平顶山十三矿突水特征与原因分析

平顶山十三矿突水特征与原因分析CONTENTS目录01矿井突水概述02矿区水文地质条件03突水事故概况04突水特征分析CONTENTS目录05突水原因分析06突水危险性评价方法07防治水技术对策01矿井突水概述矿井突水定义与危害

矿井突水的定义矿井突水是指在掘进或采矿过程中，因巷道揭穿导水断裂、富水溶洞等地质构造，导致地下水突然涌入井巷的自然现象。

突水的主要危害突水可导致井巷淹没、设备损毁及人员伤亡，并可能引发地面塌陷等次生灾害。

平顶山十三矿突水事件警示平顶山十三矿在生产过程中出现了2次较大的突水事故，对矿井安全生产造成严重威胁，凸显了突水防治的重要性。突水防治的重要性

保障矿工生命安全矿井突水可能瞬间淹没井巷，造成人员伤亡，如平顶山十三矿11090采面突水曾淹没巷道508m，防治工作是安全生产的首要前提。

维护矿井正常生产突水会导致设备损毁、生产中断，十三矿两次突水最大水量分别达240m³/h和435m³/h，有效防治可避免因停产造成的重大经济损失。

保护矿井资源与投资大型矿井建设投资巨大，突水可能导致矿井报废，通过防治可保障煤炭资源有序开采，保护前期基础设施与设备投入。

预防次生地质灾害突水可能引发地面塌陷、地下水系破坏等次生灾害，十三矿水文地质条件复杂，防治工作可降低对区域生态与地质环境的影响。平顶山十三矿突水事故背景矿井概况

平顶山十三矿是设计能力180万t/a的大型矿井，主采二叠系已煤组的二1煤（或已16-17煤层），井田煤系地层属石炭二叠纪，水文地质条件复杂。地理位置与构造特征

煤田分布在汝河和沙河之间的分水岭地带，构造形态为地垒型复向斜构造，受近东西向两组张性断裂控制，形成多边形地垒型断块，为相对独立的水文地质单元。主要突水事故概况

矿井在生产过程中发生2次较大突水事故，分别为1999年12月27日12010采面突水（最大突水量240m³/h）和2002年11月15日11090采面突水（最大突水量435m³/h）。突水事故主要特征

两次突水均具有突发性、矿压显现明显（如11090采面14#架后底板鼓起0.4m）、水量大且稳定、水温高（11090采面稳定水温38℃左右）等特征。02矿区水文地质条件井田构造特征

区域构造位置平顶山十三矿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，四周受接近东西向两组张性断裂的控制，形成一多边形的地垒型断块。

水文地质单元独立性由于煤田相对抬起，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。

主要断层分布特征已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）。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。

构造应力与裂隙发育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。地层岩性与含水层分布

井田地层岩性构成平顶山十三矿井田煤系地层属石炭二叠纪，主采二叠系已煤组二1煤（已16-17煤层），煤层厚度平均5.28-5.4m。直接底板为砂泥岩互层或砂质泥岩，厚1.8-2.14m；老底为细砂岩，厚6.9-7.71m。下部依次为石炭系上部灰岩段、砂泥岩段、下部灰岩段及寒武系灰色白云质灰岩。

主要含水层特征石炭系上部灰岩段含一至三灰岩，其中二灰岩为突水直接富水层；下部灰岩段含四至七灰岩，五至七灰岩局部富水且与二灰岩存在水力联系。寒武系白云质灰岩岩溶较发育，单位涌水量0.226L/(s·m)，位于石炭系以下110m，构成深部补给水源。

