专题-浅析煤矿突水灾害及其防治.doc

1、专 题部分浅析煤矿突水灾害及其防治摘要：中国煤矿突水灾害十分严重。基本特点是：分布广，发生频次高；突水水源以岩溶水为主，突水通道主要是导水断裂和岩溶陷落柱。本文提出了煤矿水害的预警系统，论证了煤矿水害的预警原理：煤层底板递进导升突水的突水机理、陷落柱的厚壁筒破坏突水机理、老塘的土坝溃决突水机理。从二方面防治煤矿突水事故，减小突水灾害损失：其一， 管理措施。其二，技术措施。关键词：煤矿；突水；突水机理；防治Abstract：The coal mine water-bursting is very severe in ChinaThe important characters，such as th

2、e broad distribution with height frequencyt，groundwater is the mainly source，water-burstingS channels mainly include the producing fracture and karstic falling column. the mine water hazard early warning system was put forwarded and warning principals were analyzed, which are the mechanism of constr

3、ained water progressive intrusion from coal floor; the thick cylinder failure mechanism for water hazards by collapse column and the earth dam breaking mechanism for water hazards caused by coal pillar failure.In order to reduce the damage caused by water inrush accident, the coal mining water inrus

4、h accident could be controlled and prevented from two aspects: on the one hand, management measure, on the other hand ,technology measure.Key words：coal mine；water-burstion；water inrush mechanism；prevent and control1 我国煤矿突水特点及原因1.1 我国煤矿突水特点(1)分布广，发生频次高，破坏损失严重据初步调查统计，全国统配煤矿的624对矿井中，有272对矿井受水灾威胁。突水灾害广

5、泛发生在十几个省(市、自治区)的70多个煤矿。主要有河北省的井陉、邢台、邯郸、峰峰、开滦，河南省的安阳、鹤壁、焦作、平顶山、新密、豫西，山西省的霍县、轩岗，陕西省的渭北，江苏省的徐州、大屯，安徽省的淮南、淮北，辽宁省的本溪、南票，吉林省的通化等煤矿(田)。19552000年，全国煤矿发生较严重的突水灾害约1500次，造成淹井事故260多次，至少造成4600多人死亡，减少出煤约18亿t。在煤矿生产中，突水事故发生次数及其造成的人员死亡数量、直接经济损失、减少出煤数量，分别占各类煤矿事故总数的11、18、22、76。严重的突水灾害，除造成人员伤亡和经济损失外，还破坏矿区地下水、地表水系统，甚至引起

6、地面塌陷，影响矿区及周围生态环境。(2)突水水源多样，但以岩溶突水为主煤矿突水水源包括；暴雨、地表水、地下水(孔隙水、裂隙水、岩溶水)、老窿水。在各类水源中，以地下岩溶水突水发生的次数最多，而且突水压力特别高，突发性特别强，造成的破坏损失最严重。不同区域煤矿突水水源构成特点不同。北方地区，矿井突水水源以地下水为主，主要溶孔、溶洞和岩溶陷落柱不仅十分发育，而且彼此相通，甚至局部还存在小型岩溶管道，其富水性和透水性特强，因此造成的突水灾害一般规模大、来势猛，损失严重。如1935年5月13日山东省淄博洪山煤矿突水灾害，1960年6月4日河北省峰峰煤矿突水灾害，1984年6月2日河北省开滦范各庄煤矿突

7、水灾害，都是奥陶系灰岩岩溶裂隙水突出造成的严重突水灾害。南方和西南地区，矿井突水水源除地下水外，还有地表水。地下水水源以晚二叠系碳酸盐岩岩溶裂隙水为主，其次为泥盆系、石炭系、三叠系碳酸盐岩裂隙岩溶水。湖南涟邵煤田恩口、斗笠山、桥头河等煤矿的历次突水灾害，1967年四川I省南桐红岩煤矿突水灾害，1974年江西省云庄煤矿突水灾害，1985年9月20日四川省李家沟煤矿突水灾害，都是晚二叠系茅口灰岩、长兴灰岩岩溶裂隙水突出引起的事故。地表水水源主要是洪水。(3)突水通道形式多样主要有含水导水断裂(破碎)带、构造裂隙带、采矿裂隙带、溶蚀裂隙、溶洞、岩溶管道、岩溶陷落柱，其次还有岩溶塌陷、地面裂缝、未封闭

