平顶山十三矿突水特征与原因分析

1、编号：SM-ZD-80587平顶山十三矿突水特征与原因分析Through the process agreeme nt to achieve a uni fied action policy for differe nt people, so as tocoord in ate acti on, reduce bli ndn ess, and make the work orderly.编制：审核：批准：本文档下载后可任意修改精编解决方案 | SOLUTION TEMPLATE平顶山十三矿突水特征与原因分析简介：该方案资料适用于公司或组织通过合理化地制定计划，达成上下级或不同的人员 之间形成统

2、一的行动方针，明确执行目标，工作内容，执行方式，执行进度，从而使整 体计划目标统一，行动协调，过程有条不紊。文档可直接下载或修改，使用时请详细阅 读内容。矿井突水是威胁煤矿安全生产的重要灾害之一。对突水 机理及突水危险性评价和预测是解决突问题的关键技术基 础，构造裂隙是造成煤层底板突水的主要因素。平顶山十三 矿是1座设计能力180万t/a的大型矿井，矿井水文地质条 件复杂，在生产过程中出现了2次较大的突水事故。井田煤系地层属于石炭二叠纪， 二叠系已煤组的二?煤 （或已16-17 煤层）为该矿井的主采厚煤层。煤田分布在汝河和沙河之间 的分水岭地带，构造形态为一地垒型的复向斜构造，四周受 接近东西

3、向两组张性断裂的控制，形成一多边形的地垒型断 块，由于煤田相对抬起，切断了与周围区域含水层的直接水 力联系，阻隔了区域基岩地下水向井田的侧向补给，使本井 田成为一相对独立的水文地质单元。1采面概况及突水过程特征平顶山十三矿目前开采已组煤层，发生的2次突水事件分布在已一和已二的 2个采区。第一次突水发生在已 15-17 -12010采面，该采面位于一水平已二采区东翼第一区段， 东至侯村保护煤柱线，西到上山保安煤柱，北至防水煤柱， 南部尚未布置采面。采面走向长1 285m，倾斜宽130m ,采面煤层倾角平均为 26。，煤层厚平均为5.28m。采煤方法 为走向长壁，沿煤层顶板放顶煤一次采全高，工字钢

4、金属支 架支护（图1 ）。第二次突水发生在已15-17 - 11090采面， 该采面位于一水平已一采区东翼第五区段，东邻襄郏背斜轴 部，西至上山和东风井保安煤柱线，南北均未布置采面。回 采走向长1 090m，倾斜宽128m，采面煤层倾角平均为 20 煤层厚平均为5.4m。巷道掘进沿煤层走向和顶板施工，工字 钢金属支架支护。采面里段采煤方法为分层综采，采高2.2m 左右，全部陷落法管理顶板（图 2 ）。图1 12010 工作面平面示意图图2 11090工作面平面示意图1999年12月27日12:20 , 12010采面切眼里帮下机头以上711m范围内底板突水，标高-236.4m，最大突水量 24

5、0m 3/h , 12h 后衰减为 227 m 3/h。28 日 15:30 测得二灰水位开始以 0.15m/d的速度下降，突水过程呈现出水量相对稳定的非稳定流状态。29日0:00后相对稳定，15d后水量稳定在150 m 3/h。20xx年11月15日15:00 , 11090采面采空区侧底板有水涌出，水量为 56 m3/h ; 18:00水量增大到150 m3/h，同时听到采面有响声，并伴有煤尘飞扬，14#架后底板鼓起0.4m ,水伴着大量煤沿运输机和支架间 人行道奔涌而下，最大突水量达435 m3/h，采面下出口封顶后的平均出水量为 300 m 3/h，采面突水点标高由-496.6m 上升

6、至-457.4m。由于突水最较大，致使机巷最高点(-457.4m )以里共淹没巷道 508m，最高点以外自流 850m。 30d后，水量稳定在 168 m 3h，水温在38 C左右。总之，2次突水具有突发性、矿压显现明显、水量大且 稳定、水温高等特征。2突水原因分析2.1水文地质条件已15-17 - 12010采面煤层直接底板为黑色的砂泥岩 互层，厚2.14m。老底为细砂岩，厚7.71m。采面区段岩层 平均倾角为28。，掘进过程中揭露断层28条，走向大致为 NE，最大落差10m （图3）。11090采面直接底为砂质泥岩， 厚1.83.25m ;老底为细砂岩，厚 6.9m。采面在掘进期间 共揭露

