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第 47 卷 增刊 1 煤田地质与勘探 Vol. 47 Supp.1 2019 年 9 月 COAL GEOLOGY 2. Collaborative Innovation Center of Coalbed Methane and Shale Gas for Central Plains Economic Region, Jiaozuo 454000, China Abstract Based on the uation of fault complexity and water inrush risk, the prevention and control system of 2 coal floor limestone water in the floor of second group of coal seams in eastern three mines in Pingdingshan mine field was proposed. The complexity of the fault structure in the study area is relatively simple as a whole, and the risk of water inrush from Cambrain limestone is small for second group of seams. The limestone water treatment is based on the of drainage. Water hazard prevention and control system of the second group of seams con- sists of four subsystems prevention and control technology, prevention and control engineering, technical support system, mine water resources and optimal allocation of water resources in the mining area. The prevention and control technology is the means, the prevention and control engineering is the core, and the mine water resources and the optimal allocation of water resources in the mining area are the development direction. By the end of 2020, the implementation of this control system will liberate 4.76 million tons of coal resources under the pressure of pressurized water, and the water pressure of the floor will drop by 0.3MPa. And the study area will fully realize the safe production of the second group of seams and the resource utilization of the mine water. Keywords confined limestone water; prevention and control system; fault complexity; water inrush risk; optimal alloca- tion of water resources; Pingdingshan coalfield ChaoXing 48 煤田地质与勘探 第 47 卷 我国煤田地质条件类型多，构造复杂，矿井突 水隐蔽致灾因素与机理多变，特别是随着深部资源 的大规模开发，水害防治形势依然十分严峻，煤矿 地下水控制与资源化利用仍将是我国煤矿安全生产 和科学开采研究的一个重大科研课题[1]。深部煤层 底板灰岩水防治体系的构建，对地下水控制与资源 化利用可起到促进作用。我国学者和煤矿管理者对 矿井防治水技术体系构建十分重视，做了很多探索。 张志龙等[2]建立了包括立体空间体系和技术体系的矿 井水害立体防治技术体系；靳德武等[3]建立了基于三 探、三测、五原则的防治水技术体系的基本框架； 梁庆华等[4]提出以区域防治为基础、局部防治为重 点的两个四位一体的防治水措施；董轩龙[5]以梧桐 庄为例，总结了 “十步法” 防治水管理体系；汪高 举[6]提出的四位一体防治水措施则强调了监测、防 探、检验和综合防护的协调部署；王均才等[7]提出 的防治水安全保障体系集成了预警、监测、隔离、 报警、逃生及救援等一系列措施；成瑜等[8]提出的 防治水体系强调基于多种勘探形式和多层次水情监 控情报的获取。上述防治水技术体系及模式一定程 度上解决了研究区域内的防治水难题，但普遍适用 性不足。 平煤八矿、十矿和十二矿以下简称东三矿毗 邻而建，地质和水文地质条件相似，同属一个岩溶 水文地质单元。目前三对矿井主要开采二组煤层， 最大采掘深度分别达 810 m、800 m 和 840 m，且井 田范围分布着多条构造裂隙发育带和岩溶水富集 带。这些构造带岩溶强烈发育，富水性强，对矿井 深部煤层底板寒武灰岩水压、涌水量和突水起着重 要的控制作用。以东三矿为例，构建与之相适应的 深部水害治理技术体系，以期对华北型煤田的安全 生产和深部地下水控制与资源化利用起到一定的借 鉴作用。 1 研究区概况 1.1 水文地质特征 研究区位于平顶山煤田东部， 属于东部水文地质 单元图 1。地表水体不发育；主要含水层中、上寒 武系灰岩埋藏相对较深， 煤层露头以南直接被第四系 覆盖，以北隐伏于石炭、二叠系煤系之下，大气降水 及地表水的入渗条件较差； 随着矿井长期疏排水， 地 下水位呈逐年下降趋势， 并形成以各矿井为中心的降 落漏斗； 矿井涌水量明显小于西部矿井， 并随着开采 深度的增加， 呈逐年下降趋势； 矿井涌水量与大气降 水量、地下水位、地表水体关系不显著，尤其是矿井 深部，矿井排水量大于地下水补给量。 