关闭矿井老空水对相邻生产矿井的水害威胁性分析

关闭矿井老空水对相邻生产矿井的水害威胁性分析

王嘉麟

河南能源义煤公司义络煤业地测科  河南  洛阳  471600

摘要：李沟矿为义络煤业西邻矿井，李沟矿关闭后，随着积水水位逐渐上升，其积水可能通过小煤窑渗入义络煤业；因其老空水水位高、积水量大且受地质构造和采动影响而对相邻生产矿井（义络煤业）构成水害威胁。因此，通过对矿井的水文地质条件、两矿之间煤柱的安全性及地质构造和采动影响等因素的分析和论证，对老空水威胁程度进行合理预测，为防止发生水害事故及防洪排涝能力进一步开展防控技术手段进行治理意义重大。

关键字：渗入；老空水；水位；采动影响

一、矿井概况

（一）基本情况

义络煤业处于秦岭隆起带熊耳山北麓东段，宜洛煤田北部，区内地形复杂，山峦起伏，沟谷发育，属马鞍形地貌。对应地表无河流湖泊等，最高海拔标高为+650.45m，最低海拔标高位于矿井生活区，即洛河冲积阶地，为+198m，相对高差452.45m，地面冲沟发育，有利于大气降水的径流和排泄，夏、秋两季炎热多雨，冬、春两季寒冷干燥。常年平均气温：14.7℃，年平均降雨量609.78mm。降雨多集中在七、八、九三个月份，明显表现出冬春干燥少雨，夏秋雨水集中，总体表现为春干、夏丰、秋润、冬少。

义络煤业水文地质条件中等。井田地层可划分为4个含水层，自上而下分为：第四系砂砾（卵）石及基岩风化带孔隙裂隙含水层、二1煤层顶板砂岩裂隙含水层、太原组灰岩岩溶裂隙含水层、寒武系灰岩岩溶裂隙含水层。3个隔水层主要有：二叠系石盒子组碎屑岩段隔水层、二1煤层底板碎屑岩段隔水层、本溪组铝土岩及泥岩隔水层。矿井采掘过程中主要受煤层底板寒武系灰岩岩溶裂隙水、老空水、煤层顶板砂岩裂隙水、大气降水的影响。

（二）周边小窑概况

李沟煤矿以甄家门断层为界，与义络煤矿相邻，井田面积3.0747km2，开采最深为-175m。2020年11月30日李沟煤矿关井，井下排水设备拆除，井筒封闭。关井前近三年正常涌水量为253m3/h，最大涌水量400m3/h，水文地质类型为中等。经调查义络与李沟两矿边界煤柱+50m以上可能已被小煤矿破坏，预估算+30m以下积水量约180万m³。

二、李沟老空积水对义络煤业威胁情况

随着李沟矿关闭井下水位上升，其矿井积水将对义络矿起重要充水作用，李沟老空水将成为义络矿的主要充水水源之一。经调查，义络与李沟两矿边界煤柱+50m以上已被小煤矿破坏。若李沟煤矿持续充水至+50m时，老空水将可能通过采空区等通道涌入义络煤业；危及义络煤矿二水平、三水平安全。

三、针对李沟老空水水害治理方案制定

针对李沟老空水水位上涨情况，可能对义络煤业造成的潜在安全影响，义络煤业按照防治水工作从过程治理向源头预防、局部治理向区域治理、井下治理向井上下结合治理的理念，制定了“老空水人工观测装置研发及使用、三水平36采区构建新的防水闸墙控水工程、利用二水平水闸墙控放李沟老空水控制水位、井下排水系统提升改造工程”同步进行的综合治理方案。

（一）老空水人工观测装置研发及使用

李沟矿业保留有地面直排钻孔，并安装有管径为377mm的排水管路，通过自制的人工水位观测装置，利用李沟直排管道对李沟水位进行观测，及时掌握李沟矿井水位变化，提前预防并采取措施，防止水位超过沈李大巷巷道标高时流入义络煤业，增大义络煤业自身排水能力，有效保证了矿井安全生产不受水害威胁的影响。

通过自制人工水位观测装置，及时观测李沟老空水水位上涨情况，经综合分析从2020年10月28日至2021年9月6日，李沟关井共计313天，水位总上升高度196.7m。2021年因受连续降雨的影响（8月28日至9月2日宜阳县城本地累计降雨量170.1mm），造成李沟老空水位上升速度加快，2021年9月6日观测数据显示，李沟矿井下水位高程为+19.22m，较9月2日观测水位高程+6.53m，4天上升12.69m，平均每天上升3.17m，未下雨前8月份水位每天平均上升0.6m。

