矿井充水特征

矿井充水途径及其特征~

根据对超化井田地质与水文地质资料的分析，本区主要充水水源位于主采煤层上部小煤窑采空区与下部灰岩含水层，在该条件下可能发生的导水通道类型主要有：构造断裂，底板破坏，封闭不良钻孔。
超化井田内有多条落差在50m以上的大、中型断层，落差10～50m的小断层星罗棋布，且断层性质以张性断层为多。经瞬变电磁法在23采区探测，“在断层附近均有低阻异常区存在，说明断层周围裂隙发育，含水性较好，有一定的导水能力”。
超化井田范围内尚有十余个钻孔未封闭或封闭情况不清，涉及采区范围内的有8个钻孔，需要作封闭处理。

1.生产矿井充水概况
新峰矿务局一矿主要开采二1煤层，目前开采最低标高在－270m左右。正常情况下矿井水主要来源为底板太原组上段灰岩和下段灰岩岩溶裂隙水，顶板砂岩水次之。根据历年矿井突水记录分账资料，自1972年以来已发生大小突水达48次，详情见表62，造成多次采区被淹或淹井。2001年矿井涌水量为180～190m3/h，二下28点突水后最大涌水量达770m3/h。注浆堵水后涌水量衰减，2002年5月以后为172～194m3/h;2005年10月19日东大巷扩砌处突水，也是建矿以来最大的一次突水，最大涌水量达38056m3/h，造成全矿淹井，经注浆堵水后稳定，涌水量为450m3/h。
2.矿井充水条件分析
(1)本矿历年矿井涌水量资料仅提供2001年以后数据。虽然不能完全反映历年情况，但从中也可以看出，雨季后期水量有所增大，即大气降水与矿井突水量为正相关关系。峰值滞后丰水期约2个月，说明大气降水是矿坑充水水源之一。
表6-2 矿坑涌、突水基本情况统计表


续表


(2)据统计资料，矿区内共有突水点48个，其中，老空水7个，占总次数14.6%;井筒1个，占总次数2.1%;顶板13个，占总次数27.1%;底板27个，占总次数56.3%(其中L7-8灰岩12个，占总次数25%;L1-4灰岩8个，占总次数16.7%;寒武系水+L1-4灰岩水5个，占总次数10.4%)。断层水3次(最大一次由其引起)，裂隙水21次。由此可见，底板裂隙岩溶充水为主要充水水源，矿井充水通道为断层和裂隙，且以裂隙为主。
(3)从单点出水量看，出水点水量变化有以下特征:①开采初期－200m以浅水位较高，含水层弹性释放强度大，因此出水点水量大、水压高。如1972年1号点上段灰岩突水量最大为350m3/h，23天后减小到25m3/h，现在干枯;4号点最初60m3/h，后期衰减至2m3/h，突水量、水压都明显降低。②－200～－240m，因浅部长期开采排水，基本处于疏干状态，因而后期出水点水量比较小，且出水点水压不明显，如35，37，38号点等。对于全矿区来说，当开采水平进一步加大时，底板水压将会加大，在今后开采中，做好深水平新采区的探放水工作，以减缓初期水压、水量是很有必要的。
(4)从开采水平看，位于－160m以浅突水点有17个，其中老空水5个、井筒1个、断层引起寒武系突水点1个、顶板水3个、L7-8灰岩3个、L1-4灰岩4个。－160m以深突水点22个，其中老空水1个，井筒1个，断层引起寒武系突水点1个，顶板水5个，L7-8灰岩10个，L1-4灰岩4个。由此可以看出太原组灰岩突水点在－160m以深数量较大。就目前正常疏排而言，水压、涌水量等与开采水平呈正相关关系，但相关程度已经小于初期。随着地下水的大量疏排，含水层已经被大幅度降压或接近疏干，因此，矿井涌水量基本上由静储量和侧向补给组成。
(5)从平面分布情况看，出水点主要分布在:①大断层影响带，如+30回风巷在桐树张断层影响带发生的10号点寒武系灰岩突水，造成淹井事故;②小断层带，如2号，4号两个出水点;③地层产状褶曲变形处，如西部7，15等出水点和东部20，23等出水点;④靠近较大断层的转折或转弯、分支处，如F4转弯、分支处的11，12等出水点;⑤地层产状突然变陡带，如25，26等出水点;⑥采掘和开拓大巷的转折端或其附近，如1，2，4等出水点(图6-3)。

