t）直接与（P₁q）灰岩对口接触，对开采可能构成水害威胁的矿井占13％。

三明煤矿矿区断裂构造较发育，但断层带宽度均不大，一般为小于1m，受断裂构造影响其挤压破碎带宽度不等，一般5～15m。由于地层以柔性的泥质，粉砂质岩为主，断裂带及裂隙张开性差，断层角砾一般以硅质胶结，裂隙率小，且断层两侧含水层的富水性一般为弱，且补给条件较差，不利于地下水的运动和赋存，因此矿区断裂除局部有一定的地下水静储量外，一般导水性、含水性为弱～极弱。通过井巷水文地质调查，生产巷道通过断裂带仅出现少量淋水、滴水现象，故矿区断层含水带对开采不会构成水害威胁。

1.1.3  地表水

三明地形地貌以山地和丘陵为主，山区地势较陡，沟谷发育，切割较深，且纵横交叉有利于地表水自然排泄，经调查，矿区范围内有河流经过的矿井约占40％。因区内断层一般不导水，且含水层厚度小富水性弱，地表水体与矿井间的水力联系差，地表水不可能成为矿井的直接充水水源。但是，若河流地表水防隔水煤（岩）柱留设不足、管理不当或违规开采防隔水煤（岩）柱，导致导水裂隙带波及到地表水体，以溃入形式进入矿井时，便酿成水害事故，因此，河流地表水对煤矿开采可能构成水害威胁。

1.1.4  老空水

三明煤矿开采历史早，据记载从上世纪七十年代开始就有小煤窑开采，受矿区自然地理条件和煤层赋存特征因素控制，导致矿区浅层小煤窑星罗棋布，即三明煤矿开采的煤层属不稳定薄煤层群，经原始沉积环境和后期多期次构造运动影响后,大多数煤矿煤层在地表重复出露，埋藏浅，在小煤初期发展时，矿区上部布井建设了许多小煤窑。由于当时地测工作没跟上，对开采情况没有实测形成图纸，导致现有矿井周边存在缺乏准确测绘资料的老空水或年代久远且采掘范围不明的老空水。据调查，三明辖区内有发现老空水或存在情况不明可疑积水区的矿井约占43％，老空水成为矿井的充水水源，当巷道揭穿积水区时，酿成水害事故。

1.2  充水通道

三明煤矿矿井水主要来源于顶板、边帮渗水、出水，经分析，底板出水的可能性极小。充水通道主要为线状裂隙、面状网络裂隙、人工通道。线状裂隙在本区主要表现在断层破碎带，通过地质调查，断层一般为不导水断层或弱导水断层，仅在多处断层交汇部位，因岩石破碎、裂隙发育而对矿井充水产生一定影响，但受水压和水量限制，不会发生突水，仅出现淋水现象。面状网络裂隙在矿区全方位分布，风化裂隙集中分布于地表风化带，透水性极弱～弱，岩石裂隙主要发育于细砂岩和粉砂岩中，据矿井水文地质调查表明，岩层裂隙发育不均匀，且透水性弱，对矿井充水影响一般不大，巷道可见到滴水或淋水现象，但出水量小，一般不易导致突水。人工通道主要表现为开采过程中形成的人工裂隙、地面塌陷和勘查时封孔质量不合格的钻孔，可以沟通各种水源而成为矿井充水通道，经调查分析，封孔质量不合格的钻孔存在高压水，开采至其附近时会产生突水，应设置防隔水煤（岩）柱，当人工开采裂隙波及地表水等水源时，会造成井下涌水量增大或突水灾害，因此，必须严禁开采各类防隔水煤（岩）柱，避免开采过程中形成的人工裂隙、地面塌陷区连通各类水源，发生突水事故。

1.3  矿井水文地质条件

三明煤矿地下水的主要补给来源为大气降水，地下水从分水岭两侧向下缓慢运动，通过对钻孔稳定水位观测资料调查，地下水水位基本上随地形由分水岭向河流或沟谷倾伏，受地形坡度陡峻、沟谷发育等控制，地下水径流短、排泄快，补给条件差。经调查，有42％的煤矿煤炭资源位于矿区最低侵蚀基准面以下，但地表水体与矿井间的水力联系差，矿井充水不受河流等地表水体的影响。矿区含水层中，除栖霞组灰岩岩溶裂隙水局部富水性中等外，其它含水层浅部富水性中等～弱，深部弱～极弱，断层一般导水性弱～不导水。因童子岩组第二段(P₁t²)和文笔山组（P₁w）泥质岩为稳定的隔水层，童子岩组第一、三段含煤地层中泥质岩为相对隔水层，可起到相对隔水作用，所以各含水层之间的隔水层厚度较大，水力联系差。因煤矿开采历史悠久，矿区存在少量老空积水，但位置、范围、积水量清楚，已采取有效防范措施。经调查，矿井最大涌水量小于300 m³/h，正常涌水量介于20—120 m³/h之间，涌水量不大。综上所述，三明煤矿属顶板直接充水的裂隙充水矿床，大多数煤矿水文地质条件属简单型，有30％的煤矿水文地质条件属中等类型。