隔水层分布情况煤层底板砂泥岩段厚16.6m，铝土岩厚8.2m，共同构成煤层与下部灰岩含水层间的主要隔水层。煤田因呈地垒型断块构造相对抬起，切断与区域含水层直接水力联系，形成独立水文地质单元，阻隔侧向补给。水文地质单元划分12010采面水文地质单元特征已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），形成相对独立的水文地质单元，静储量丰富，富含承压水。11090采面水文地质单元特征11090采面南北以襄郏一号正断层和灵武山向斜为边界，东西以11090逆断层带和沟李封断层为边界，断层交汇处应力集中、裂隙发育，与富水带构成突水富水区和迳流带，为独立水文地质单元且富含承压水。水文地质单元独立性表现两采面均因四周断层等构造阻隔，切断与区域含水层直接水力联系，形成相对独立的水文地质单元，其突水水源主要来自单元内自身的灰岩含水层水，补给条件存在差异。03突水事故概况12010采面突水过程01突水发生时间与位置1999年12月27日12:20，12010采面切眼里帮下机头以上7-11m范围内底板突水，标高-236.4m。02突水水量变化特征最大突水量240m³/h，12h后衰减为227m³/h，15d后水量稳定在150m³/h，呈现水量相对稳定的非稳定流状态。03突水水温及水源指示突水温度为22℃，出水点距地面高-300m左右，与二灰水水位基本相符，突水后二灰水水位以0.15m/d的速度下降，表明突水水源主要是二灰水。04突水后的水文动态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，说明该面二灰水补给条件差，以消耗储量为主，至采面回采结束底板二灰水涌水量尚有30m³/h。11090采面突水过程突水发生时间与初始水量2002年11月15日15:00，11090采面采空区侧底板出现涌水，初始水量为56m³/h。水量快速增长与伴随现象当日18:00水量增至150m³/h，同时伴随采面响声、煤尘飞扬，14#架后底板鼓起0.4m，水携大量煤沿运输机和支架间人行道奔涌。最大突水量与淹没情况最大突水量达435m³/h，采面下出口封顶后平均出水量300m³/h，导致机巷最高点（-457.4m）以里508m巷道被淹没，以外850m巷道自流。水量与水温稳定阶段突水30天后水量稳定在168m³/h，水温经4天从30℃升至38℃并保持稳定。两次突水共性特征突发性与瞬时水量大12010采面突水最大突水量240m³/h，12h后衰减为227m³/h；11090采面突水从56m³/h迅速增至435m³/h，均呈现突发且水量骤增特征。矿压显现明显11090采面突水时14#架后底板鼓起0.4m，伴有响声和煤尘飞扬；两次突水均伴随矿压增大导致的片帮、底鼓等现象。水量稳定且水温高12010采面突水15d后稳定在150m³/h，水温22℃；11090采面30d后稳定在168m³/h，水温稳定在38℃左右，均表现出承压水特征。水源均为灰岩含水层水水质分析显示两次突水水源均非顶板或第四系水，12010采面主要为二灰岩水，11090采面与五至七灰岩及寒武系白云质灰岩有关，均属灰岩岩溶水。04突水特征分析突水部位与突水形态

01突水部位分类按位置可分为工作面突水与巷道突水；工作面突水含掘进面、回采面突水；巷道突水含顶板、底板及侧向突水。平顶山十三矿2次突水均发生于回采工作面底板。

02构造薄弱点突水特征多发生于断裂带、陷落柱等构造薄弱区。十三矿12010采面突水点位于F2、F6正断层之间，11090采面受襄郏一号断层与沟李封断层交汇控制，均为构造应力集中区。

03突水前征兆表现包括煤层变潮、煤帮滴水增大、淋水由小变大，可嗅到硫化氢气味或水的嘶嘶声，矿压增大导致片帮、冒顶，底板鼓起量可达500mm以上。

04突水形态及水力特征底板灰岩突水呈高压喷射状，伴有刺耳水声，如11090采面最大突水量达435m³/h；水量大且稳定，水温高（12010采面22℃，11090采面38℃），体现承压水突水规律。水量与水压特征

12010采面突水水量特征1999年12月27日突水，最大突水量240m³/h，12小时后衰减至227m³/h，15天后稳定在150m³/h，至采面回采结束底板涌水量仍有30m³/h。

11090采面突水水量特征2002年11月15日突水，初始水量56m³/h，3小时后增至150m³/h，最大突水量达435m³/h，30天后稳定在168m³/h，平均出水量300m³/h。

12010采面水压特征二灰水水头高度为210m，突水后二灰水水位下降150m以上，表明该采面二灰水补给条件差，以消耗静储量为主，具有承压水特征。

11090采面水压特征突水点标高-498m，水温稳定在38℃，高于预计的35℃，结合水量大且稳定的特点，显示其水源具有较高水压和稳定补给，呈现典型承压水规律。水温与水质特征