图 1 平顶山煤田水文地质分区图 Fig.1 Hydrogeological zoning map of Pingdingshan coalfield 1.2 历史突水情况 据统计，平顶山煤田带压开采矿井历史上曾发 生过 490 余次突水，其中，顶板水 124 次，占突水 次数的 25；老空水 56 次，占突水次数的 11.4； 底板灰岩水 275 次，占突水次数的 55.8 。最大突 水量为平禹一矿的大巷扩修灰岩突水，瞬时最大突 水量达 38 056 m3/h。从统计数据来看，突水水源以 底板承压水为主，底板灰岩水是矿区的主要灾害水 源。东三矿历史突水情况如表 1 所示。 由表 1 可以看出，研究区各种突水情况都有发 生，老空水、顶板水突水强度小、突水量少，灰岩 水突水强度大、突水量高。 ChaoXing 增刊 1 李建林等 深部煤层底板灰岩水防治体系的构建 49 表 1 研究区历史突水情况统计表 Table 1 Statistical table of historical water inrushes in the study area 突水次数/次 最近突水情况 煤矿 名称 总数 老空水 顶板水 灰岩水 大于600 m3/h 的 突水次数 突水时间 突水量/m3h–1 突水强度 八矿 22 8 12 1 1992-12-02236 小型突水8次；中型–大型突水12次 十矿 45 2 42 1 2006-06-2050 小型突水42次；中型突水3次 十二矿 9 2 7 2002-06-274 均为小型突水 2 断层及突水危险性分区 对断层及突水危险性分区，有利于针对性地对 矿井突水进行防治，从而为深部煤层底板灰岩水防 治体系提供有价值的参考和理论依据。 2.1 断层复杂程度分区 利用分形理论对断层进行复杂程度划分[9-10]。 ① 用 500 m500 m 的正方形块段对研究区进行划 分；② 求出每个正方形区域的断层分维 Ds；③ 将 煤层底板岩体结构划为 5 类简单结构Ds1，较 简单结构1.0≤Ds1.2，中等结构1.2≤Ds1.4， 较复杂结构1.4≤Ds1.6，复杂结构Ds≥1.6；绘 制研究区断层分维等值线图图 2；④ 对研究区断 层复杂程度进行评价。研究区断层构造简单的类型 占 83.17，另外，断层分维的平均值为 1.07。由此 说明，研究区断层复杂程度整体上较为简单。 图 2 研究区断层复杂程度分区图 Fig.2 Fault complexity map in the study area 2.2 突水危险性分区 由于石炭–二叠系太原组灰岩水已基本疏干，研究 区二组煤开采过程中的突水威胁主要来自寒武灰岩水。 利用五图双系数法对二组煤煤层底板寒灰水突水危险 性进行分区[11]图3。 可以看出， 研究区二组煤寒灰水突 水危险性均不大，南部一大部分区域为安全区，其余大 部分区域为突水威胁区，北部极小部分区域为危险区。 3 二组煤底板灰岩水防治体系的构建 3.1 防治体系的目标 以煤炭工业十三五发展规划为指导[12]，依据煤 矿安全规程和煤矿防治水细则2018 版，确定研 究区二组煤底板灰岩水防治体系的目标到 2020 年， 解放受承压水威胁煤炭资源 476 万 t，水压降值达到 0.3 MPa，完全实现安全生产和矿井水的资源化利用。 图 3 研究区突水危险性性分区图 Fig.3 Zoning of water inrush risk of the study area 3.2 防治体系的构成 该体系由 4 大块组成防治技术、防治工程、 技术保障系统和矿井水资源化与矿区水资源优化配 置组成图 4。 图 4 研究区二组煤灰岩水防治技术体系 Fig.4 Technical system of water prevention and control of limestone water for the second group of seams in the study area 3.2.1 防治技术和防治工程 在承压水防治体系中， 这两个子系统最为关键。 其中，防治技术是手段，防治工程是核心。通过防 治技术和工程，实现掘进工作面和回采工作面降压 的目的，让突水危险区变成突水威胁区，让突水威 ChaoXing 50 煤田地质与勘探 第 47 卷 胁区变成安全开采区。根据研究区水文地质特征和 对断层及突水威胁分区结果分析，结合以往防治水 经验，研究区灰岩水治理原则确定为“整体疏放”。 根据底板相对隔水层厚度、相应水压大小和构造发 育情况，评价采掘工作面受水害威胁程度，得到区 域治理技术和工程路线图图 5。 图 5 研究区二煤层水害治理技术和工程路线流程图 Fig.5 Flow chart of water hazard control technology and engineering route for the second group of seams in the study area 3.2.2 技术保障系统 技术保障系统是水害防治体系的基础和保障，包 括地下水动态观测系统、水文地质信息系统、突水水 源快速识别系统、防治水工作管理制度和矿井水害应 急救援 5 个子系统。在制度保障、装备保障和资金保 障到位的基础上，技术保障系统须及时分析地下水的 动态变化，对可能发生的突水做出预判。目前，研究 区地下水动态观测系统、水文地质信息系统、防治水 工作管理制度和矿井水害应急救援 4 个子系统已趋于 完善，须加强突水水源快速识别系统的建设。 3.2.3 矿井水资源化与矿区水资源优化配置 我国矿井水资源从早期矿井水直排， 到简单的水 处理缓解环境压力，到水处理技术进一步发展应 用由于缺水，再到排、供结合，走过了漫长而艰辛 的探索之路[13]。目前，矿井水资源化已从单一目标到 多目标综合，从资源综合利用发展到优化配置。 研究区东三矿都已制定矿井水资源化与矿区水 资源优化配置方案，须积极推进。其中，八矿地热 水综合利用项目已建成投产，是平煤集团矿井水利 用的示范项目，该成果可推广到十矿、十二矿的热 水利用工程，提高灰岩水的利用率。 4 结 论 a. 平煤东三矿断层构造整体上较为简单，二组 煤寒灰水突水危险性较小，区内带压灰岩水治理原 则确定为疏放。 b. 提出由防治技术、防治工程、技术保障系统 和矿井水资源化与矿区水资源优化配置 4 部分组成 二组煤水害防治体系。 技术保障系统是基础和保障， 防治技术是手段，防治工程是核心，矿井水资源化 与矿区水资源优化配置是发展方向。 参考文献 [1] 武强. 我国矿井水防控与资源化利用的研究进展、 问题和展望[J]. 煤炭学报，2014，395795–805. 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