焦作矿区突水特点及矿井综合防治.doc

焦作矿区突水特点及矿井综合防治王长文慕松利李仑郭纯摘要焦作矿区以水大、水文地质条件复杂而闻名，在生产过程中，突水频繁，突水原因及类型的多变，多次造成淹井、淹采区的事故因此，根据多年的治理突水及淹井经验，对突水规律及特点进行了分析、总结；制定出相应的防治水技术措施，对水害进行的综合防治取得了较明显的效果关键词突水特点矿井水综合防治中图法分类号TD745Characteristics of Water-inrush and the Comprehensive Preventionof Mine Water in Jiaozuo Coal Mine AreaWhang ChangwenMu SongliLi LunGuo Chun（Jiaozuo Coal Mine BureauJiaozuo 454002）AbstractJiaozuo coal mine area is famous for its plenty of water and complex hydrologicalWater-inrush and inundation accidents have frequently occurredThe causes and types of water-inrush are variousAccording to the experiences accumulated over years，the behaviour law and characteristics of water-inrush have been analyzed and summarized；Corresponding ways of prevention and control of water-inrush have been put forward in the course of productionAn effective result have been obtainedKeywordscharacteristics of water-inrush；mine water；comprehensive prevention0引言焦作矿区有近百年的开采历史，历来以水大、水文地质条件复杂而闻名由于煤炭生产过程中频繁突水，影响了正常生产秩序，淹井、淹采区等重大事故，严重威胁矿井的安全生产自1985年以来，在认真总结了历次突水淹井经验教训和突水规律后，制定了一系列防治矿井水措施，并付诸实施，取得了较明显的效果，已连续13a未发生淹井、淹采区事故；实践证明，通过注浆堵水和疏水降压手段可达到既减少矿井涌水又能安全采煤的目的1概况11矿区概况焦作矿区位于太行山南麓，为华北型煤田，含煤面积1300km2，探明地质储量281亿t，属优质无烟煤，现有9对生产矿井开采二叠系底部的二1煤层（俗称大煤），矿区年生产能力1997年核定为346万t一对在建矿井古汉山矿设计能力120万t12地质构造简述焦作矿区位于太行山复背斜隆起的东南侧，处于东西向构造和新华夏系构造的复合部位，区内广泛发育自燕山运动以来所生成的各种构造形迹，主要以断裂构造为主，褶皱构造表现微弱EW向和NE向两组构造控制着地下水补给、径流和排泄2矿区水文地质特征21区域地下水补给量充沛焦作矿区北为太行山区，海拔标高2001700m，为构造剥蚀的中低山地貌，广泛出露奥陶寒武系巨厚（8001000m）的碳酸盐岩层，地形陡峭，岩溶发育，大量接受大气降水补给，汇水面积约2000km2，天然补给量约1520m3s22矿区含水层矿区内对开采二1煤层有影响的含水层（组）自上而下依次是：第三、四系（QR）砂砾石孔隙含水组；二叠系（P1）砂岩裂隙含水层；石炭系（C3）碳酸盐岩岩溶含水组；奥陶系（O2）碳酸盐岩岩溶含水层，在诸多含水层（组）中，以石炭系中部第八层石灰岩含水层（八灰）、底部第二层石灰岩含水层（二灰）和奥陶系石灰岩含水层（奥灰）对矿井开采生产威胁最大奥灰含水层通过断层，裂隙及含水层隐伏露头带对上覆各含水层补给，成为石炭系各含水层总补给水源23断裂构造控水作用矿区内三组构造（EW、NE和NWW向）纵横交错，互相切割，形成许多条块，但没有破坏奥灰的连续性，矿区范围内奥灰具有统一水位由于次一级断裂构造发育，密度大，破坏了煤