神东矿区浅埋煤层水害防治研究
摘要：神东矿区覆岩结构具有浅埋深、薄基岩、厚风积沙（含水丰富）的特点，在浅部煤层开采易面临矿井水害。本文重点总结了神东矿区浅埋煤层充水导水条件及防治水害的一般技术措施，为类似条件下开展水害防治提供了参考。
关键词：浅埋煤层 水害 防治 措施
1 引言
神东矿区所在煤田是世界七大煤田之一，是我国目前储量最多、面积最大、煤质最好的煤炭开采地，该区拥有多对大型矿井，煤炭年产量过亿吨。神东矿区煤层稳定，倾角平缓（<3°），先期开采的煤层一般均为浅埋煤层（覆盖厚度一般小于80m）。以薄基岩（<60m），厚松散含水层为特征的水文地质条件，使回采（掘进）工作面面临着不同程度的水害威胁[1]。如浅部松散地带含水层覆盖于含煤地层的上部，煤层开采时若导水裂隙带进入含水层，则会使含水层中的水漏入矿井，对矿井生产构成威胁，轻则使工作面条件恶化，重则产生溃砂、溃水、甚至淹井事故。因此，科学研究浅埋煤层水害防治对神东矿区煤炭资源安全开采具有重要意义。[2-3]
2 浅埋煤层充水导水条件
神东矿区地层平缓，构造简单，裂隙发育微弱，岩层致密，泥质胶结，多属极弱含水层。因此，矿区松散含水层及烧变岩含水层的广泛分布及其富水与煤层的浅埋是产生突水溃沙的潜在条件。[1]
2.1充水水源
根据神东矿区水文地质条件及煤层覆岩结构类型，矿井充水方式有直接和间接两种。它们分别受大气降水、地表水和地下水等因素的控制，且具有一定的水力联系，对矿井生产有不同程度的影响，一般来说主要充水水源有以下几种：
一是大气降水，据生产矿井调查，在采空塌陷后产生的裂隙导通松散层后，在降雨季节雨水通过回采后出现的直通地表的导水裂缝进入井下采空区，导致矿井涌水量随季节有不同的变化，故降水为矿井充水的间接水源。
二是地表水，当上覆基岩很薄，冒落带高度大于基岩厚度，顶板冒落后，冒落带裂隙必将沟通地表水体，使其成为直接充水水源，并可导致溃沙危害。
三是地下水，根据神东矿区地质与水文地质条件，煤层顶板砂岩裂隙水和第四系松散岩类潜水是本区域内矿井主要充水水源之一。
2.2充水导水通道
区内充水通道主要是煤层开采形成的导水裂隙带，其次为断层裂隙，以及封闭不良钻孔，具体充水导水通道如下。
一是导水裂隙带，本区基岩岩性以细粒砂岩，粉砂岩为主，次为中粒砂岩及泥岩，呈互成结构体。砂岩多为泥质胶结，部分层段为钙质胶结。若上覆基岩厚度小于导水裂隙带发育高度。冒裂裂隙可直接沟通风化基岩含水层，成为全区的主要充水通道。局部导水裂隙可沟通松散沙层潜水，特别是部分地带冒落带及土层缺失的“天窗”地段，可直接沟通松散沙层含水层而造成突水溃砂。
二是断层裂隙，断层本身在天然状态下即是导水通道，断层裂隙可导通风化基岩水。而且断层带宽度越大，其导水的可能性越大；张性、张扭性断层的导水能力更强一些；活动断层因断层带胶结性较差，导水性能更好。一般的，正断层上盘、逆断层下盘常是突水易发生的部位。[4]
三是封闭不良钻孔，井田开采地段内的废弃钻孔封闭不良（有钻具遗留），或为了观测水位变化情况而保留的水文观测孔未封闭。这些封闭不良钻孔若管理不善容易成为充水通道。
2.3充水导水特征分析
根据上述矿井充水原因和矿区水文地质条件，其充水水源主要是沙层水和风化基岩水，充水通道主要为冒落带及导水裂隙带。根据已知经验，降低含水层的富水性和导水裂隙带的发育高度，是减小工作面充水强度、保证防治水工作成功的有效切入点。
在基岩薄，土层厚度薄，潜水富水性好，大气降水易于汇聚的地带，矿井涌水量较大并可能伴有溃沙现象，尤其是冒落带沟通潜水地段，充水量一般是由大逐渐变小，其历时受充水水源的储水量大小控制。当沙层水和风化基岩水富水性一定时，冒裂通道导通程度则决定充水强度的大小。裂隙密集畅通，充水强度相对就大，反之则小。初次冒裂范围大，充水强度则大。
3浅埋煤层防治水技术措施
3.1加强矿井水文地质工作
对水文地质资料不清楚的地段提前进行勘探。特别对于各采区（盘区）首采工作面，或水文地质条件复杂的工作面，要查清工作面范围内沙层、风化基岩含水层厚度，各含水层补、径、排关系，工作面充水因素。施工抽水试验孔或水文观测孔，在工作面施工探放水钻孔时，对水文孔进行长期观测，分析水位变化规律，预算工作面涌水量等。