12010采面水温特征突水温度为22℃，出水点距地面标高约-300m，预计水温24℃，与二灰水水位基本相符，表明突水水源主要为二灰岩水。

11090采面水温特征突水初期水温30℃，4天后稳定在38℃左右；突水处标高-498m，预计水温35℃，实际水温高于预期，反映深部含水层水文特征。

水质类型判定两次突水水质分析结果显示，水源均为灰岩含水层水，排除顶板或第四系水；二灰岩与五至七灰岩存在水力联系，构成统一水文系统。

地温梯度背景两采区恒温带位于地表以下25-30m，温度17.2℃，地温梯度3.2-3.5℃/hm，为突水水温异常提供区域地热参考依据。突水前兆现象

一般突水前兆煤层变潮、煤帮滴水增大、淋水由小变大，可嗅到硫化氢气味或水的嘶嘶声，伴随矿压增大导致片帮、冒顶。

底板灰岩突水特定征兆工作面压力增大、底鼓量可达500mm以上，沿裂隙喷出高压水并伴有刺耳水声，水温与含水层水温特征相符。

松散孔隙含水层突水征兆突水部位滴水含细砂，局部冒顶后出现流沙，围岩发潮滴水，钻孔可能涌出流沙。

老窑水突水征兆煤层发暗、“挂汗”（铁锈色）、温度降低，煤壁传出水呼声，空气变冷，出现雾气。05突水原因分析地质构造因素

地垒型复向斜构造控制井田构造形态为地垒型复向斜，受近东西向两组张性断裂控制，形成多边形地垒型断块，切断与区域含水层直接水力联系，成为相对独立水文地质单元。

断层密集带发育特征12010采面处于F2（∠63°，H=47m）、F6（∠77°，H=52m）正断层之间，风巷上部有F3（∠65°，H=11m）、F4（∠58°，H=18m）断层；11090采面揭露17条断层，主要断层间距23m，影响走向长398m。

断层交汇带应力集中11090采面襄郏一号正断层与沟李封断层交汇处应力集中，裂隙发育，与富水带共同构成突水富水区和迳流带，成为突水关键通道。

采面构造独立性两采面均受断层边界控制形成独立水文地质单元，12010采面静储量丰富且富含承压水，11090采面断层带沟通深部含水层，为突水提供水力联系路径。水文地质条件因素井田构造特征平顶山十三矿煤田分布在汝河和沙河之间的分水岭地带，构造形态为地垒型复向斜构造，四周受近东西向两组张性断裂控制，形成多边形地垒型断块，切断了与周围区域含水层的直接水力联系，成为相对独立的水文地质单元。地层与含水层分布二叠系已煤段发育裂缝承压水，砂泥岩厚8.1m；石炭系上部灰岩段含一至三灰岩岩溶水，下部灰岩段含四至七灰岩水，寒武系为灰色白云质灰岩。其中二灰岩是两采面突水的直接富含水层，五至七灰岩局部富水且与二灰岩存在水力联系。采面水文地质单元特征12010采面处于正断层F2、F6之间，风巷上部有F3、F4断层；11090采面以襄郏一号正断层、灵武山向斜、11090逆断层带及沟李封断层为边界。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，断层交汇处应力集中、裂隙发育，构成突水富水区和迳流带。充水水源分析

直接充水水源：石炭系二灰岩二灰岩是两采面突水的直接富含水层，岩性为岩溶水层，厚度8.0m，富水性较强，与五至七灰岩存在水力联系。

间接充水水源：五至七灰岩石炭系下部灰岩段五至七灰岩总厚7.4m，其中五灰岩富含水，六、七灰岩局部富水性强，单位涌水量0.019-0.075L/(s·m)，与二灰岩存在水力联系。

深部潜在水源：寒武系白云质灰岩寒武系灰色白云质灰岩位于石炭系以下110m，岩溶较发育，单位涌水量0.226L/(s·m)，为深部潜在补给水源，可能通过断层带与上部含水层发生水力联系。

水源判定依据：水质与水温特征两次突水水质分析显示为灰岩含水层水，非顶板或第四系水。12010采面突水温度22℃，与二灰水水温相符；11090采面突水稳定水温38℃，高于预测地温，指示深部灰岩水补给特征。导水通道形成机制构造裂隙导水通道断层带是主要导水通道，如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），这些断层交汇处应力集中，裂隙发育，形成富水区和迳流带。矿压作用下底板破坏导水采矿活动导致底板岩层受矿压作用，经历支撑压力压缩、卸压膨胀、剪切破坏阶段，形成导水通道。11090采面突水时伴有煤尘飞扬，14#架后底板鼓起0.4m，显示矿压对底板的破坏作用。含水层水力联系导水二灰岩和五至七灰岩存在水力联系，寒武系白云质灰岩岩溶较发育，单位涌水量为0.226L/(s·m)，在石炭系110m以下，为突水提供了水力联系通道。矿压作用影响

矿压导致底板岩层破坏矿压作用下底板岩层经历支撑压力压缩、卸压膨胀、剪切破坏三个阶段，形成导水通道，破坏底板完整性，降低隔水层阻水能力。

11090采面矿压显现特征2002年11月15日11090采面突水时，14#架后底板鼓起0.4m，伴有响声及煤尘飞扬，显示矿压增大导致底板变形，为突水创造条件。

构造裂隙与矿压叠加效应断层带附近因矿压作用使原有构造裂隙进一步扩展，如11090采面沟李封断层和襄郏一号正断层交汇处应力集中，裂隙发育，与富水带共同构成突水迳流带。06突水危险性评价方法水文地质分析方法

