平顶山十三矿突水特征与原因分析(正式)

湖南煤业集团大岭煤矿13采区水情水害分析报告及综合防治水措施大岭煤矿生产技术部2013.0213采区水情水害分析报告及综合防治水措施一、采区概况13采区位于-25勘探线与-27勘探线之间，自1998年7月投产以来，就受非法小煤窑的侵蚀，因此+150m至+45m未布置采掘工程，2004年，开掘了13采区±0水平运输主石门，计划对0m至+45m进行回采工程布置，首采煤层为62煤，开采走向长度约为520m，其中主石门西翼约360m；东翼约160m，西翼在开采过程中未遇小窑开采痕迹和水患威胁，但在东翼的开采过程中，遇小窑采空区和积水，因此工程布置未继续向前，转而将工程调整到主石门西翼，分别对61、5、1和63煤进行开采，在开采5和61时均对穿过小煤窑采空区和巷道。

同时对东翼的1、5、61、63煤进行试探性开采，其1煤工程布置约30m，发生透水事故，工作面停止作业。

5煤工程约100m，在掘煤上山时，发现严重的水患威胁，设置防水煤柱后，进行回采，61煤工程布置约120m，在掘煤上山发生透水事故，现工作面尚有长流水流出。

63煤工程布置约160m，未发现小窑开采迹象。

2011年3月在严峻的安全形势下，13采区进行了封闭。

二、水情水害分析1、地面水文地质情况本井田属丘陵地形，山脉沿地层走向呈东～南西方向排列。

地势整体是西北高，东南低，北部高，南部低，沟谷切割较深，多沿地层倾向方向分布。

（1）地表水体井田内无大的河流，仅有一条季节性大岭小溪，由小冲沟潜水汇集而成。

实测流量2.434～0.031m3/s，平均为0.179 m3/s，穿过煤系地层流出井田。

井田内池塘、水库少，蓄水量不足1000m3，对矿井充水作用很小，但大气降水和老窑的开采形成矿井充水通道，已威胁矿井的安全生产，尤其是13采区东翼，已成为严重水患区域。

（2）地下水○1含水层与隔水层大隆组，厚156.5m，浅部风化裂隙带含水性强，深部岩层含水性极为微弱，深部硅质岩层视为相对隔水层。

科技信息水害是影响矿井安全生产的主要因素之一，为保证煤层的正常开采，在煤层开采之前对煤矿开采区内进行水文地质勘探，查明煤层顶、底板围岩的富水情况，采空区的积水情况和主要断层的含水及导水性等问题具有十分重要的意义。

一、突水原因分析采掘过程中，造成底板突水的因素是多方面的，是多种因素综台作用的结果。

根据现场实际观测及有关理论分析，笔者认为影响底板突水的因素主要有以下几个方面：1、矿压采矿过程中的矿山压力，对工作面底板具有严重的破坏作用，产生新裂隙，并“活化”原有断裂，导致底板突水。

