浅析矿井充水通道的类型及特点

浅析矿井充水通道的类型及特点

谢举

山东省兖州市大统矿业有限公司山东济宁272000

摘要：随着开采深度的不断增加，矿井水文地质条件也越来越复杂，防治矿井水害的工作也越来越重，正确分析和判断矿井的充水水源和充水通道成为矿井防水治水的关键。正确认识矿井充水通道的类型及其各自的特点，可根据实际条件迅速判断充水通道，对于矿井防治水将产生十分重要的作用。基于此，文章以某矿井为例，研究分析了该矿井充水水源及充水通道形成的类型及特点，对该矿井的安全生产及经济价值的实现具有重大意义。

关键词：矿井开采；充水特点；充水通道

1矿区概况

某矿井位于我国西南地区的重庆境内，渝黔边界，地处大娄山北麓，两省（市）三县交界之地。东接南川市，西连綦江县，南临贵州省桐梓县，北望山城重庆，距重庆主城区73公里，总面积565.53km2。该矿区属温暖亚热带盆地内陆性气候，温暖湿润，雨量充沛。具有春早夏长、秋雨连绵、冬暖多雾的特点。多年平均气温17.5～18.5℃，极端最低气温-3.7℃，极端最高气温42.2℃。区域内地貌结构较复杂，主要为构造侵蚀地貌和喀斯特地貌，区域内凡有灰岩出露的地方，岩溶、溶洞、漏斗等喀斯特岩溶地貌遍布发育，区域内山坡陵峻，植被覆盖差。

2矿区充水水源分析

能进入矿床或井巷的水是充水水源。因此，矿井在充水过程中，必须有某种水源的补给，这些水源可以通过一个或数个途径而来，它们可以是赋存于岩石空隙中的地下水、或是老窑水、也可以是大气降水直接渗入。根据对该矿区井下涌水资料整理、分析，井下充水的主要来源包括大气降水、地表水渗漏、地下水以及老窑水涌入等四个方面。其中地下水是基本来源，采空区老窑水、地表水是补给来源，主要通过充水含水层转化而成为矿井的充水来源。

2.1大气降水

矿区年降雨日超过200天，年降雨量940.1～1589.6mm间，多年平均降水量1312.7mm，降雨量年际变化不大。受山区小气候影响，常有雷阵暴雨，常导致山洪暴发，河水泛滥，严重影响煤矿安全生产。大气降水后，一部分降水形成地表径流，通过冲沟汇入洼地、塌坑、溶斗等处，然后进一步向地下渗入；另一部分，直接通过各种地表裂隙向下渗入，补给地下含水系统（包括灰岩含水层、人工老窑地下含水体以及暗河系统等）。

2.2地表水

地表水经透水岩层渗入矿井，其渗入的可能性和渗入量的多少，主要取决于岩层的透水性能。该矿区主要的地表水为河流，区内主要有两条河流经过，其流量分别是100t/h～11万t/h和1000t/h～16万t/h。经过长期的采动，矿区地表已经出现裂缝，前期不会发生渗漏的地段现在也会因为采动裂隙的影响，向地下发生渗漏。不仅如此，前期的铺底工程并不完善，在丰水期，河床水位上升，就会漫过河道，通过两岸河床阶地向下渗漏补给地下水，渗漏几乎已经造成河道断流，只有在丰水季节河水来不及完全渗漏，才会流向下游。

2.3地下水

该矿井充水水源很大一部分来自于含水层中的水。长兴岩溶水的补给来源主要是大气降雨和河水。长兴组石灰岩虽为强含水层，但含水性并不均一，与埋藏深度、岩溶发育程度直接相关。该矿区岩溶发育深度在标高+200m左右，在此标高以下含水微弱。因此，长兴组石灰岩含水层实际指的是浅部岩溶、裂隙发育段。因浅部风化裂隙、溶蚀（孔洞）裂隙发育，这些裂隙与煤层大面积开采后形成的地表张裂隙、采动（导水）裂隙相互沟通，在浅部开采时直接向工作面涌水。深部开采时，是通过深部开采产生采动裂隙、冒落带、局部层面裂隙带将水引入矿井的。

