矿井突水预兆与充水条件分析
山西省沁城煤矿奥灰水水文地质特征及突水因素分析
山西省沁城煤矿奥灰水水文地质特征及突水因素分析1 基本概况山西省沁城煤矿位于山西省沁水煤田的南部，沁水县城东部，龙港镇李家山—西庄村一带，行政区划隶属于山西省晋城市沁水县龙港镇管辖。
批准开采2号、3号、15号煤层，2生产规模90万吨/年，矿区面积18.835km。
本次勘探完成施工3个水文孔，3个钻孔均进行抽水试验，共抽水11层次。
2 勘探区地层地表出露有二叠系上统上石盒子组二、三段、石千峰组等地层、第四系松散沉积物在本区大面积分布。
3 抽水试验本次勘探完成施工3个水文孔，3个钻孔均进行抽水试验，共抽水11层次。
主要针对奥灰水进行抽水试验。
水试验设备采用深井潜水泵，水位测量采用电测水位计，涌水量测量采用三角堰板法。
4 区域奥灰水特征井田所在区域位于沁水煤田西南部，延河泉域岩溶水系统的北部，总体上属于下河泉群子系统的西北部岩溶水滞留区。
延河泉是山西省较大的岩溶泉之一，泉口位于阳城县东冶乡延河村北沁河西岸，出露层位奥陶系中统上马家3沟组，1982—1989年平均流量3.39m/s。
泉口出露标高463.33m。
从补给、径流到排泄，延河泉域是一个完整的岩溶水系统。
中奥陶统厚层石灰岩是延河泉域的主要含水层。
受地质构造的影响，泉域内地层总体倾向为：南部向北，东西两2侧向中部倾斜的储水构造，泉域总面积2990km，灰岩出露面2积1316km。
主要含水层段的岩溶裂隙较发育，富水性一般较好。
其主要补给来源为西南部大片灰岩裸露山区的大气降水补给及地表水与上部含水层中地下水通过断裂带向深部的垂向渗漏补给。
据区域岩溶水资料，井田附近岩溶水属相对滞留区，总体流向东南，与大范围的区域岩溶水汇集于沁河河谷下游阳城县八甲口附近以岩溶大泉（下河泉）形式排泄出地表。
5 矿区奥灰水特征及突水因素分析根据区内水文地质孔资料和区域岩溶水资源分布图，井田位于延河泉岩溶水系统与北部滞留区，井田在中部区域存在标高较高的水位滞留区，区内奥陶系灰岩岩溶含水层埋深486.94-515.40m，主要岩性为灰岩、泥灰岩及泥质灰岩。
煤矿矿井水灾防治
矿井水灾
四、透水预兆
采掘工作面透水前一般都有预兆，井下工作人员熟悉这样预兆，对于及时 采取对策，保证 人员安全撤离有着重要作用。透水预兆主要有以下几种。 （1）巷道壁或煤壁“挂汗”。这是由于压力水渗过微细裂隙后，凝聚于岩石和煤层表面造 成的。 （2）煤层变冷。煤层含水增大时，热导率增大，所以用手摸煤壁时有发凉的感觉。 （3）淋水加大，顶板来压，或底板鼓起并有渗水。 （4）出现压力水流（或称水线），这表明离水源已较近，应密切注视水流情况，如果出售 混浊，说明水源很近；如果出水清净则较远。 （5）煤层有水挤出，并产生“嘶嘶”声。有时尚能听到空洞泄水声。这是透水危险的征兆。 （6）工作面有害气体增加。为积水区常散发出甲烷、二氧化碳和硫化氢等气体。 （7）煤壁或巷道“挂红”、酸度大、水味发涩和有臭鸡蛋味。这是老空水的特点。 （8）煤发潮发暗。干燥、光亮的煤由于水的渗入，就变得潮湿、暗淡，如果挖去表层。里 面还是这样，说明附近有积水。
矿井水灾
2.充水天然通道
矿床充水天然通道主要包括点状岩溶陷落柱、线状断裂（裂隙）带、窄条状隐伏露头、面状裂隙网 络（局部面状隔水层变薄或尖灭）和地震裂隙等。 1）点状岩溶陷落柱通道。井下岩溶陷落柱的导水形式多样，有的岩溶陷落柱柱体本身导水；有的柱
体是阻水的，还有的岩溶陷落柱柱体内部分导水，部分阻水。 2）断裂（裂隙）带通道。断裂带是否能够成为充水通道主要取决于断裂带性质和矿床开采时人为采 矿活动方式与强度。断层水文地质有隔水断层和导水断层两种。 3）窄条状隐伏露头通道。影响隐伏露头部位多层充水含水层组地下水垂向间水力主要因素： （1）隐伏露头部位基岩风化带的渗透能力大小； （2）上覆第四系底卵孔隙含水层组底部是否存在较厚的黏性土隔水层。 4）面状裂隙网络（局部面状隔水层变薄区）通道。面状展布的裂隙网络随着上、下充水含水层组地 下水水头差增大，以面伏越流形式的垂向水交换量也将增加。 5）地震通道。地震前区域含水层受张力影响时，区域地下水水位下降，矿坑涌水量明显减少。地震 发生时，区域含水层压缩，区域水位瞬时上升数米，矿坑涌水量瞬时增加数倍；强烈地震过后，区域含 水层逐渐恢复正常状态，区域地下水逐渐下降，矿井涌水量逐渐减少矿井涌水量变化幅度与地震强度成 正比，与震源距离成反比。