随着采煤工面的推进，底板任一断面总是经历超前支撑压力压缩破坏，采后悬顶卸压膨胀破坏，采空区周边剪切破坏，最后顶板冒落压实的再受压过程。

矿压对底板的破坏程度是不一样的，其中采空区卸压膨胀及其周边剪切对底板破坏最严重，产生的裂隙最多。

工作面初压及周期来压时顶板悬顶面积最大，工作面周围煤体的支撑压力及煤壁处的剪切力达到最大值，煤层底板最易造成破坏，底板最易突水。

因此，突水点多在初压及周压地段或煤壁处。

2、断裂断裂构造是突水的主要因素之一，综台分析其作用主要有：(1)断裂构造的存在破坏了底板完整性，降低了底板的强度。

(2)断层上下两盘错动的结果，缩短了煤层与含水层的距离，甚至使煤层与含水层直接对口。

(3)断裂带破碎、软弱，易形成导水通道。

(4)断层带充水成为充水带，更使水文地质条件复杂化。

3、隔水层隔水层对突水起阻挡作用，其阻水能力是由其厚度、岩性组合及力学强度决定的厚度越大，越不易出。

其岩性组合及力学强度是控制底板岩层受采动影响的重要因素。

当煤层底板岩软硬相间时，不易形成裂隙；当底板岩层自近(煤层)而远，强度由弱到强时，岩层间易形成采动裂隙。

煤层到底板含水层之间的距离由采矿破坏深度、有效隔水层厚度及导高三部分组成。

起阻水作用的主要是有效隔水层厚度。

如果矿压对底板破坏深度大，导高又大，则有效塥水层厚度相对减小，工作面底板就容易出水。

矿井突水征兆一、矿井突水的原因这是因为井下采掘活动破坏岩层天然平衡，采掘工作面周围水体在静水压力和矿山压力作用下，通过断层、隔水层和矿层的薄弱处很快进入采掘工作面。

矿井突水这一现象的发生与发展是一个逐渐变化的过程，有的表现很快（一、二天或更短），有的表现较慢（采掘后半个月或数天），这与工作面具体位置、采场地质情况、水压力、矿山压力大小有关。

突水前，在工作面及其附近往往显示出某些异常现象，这些异常统称为突水征兆。

二、与承压水有关断层水突水征兆1、工作面顶板来压、掉碴、冒顶、支架倾倒或折断柱现象。

2、底软膨胀、底鼓张裂。

这种征兆多随顶板来压之后发生，且较普遍。

在采掘工作面围岩内出现裂缝（特别是顶底板为脆性岩层），当突水量大、来势猛时，与底鼓张裂的同时还伴有底爆响声。

在受压最大地段，柔性岩层变薄，相应压力小的地段会出现增厚现象。

3、先出小水后出大水也是较常见的征兆。

由出小水至出大水，时间长短不一，据统计由1～2小时至20～30天不等。

如峰峰一矿1532工作面1960年5月8日正式开采，6月2日发现工作面有底鼓张裂现象，且在近F断层的运输平巷的煤层由 1.8m增厚至 2.4m，6月4日随矿山压力逐渐增大，采场底鼓张裂也越趋明显，在距开切眼20m处发现一条长11m宽0.1m的裂隙，先出风，后出水，底板破裂时产生巨响，涌水量达到 4.87/m i n。

随矿山压力增大，底鼓更剧，裂缝增多，涌水量愈来愈大，6月5日23时涌水量达到70.2/m i n。

突水水色开始变为灰色后转为棕黄色，不久变清。

4、采场或巷道内瓦斯量显著增大。

这是因裂隙沟通、增多所致。

三、冲积层水突水征兆1、突水部位岩层发潮、滴水且逐渐增大，仔细观察可发现水中有少量细砂。

2、发生局部冒顶，水量突增并出现流砂，流砂常呈间歇性，水色时清时混，总的趋势是水量砂量增加，直到流砂大量涌出。

3、发生大量溃水、溃砂，这种现象可能影响至地表，导致地表出现塌陷坑。

【专业知识】矿井突水源及涌水的特征【学员问题】矿井突水源及涌水的特征？【解答】矿井突水源及涌水特征在矿山开采过程中，矿井突水水源主要有地表水、溶洞-溶蚀裂隙水、含水层水、断层水、封闭不良的钻孔水、采空区形成的人工水体等。

