矿井充水途径及其特征

矿井充水水源及其特征~

（一）地表水和大气降水
地表水和大气降水有两种途径可以进入矿坑，第一种是通过封闭不良钻孔。根据资料，本井田精查时期所做的钻探工作中大量钻孔封闭不良。一般来说，封闭不良钻孔可上下沟通多个含水层，加强含水层之间的水力联系，一旦通过钻孔导水，发生突水，突水水源补给充足，水量大而稳定，对矿坑产生极大的危害。第二种是由于冒落裂隙高度沟通顶板砂岩含水层和第四系松散层含水层，地表水和大气降水经由第四系含水层迅速补给突入矿坑。
（二）顶板砂岩裂隙水
包括山西组和石盒子组两组地层。总体来说，砂岩裂隙含水层属于巨厚型，其岩性是泥岩和砂岩交替沉积，含水性弱，正常情况下可以疏干，对采矿基本不构成威胁。但由于裂隙发育的影响，在局部地段存在富水区。所以在一定条件下，上覆砂岩裂隙水可成为影响生产的顶板水害突水水源，采煤后随着顶板垮落，上覆砂岩水多从老塘以老塘水形式涌出，老塘水受到堵塞时积聚，当压力升高超过临界值突然涌出，可形成灾害。
（三）底板灰岩水
超化矿底板含水层为石炭系太原组灰岩含水层和奥陶系灰岩含水层，其中石炭系太原组灰岩含水层包括L7-8灰岩水和L1-3灰岩水。L7-8灰岩含水层水位标高较低，在0m左右。L1-3灰岩含水层主要接受奥陶系含水层补给，水位标高稍高，约+50m。奥陶系灰岩含水层水位最高，为120m左右。
奥陶系灰岩厚50～150m，单位涌水量4.85L/s·m，裂隙发育，连通性好，并在井田西部大面积出露接受大气降水补给，富水性极强。由于奥陶系灰岩水压大，奥陶系灰岩水与二1煤层之间的隔水层厚80～90m，而放顶煤开采对底板扰动破坏影响深度又达到15～20m以上，因此突水系数较大。在开采过程中奥陶系灰岩水（或L1-3灰岩水）一旦通过构造或裂隙与采动扰动带裂隙相沟通，就会发生灾难性事故。特别是进入下山开采后，矿井水文地质条件特别复杂，井田勘探精度低，势必会带来更多的安全隐患。2004年22采区22121炮采工作面多次发生底板突水造成工作面多次停产，2004年12月30日22081综采工作面又发生底板突水事故，最大突水量2276m3/h，总突水量已达535万m3，导致22采区被淹，造成经济损失6000万元以上，均为底板水突水所致。
（四）老窑水
位于超化井田的东北、东南和西北部井田边界处均广泛分布着地方小煤矿，如黄固寺三、四矿、超化镇三矿、申沟矿、新发矿及新密市超化煤矿等。这些小煤矿开采历史长，不仅越界私挖滥采，而且技术管理混乱，调查难度大，不易准确确定老窑区面积，积水范围、积水量及水头标高等情况，这些采空区积水给超化矿采掘带来极大的安全隐患，2004年4月11日，21051工作面上副巷因突然揭露小煤矿越界采空区积水，透水量最大达到6000m3/h，造成12名矿工遇险及21下山淹没。