2  水害防治对策

2.1  技术对策

2.1.1  老空水防治

经调查，三明市辖区内有发现老空积水区或可疑积水区域的煤矿约占43％，应采取如下防治技术措施：对积水参数已查明的积水区，若水源仅为大气降水通过岩层裂隙补给，与其它水源无联系时，采取先探后排措施，彻底解放积水，根据水压和水量，探水线由积水线外推30—60m圈定；若积水区可能与地表水体等水源有联系时，危害较大，根据《煤矿防治水规定》附录三规定留设防隔水煤（岩）柱，根据导水裂缝带最大高度计算公式H_li=100ΣM/（1.6ΣM+3.6）±5.6和保护层厚度计算公式Hb=6A计算，导水裂缝带最大高度和保护带高度之和一般为35—40m，为安全起见，根据福建省经验，积水区防隔水煤（岩）柱留设50-60m，杜绝在防隔水煤岩柱中开采。对积水参数不明的积水区或可疑积水区，应按可疑边界最大限度圈定积水线，积水线外推50-150m划定探水线，进入探水线开展超前探放水，接近积水线20m处停止掘进，开始打钻放水，积水排空后，掘引水巷与积水区巷道贯通，彻底排除积水隐患。

2.1.2  地表水防治

经调查，三明市辖区内有40％的煤矿开采范围内存在河流等地表水体，对井下开采构成水害威胁，应采取如下防治技术措施：矿区地表水防治应根据地形地貌特征、水文地质特征及其与煤层分布之间的关系,采取有针对性防治措施,坚持以防为主,防排结合的原则来治理。在河流两侧设置河流保护带，按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》第44条规定，采用导水裂缝带公式计算，一般为40m，为安全起见，增大安全系数，根据福建省成功的经验，采用垂直法留设，即沿河岸线外推60-80m范围设置为河流保护带，并醒目标注在井上下对照图中，禁止越入河流保护带进行采掘活动；发现井口或工业场地生产生活设施低于河流历史最高洪水位的，根据小煤矿相关设计规范，应设置高于洪水位风浪袭击高度1m以上的防洪堤坝等防洪设施；发现因开采形成的地面小塌陷或裂缝，为防止雨水或地表水灌入井下，应采用石块、砂包、水泥砂浆、黄土等材料填堵，并在其四周设置排水沟，防止水灌入；发现因采动引起河床或沟谷产生裂隙，可能造成地表水下渗时，应在渗漏区域修补河床；发现河流及其保护带存在一定滞压煤炭且地表水渗漏范围较大改造困难成本大时，应研究地形地貌，考虑河流改道、掘引水涵洞等措施，解除地表水对井下的危害，又可以解放河流滞压的煤炭资源。

2.1.3  岩溶水防治

经调查，三明部分煤矿矿区范围内存在灰岩，其中，有10％的煤矿岩溶水对开采可能构成水害威胁，主要是因为断层作用，局部地段造成文笔山组隔水层变薄或缺失，导致煤系地层直接与（P₁q）灰岩对口接触，当采掘至断层附近的煤层时可能发生突水。应采取如下防治技术措施：必须在断层靠煤系地层一侧留设防隔水煤（岩）柱，参照《煤矿防治水规定》附录三之三煤层与强含水层或导水断层接触防隔水煤（岩）柱的留设按公式L=L₁+L₂+L₃=H_acscθ+ H_Lcotθ+H_Lcotδ计算，该防隔水煤（岩）柱应留设60—65米。应将该防隔水煤（岩）柱在相关图件中标注，日常加强地质测量、编录和填图工作，根据井下实际揭露情况，及时分析对比地层分布状况，及时修编地质资料，同时，对可疑地段加强探放水工作。

2.2  管理对策

通过分析研究，结合三明煤矿特点，防治水管理上应做到：一必须二完善三加强四严禁五到位。即：必须高度重视防治水工作，应从业主、矿长、直至班组长、一线工人等全员高度重视防治水工作，管理上不得疏忽麻痹脱节，应从人力、物力、财力方面满足防治水工作的需求；完善防治水机构，配备防治水技术人员，完善符合本矿井实际的技术基础资料，建立矿井水文地质基础资料档案、防治水基础台账、编制水文地质类型划分等报告、绘制矿井充水性图等图纸，为水害防治决策提供依据；加强日常水害隐患排查，查明矿井地表水、老空水、岩溶水等水害隐患，加强采掘工作面水害专项论证，对采掘面四周水害隐患情况进行排查论证，坚持水患没消除不生产建设的原则，加强员工的防治水知识专项培训教育，以防治水制度、措施、隐患、救援预案、透水征兆和避灾知识为重点开展培训，保证职工掌握必要的防治水知识；严禁水患情况不明组织开采，严禁超层越界开采，严禁开采各类防隔水煤（岩）柱，发现透水征兆后严禁违章指挥或违规处理；井巷图纸应实测到位，防治水预测预报工作应到位，探放水工作应到位，雨季“三防”工作应到位，防治水措施贯彻落实应到位。

3  结语

水害尽管对煤矿威胁大，只要技术管理和现场管理到位，水害事故是可防、可控和可治的。通过对三明煤矿矿区水文地质特征和自然地理条件调查，认为三明煤矿主要水害类型为老空水、地表水和岩溶水水害，结合三明煤矿特点，提出防治水害的技术对策和管理对策，若能够认真落实各项对策措施，水害就一定能够得到有效治理。

参考文献

1 庞渭舟.等，煤矿水文地质学（修订本）.煤炭工业出版社，1985，205-216