矿井水质分析方法有多种，其中用得较多的是重量法、容积法和比色法。

重量法主要用于杂质含量较多的水样；容积法适用于中等杂质含量的水样；比色法适用于微量含量的水样。

1.大气降水为主要充水水源的涌水特征这里主要指直接受大气降水渗入补给的矿床，多属于包气带中、埋藏较浅、充水层裸露、位于分水岭地段的矿床或露天矿区。

其充（涌）水特征与降水、地形、岩性和构造等条件有关。

（1）矿井涌水动态与当地降水动态相一致，具明显的季节性和多年周期性的变化规律。

（2）多数矿床随采深增加矿井涌水量逐渐减少，其涌水高峰值出现滞后的时间加长。

（3）矿井涌水量的大小还与降水性质、强度、连续时间及入渗条件有密切关系。

2.以地表水为主要充水水源的涌水特征地表水充水矿床的涌水规律有：（1）矿井涌水动态随地表水的丰枯作季节性变化，且其涌水强度与地表水的类型、性质和规模有关。

受季节流量变化大的河流补给的矿床，其涌水强度亦呈季节性周期变化，有常年性大水体补给时，可造成定水头补给稳定的大量涌水，并难于疏干。

有汇水面积大的地表水补给时，涌水量大且衰减过程长。

（2）矿井涌水强度还与井巷到地表水体间的距离、岩性与构造条件有关。

一般情况下，其间距愈小，则涌水强度愈大；其间岩层的渗透性愈强，涌水强度愈大。

当其间分布有厚度大而完整的隔水层时，则涌水甚微，甚或无影响；其间地层受构造破坏愈严重，井巷涌水强度亦愈大。

（3）采矿方法的影响。

依据矿床水文地质条件选用正确的采矿方法，开采近地表水体的矿床，其涌水强度虽会增加，但不会过于影响生产；如选用的方法不当，可造成崩落裂隙与地表水体相通或形成塌陷，发生突水和泥沙冲溃。

3.以地下水为主要充水水源的矿床能造成井巷涌水的含水层称矿床充水层。

平顶山十三矿突水特征与原因分析寒武系灰色白云质灰岩图312010采面水文地质单元示意图图411090采面水文地质单元示意图已15-17－12010采面处于正断层F2（∠63°，H＝47m）、F6（∠77°,H=52m）之间，风巷上部有正断层F3（∠65°，H=11m）、F4（∠58°，H=18m）（图3）。

11090采面南北方向以襄郏一号正断层和灵武山向斜为骨干构成边界。

东西方向以11090逆断层带和沟李封断层为边界。

沟李封断层和襄郏一号正断层交汇处应力集中，裂隙也相对发育，和富水带共同构成了突水的富水区和迳流带（图4）。

两采面均为相对独立的水文地质单元，静储量丰富，富含承压水。

2.2充水水源分析石炭系一灰岩是泥灰岩，二灰岩是两采面突水的直接富含水层；三灰岩的富水性最差；四至七灰岩含水层单位涌水量为0.075～0.019L/(s·m)，四灰岩不发育，富水性差，六灰岩和七灰岩局部富含水，五灰岩富含水；二灰岩和五至七灰岩存在水力联系。

寒武系白云质灰岩单位涌水量为0.226L/(s·m)，在石炭系110m以下，岩溶较发育。

2个采面突水水量大且较为稳定，水压高，说明有丰富的补给水源，呈现出承压水的一般规律。

据突水水质分析结果知，2次突水水源不是顶板或第四系水，而是灰岩含水层水。

两采区恒温带在地表以下25～30m附近，温度为17.2℃，地温梯度[1][2]下一页td=“13480”为3.2～3.5℃/hm。

12010采面突水温度为22℃，出水点距地面高-300m左右，预计水温为24℃，与二灰水水位基本相符，突水后二灰水水位一直下降也说明了突水水源主要是二灰水。

地质勘探表明，在没有大量疏水的情况下，12010采面下的二灰水水位下降了150m以上，说明该面二灰水的补给条件差，以消耗储量为主。

二灰水水头高度为210m，由于该面回采时最大突水量达2403/h，至采面回采结束底板二灰水的涌水量尚有30m3/h，表明二灰岩有一定的富水性和渗透性，在有足够排水能力的情况下，不会影响安全生产（图5）。

回采工作面突发涌水治理实践十三矿张正奇鄂长银内容提要通过介绍十三矿己15-17-12010综采放顶煤工作面突发涌水治理方案及实施措施，阐述了水文地质条件复杂矿井治理回采工作面涌水的一种有效方法。

关键词回采工作面突发涌水治理1 基本情况1999年12月27日，十三矿己15-17-12101综采放顶煤工作面下出口往上7~11m处底板突发涌水，涌出流量240m3/h。

由于该工作面运输巷（进风巷）中间段的标高低于里、外端头的标高，所以很短时间内涌出水充满运输巷最低洼处，使工作面供风被阻断，随后灌满整条运输巷，造成运输巷中的排水设备、运煤设备以及工作面中的部分回采设备被淹没，排水能力完全丧失，使全采区乃至整个矿井的安全受到严重威胁。