水文地质单元划分平顶山十三矿井田受东西向两组张性断裂控制，形成地垒型断块，切断与区域含水层直接水力联系，构成相对独立的水文地质单元，如12010采面和11090采面均为独立单元。

含水层富水性评价通过单位涌水量等参数分析，二灰岩为直接富含水层，寒武系白云质灰岩单位涌水量0.226L/(s·m)，岩溶较发育，五至七灰岩局部富水且与二灰岩存在水力联系。

构造导水通道识别重点分析断层带特征，如12010采面处于F2（∠63°，H=47m）、F6（∠77°，H=52m）断层之间，11090采面断层交汇处应力集中、裂隙发育，构成突水富水区和迳流带。

突水水源判别技术结合水温、水质分析，12010采面突水温度22℃，与二灰水水位相符，突水后二灰水位下降超150m；11090采面突水稳定水温38℃，判定为灰岩含水层水，排除顶板及第四系水。突水系数法应用

突水系数计算方法突水系数是衡量煤层底板突水危险性的重要指标，计算公式为：突水系数=底板隔水层承受的水压（MPa）/底板隔水层厚度（m）。该指标综合反映了水压与隔水层厚度的制衡关系。平顶山十三矿突水系数分析以平顶山十三矿二1煤层为例，其底板二灰岩含水层水头高度达210m，隔水层厚度受断层影响局部变薄。12010采面突水时，突水系数超过临界值，表明构造薄弱带降低了隔水层有效阻水能力。突水危险性分区标准根据《煤矿防治水规定》，突水系数<0.06MPa/m为安全区，0.06-0.1MPa/m为较危险区，>0.1MPa/m为危险区。十三矿受断层控制区域突水系数普遍偏高，需重点防范。工程应用与防治建议基于突水系数法，对高危险区采取疏水降压、底板注浆加固等措施。例如11090采面通过预先疏放寒武系灰岩水，降低水头压力，使突水系数控制在安全范围内，保障了回采安全。多因素耦合评价模型

地质构造与水文地质单元耦合以12010采面（F2、F6断层控制）和11090采面（襄郏一号断层与灵武山向斜边界）为例，断层交汇带应力集中形成富水区与迳流带，独立水文单元静储量丰富且含高压承压水。含水层与导水通道耦合二灰岩（富水性强）与寒武系白云质灰岩（单位涌水量0.226L/(s·m)）通过断层裂隙构成水力联系，11090采面突水水温38℃高于预测值3℃，印证深部含水层水沿导水通道上涌。矿压作用与底板破坏耦合采动导致底板岩层剪切破坏，11090采面底鼓量达0.4m，高压水伴随煤尘飞扬涌出，最大突水量435m³/h，显示矿压诱发导水通道扩展与突水强度正相关。熵权-模糊层次分析模型应用采用EW-FAHP模型评价己四采区底板突水危险性，权重计算显示断层落差、含水层水压及隔水层厚度为关键因子，-700m以下及断层影响区被划为高危险区。07防治水技术对策水文地质探查技术地质构造探查技术通过地质填图、钻探和物探等手段，查明井田内地垒型复向斜构造及断层分布，如12010采面揭露的F2、F6正断层，11090采面受襄郏一号正断层和沟李封断层控制的富水区。含水层分布与富水性探查采用水文地质钻探和抽水试验，确定石炭系二灰岩、五至七灰岩及寒武系白云质灰岩等含水层的厚度、单位涌水量（如寒武系白云质灰岩0.226L/(s·m)）及水力联系。地下水动态监测技术通过水位观测孔、水温传感器等设备，实时监测含水层水位（如12010采面突水后二灰水位下降150m以上）、水温（11090采面突水稳定水温38℃）及涌水量变化，为突水预警提供数据支持。导水通道识别技术结合断层走向、倾角（如F2断层∠63°，H=47m）及裂隙发育特征，分析构造应力集中区（如沟李封断层与襄郏一号正断层交汇处）形成的突水迳流带，判断导水通道的位置与渗透性。疏水降压措施疏水降压技术原理通过布设疏水钻孔，人为降低含水层水压，使水压低于隔水层临界承载能力，切断导水通道与水源的水力联系，从根本上消除突水动力条件。疏水孔布置方案针对富水异常区，沿巷道底板或采面前方布置疏水孔，钻孔深度需穿透目标含水层（如二灰岩、五至七灰岩），控制影响半径覆盖整个危险区域。排水系统配置要求根据突水水量设计排水能力，配备大功率水泵（如满足12010采面240m³/h、11090采面435m³/