1、解決方案示范文本 | Excellent Model Text 資料編碼：CYKJ-FW-292編號：_平頂山十三礦突水特征與原因分析審核：_時間：_單位：_平頂山十三礦突水特征與原因分析用戶指南：該解決方案資料適用于為完成某項目而進行的活動或努力工作過程的方案制定，通過完善工作思路，在正常運行中起到指導作用，包括確定問題目標和影響范圍、分析問題并提出解決方案和建議、成本計劃和可行性分析、實施和跟進。可通過修改使用，也可以直接沿用本模板進行快速編輯。礦井突水是威脅煤礦安全生產的重要災害之一。對突水機理及突水危險性評價和預測是解決突問題的關鍵技術基礎，構造裂隙是造成煤層底板突水的主要因素。平頂山

2、十三礦是1座設計能力180萬t/a的大型礦井，礦井水文地質條件復雜，在生產過程中出現了2次較大的突水事故。井田煤系地層屬于石炭二疊紀，二疊系已煤組的二煤（或已16-17煤層）為該礦井的主采厚煤層。煤田分布在汝河和沙河之間的分水嶺地帶，構造形態為一地壘型的復向斜構造，四周受接近東西向兩組張性斷裂的控制，形成一多邊形的地壘型斷塊，由于煤田相對抬起，切斷了與周圍區域含水層的直接水力聯系，阻隔了區域基巖地下水向井田的側向補給，使本井田成為一相對獨立的水文地質單元。1 采面概況及突水過程特征平頂山十三礦目前開采已組煤層，發生的2次突水事件分布在已一和已二的2個采區。第一次突水發生在已15-1712010

3、采面，該采面位于一水平已二采區東翼第一區段，東至侯村保護煤柱線，西到上山保安煤柱，北至防水煤柱，南部尚未布置采面。采面走向長1 285m，傾斜寬130m，采面煤層傾角平均為26°，煤層厚平均為5.28m。采煤方法為走向長壁，沿煤層頂板放頂煤一次采全高，工字鋼金屬支架支護（圖1）。第二次突水發生在已15-1711090采面，該采面位于一水平已一采區東翼第五區段，東鄰襄郟背斜軸部，西至上山和東風井保安煤柱線，南北均未布置采面。回采走向長1 090m，傾斜寬128m，采面煤層傾角平均為20°，煤層厚平均為5.4m。巷道掘進沿煤層走向和頂板施工，工字鋼金屬支架支護。采面里段采煤方法

4、為分層綜采，采高2.2m左右，全部陷落法管理頂板（圖2）。圖1 12010工作面平面示意圖圖2 11090工作面平面示意圖年12月27日 12:20，12010采面切眼里幫下機頭以上711m范圍內底板突水，標高-236.4m，最大突水量240m³/h，12h后衰減為227 m³/h。28日15:30測得二灰水位開始以0.15m/d的速度下降，突水過程呈現出水量相對穩定的非穩定流狀態。29日0:00后相對穩定，15d后水量穩定在150 m³/h。20xx年11月15日15:00，11090采面采空區側底板有水涌出，水量為56 m³/h；18:00水量增大到

5、150 m³/h，同時聽到采面有響聲，并伴有煤塵飛揚，14#架后底板鼓起0.4m，水伴著大量煤沿運輸機和支架間人行道奔涌而下，最大突水量達435 m³/h，采面下出口封頂后的平均出水量為300 m³/h，采面突水點標高由-496.6m上升至-457.4m。由于突水最較大，致使機巷最高點（-457.4m）以里共淹沒巷道508m，最高點以外自流850m。30d后，水量穩定在168 m³/h，水溫在38左右。總之，2次突水具有突發性、礦壓顯現明顯、水量大且穩定、水溫高等特征。2 突水原因分析2.1 水文地質條件已15-1712010采面煤層直接底板為黑色的砂泥

6、巖互層，厚2.14m。老底為細砂巖，厚7.71m。采面區段巖層平均傾角為28°，掘進過程中揭露斷層28條，走向大致為NE，最大落差10m（圖3）。11090采面直接底為砂質泥巖，厚1.83.25m；老底為細砂巖，厚6.9m。采面在掘進期間共揭露大小斷層17條，影響走向長398m，斷層組的2條主要斷層間距23m，對采面影響較大（圖4）。兩采面下部為晚石炭世上古生界石炭系太原群上部灰巖段17層和寒武系（表1）。表1 煤層與底板地層情況表古生界二疊系已煤段已15-17煤厚10.6m裂縫承壓水砂泥巖厚8.1m石炭系上部灰巖段一灰巖厚10m巖溶水二灰巖厚8.0m三灰巖厚7.8m砂泥巖段砂泥巖厚

7、16.6m下部灰巖段四灰巖厚7m五至七灰巖厚7.4m鋁土巖厚8.2m寒武系灰色白云質灰巖 圖3 12010采面水文地質單元示意圖 圖4 11090采面水文地質單元示意圖已15-1712010采面處于正斷層F2（63°，H47m）、F6（77°,H=52m）之間，風巷上部有正斷層 F3（65°，H=11m）、F4（58°，H=18m）（圖3）。11090采面南北方向以襄郟一號正斷層和靈武山向斜為骨干構成邊界。東西方向以11090逆斷層帶和溝李封斷層為邊界。溝李封斷層和襄郟一號正斷層交匯處應力集中，裂隙也相對發育，和富水帶共同構成了突水的富水區和逕流帶（圖4