图6-3 水害重点防范区域图

由此可见，本矿区出水点的位置、数量与开采面积的大小关系不甚密切，一般发生在应力集中的张裂隙发育处。这也给今后开采时防止突水工作指出了参考方向，即主要突水点应在:
(1)各大正断层影响带。
(2)靠近断层的转折或转弯处，如东部魏庄正断层的南部地层随其转折。
(3)正断层的尖灭处和其他张裂隙发育处。如西部的马厂、桐树张、岳庄3条不同方向的正断层对顶尖灭处。
(4)煤层产状突然变陡处。
(5)采掘和开拓大巷的转折端或其附近。
综上所述，底板寒武系灰岩水和断层水是本矿矿坑突水的主要充水水源和导水通道。其突水特点是水压高、水量大而来势迅猛，对矿井危害大。另外，矿井长期疏排地下水，二1煤层顶板砂岩含水层－240m水平以上基本处于疏干状态。底板C3t含水层水压大幅下降，四采区－240m水平井下出水点水量15m3/h左右，三采区－240m水平井下出水点水量17m3/h左右，出水状态显示压力很小。
一般情况下，构造和采掘和开拓大巷的转折端，都是应力高度集中(或消散)地带，张性裂隙也都比较发育。这些地带为含水层提供了较好的含水空间及良好的导水通道，增大了底板突水的可能性。因此，这些地段是今后开采生产过程中矿井防治水工作的重点地段。

1.矿井涌水的时间特征

全局10个生产矿井总涌水量为398m³/min（1981年8月），尚不包括被淹的演马庄矿（水量为123m³/min）及地方矿井在内。

矿井涌水量与矿床水文地质边界条件、构造破碎程度、开采的煤层、开采深度和开采的时间有关。各矿井涌水量差别很大，介于3.5～123m³/min，涌水量的变化一般可分为如下3个阶段。

（1）建井时间

以井筒开凿冲积层水及二叠纪砂岩裂隙为主，其中冲积层涌水量可达16m³/min，砂岩涌水量1～2m³/min，经井筒注浆处理，一般剩余水量1m³/min。井底车场开凿时水量为2～3m³/min。建井时期，矿井排防水能力小，地区范围小，防灾能力弱，因此井筒位置选择在含水性弱的岩层中，避开流砂层、断层和石灰岩突水，以保障基建正常进行。同时要建设可靠的排防水能力，巩固井下生产阵地。中马村矿井筒位于断层带，在排防水能力不足的情况下，把临时水仓巷道掘进到距“八灰”只6 m处，而承受25.9kg/cm²水压，结果发生突水105m³/min，造成淹井事故。

（2）开拓初期

本区大煤至八灰间距为20～40m，承受水压20～30kg/cm²，每米岩柱承受水压0.5～1.5kg/cm²，大部分处在可能突水状况下。因此，必须排水以降低八灰含水层水压，达到安全水头值。随着巷道的掘进，直接揭开八灰含水层而遇断层八灰水突水，矿井涌水量以八灰水为主，水量达30～80m³/min，使水位大幅度下降。个别地区大煤至八灰之间隔水层厚，构造简单，利用隔水层可以保护矿井较长时间涌水量较小（5m³/min以下）。

