《安全技术》之平顶山十三矿突水特征与原因分析

1、平顶山十三矿突水特征与原因分析 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，二叠系已煤组的二1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

2、，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15-17120xx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，工字钢金属支架支护（图1）。第二次突水发生在已15-1711090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

3、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 120xx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 12:20，120xx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240m3/h，12h后衰减为227 m3/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

4、定在150 m3/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 m3/h，采面突水点标高由-496.6m上升至-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 m3/h，水温在38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

5、温高等特征。 2 突水原因分析 2.1 水文地质条件 已15-17120xx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）。 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

6、厚8.1m石炭系上部灰岩段一灰岩厚10m岩溶水二灰岩厚8.0m三灰岩厚7.8m砂泥岩段砂泥岩厚16.6m下部灰岩段四灰岩厚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 120xx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15-17120xx采面处于正断层F2（63，H47m）、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

7、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0.0750.019L/(sm)，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/(sm)，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，地温梯度为3.23.5/hm。 120xx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，120xx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