（一）地表水
区内受气候、地质构造和地形地貌等因素影响，地表水系不甚发育，地表冲沟多为间歇性流水沟谷。主干河流为南源双洎河，自西向东贯穿整个井田，现为常年性河流，双洎河河床标高229.2～233.1m。在煤层露头区，二1煤层位于河床下30～40m，由于流经地段下距二1煤层露头较近，其间无稳定隔水层，故对矿井充水有一定的影响。
大平煤矿14采区上部处于隐伏露头地段，发育有南源双洎河和池塘，它们能通过第四系砾石含水层间接持续地向矿井煤层顶、底板进行充水。当开采后形成的冒落裂隙破碎带与含水层沟通时，则会构成直接充水水源。15采区上部的双洎河，由于受到小窑开采影响，河道下沉并出现裂隙，可能会造成工作面开采时矿井涌水量增加，威胁矿井安全。
（二）二1顶板砂岩水
二1煤层顶板砂岩含水层主要为大占砂岩和香炭砂岩，厚0～32.87m，平均厚15.75m。该含水层虽然富水性不强，地下水渗透能力较差，水循环条件不畅，但由于该含水层整体上厚度较大，在浅部地表直接裸露接受大气降水或其他地表水体的补给，在一些隐伏露头区还可接受第四系潜水含水层水的补给，地下水具有较大的静储量。而这也被矿井生产中所发生的突水事故所验证，矿井直接水源以煤层顶大占砂岩水为主，约占矿井涌水量的60%。其突水过程往往呈现出涌水水量由小到大再到小的特点，也就是说突水前期一般有先兆，突水后期水量会逐渐衰减，多为淋水或小股水。在二1煤回采过程中，顶板隔水层会受到采动破坏，也会导致顶板水通过导水裂隙带进入巷道或工作面。
（三）太原组灰岩岩溶裂隙水
目前对本矿二1煤开采影响最大的太原组灰岩岩溶裂隙水为由太原组上段L7-8灰岩水，约占矿井涌水量的40%。该含水层厚度小，出露及补给条件差，岩石空隙不发育，导、富水性差，且及不均一。该含水层与二1煤之间为砂泥质岩段所隔。由于二1煤底板相对隔水层较薄，厚5.25～48.93m，平均12.41m，底板所承受的水压在3MPa左右，在采矿扰动和底板水压的共同作用下，很容易产生工作面底板导水裂隙导通L7-8薄层灰岩出水。
太原组下段L1-4含水层为一1煤开采的直接顶板，在一1煤开采过程中，该层水将直接涌入矿井，为一1煤开采的直接充水水源。但由于该含水层厚度较薄（平均总厚度为10.08m），岩性坚硬，岩溶裂隙不发育，富水性较差，单层涌水量比较小，一般不会造成大的突水事故。
（四）奥陶系灰岩岩溶水
本区奥陶系灰岩含水层，为一区域性含水层，具有统一的地下水位，水源补给面积广，水压高，导水性强，为本区重要含水层，是二1煤层底板间接充水含水层。目前中奥陶统水位标高为171m，回采工作面最低底标高为-260m，据此计算底板承受水头高度为431m，该灰岩含水层上距离二1煤层90m左右。
本井田利用下面公式来计算突水系数：

郑州煤矿区水害防治规划研究

式中：Ts——突水系数（MPa/m）；
P——隔水层承受的水压（MPa）；
M——底板隔水层厚度（m）；
Cp——采矿对底板隔水层的扰动破坏厚度（本次取12m）。

郑州煤矿区水害防治规划研究

本次计算值为0.054MPa/m，这在一般情况下无突水危险，但这是将太原组L7-8和L1-4两段灰岩含水层作为隔水层看待计算出的结果，而实际情况要复杂得多。如在断裂构造存在条件下，使隔水层间距变小或与煤层直接对接时，一旦揭露突水，其危害性极大，且不易疏干。在本区断层中，当断距大于50m时，奥陶系灰岩含水层（或太原组L1-4灰岩）可能与二1煤底板直接充水含水层（太原组L1-4灰岩含水层）相对接产生水力联系，从而直接或间接地向矿坑充水。此外，大平井田向斜北翼双洎河附近岩溶裂隙较发育，富水性强，浅部开采时，具潜在威胁。
奥陶系灰岩含水层顶面与一1煤之间为本溪组铝土岩和泥岩隔水层，平均厚度只有9.36m，有些地段则直接接触。一1煤底板承受较高的水压（最大可达到5.2MPa），且含水层富水性较好，其一旦突出，将对矿井造成灾害性的事故。所以奥陶系灰岩水是本矿一1煤开采防治水工作的重点。
（五）老窑积水及采空区积水
老窑积水主要是指矿体开采后，封存于采矿空间的地下水。大多小煤窑越界开采，有的没有图纸和技术资料，有的图纸和技术资料不真实，其采掘边界不清，积水情况不明，停产或报废后留下了数量庞大的储水空间。大平矿自投产以来，在井田范围内一直有小煤矿开采，由于部分小煤矿位于井田中部，其巷道多与大平矿贯通，且有越界开采现象，对大平矿的安全生产造成威胁。这些煤矿采空区积水，一旦通过某种途径进入矿井，很容易形成水害。
老窑积水一般为封存的“死水”，属静储量，但具有一定的静水压力，所以其充水特点是突发性强，来势猛，持续时间短，有害气体高，对人身和设备的损害大。
大平煤矿14采区自小铁路以北均有小煤窑在乱挖滥采，1995年以后基本停产，但小窑井口大部分没有很好的充填。大平矿下一步将开发的15采区浅部小窑长期开采，积水面积不详，这些对煤矿开采都造成了巨大的安全隐患。