（3）开采后期

开采后期由于扩展至井田边界，或水平延深至开采石炭系的“二煤”，水文地质条件更为复杂，其特征是：

1）进入构造复杂区。通过断层时，发生“L₂”或O₂水强烈突出，如冯营矿13011工作面突水量103m³/min，王封矿117地区突水量52m³/min。

2）开采二水平时，一水平的水量向深部转移。如演马矿西部涌水量54～66m³/min，当二水平开拓时，出水量40m³/min，使一水平水量减少65%。

3）突水点向补给水量方向转移。如演马矿F₃断层为补给水源处，1961年10月101工作面突水15m³/min；在F₃断层尖灭处，1964年9月，12121工作面突水89m³/min，101工作面水量消失。1966年12月，西大巷出水58m³/min，12121工作面水量减少为22m³/min。1977年8月14日，1441工作面直接遇F₃断层突水120m³/min。以上突水点水量大量减少，突水点不断向F₃断层发展，新点突水，老点减少。

4）开采二煤时，矿井涌水量增加30～50m³/min，此时L₅与L₂含水层水直接涌入矿井，这两个含水层水位也明显下降。

矿井涌水量动态，除上述与开采条件有关的变化趋势之外，还有如下特点：① 水量动态季节性变化较小，年变化幅度为1.05～1.3 倍；② 水量的变化明显受突水波动，呈阶梯式增长，水量跳升后，一般较快平稳；③ 水量总趋势是增长的；④ 在不揭露新水源的条件下，突水点会增加或转移，但总水量不变。

上述特征说明了本区区域地下水补给来源充沛，水量有充分的调节平衡作用，处于动态平稳，不易疏干。

2.矿井涌水的边界特征

一个矿井的涌水量大小主要取决于矿床进水边界条件。根据焦作各矿井水文地质特征，井田进水边界条件有以下三种类型：

1）强补给边界，即水平或垂直方向，有强含水层补给（含水砂砾层和岩溶石灰岩）。而接受补给的含水层也为强含水层，如演马庄矿浅部煤层露头为含水砂砾层覆盖，奥灰和石炭纪石灰岩层在这一地带与砂砾层相互接触，水位趋于一致，矿井排水后，水位保持高水头补给，水力联系密切，同时在深部有北东走向的F₃张断裂带，八灰、二灰、奥灰发生水力联系，形成频繁突水，水量较大，致使演马庄矿20多年来矿井涌水量始终保持在30～120m³/min。

2）弱补给边界，即在水平与垂直方向与弱含水层或隔水边界相互接触。如田门井的煤层露头由不含水的冲积层覆盖，煤层底板有40m的完整隔水层分布，深部断层两盘为煤系地层接触的隔水边界，矿井涌水量为4～5m³/min。

3）局部强补给边界，即井田边界局部沿水平或垂直方向有强含水层补给，但被补给的含水层含水性弱，也不利于地下水补给。如中马矿，主要地下水补给来源为浅部李河断层的一部分，深部九里山断层落差大（300m），奥灰与煤系接触。深部石灰岩裂隙性小，不构成强补给边界，矿井排水后，九里山断层两盘水位相差200 多米，矿井涌水量80～40m³/min。

3.矿井突水的特征

矿井突水是本煤田矿床水文地质中最突出的问题，威胁着矿井的安全生产。据不完全统计（表1-7），截至1981年共发生突水事故707次，其中突水量大于1m³/min的次数占51%，大于30m³/min的有13次，大于100m³/min有5次，最大突水量为240m³/min（演马庄矿）。平均每年突水20～30次，一般开拓进尺高年份（如1958，1962～1965，1977～1978年）突水较多，每年有30～40次。1973年以后，由于开拓石炭纪二煤及水平延深，突水的频率和强度都增加了。

表1-7 突水量分类统计表

发生突水的水源以大煤底板的“八灰”为主，突水253次，占36%。而顶板砂岩水及井筒冲积层突水占40%，突水量小。钻孔及小煤窑出水占13%。大煤底板突水是距大煤20～40m的八灰水，通过岩层破裂带，以及在采矿的诱发下而突破底板发生突水的。