2.4老窑水

老窖是指矿山浅部的采空后留下的开采巷道或矿井，给地下水的存储提供了巨大的空间，降水补给或者前期采空区涌水存储在老窑中，当后期的生产井巷接近或开采冒裂带达到它们时，老窑水便可进入井巷成为充水水源。该矿区+318m以上煤层由一些小煤矿和居民开采，已经开采完毕留下废弃老窖和该矿井在上水平开采完毕的采空区是很好的地下水存储空间。其中存储的地下水受后期深部开采的影响，通过导水裂隙通道进入矿井造成矿井充水。

3矿区充水通道分析

水源的存在及水源类型是矿井充水的一个方面，而矿井是否充水还取决于另一个重要方面，即充水通道。水源的存在只能说明矿井充水具有可能性，当岩层中又发育有各种通道的条件下，才能使这种可能变成必然，造成矿井充水。因此，在进行矿区水文地质工作时，既要研究充水的水源，又要着重研究充水的通道。

3.1充水岩层裂隙通道

矿区在天然状况下，充水岩层裂隙发育主要表现为：走向45°、走向75°、走向357°，其中以走向75°和走向357°两组最发育，是区域性的平行“X”构造裂隙。裂隙带常呈密集网状发育，是区内地下水径流的主要通道。因此，充水岩层的主要充水通道为垂直岩层和平面岩层的裂隙通道，充水形式以渗流为主。

3.2采矿造成的裂隙通道

埋藏在地下深处的煤矿承受着上覆岩层的重力，同时它本身也产生了对抗力，两者处于平衡状态。一旦开掘开拓巷道，就破坏了该处的自然平衡状态，相应的产生了矿山压力从而对巷道产生破坏作用。随回采的发展，采空区越大，产生的矿山压力越强，破坏作用也越大。如对采空区不进行管理，必引起顶部岩体的开裂塌落和移动。由于塌落体积变大，自然崩落需达到充满采空区为止，因而顶部岩体整体移动影响至地表。

3.2.1岩层顶板破坏特征

按顶板岩层的破环程度和形式，可将整个破环影响区在剖面上划分为三带：

⑴冒落带：是直接顶板分裂为碎块向下垮落的范围。这一带岩石碎胀，松散堆积。堆积的碎块透水性好，可形成上部地下水或地表水向下灌入的通道。

⑵导水裂隙带：为冒落带之上大量出现切层、离层的人工采动裂隙的范围。这一带能透水，是上部强含水层或地表水体的渗入或突水通道，能使矿坑涌水量急剧增加。

⑶整体移动带：位于导水裂隙带之上，有时为至地表的整个范围，一般表现为整体弯曲变形或剪切位移。该带透水性与破坏前原岩比较，变化不大，不会构成充水通道。

3.2.2岩层顶板破坏带高度的计算

关于冒落带高度的计算，国内通常采用原苏联某矿山测量研究所建立的计算公式，即：K*h冒*cos=m+K*cos(1)

h冒=m/(K-1)/cos(2)

式中：K——碎胀系数，指岩层冒落碎胀后的体积与原体积之比（表1）。m——煤层采厚，包括随采随落的伪顶厚度；——煤层倾角；h冒——冒落高度。即上覆岩层因受到已冒落岩块的支撑而停止冒落，此时h冒称为冒落高度。

3.3封闭不良的钻孔

在地质勘探工作中，每打完一个钻孔都要用粘土或水泥进行止水封孔，如果没有封孔或封孔不好，这些钻孔就会成为沟通采掘工作面顶、底含水层或地表水的通道。这些钻孔不仅成为各含水层产生统一水力联系的充水通道，也是矿井开采的重大隐患。因此，在开采过程中，对封孔情况不明的钻孔进行透化检査，适当地采取必要的防治措施，避免引起突水事故。

参考文献：

[1]陈乙.浅析矿井充水通道的类型及特点[J].山东工业技术,2017,08:88.

[2]杨宇春.金源里矿井充水因素分析及矿井水防治研究[D].辽宁工程技术大学,2014.