根据对大平井田地质、水位地质、含（隔）水层空间分布规律及其构造特征的分析，可以得到大平矿主要导水通道及其基本特征如下：

（一）煤层顶板裂隙导水通道

造成大平矿井二₁煤开采突水的主要导水通道有发育于顶底板岩层中的天然构造裂隙和由于工作面回采产生的顶板岩层冒落形成的导水裂隙通道。这两种裂隙通道会导通砂岩含水层水进入矿井，特别是当煤层开采形成的导水裂隙带高度较大时，还有可能导通第四系孔隙水和地表水，造成矿井突水。

采煤工作面回采后顶板冒落所形成的垮塌，裂隙属典型的采矿扰动类导水通道。矿床开发开采以后，由于在地下形成采空空间，如果没有专门顶板管理技术，则必然造成采空区上方岩层的变形、移动、破坏，甚至形成开裂、离层或碎块状垮塌。采空区顶板岩层的破坏变形形态与规律会受到采空空间几何结构、顶板岩性及其组合、矿床产状及采矿方法、岩石应力环境及其受力状态等多种因素的控制，不同条件的组合会产生完全不同的顶板岩石变形破坏特征，但就一般规律而言，采空区上方可划分出3个不同性质的破坏和变形影响带：冒落带、导水裂隙带、整体移动带。

二₁煤层直接顶为泥岩，基本顶为中等硬度的砂岩，回采工艺为炮采放顶煤一次采全高，利用此方法采煤，回采使得直接顶垮落，顶板的完整性遭到破坏，同时导致顶板裂隙增多，增大形成导水通道。而当导水裂隙与上覆含水组（段）沟通时，就会造成顶板突水灾害发生。煤层顶底板砂岩水危害评价标准是冒落带以及采动裂隙的发育高度。

一₁煤开采的直接顶板为太原组L_1-4薄层灰岩，当煤层开采时，L_1-4薄层灰岩处在煤层顶板冒落带范围内，其灰岩水会直接涌入矿井，对矿井安全开采造成影响。

（二）煤层开采底板破坏式导水通道

由于二₁煤底板相对隔水层较薄，平均厚度仅为12m，这个厚度已经相当于大多数相似矿井的底板破坏深度。二₁煤底板所承受的水压较大，在采矿扰动和底板水压的共同作用下，很容易产生工作面底板导水裂隙导通L_7-8薄层灰岩出水。在构造发育地段和隔水层薄弱带，导水裂隙还有可能导通太原组下部L_7-8薄层灰岩水和奥陶系灰岩水，给矿井造成更大危害。