紧急情况下，迅速制定出合理的治水方案并组织实施，顺利地控制了水情，使生产得以恢复，灾害损失的程度降到最小。

2制定治水方案必须符合客观实际和自然规律，要清楚涌水水源和涌出原因。

己15-17-12101综放工作面突发涌水的水源是底板中距煤层10~18m，平均厚度大约13m的石灰岩赋存的岩溶水，涌水原因是煤层底板存在原生裂隙，岩溶水在地压作用下，以原生裂隙为通道由采空区涌出。

由于岩溶水具有赋存面开阔，赋存量丰富，连通补给性好的特点，所以涌出流量比较大，不容易枯竭。

制定治水方案应考虑到岩溶水的这一特性，采取有针对性的措施；还要根据运输巷里、外端口的标高均高于中间段这一特定情况，预料到涌水经过一定时间会把整条运输巷充满（根据涌出流量和巷道的断面及长度，计算得知涌水充满整条运输巷的时间为50h），而后自运输巷外端口溢出漫流，使受害范围扩大。

因此，必须尽最大努力在涌水未把运输巷充满之前，形成抑制灾害蔓延的能力。

经过分析，制定出了“监测水情，突击准备；强力抽排，循序渐进；疏解水源，稳中求胜”的治水方案，这一方案把治水工作分为突击准备、强力抽排、疏解水源三个阶段性步骤，即抽排又疏解，体现标本兼治。

平煤十三矿防治水研究【摘要】本文分析了矿区的水文地质条件，按照相关理论得出了矿井的突水规律，采取适合的防治水措施，为矿井安全生产提供了帮助。

【关键词】煤矿；突水；防治水1 区域水文地质概况平顶山煤田分布在汝河和沙河之间的分水岭地带，在构造形态上为一地垒型的复向斜构造，其四周受接近南北和接近东西向两组张性断裂的控制，形成一个多边形的地垒型断块。

褶曲以李口集向斜为主体，向斜西部倾向状张寨；东部翘起收敛，轴向为北西—东南方向。

十三矿井田处在李口集向斜的东北翼，襄郏一号正断层以南。

2 主要含水层特征2.1 寒武系含水层寒武系崮山组为深灰色厚层状白云岩、鲕状白云岩、顶部为泥质白云岩，一般厚度90-130m；张夏组为灰色厚层状鲕状灰岩，厚80～120m，均为裂隙岩溶水，其中张夏灰岩的裂隙岩溶尤为发育、富水性强，出露面积广，所处地形为丘陵山地，灰岩被雨水溶蚀现象发育，富水性极不均匀。

一般标高-200m以上岩溶发育，在-200m以下裂隙减少。

钻孔最大单位涌水量为18.06l/s.m，为本区最强含水层。

2.2 石炭系含水层石炭系太原群地层总厚约50-75m，为海陆交替沉积的石灰岩、砂岩、泥岩及煤组成。

灰岩4-8层，总厚20m左右，灰岩裂隙发育溶洞多，一般标高在-150m 以上含水性强；-150m以下含水性弱，说明灰岩裂隙随深度而逐渐减少的趋向。

钻孔最大单位涌水量为20.8l/s.m，具有较高的承压水头，对平顶山井田许多矿井开采威胁最大。

2.3 二迭系含水层二迭系地层，为砂岩、泥岩、砂质泥岩及煤相间沉积的地层、砂岩含水层多而薄，最厚20余米，一般为1-3m不等，含水性弱，对矿井生产基本无影响[1]。

3 区域地下水的补给径流及排泄条件地下水的补给决定于地形地貌、岩性、植被、地质构造、气象及地表水体等多种因素。

平顶山煤田由于受构造控制相对抬起，切断了区域含水层的直接水力联系，成为一个相对独立的水文地质单元。

地下水的补给主要依靠大气降水，通过松散的覆盖层垂直下渗，或直接在基岩裸露区补给，补给形式因地而异，较为复杂。