7、大小断层17条，影响走向长398m，断层组的2条 主要断层间距23m，对采面影响较大（图 4 ）。两采面下部 为晚石炭世上古生界石炭系太原群上部灰岩段17层和寒武系（表1 ） o表1煤层与底板地层情况表古生界二叠系已煤段已 15-17 煤厚 10.6m裂缝承压水砂泥岩厚8.1m石炭系上部灰岩段一灰岩厚10m第7页/总14页精编解决方案 | SOLUTION TEMPLATE二灰岩厚8.0m三灰岩厚7.8m砂泥岩段砂泥岩厚16.6m四灰岩厚7m五至七灰岩厚7.4m铝土岩厚8.2m寒武系灰色白云质灰岩图3 12010采面水文地质单元示意图图4 11090采面水文地质单元示意图已15-17 - 12

8、010采面处于正断层 F2(/63 H= 47m )、F6 (Z77 ,H=52m )之间，风巷上部有正断层 F3 (Z65 ,H=11m )、F4 (Z58 ,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0.07

9、50.019L/(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2530m附近，温度为17.2 C,地温梯度为 3.23.5 C /hm。12010 采面突水温度为 22 C,出水点距地面高 -300m第11页/总14页精编解决方案 | SOLUTION TEMPLATE左

10、右，预计水温为24 C,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240 3/h，至采面回采结束底板二灰水的涌水量 尚有30m 3/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 ）。图5突水水量、水温、二灰岩水动态曲线示意图11090采面突水之初水温为 30 C, 4d后稳定在38 C 左右。11090采面突水处标高为-498m，

11、预计该处水温为 35 C,而实际水温为38C左右，说明突水补给水源应在-550m 以下，是石灰系五灰水和寒武系中白云质灰岩水。从五炭岩观测孔水位动态看，五灰水水位稍有下降（只有五灰 水观测孔在突水面附近且中间无断层，但在突水时该孔还没 有施工完），说明五灰水是主要的补给水源。 综上认为,11090 采面突水水源为石炭系二灰水，补给水源为石炭系五灰水和 寒武系白云质灰岩水（图 6 ）。图6突水水量、水温、五灰岩水动态曲线示意图2.3导水通道分析底板破坏带与岩溶水断层破碎带是两采面底板突水的 主要通道，断层煤柱构造和裂隙发育，隔水层完整性遭到破 坏，给突水提供了通道。据突水的特征推断，11090采

12、面突水通道为溶蚀裂隙一管道水流系统；12010采面突水通道为与切眼成 40。交角 的一个构造裂隙；11090采面突水补给通道：一是襄郏背斜 仰起端的石炭系灰岩隐伏露头区，其迳流通道是襄郏背斜轴 部；二是沟李封正断层和襄郏一号正断层交汇处的三角地带。12010采面的补给通道微细。2.4突水机理分析矿井突水的必要条件是有足够的水量，有较大的水压力，并受到采动的影响。两采面突水水量较大且稳定，表明水源 相对充足；突水过程造成底板断裂或底鼓，表明水压力较高从两采面突水看，底板断裂构造薄弱带是造成突水的主要因素。断裂构造在突水中的作用： 一是使12010采面隐伏 构造发育带、11090采面背斜轴部等处成

13、为突水易发生部位； 二是11090采面断裂构造发育，使各含水层具有良好的水力 联系。两采面矿压和水压是底板突水的诱导、触发因素。采 动矿压对底板的破坏主要有3种：一是离层导致层间破坏；二是采空区周边反向作用力导致剪切破坏；三是水平拉力导 致垂向破坏。采动矿压对两采面底板隔水层产生813m的破坏深度，使各个方向的先存断裂不同程度地发生“活化”；新产生的裂隙、先存断裂与含水体原始导升带连通，承压水 沿着裂隙上升，冲刷结构面，裂隙软化扩大，逐渐形成较大 的过水通道导致突水。11090采面底板裂隙的突然导通致使第15页/总14页FS 精编解决方案 | SOLUTION TEMPLATE突水来势猛，呈爆发态，但12010采面切眼为裂隙迟到突水。综上认为，采面突水原因在于煤层开采后，底板应力场 发生了变化，断层的拉伸张裂带更加发育并产生裂隙，随着 采空区应力的降低，底板隔水层的抗张强度低于底板水压力， 隔水层厚度相对不足，超过弹性变形极限而出现裂隙，同时 原生裂隙进一步扩张，断层进一步被活化，终使底板隔水层 断裂，导至突水。3结语1） 平顶山十三矿采面底板突水规律为水量大、水压高、 水温高，且相对稳定。11090采面突水水源为石炭系二灰水， 补给水源为石炭系五灰水和寒武系白云质灰岩水；突水通道 为溶蚀裂隙。12010采面突水水源为石炭系