贺西煤矿水文地质条件和矿井充水因素分析
056地质勘探DI ZHI KAN TAN1 矿井基本概况贺西煤矿地处鄂尔多斯盆地东缘、河东煤田中段，吕梁市柳林县陈家湾乡一带。
本区地貌类型属黄土丘陵区，地表水属黄河流域三川河水系，多发育季节性河流。
井田主体为一走向北西、倾向南西的单斜构造，地层倾角一般3-6°。
上组煤采掘过程中揭露断层168条，以小型正断层为主；三维地震勘探、物探推断小型疑似陷落柱4个、正断层5条。
井田大面积被第四系地层覆盖，零星出露二叠系地层，以往钻探揭露地层有：奥陶系中统上马家沟组、峰峰组，石炭系中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组和上统上石盒子组、石千峰组，新近系上新统和第四系。
主要可采煤层为山西组3、4号煤层和太原组8、10号煤层，平均总厚11.9m，采用斜—立混合开拓、综合机械化一次采全高采煤，全部垮落法管理顶板，生产规模300万t/a。
2 水文地质条件2.1 含水层1）第四系松散孔隙含水层主要赋存于井田沟谷冲洪积层中，含水层以透镜状砂砾石层为主，厚0-5m，属潜水，直接接受大气降水及地表径3流补给，弱富水，单井涌水量20-50m/d，矿化度一般小于500mg/L。
2）二叠系砂岩裂隙含水层含水层主要由山西组K砂岩、下石盒子K、K砂岩、上345石盒子K、K砂岩及石千峰组K砂岩含水层组成。
据钻孔抽678水试验资料，单位涌水量0.0001-0.0009L/s·m，渗透系数0.00032-0.0074m/d，水化学类型有HCO-Na型、HCO·CL-Na33型，矿化度大于1000mg/L，属弱富水性。
3）石炭系太原组灰岩岩溶裂隙含水层含水层主要为其中段所夹5层灰岩（L-L），厚约30m，15裂隙弱发育。
据抽（放）水试验，单位涌水量0.000066-0.0182L/ s·m，渗透系数0.00247-0.01013m/d，水位标高810-630m，属承压水，水化学类型以HCO-（Na+K）型为主，矿化度800-31450mg/L。
矿井及相邻矿井积水调查情况
矿井及相邻煤矿和废弃老窑的开采范围、积水调查情况一、矿井充水因素分析：1、地表水对矿井的充水影响：大气降水及矿坑排水形成的地表水作为充水水源，对本矿充水影响一般不大，这是由于煤层距地表具有隔水层存在，且地表径流条件好，因而不会造成矿坑充水影响，但平时应注意加强井口上游拦洪堤坝的稳固性，当开采井田河谷地带时，在开采塌陷导水裂隙带（最大高可达40米左右）与风化裂隙发生水力联系时，河水将可能进入矿井，造成矿井突水事故，应引起高度重视。
2、含水层对矿井的充水影响：6号煤层的直接充水含水层为砂岩，富水性较弱，主要为顶板淋水，或在浅部与基岩风化带发生水力联系，随着开采深度，涌水量增加不是很明显，采空区积水量很少，原因是矿井内下部煤层已开采，采空区沿开采塌陷裂隙进入下部开采煤层的巷道内，但可以使少量积水积存在采空区的低处，应在开采过程引起注意。
下组煤层的直接充水含水层为K2灰岩，埋藏较浅，主要接受大气降水补给，由于井田地形较陡，水流排泄条件好，再者由于地势高，含水层地下水沿层间运移到低处，井田内多为透水层，一般对矿井充水影响不大，而奥灰上马家沟组岩溶发育，富水性强，水位标高950—990米，井田10、11号煤位于奥灰水位以上，不存在带压开采。
3、地质构造对矿井的充水影响：井田内断层稀少，目前发现2条断距均小于5米的正断层，对矿井开采影响不大，另在井田东南发现9个陷落柱，没有对煤层开采产生影响。