而一₁煤底板由于隔水层厚度更薄，承受的奥陶系灰岩水压力更大，奥陶系灰岩水通过底板破坏形成的导水裂隙通道发生突水的可能性更大。

（三）断层导水通道

由于断层面或断层牵引的裂隙带导水而引发的矿井突水灾害在矿井突水事故中占有绝对的主导地位。但并不是所有断层都可形成导水通道，构造断裂的水文地质性质与其断裂的力学性质及其两盘岩性有着密切的关系，一般认为张性断裂的透水性较强，压性断裂的透水性较弱，扭性断裂的透水性则介于两者之间。实际上，断层的导、储性要远比上述规律复杂得多，它不仅要受断层力学性质和岩性的影响，而且会受到断层面所受的应力状态、断层活动次数和序次、断层带胶结物性质与胶结程度等多种因素的影响。根据大量资料和断层导突水事例统计分析认为，断层的导水性受到两盘岩性的直接影响。一般来说，断层带的透水性与其两盘岩石的透水性具有一致性。

当断层两盘为脆性可溶岩石时（如石灰岩、白云岩），断裂及其影响带裂隙、岩溶发育，具有良好的透水性；当断裂两盘为脆性但不可溶岩石时（如石英岩、石英砂岩），断层两侧往往发能有张开性较好的牵引裂隙，具有较好的透水性；当断层两盘为柔性岩石（如泥岩、页岩）时，断层破碎带多被低渗透性的泥质成分充填，孔隙、裂隙率低，断层面闭合，一般不导水或导水性极弱。

本井田内主要断裂构造是受近南北向挤压应力作用下生成的，以逆断层为主，断层两盘岩性也以砂岩和泥岩为主，断层导、富水性弱。这一性质在矿井生产中得到了验证：运输大巷所穿越的诸如吴庄逆断层、板桥河逆断层等，均未发生大的充水现象。在井巷、石门开拓过程中揭露的小断层，有微弱充水作用，涌水量一般3～5m³/h，突水点标高以3～10m水平为多。

（四）封闭不良的钻孔

大平煤矿在煤田勘探及矿井生产过程中所施工的各类钻孔，在施工后，多数钻孔得到了封闭，但仍有少数钻孔由于技术设备，材料质量、施工条件、技术和生产需求及历史背景等原因，未封孔或封孔质量较差。在矿井生产的采动条件下，这些钻孔将有可能成为矿井充水的通道，危害矿井安全生产。但本次经过对大平煤矿封闭不良钻孔进行调查研究，这些钻孔所在区域大多已经回采，或者在保安煤柱内或井田区域以外，对矿井威胁不大。

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乌兰察布市15690004165： 矿井都有哪些充水水源和充水通道 快点谢谢？
堂卿莫匹： 水体下采煤矿井充水水源有地表水体和地下水体.地表水体包括江、河、湖、海、水库.沼泽、水渠等,地下水体包括孔隙水、裂隙水、岩溶水等. 承压含水层上采煤有巷道突水和采场突水. 上覆岩层的移动和破坏形成了充水通道,使水体渗透或溃入井下.

乌兰察布市15690004165： 矿井水来源 - ？
堂卿莫匹： 说来话长,如果你懂采矿常识的话,矿井水应该无外乎顶板水和底板水、采空区水,顶板水主要是第四系松散含水层水和其他基岩含水层水,底板水一般指灰岩水,一般水压较大!

乌兰察布市15690004165： 大气降水的充水规律是什么? ？
堂卿莫匹： 矿井充水程度与地区降水量的大小、降水性质、强度和 人渗条件有关.矿井涌水量变化与当地降水量变化过程相 一致,具有不明显的季节性和多年周期性变化规律,表明矿 井充水水源是大气降水.同一矿井,随着开采深度的增加, 涌水量和涌水动态比值逐渐减少,且涌水量峰值出现时间 滞后,这是由于随开采深度的增加岩层透水性减弱和补给 距离增加所致.

乌兰察布市15690004165： 什么是矿坑水 - ？
堂卿莫匹： 矿井水来自地下水系,同属水资源,由于生产的开凿从岩层中涌出,在未经污染前是清洁的水,水量的大小取决于井下地质条件和生产方式.通常生产煤水比为1∶0.5~1∶5之间,个别矿井高达1∶10以上,日涌水量少则几千立方米,多则数万...