（1）突水的前兆特征

突水的过程一般是有前兆的，概括有以下几种：① 底鼓，如中马村矿临时水仓-163m处，3月27日7点忽听“呼”一响，距工作面2～3m处底鼓，高约1m，向外冒水，涌水量0.67m³/min，12点3分，“崩”的一响，涌出大量黄水，涌水量105m³/min；② 工作面发潮淋水，如演马庄矿二₁轨道，1979年3月8日掘进发现岩层变软；3月9日14点30分，发现工作面有两个巴掌大一片继续出水，14点45分，岩壁流水，并有“咕咚”声音，15点10分涌水量138m³/min，15点40分涌水量240m³/min；③ 工作面发凉，如演马庄矿1441工作面，1977年8月20日突水120m³/min，突水前1～2天工人干活感到身上发凉。此外，在工作面地压加大，断梁折柱，片帮，岩层的裂隙密度增大，裂隙面呈现红色水锈，岩层产状变化，出现断层，煤层的瓦斯含量突然下降等现象也是出水的预兆。

底板突水的机理是底板隔水岩层的厚度与承受水压密切相关，矿压是触发因素。焦作矿区临界突水系数（水压与隔水层厚度比）的经验值为0.5（大部分为断层破碎带）。底板突水是一种水位能的释放，其突水量的变化与突水岩层结构有关，可划分为三类：

第一类：强烈突水型。发生突水时，水量很快到达最大值然后平稳下降，多发生在坚硬地层，距离水源近，位于断层带。如演马庄矿二₁轨道突水，发现突水前兆（有淋水），大约20～30分钟后，水量便突增至240m³/min。

第二类：跳跃型。水量由小到大呈突然跳跃式增加，其频率与强度愈来愈大，多发生在断层带，距离水源稍远，过水通道在不断扩大。如冯营矿13011工作面，开始出水1m³/min，持续一天后，增加到15～85m³/min；又经过30小时，突增到89m³/min以上，造成淹井。这种类型出水很危险，开始使人麻痹，因此我们总结为：“不怕大，就怕跳”。

第三类：缓慢型。在含水层中掘进或底板岩层普遍破碎，水量逐渐随揭露面积而增大，而后随影响半径扩展到边界，达到水量稳定或因补给条件不足而逐渐减少和疏干。如王封矿 117 号地区，为底板破碎地带，大面积出水，如同开水翻滚，水量保持在15m³/min。

突水最大水量中包括有动水量和部分静水量。根据本矿区实测资料，稳定水量为最大水量的50%～70%，个别达80%。

（2）突水点分布的空间特征

突水点在空间的分布有一定的规律，突水点、突水带和突水区往往与断裂（特别是张性断裂）展布有关。本区可划分出以下几种类型：

1）背斜轴部裂隙密集带。本区煤层在走向（N60°E）存在缓波状褶曲，约4～5km间距出现一个背斜轴。该区小构造多，裂隙密度高，往往发生突水。如王封矿西部、马村井、演马矿西部。

2）北西西向张裂带。北西西向张裂带往往为小型地堑，呈平行等距排列，间距约600～800m，往往出现成组的突水带，如焦西矿二煤区突水点，分布在该张裂带，突水频繁。

3）沿煤层走向北东向横张裂带。如李封矿二煤区一组突水点，分布在N60°E，其西部为一条N60°E的张性断层。我们选择在突水点与小背斜交叉点上注浆堵水，结果很快全段水量堵死。

4）沿大断层附近的“入”字形小断裂。突水点往往成串出现。如李封矿季塔掌二煤区北东向的凤凰岭断层，出现4条互相平行等距（约120m）的“入”字形断层，突水点在该断层两侧成群出现。

5）二条较大断层相互对扭地段，即扭张破碎带。如中马村矿西南段李河断层为北升南降，东端李庄断层为北降南升，形成对扭状态，使这一地段小构造密集，突水频繁，地下水不易疏干。

6）断层交叉处。如演马庄矿西部F₃断层，为北东走向断层与东西方向三条小断层相交，相交地带分别出现突水点，1441 出水120m³/min，西大巷突水57m³/min，12121出水89m³/min。