因此，地质构造对矿井充水影响不大。
4、临近生产矿井的水文地质特征和充水因素：本井田北、西部毗邻汾西矿务局正新煤焦有限公司，东临马军峪煤业有限公司，南邻开采9+10号煤层的黄土坡鑫运煤业有限公司，现分别叙述如下：（1）汾西矿务局正新煤焦有限公司：汾西矿务局正新煤焦有限公司是由位于我矿区北部的和达煤矿和西部的花坡煤矿兼并重组整合新建矿井；和达煤业有限公司矿井原开采2号煤层，受百草大断层影响，该井田与本矿井不是直接相邻，因此，采空区对本矿井开采无影响。
煤矿涌水量预测知识
1、渗透系数值的确定 ①加权平均法 分以下三种情况： b）沿水平各向岩石透水性有变化时，渗透系数值可由下
式求得：
式中： Li——不同方向渗透段的长度，m
1、渗透系数值的确定 ①加权平均法 分以下三种情况： c）对平面非均质情况，即含水层在水平方向上渗透性有
变化时，应作渗透系数分布图，采用下式计算渗透系数：
在自然界中，由于绝对的隔水层是不存在的，因此常用相 对隔水层的概念，即将弱透水或局部透水局部富水的岩层 （这些岩层与该区含水层相比都弱得多），均作为相对隔 水层处理。
1、边界进水类型 供水边界：理论上的供水边界指具有无限补给的定水头边
界轮廓线，如含水层与地表水体（具有强烈水力联系）的 接触线。此外，一些强含水层也可成为弱含水层的定水头 供水边界。
3、引用半径和巷道系统面积的确定
在预测巷道系统和露天采矿场的涌水量时，常把矿井 的形状复杂的巷道系统（或露天采矿场的轮廓）所包围的面 积，看作以r0为半径的圆形大井的面积。R0称为引用半径。 由于矿井四周边界所包围面积的形状均不相同，下表罗列了 几种几何形状及其r0的表达式。
巷道系统面积的确定，是用巷道系统、采区所占的水 平投影面积；用设计巷道所包围地段的面积；用靠排水巷道 最近一条封闭等水位（水压）线所圈定的面积。
② Q－s曲线法 计算方法：
（3）确定涌水量方程 参数a、b，计算预测 涌水量
可以使用图解法、均
衡误差法、最小二乘
图
法确定参数a、b。
解
法
实例：东庄煤矿竖井设计井深118m，预计将揭穿煤系地层 30m、岩溶灰岩86m，勘探阶段在建井地段布置一水文地质 孔，并进行了分层抽水试验。抽水结果表明，煤系地层含水 微弱，计算涌水量时可以忽略，故未来竖井的总涌水量即为 其揭露灰岩含水层的涌水量。
煤矿水害防治基本知识
井，导致11人死亡。
某煤矿一号井南翼502工作面地表水、黄泥溃入示意图
(3) 第四系松散孔隙含水层和第三系砂砾含 水层水害
第四系松散孔隙充水含水层、第三系砂砾含水层呈不整 合覆盖在煤系地层上，直接接受大气降水和展布其上的河流、 湖泊、水库等地表水体的渗透补给，形成在剖面和平面上结 构极其复杂的松散孔隙充水含水体。如： 安徽皖北祁东煤矿新矿井首采面刚刚推进40m后,发生了 第四系松散孔隙含水层水溃入淹井。
造成灾难性的岩溶陷落柱水害。
193 北大巷 北翼胶带 大煤
13 －425 总回风巷 －450
－475 北翼回风 －500 野青 －525 －550 山伏青 小青 大青 －600 下架 －625 奥灰 －650 －575
1984年6月开滦范各庄矿在回采距煤层底板奥陶
系灰岩含水层超过200m的第七号煤层时，这个岩溶
矿井采掘工作面有时可听到水的“嘶嘶”声；
矿井采掘工作面矿压增大，发生片帮、冒顶及底鼓。
(2)不同类型水源的透水特点
•
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冲积层水。冲积层水一般开始涌水量较少，夹带泥砂， 水色发黄，以后水量急剧增大的特点。冲积层水一般 不至于构成对人体的伤害。 小窑、老空水一般积存时间长，水量补给差，属于 “死水”，所以有“挂红”、酸度大、水味发涩的特 点，出现雾气。 断层水。常常出现工作面来压，淋水增加，有时还可 在岩缝中见到淤泥。断层水混浊，多为黄色，很少“ 挂红”，水无涩味。