层底板隔水层的完整性，使深层水（奥灰、二灰）一方面沿导水破裂带向上越流补给八灰直至与采矿裂隙带沟通而突水，另一方面通过断层两盘含水层对接发生侧向补给特别是太原统含水层多、层间距小，致使落差58m的断层在回采二1煤层时就直接发生二灰突水，落差10m以上的断层就会与奥灰发生水力联系断裂构造对地下水的富集、径流至突水起重要的控制作用3突水及淹井概况自解放以来，全局发生1m3min以上突水511次，大于10m3min的67次，大于30m3min的22次，大于100m3min的7次，最大突水量为320m3min因突水造成淹采区13次，淹井14次，少出煤炭800多万t，经济损失3亿元31突水及淹井原因分析311突水原因分析对67次10m3min以上突水事故分析，可明显看出突水与断裂构造和采掘工程布置的关系十分密切（表1）表1主要突水点突水类型统计Tab1The statistics of the water-inrush types of main water-inrush points涌水量（m3.min）1类型按构造分按采掘分其中断层掘进巷道回采工作面合计次数占总突水次数煤巷顶板巷底板巷小计次数1020152246210182691420932205015224411152245752050100689145753458100689336891157合计4262714228446572334367在67次10m3min以上突水事故中，断层突水42次，占627；全局100m3min以上突水7次，6次为断层突水；10m3min以上二灰、奥灰突水20次，19次为断层突水（表2）突水与断层落差的关系：是中小型断裂构造突水次数最多（表3）随着采深增加，水压加大，小断层（H10m）突水机率愈将变大另外，由表1可以看出突水与采掘类型关系十分密切，在67次突水中，掘进巷道突水44次，占657；回采工作面突水23次，占343，100m3min以上突水7次，掘进巷道突水6次，占8571，可见掘进巷道突水十分严重312突水淹井原因（1）防治水管理制度不完善，防治水措施实施不力，生产中麻痹思想严重（2）防排水设施不健全（3）对水文地质条件认识不清，缺乏先进、准确的科学探测手段，导致误揭断层，预留煤（岩）柱不足或未预先采取注、堵、封等措施而发生二灰、奥灰突水 表2主要突水点与水源关系统计表Tab2The statistics of relationship of mainwater-inrush points and water origion次涌水量（m3.min）1水源QPL8L5L2O2合计1020323632205014231205010043181001517合计342217367表3突水与断层落差大小统计表Tab3The statistics of water-inrushand fault throw次涌水量（m3min）1落差m1010202合计102084392050924135010066100426合计2787424矿井突水特点41断层突水次数多、水量大通过对67次大于10m3min以上突水事故进行分析可以看出，焦作矿区以断层突水为主，所占比例随突水量增大而增大42巷道突水机率高从表1看，在67次10m3min以上突水中，巷道突水44次，所占比例最大；其中又以底板岩巷突水机率最高为28次，占418，是采、掘工程中占比例最大的一种突水形式43回采工作面突水中，初次来压时突水所占比例大工作面初次来压突水，多发生在回采面积20003500m2时，且多发生在靠近上、下风道附近，据不完全统计，工作面初次来压突水次数占工作面总突水次数的72544滞后突水与断裂构造相伴滞后突水是矿压和水压综合作用的结果，使深层水沿断裂带涌出矿区已发生滞后突水9次，其中10m3min以上突水7次，50m3min以上突水4次，造成淹井、淹采区3次这种突水滞后时间难测，潜在危险性很大，一般发生在二1煤层底板岩巷或一5煤层巷道内，与构造关系密切45二灰、奥灰突水特点二灰、奥灰突水来势猛、水量大、衰减少，长期稳定，且突水次数有逐渐增加的趋势全局二灰、奥灰发生10m3min以上突水20次，其中20m3min以上突水14次，50m3min以上突水10次，造成淹井、淹采区事故9次5矿井水综合防治根据焦作矿区水文地质特征及矿井突