3.2加强矿井水文监测
尽快建立井上、下水文自动监测系统，观测内容包括地面各钻孔水位，井下各水仓水量、水位，各采空区涌水量、水位，主要排水管路排水量。建立水文自动监测报警系统，其数控中心自动采集各测点的水位、流量、压力等信息，并进行综合分析处理，以预测矿井突水的可能性及突水强度，突水动态等，为矿井防治水决策提供科学依据。
3.3加大井下探放水力度
根据矿井接续，提前安排队伍掘进接续工作面，留有充足的探放水时间。根据经验，建议工作面采前疏放水时间不少于6个月。地测部门应根据水文地质资料，合理布置探放水钻孔位置及数量，提前疏放水。对于切眼初采区域、正常基岩较薄区域、“天窗”区域，要加大探放水力度。
3.4老空水、封闭不良钻孔防治水工作
对于这些采空区，要加强水位、水量的监测工作。一旦出现水位超标，立即上报相关领导，采取相关排水措施。同时加强采空区防水密闭和排水设施的巡查，确保排水系统畅通。掘进时靠近采空区时严格按照“先探后掘”原则，同时加强工作面排水及通风能力。
井田废弃孔封闭不良，有钻具遗留的，或未开采地段的水文观测孔在风化基岩以上或沙层以上层段存在未封闭的，应加强管理。若工作面采掘范围内存在上述钻孔，建议提前制定过钻孔措施，加强工作面排水能力，防止钻孔导水发生事故。
3.5增加排水能力，完善排水系统
如矿井涌水量大，则应增加地面出水口，增设管路以增加外排水量。对地面排水沟要进行定期巡查。根据各采区（盘区）、工作面的涌水情况，不断优化和完善井下排水系统，定期对井上下排水系统的排水能力进行检测，确保排水系统的可靠性，充分发挥现有水仓、水泵、排水管路等设施的作用。
3.6其它技术措施
建立井下通信、通风、供电、排水及后勤物资供应预备系统。所有井下备用排水设备要达到热备用。在综、连采工作面设置避难硐室，井下中央水仓设置防水闸门。制定科学合理的突水应急预案，矿井应定期组织相关人员进行应急预案演习，并根据演习对应急预案不断完善。
4矿井防治水实例
锦界煤矿位于榆林市神木县境内，井田东西宽12km，南北长12.5km，面积141.8km2，探明地质储量20.93亿吨，可采储量15.78亿吨，矿井设计能力1000万吨，服务年限为112.7年。现开采3-1煤层，埋深70～120m，煤层厚度 2.58～3.61m，平均厚度3.12m。矿区地表绝大部分被第四系沉积物覆盖。锦界矿区所处水文地质单元为秃尾河流域，水资源极为丰富。河流西北部中上游流域基岩松散，风蚀剧烈，区域含水层包括新生界松散层孔隙水和中生界碎屑岩裂隙水。
经分析，锦界煤矿上覆松散沙层和风化基岩含水层分布广泛，在局部地段具有水力联系，成为一个整体的含水层。根据锦界煤矿现有情况，防治水工作的主要手段为井下探放水，通过已经回采的工作面得到的经验，只要在工作面回采前施工一定数量的探放水孔，并保证有足够的疏放水时间，即可有效降低含水层水位，减少工作面回采过程中的涌水量，实现工作面安全回采。
5 结论
神东矿区是我国重要的产煤区，其安全、高产、高效生产对于我国煤炭工业发展具有重要意义。神东矿区浅埋煤层水害防治已经成为安全生产必须关注的问题。通过实践证明，科学合理的制定相应措施并加以实施，做好水文地质预测预报、水文监测和探水放水等工作，可以有效的杜绝水害事故发生。
参考文献
[1]李林.神东矿区煤矿水害及其防治研究[J].煤田地质与勘探，2004
[2]王连国.王占盛.黄继辉.薄基岩厚风积沙浅埋煤层导水裂隙带高度预计[J].采矿与安全工程学报，2012
[3]李文平.孙如华.王维理.陕北榆神府矿区浅部煤层开采导水裂隙带高度的研究及其环境生态意义[J].工程地质学报.2002
[4]刘国林.潘懋.煤矿断层充水特征研究[J].煤矿安全，2009
作者简介：
杨龙龙（1988-），男，汉族，陕西能源职业技术学院，煤田地质与勘察技术专业毕业，工作单位：神华神东煤炭集团乌兰木伦煤矿，职务：科员，职称：助理工程师。