陷落柱是一个短轴46m、长轴67m的椭圆形岩溶陷落 柱，柱体冒落高度竟达200m，顶部直到七号煤层顶 板，由于岩溶陷落柱沟通了煤系地层与奥灰强充水 含水层的水力联系，发生了突水量高达2053m3/h的 恶性突水淹井事故，损失巨大，在世界采矿史上留 下了令人难以置信的案例。
矿井发生突水的因素
矿井发生突水的因素在煤矿生产建设过程中常常遇到水害，发生不同程度的突水事故，因此找出水灾事故发生的原因，从中吸取教训，对指导以后的矿井地质和矿井防治水工作，避免矿井水患事故的发生，会起到积极的促进作用。
造成矿井突水灾害的因素归纳起来有以下几方面：1. 地面防洪、防水措施不当，或因对防洪设施管理不善，暴雨山洪冲毁防洪工程，使地面水涌入井下，造成灾害。
如某矿由于山洪爆发，矿防洪堤决口，工业广场积水深达2m，大水从副井口进入矿井，造成淹井事故。
2. 缺乏调查研究，水文地质条件不清，井巷接近老窑区、充水断层、强含水层、陷落柱、封闭不良钻孔等，不事先探放水，盲目施工；或探放水，但措施不当，而造成淹井或伤亡事故。
3. 井巷位置不合理，如布置在不良地质条件中或强含水层附近，施工后在矿山压力与水压力共同作用下，发生顶板或底板突水。
4. 施工措施不力，工程质量低劣，致使井巷严重坍塌冒顶，导致强含水层透水或地面水体灌入井下，造成淹井事故。
如某矿巷道和采掘工作面位于水库之下，由于运输道绞车房砌碹质量低劣，碹壁壁后充填不实，加上顶板压力大，结果造成大冒顶，并和地面冒通，导致水库里的水大量灌入井下，很快将矿井整个矿井淹没。
5. 乱采、乱挖，破坏了防水煤柱或岩柱透水，如某矿由于防水煤柱被小煤窑破坏，造成淹井事故。
6. 出现透水征兆未觉察或未被重视或处理不当造成透水。
7. 测量工作失误导致巷道揭露积水区或含水断层而突水。
如某煤矿，因煤柱厚度测量错误，导致在掘进中老空积水将防水煤柱冲开而发生了严重透水事故。
8. 在水文地质条件复杂，有突水淹井危险的矿井，在需要安设而未安设防水闸门或防水闸门安设不合格以及失修关闭不严，突水时不能起到堵截水作用。
9. 矿井排水能力不足或排水设备平时维护不当，水仓不按时清挖，突水时排水设备失效而淹井。
10.钻孔封闭不合格或没有封闭，成为各水体之间的垂直联系通道，当采掘面和这些钻孔相遇时，发生突水事故。
煤矿水害防治技术
提纲
一、矿井充水条件分析 二、矿井防治水技术管理 三、矿井防治水实用图编制 四、突水事故的应急救援预案
2
一、科学开采是煤炭工业发展的必由之路
1 矿井充水条件分析
3
一、科学开采是一煤炭、工矿业井发展充的水必条由之件路分析
矿井充水条件分析，是矿床水文地质学重要研 究内容之一，也是矿井水文地质工作的重要环节之 一。
(二)、人为充水条件分析
1.人为充水水源
袭夺水
老空水
8
一、科学开采是一煤炭、工矿业井发展充的水必条由之件路分析
地面岩溶塌陷带
封孔质 量不佳 钻孔
底板矿压破坏带 底板水压导升带
顶板冒落裂隙带
9
一、科学开采是一煤炭、工矿业井发展充的水必条由之件路分析
（三）、充水强度分析
充水强度分析
定性 分析
定量 预测 评价
充水“水源” 充水“通道” 充水“强度”
矿井充水 条件分析 内容
4
一、科学开采是一煤炭、工矿业井发展充的水必条由之件路分析
根据充水条件特征，可将矿井充水 条件分析划分为：
矿井充水 条件分析
自然充水 条件分析
人为充水 条件分析
5
一、科学开采是一煤炭、工矿业井发展充的水必条由之件路分析
(一)、自然充水条件分析
1、地面防治水
1、查清矿区及其附近地面水流系统的汇水，渗漏情况，疏水能力 和有关水利工程等情况。了解当地水库、水电站大坝、江河大堤、河道、 河道中障碍物等情况，掌握当地历年降水量和最高洪水位资料，建立疏 水、防水和排水系统。
2、矿井井口和工业场地内建筑物的标高，应当高于当地历年最高 洪水位。应当避开可能发生泥石流、滑坡的地段。如果是井口及工业场 地建筑物的标高低于当地历年最高洪水位的，应当修筑提坝、沟渠、或 者采取其他防排水措施。