8、钻孔等。据调查统计资料，在北方地区损失百万元以上的大型突水灾害中，约80是通过断裂带发生的岩溶突水事故。岩溶陷落柱的通道作用仅次于断裂带，其突水规模大、致灾严重。溶洞、暗河管道、岩溶塌陷突水，主要发生在南方和西南地区。(4)突水部位和突水方式多样主要发生在掘进面和回采面。不同部位突水方式和强度不一新开拓巷道掘进面上的突水，以突发式为主，突水来势猛、冲击力强、破坏性大；开拓已久的巷道掘进面上的突水，大多为滞后式；回采面突水多为缓发式，多发生在老顶初次来压和周期性来压之前，突水强度和危害较小。(5)不同地区矿井突水压力不同北方地区岩溶裂隙水静水压力和动水压力都很高，作用于矿层底板的突水压力一般高达

9、2032MPa。矿井的突水方式多为突发性底板岩溶水突水。南方和西南地区，矿井突水水源规模以及水源静水压力、动水压力都比较小，因此作用于煤层顶底板的突水压力较小，矿井突水方式多为缓发式突水。（6）突水发生的频率呈现上升的趋势，突水灾害的突发性强，人身伤亡较大。（7）灾难性突水主要来源于两个途径，即隐伏导水陷落柱造成的底板高压水突入和废弃关闭的小煤矿导通老空积水或地表水溃入。（8）矿井发生突水与矿井的防治水措施及管理水平有着密切的关系。据初步分析，在近期发生的突水事故中，有 的矿井防治水措施落实不到位，矿井水害防治技术人员缺乏，水害安全管理水平低下。由此可见是否加强和重视防治水工作对于矿井有效控制

10、水害事故具有重要意义。（9）突水事故的高发期往往出现在煤炭工业的快速发展期，矿井超设计能力生产往往是水害事故孕育和发生的前兆1.2 突水灾害发生原因(1)自然地质条件我国大约有80的煤田受暴雨、洪水、江河湖泊、地下水、老窿水等多种水源的严重威胁；许多煤田地质、水文地质条件复杂，断裂和导水通道发育；大部分煤田开采深度大，势水头压力高，不仅容易诱发突水，而且一旦发生突水，就非常猛烈。突水矿床大多分布在气候温暖潮湿、大气降水较为充沛的地区。在地貌上一般位于河谷、山间盆地、大型平原、低山丘陵地带，地形相对切割程度较弱，地面相对平坦低洼，一般处在当地侵蚀基准面上下，有利于大气降水汇集与径流。矿区及其附近

11、有河流、水库、湖泊乃至大江、大海等地表水体或有冲沟等暂时性水流。矿区地质构造复杂，褶皱、断裂和裂隙发育，矿体和围岩地层发育齐全，岩石物理力学性质相差悬殊，直接顶底板岩石强度较低，现今构造活动较强烈。矿体厚度和规模变化大，埋藏深，矿层的主要部分位于当地侵蚀基准面或地下水位以下。矿区和区域地下水丰富；局部有地下暗河径流，或规模较大的老窿积水。矿体顶底板或围岩的含水层，以碳酸盐岩的裂隙、岩溶裂隙含水层为主。主要岩溶裂隙含水层，在地质历史时期经受多次构造运动和强烈岩溶化作用，构造裂隙、溶蚀裂隙、溶孔、溶洞和溶蚀管道发育，彼此纵横交错，连通性好。渗透性、富水性强，含水丰富；而且含水层的延展范围广，接受大