水特点，制定了“立足矿井，预防为主，疏堵结合，分类治理”的防治水方针，采取综合治理的防治水技术与措施51加强水文地质预测、预报从1986年以来，连续坚持月、季、年的水情水害预测、预报工作，对矿井生产地区进行逐头、逐面分析，13年累计预报13614条，提出重点水害隐患3166条，预测准确率达70左右及时、准确的水文地质预报工作，一方面为生产部署提供了可行的地质依据，避免了盲目采掘，另一方面可减少突水和降低突水强度，保证安全生产52坚持有疑必探，防止巷道误揭断层突水为防止采掘巷道误揭落差大于5m的断层，制定了有疑必探、超前探水的具体有疑标准，13年探放水钻孔总进尺41787m，杜绝了因误揭断层而引发的突水事故另外，根据断层落差和水压大小，留设足够的防水煤柱；而巷道必须穿过断层时，要采取加固措施，如预注浆加固断层带切断导水通道或巷道砌碹、下底拱、加强支护等形式降低矿压对围岩的破坏，有效防止断层滞后突水53合理疏堵，减少矿井涌水量焦作矿区水文地质条件复杂，回采二1煤时底板突水频繁，只有对八灰水进行疏放降压，才能保证工作面安全回采但有些地区，经长期疏放，八灰水压仍然很高，说明八灰接受其它水源补给量大，不易疏放应先查明补给八灰的通道和水源，然后封堵补给通道根据八灰水压P与隔水层厚度M的比值来确定对八灰水的治理方法，当PM05时，要考虑疏水降压涌水量为1m3min时，八灰水位降幅大于10m，疏水效果好可以直接控放控放方法有两种，第一种是钻孔控放，在适当地点向八灰含水层打放水钻孔，孔口加截水阀，必要时可以关闭或控制流量，如冯营矿、中马村矿一水平、九里山矿一三采区、朱村矿西南区等均取得了良好的疏水降压效果，冯营矿二四采区用井下钻孔放水9m3min水位下降150m，保证了250m以上安全回采，解放受水威胁煤炭储量200万t第二种方法是建控放站，在适当地点向八灰含水层掘进巷道，在揭八灰前建立防水闸门，然后沿八灰含水层开掘巷道放水，利用水闸门按采掘工程进度及突水规律控放，九里山矿一一采区和焦西矿四一采区八灰控放站经生产验证效果较好对涌水量1m3min，而八灰水位降幅小于5m，说明八灰接受补给量大，不宜疏放降压，应查明补给通道和水源后进行封堵演马庄矿西部成功地封堵了冲积层水和二灰水补给八灰的通道，矿井减少涌水量18m3min对已回采结束的采区采用防水闸门（墙）封闭是生产矿井减少水量的另一有效途径54改革巷道布设，减少恶性突水焦作矿区矿井水平大巷，采区上下山布置随开采水平加深和对水文地质条件的认识程度经历了三个阶段第一阶段将巷道布置在二1煤层顶板岩石中，其弊端在于留设保护煤柱大，维护困难，造成煤炭回收率低，第二阶段将巷道设计在底板岩石中，其优点是减少煤柱损失，有利疏水降压随开采深度增加各含水层水压相对升高，二灰、奥灰突水日趋严重，掘进巷道时突水次数增多，突水量增大，淹井、淹采区事故愈来愈多在总结上述两个阶段的正反两方面经验和教训，认识到焦作矿区的巷道布置要决定于水文地质条件复杂程度，在高水压（20MPa）地区或八灰水疏放效果不好的地区，主要巷道布置在顶板岩石中，不做或少做底板岩巷，待防排水系统形成后，再行控放在水文地质条件相对简单，八灰接受补给不明显的地区，将主要巷道布置在煤层底板岩石中55建立、完善矿井防排水系统551建立坚强的排水阵地焦作矿区地质构造复杂，断层多，把一个井田分成许多小断块，所以排水泵较多全局9对生产矿井有一级排水泵房22个，182台主排水泵，总排水能力1?5893m3min，水仓总容积约12万m3区内各矿井一般延续由高向低进行水平划分和开采，设置泵房时形成二级甚至三级排水，往往一处突大水后，使矿井内不同标高上的泵房先后击破，最终导致淹井1985年11月12日中马村矿23061工作面突水128m3min后，首先淹没250m的二三泵房，该泵房56m3min的排水能力未发挥作用，接着上涨到一水平，加上原有矿井水，总水量达153m3min，淹没了有127m3min排水能力的井底泵房若二三泵房为一级排水或是潜水泵房是不会造成淹井事故的因此，分区泵房与井底泵房的建立要起到联合排水作用“八五”期间已完成演马庄矿二水平、冯营矿二水平和九里山矿二水平的潜水泵工程，投入使用后大大提高了矿井抗灾能力552建立可靠的防水设施建立防水闸门（墙）主要是防止二灰、奥灰突水淹井由于二灰、奥灰突水具有水量大、