（二）三水平36采区构建新的防水闸墙方案设计

根据对李沟和义络两矿边界浅部煤柱被小窑破坏情况，以及义络西部38采区开采时揭露小窑情况分析，义络+50m以上高程相对薄弱，李沟老空水水位上涨至+50m以上时，部分积水可能会沿38采区老空区下渗至集中巷内，通过采区绞车坡流入西区三水平大巷，造成三水平涌水量增大。为避免此类问题发生，2021年5月在三水平西大巷36采区变电所西490m处构建了一道防水闸墙，主体墙长度7m，西引巷长度5m，东引巷长度5m，巷宽3m，设计主体墙承受水压4MPa，主体墙浇筑C30砼,铺两趟325×10（mm）排水管路，一趟长11m，一趟长8.9m，分别安装Z41H-40DN300闸阀，2021年6月11日经义煤公司相关部室验收合格。经检查闸墙完好，目前通过二水平闸墙闸阀对李沟老空水位的控制，李沟老空水未渗入矿井三水平。

（三）利用二水平防水闸墙控放李沟老空水控制水位

义络煤业与李沟煤业两矿之间曾有一条沈李大巷相通，义络煤业于2002年2月在二水平沈李大巷38采区绞车房西729m处构建了一道防水闸墙，设计主体墙承压2Mpa，安装有一趟273×10（mm）排水管路，一个DN250PN40闸阀。为防止李沟关井后老空水位持续升高，经安全综合分析研判，决定利用二水平防水闸墙闸阀控放李沟老空水，控制其水位。2021年9月12日23点10分李沟老空水流入义络，出水时李沟水位高程为+30.71m，初始水量为60m³/h，在此期间利用该人工观测装置对其老空水位进行精准观测，确保矿井安全。

（四）井下排水系统提升改造工程方案

1、在二水平西区建设开放式泵房，安装6台耐磨离心泵，两趟排水管路，其中利用1趟西山风井原有Φ273管路、新铺设1趟Φ377管路。目前拆除了临时泵房内原有4台电潜泵，保留临时水仓，在二水平西区最终形成6泵2管排水系统。以满足沈李大巷防水闸墙排放的李沟涌水，排水能力大于1500m³/h。

2、二水平中央泵房排水系统改造工程，改造高压电控系统，新增2台QJGR-200/6型高压防爆软启动器、更新现有的QJGK-300/6-2000电抗式电磁启动器2台，实现一拖一启动。将现有排水通道8号眼结垢严重的4趟排水管路，1趟Φ325mm、1趟Φ219mm、2趟Φ273mm，更换为2趟Φ325mm、2趟Φ273mm管路，共计1840米，形成7泵4管排水系统，排水能力2497m³/h，排水能力对比改造前提升95%。

3、三水平中央泵房排水系统改造工程，对现有的4号200D-43×6型水泵更换为MD450-60×5型多级心泵，同时新增加1台MD450-60×5型耐磨多级离心水泵（增加6号泵），进行三水平排水能力再提升。增加QJGK-300/6-2000电抗式电磁启动器6台，实现一拖一启动。将原来的5泵3管（3趟Ф273mm）排水系统改造为6泵3管（1趟Ф273mm、2趟Ф325mm）。三水平泵房排水能力为1986m³/h，排水能力对比改造前提升97%。

4、为避免排水能力提升后正前大巷水沟排水不及，漫至轨道。将8号眼排水管通过两趟Ф325mm排水管、西区排水管通过一趟Ф425mm排水直接排至平硐口。

四、存在问题及建议

1、采用人工水位观测装置观测水位存在一定的时效性，为防止水位上涨数据收集不及时的现象发生，后期采用了水文自动观测装置与人工观测相对比的技术方案，更加直观、便捷的实时观测水位数据，为研判水害风险奠定了基础。

2、排放李沟老空水控制水位确保了矿井安全，但增加企业成本，经观测李沟老空水主要受该矿地表季节性河流李沟河的补给，因此建议进行源头治理，对李沟区域地表河道可能出现的渗漏点进行物探探查及治理工作。

五、结束语

通过对“老空水人工观测装置研发及使用、三水平36采区构建新的防水闸墙控水工程、利用二水平水闸墙控放李沟老空水控制水位、井下排水系统提升改造工程”同步进行的综合治理方案的实施，确保了矿井安全，保障了安全生产。未来，将在简化工艺、提高工效方面大胆尝试，通过不断的创新推进企业安全高效发展。

参考文献

[1]张人权，梁杏，靳孟贵.水文地质学基础[M].7版.北京：地质出版社，2018.

[2]陈梦熊.现代水文地质学的演变与发展[J].水文地质工程地质，1993，20(3)：1-2.