12、气降水和区域地下水补给面积大，具有巨大的静储量和动储量，一般不容易疏干。矿区位于碳酸盐岩裸露区或有薄层第四纪松散沉积盖层的隐伏岩溶区，有岩溶漏斗、落水洞、落水井和岩溶塌陷坑分布，而且与矿层顶底板岩溶含水层的裂隙、溶孔、溶洞系统相通。矿区内有切割矿层及其顶底板的含水层，或发育有断距较大的张性含水导水断裂。矿层及其顶底板含水层之间，或含水层与地表水体(包括大气降水后的片流、暂时径流及洪水)之间，因沉积间断、断层、溶洞、岩溶陷落柱、落水洞、岩溶漏斗、岩溶塌陷等发生直接或间接沟通，而具有较强的水力联系。矿层顶底板的含水层为承压含水层，所含地下水有很高的承压水头，相对于矿层(体)顶底板的单位面积水压力高

13、。(2)人为条件目前，我国煤矿管理水平、生产技术和灾害防治能力还比较差，特别是矿业秩序比较混乱，大量乡镇和个体小煤矿，不仅生产技术水平落后，而且无证开采和违规生产十分严重，使突水及其他矿难事故难以得到有效控制。水文地质勘探程度不够，水文地质资料的详细可靠程度较低，即使是详查阶段获得的资料也存在较大误差；尤其是对与矿层(体)并无明显直接关系的地表水、含水丰富的岩溶含水层水对矿床开采的影响，未予充分评价；甚至水文地质边界条件不明，矿井(坑)涌水量预测存在较大误差。大量地质及水文地质勘查钻孔洞穿矿层及其顶底板含水层与隔水层后，起到人为沟通作用；一些未封闭或封孑L质量不好的钻孔，往往成为矿床开采的地下

14、水通道。井、巷的空间布置不够合理，矿井及矿坑地面排水、泄洪不畅。开采条件下，由于矿井(坑)长期排水和矿层采空引起顶底板岩石变形位移，矿区地面发生下沉、裂缝、岩溶塌陷等。开采条件下，矿区地下水虽经长期排水疏干，但稳定的排水降落漏斗始终未完全形成，降落漏斗的浸润曲线陡、水力坡度大，因此对矿床开采有严重威胁的主要含水层的地下水，基本未受矿山排水影响，潜水位或承压水位基本未变，相对于生产巷道，仍有很大的水位差、压力差，对采矿井巷仍存在很大威胁。矿床大规模开采条件下，由于井巷工作面推进和岩矿石大量采空，矿层及其直接顶底板岩层之间的地应力平衡受到破坏，井巷及采空区因地应力解除而受到巨大的矿山压力，因此使井

15、巷及采空区的顶、底板及边部岩石变形位移，并形成大量新生张性裂隙、剪切裂隙的采矿裂隙带，沟通了巷道与矿层顶底板含水层的联系。矿区存在废弃的古洞坑和采空区，未经详细勘测，进入老采空区采煤。随意堆弃煤矸石而堵塞山谷、河床，洪水爆发。现有水害防治技术手段推广应用不够，防治水技术与工作投入不足。水文地质基础工作薄弱，是造成矿井水害频发的基本原因。矿井防治水技术手段落后，矿井水害条件预测的精度和广度不能满足大工作面快速机械生产的要求，是造成矿井水害的根本原因。近年来，井巷工程的掘进速度明显提高，煤矿开采方式有了很大改进，开采深度和工作面开采空间尺度不断增大，致使水害产生的条件、水害威胁的程度以及水害形成的

16、机理都发生了较大的变化。而目前我国防治水技术和水害预测评价的理论基础仍然以世纪 年代前苏联的相关理论和我国 世纪年代所积累的防治水经验及其相关研究成果为主。矿井水害防治作为一门实践性很强的学科，其特定历史阶段的研究成果都具有极强的时间效应和对特定采矿方式与采矿环境的适应性。传统的防治水技术措施已经不能完全满足新形势下现代化矿井建设与生产的要求，矿井生产的高产高效与防治水技术发展水平的相对落后必然会产生突水淹井事故的上升。对于隐蔽型导水构造的精细探查技术与装备不足，造成了对矿井导水通道的位置、分布、性质等的先知性和预先防范措施不到位，这是导致灾难性水害事故的直接原因。众所周知，煤矿水害产生的三大因素是水源、水量、导水通道，矿井水文地质工作的核心内容就是要查明这三大因素。很明显，在矿井突水的三大因素中