8、）。兩采面均為相對獨立的水文地質單元，靜儲量豐富，富含承壓水。2.2 充水水源分析石炭系一灰巖是泥灰巖，二灰巖是兩采面突水的直接富含水層；三灰巖的富水性最差；四至七灰巖含水層單位涌水量為0.0750.019L/(s·m)，四灰巖不發育，富水性差，六灰巖和七灰巖局部富含水，五灰巖富含水；二灰巖和五至七灰巖存在水力聯系。寒武系白云質灰巖單位涌水量為0.226L/(s·m)，在石炭系110m以下，巖溶較發育。2個采面突水水量大且較為穩定，水壓高，說明有豐富的補給水源，呈現出承壓水的一般規律。據突水水質分析結果知，2次突水水源不是頂板或第四系水，而是灰巖含水層水。兩采區恒溫帶在地表

9、以下2530m附近，溫度為17.2，地溫梯度為3.23.5/hm。12010采面突水溫度為22，出水點距地面高-300m左右，預計水溫為24，與二灰水水位基本相符，突水后二灰水水位一直下降也說明了突水水源主要是二灰水。地質勘探表明，在沒有大量疏水的情況下，12010采面下的二灰水水位下降了150m以上，說明該面二灰水的補給條件差，以消耗儲量為主。二灰水水頭高度為210m，由于該面回采時最大突水量達240³/h，至采面回采結束底板二灰水的涌水量尚有30m³/h，表明二灰巖有一定的富水性和滲透性，在有足夠排水能力的情況下，不會影響安全生產（圖5）。圖5 突水水量、水溫、二灰巖水

10、動態曲線示意圖11090采面突水之初水溫為30，4d后穩定在38左右。11090采面突水處標高為-498m，預計該處水溫為35，而實際水溫為38左右，說明突水補給水源應在-550m以下，是石灰系五灰水和寒武系中白云質灰巖水。從五炭巖觀測孔水位動態看，五灰水水位稍有下降（只有五灰水觀測孔在突水面附近且中間無斷層，但在突水時該孔還沒有施工完），說明五灰水是主要的補給水源。綜上認為，11090采面突水水源為石炭系二灰水，補給水源為石炭系五灰水和寒武系白云質灰巖水（圖6）。圖6 突水水量、水溫、五灰巖水動態曲線示意圖2.3 導水通道分析底板破壞帶與巖溶水斷層破碎帶是兩采面底板突水的主要通道，斷層煤柱構

11、造和裂隙發育，隔水層完整性遭到破壞，給突水提供了通道。據突水的特征推斷，11090采面突水通道為溶蝕裂隙管道水流系統；12010采面突水通道為與切眼成40°交角的一個構造裂隙；11090采面突水補給通道：一是襄郟背斜仰起端的石炭系灰巖隱伏露頭區，其逕流通道是襄郟背斜軸部；二是溝李封正斷層和襄郟一號正斷層交匯處的三角地帶。12010采面的補給通道微細。2.4 突水機理分析礦井突水的必要條件是有足夠的水量，有較大的水壓力，并受到采動的影響。兩采面突水水量較大且穩定，表明水源相對充足；突水過程造成底板斷裂或底鼓，表明水壓力較高。從兩采面突水看，底板斷裂構造薄弱帶是造成突水的主要因素。斷裂構

12、造在突水中的作用：一是使12010采面隱伏構造發育帶、11090采面背斜軸部等處成為突水易發生部位；二是11090采面斷裂構造發育，使各含水層具有良好的水力聯系。兩采面礦壓和水壓是底板突水的誘導、觸發因素。采動礦壓對底板的破壞主要有3種：一是離層導致層間破壞；二是采空區周邊反向作用力導致剪切破壞；三是水平拉力導致垂向破壞。采動礦壓對兩采面底板隔水層產生813m的破壞深度，使各個方向的先存斷裂不同程度地發生“活化”；新產生的裂隙、先存斷裂與含水體原始導升帶連通，承壓水沿著裂隙上升，沖刷結構面，裂隙軟化擴大，逐漸形成較大的過水通道導致突水。11090采面底板裂隙的突然導通致使突水來勢猛，呈爆發態，但12010采面切眼為裂隙遲到突水。綜上認為，采面突水原因在于煤層開采后，底板應力場發生了變化，斷層的拉伸張裂帶更加發育并產生裂隙，隨著采空區應力的降低，底板隔水層的抗張強度低于底板水壓力，隔水層厚度相對不足，超過彈性變形極限而出現裂隙，同時原生裂隙進一步擴張，斷層進一步被活化，終使底板隔水層斷裂，導至突水。3 結語1）平頂山十三礦采面底板突水規律為水量大、水壓高、水溫高，且相對穩定。11090采面突水水源為石炭系二灰水，補給水源為石炭系五灰水和寒武系白云質灰巖水；突水通道為溶蝕裂隙。12010