7）断层的尖灭地带。如演马庄矿101工作面，突水点位于F₄断层的尖灭部位，突水量15m³/min。

8）正断层的上盘（主动盘）。矿区大部分突水发生在这一地段，如冯营1301突水84m³/min。

总之，突水点的展布与断层线有关。构造线密集地区、构造富水区，突水的点、线、面有规律组合。

突水点的迁移现象很普遍，其规律是新突水点出现后，老突水点水量减少或消失。另一重要特征是，突水点向补给水源方向转移，如演马庄矿一水平突水点，分布在F₃断层附近，突水点由远到近逼近水源（101点出水15m³/min；1212点出水89m³/min；西大巷点出水53m³/min；1441点出水120m³/min），而且水点之间水力联系密切。新突水点出水后，老水点水量明显减小，说明补给水源是共同的，直到暴露F₃为一条富水的垂直补给通道。目前，经过对该断层截流注浆，已使矿井总水量由90m³/min减至71m³/min，证实了水点迁移向水源逼近的判断。

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延吉市18415566070： 以地表水为主要充水水源的矿井涌水规律是怎样的? ？
弋农优福： 以地表水为主要充水水源的矿井涌水规律如下:① 矿井涌水动态随地表水的丰枯呈季节性变化,且其涌水强 度与地表水的类型、性质和规模有关.受季节流量变化大的河流补 给的矿床,其涌水强度亦呈季节性周期变化.② 矿井涌水强度还与井巷到地表水体间的距离、岩性与构造 条件有关.一般情况下,其间距愈小,则涌水强度愈大;其间岩层 的渗透性愈强,涌水强度愈大.③ 采矿方法的影响.依据矿床水文地质条件选用正确的采矿 方法,开采近地表水体的矿床,其涌水强度虽会增加,但不会过于 影响生产.

延吉市18415566070： 大气降水的充水规律是什么? ？
弋农优福： 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.

延吉市18415566070： 大气降水的充水情况是怎样的? ？
弋农优福： 大气降水是地下水的主要补给来源.因此,所有的矿 井充水,都直接或间接受到大气降水的影响,这里指的是唯 一充水水源.显然,大气降水是露天煤矿的直接充水水源, 对于大多数生产矿井来说,大气降水首先渗人地下,补给充 水含水层,然后再涌人矿井.它是一个间接的充水水源,对 矿井生产的影响取决于降水量的大小和充水含水层接受大 气降水的条件.

延吉市18415566070： 煤矿井下工作面进水征兆????? - ？
弋农优福： 一般透水 有两种情况 一个是老窑积水 一个是地下水 老窑积水很危险的 一旦打透就是大事故 一死就是一个采区的 而且设备全部损坏 预兆是1、挂红.矿井水中含有铁的氧化物,在它通过煤岩裂隙而渗透到采掘工作面煤岩体表面时,会呈现暗红...

延吉市18415566070： 煤矿井下透水有哪些预兆? - ？
弋农优福： 煤层或岩层透水前,一般都会有一些征兆.井下工作人员都应熟悉发生透水事故前的预兆,以便及时采取防范措施.透水前的预兆常有: 1.煤层发潮发暗.由于水的渗入,使煤层变得潮湿,光泽变暗.如果挖去一层仍是这样,说明附近有积水....

延吉市18415566070： 矿井充水性图如何绘制 - ？
弋农优福： 一、矿井充水性图 矿井充水性图是综合记录井下实测水文地质资料的图纸,是分析矿井充水规律、开展水害预测及制定防治水措施的主要依据之一,也是矿井水害防治的必备图纸.一般采用采掘工程平面图作底图进行编制,比例尺为1/2000-1/5000,主要内容有: 1.各种类型的出(突)水点应当统一编号,并注明出水日期、涌水量、水位(水压)、水温及涌水特征. 2.古井、废弃井巷、采空区、老硐等的积水范围和积水量. 3.井下防水闸门、水闸墙、放水孔、防隔水煤(岩)柱、泵房、水仓、水泵台数及能力. 4.井下输水路线. 5.井下涌水量观测站(点)的位置. 6.其他. 矿井充水性图应当随采掘工程的进展定期补充填绘.

延吉市18415566070： 矿井都有哪些充水水源和充水通道 快点谢谢？
弋农优福： 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.