金鼎煤礦突水機(jī)理分析

王素娜

（河南能源化工集團(tuán)義煤公司，河南義馬 472300）

金鼎煤礦突水機(jī)理分析

王素娜

（河南能源化工集團(tuán)義煤公司，河南義馬 472300）

通過對井田水文地質(zhì)特征，地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件，礦井充水水源及突水資料的整理分析，查清礦井發(fā)生突水的突水水源與導(dǎo)水通道，確定礦井發(fā)生突水的動力條件及突水機(jī)理，為礦井堵水提供科學(xué)的理論依據(jù)。

礦井；動力條件；突水機(jī)理

金鼎煤礦礦井主采二疊系山西組二1煤，煤層埋藏深度大，一般在600m以上。井田面積為17.41km2，擁有地質(zhì)資源儲量5 531萬t，設(shè)計生產(chǎn)能力為45萬t/a，服務(wù)年限46.7a。礦井設(shè)計采用立井單水平上下山開拓方式，其中主井直徑5m，深666.5m，副井直徑6m，深691.5m。礦井設(shè)計水倉凈容積8 770m3，主泵房安裝8臺排水泵，單臺泵能力420m3/h。水害發(fā)生前，礦井正常涌水量為26m3/h。

1 礦井基本概況

1.1 地理位置

金鼎煤業(yè)位于河南省汝陽縣城西，行政隸屬汝陽縣城關(guān)鎮(zhèn)、上店鎮(zhèn)和柏樹鄉(xiāng)管轄。東起汝陽縣城，西至華溝，北自五里廠，南到下店，東西長5.39km，南北寬3.23km，面積17.41km2。地理坐標(biāo)范圍：東經(jīng)112°24′00″～112°27′30″，北緯34°07′45″～34°09′30″。

1.2 地形

本區(qū)屬丘陵地區(qū)。總體地勢西北高東南低，海撥高度310～454m，相對高差約144m。西北部由古近系、白堊系受沖刷切割形成低緩山丘，東北部和南部為汝河河床及其形成的沖積平地。區(qū)內(nèi)近南北向沖溝發(fā)育，利于降水排泄。

1.3 井田構(gòu)造

該井田位于汝陽斷陷盆地的北東部，整體為一走向近東西、傾向南的單斜構(gòu)造。含煤地層整體傾向170°～200°，傾角5°～35°；西緩東陡，南緩北陡，北部地層翹起明顯；F3斷層以南地層產(chǎn)狀平緩，傾角0°～10°。煤系蓋層產(chǎn)狀總體傾向南，傾角一般8°～30°。區(qū)內(nèi)與含煤地層關(guān)系密切的有4條斷層，即F4逆斷層、F3正斷層、F7正斷層和F5正斷層。區(qū)內(nèi)無巖漿巖。

1.4 井田水文地質(zhì)概況

井田位于汝陽盆地的北部，盆地四周為海拔400～800m的陡峭山嶺，多由元古界、下古生界的石英砂巖、安山巖和碳酸鹽巖組成。向盆地中部逐漸過渡為低山丘陵和汝河谷地，海拔標(biāo)高為270～400m，相對高差50～80m，由第四系、古近系和白堊系地層組成。在盆地中部的F33斷層以北為一承壓斜地。其西、北部以標(biāo)高大于400m的低山丘陵的山脊分水嶺為界，東部和南部以斷層F33、F11為界，基底巖層大致向南傾斜，地下水由北向南徑流，基本構(gòu)成了一個完整的水文地質(zhì)單元。井田位于承壓斜地的中東部，最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高為310m。大氣降水是區(qū)域地下水的主要補(bǔ)給來源，區(qū)域內(nèi)出露和分布有碎屑巖類孔隙裂隙含水層、碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水層和松散層巖類孔隙含水層，主要隔水層有白堊系隔水層、二1煤層底板泥巖隔水層及石炭系本溪組鋁土巖隔水層。

2 突水機(jī)理分析

2.1 突水過程

2011年12月16日約16∶00，金鼎煤業(yè)-328軌道大巷距掘進(jìn)頭后方16～36m處，首先發(fā)生底鼓。19日約10∶00，-328皮帶大巷距掘進(jìn)頭后方40m處底板快速底鼓并向外少量滲水；10∶35巷道左邊開始出水，涌水量達(dá)到20m3/h；11∶35涌水量達(dá)到150m3/h，隨后出水量快速增大，已經(jīng)超過井底臨時排水系統(tǒng)的排水能力；12∶18涌水量達(dá)到500m3/h；13∶40實測涌水量超過3 000m3/h；16∶20涌水量達(dá)到峰值5 820m3/h；18∶00井底車場全部淹沒，主副井之間不通風(fēng)。至21日8∶00，礦井水位已上升至距井口26.03m；22日2∶05，水位穩(wěn)定在距井口下25.49m處（標(biāo)高313.01m），累計出水量達(dá)7.3萬m3，導(dǎo)致全礦井被淹。

2.2 突水水源

-328大巷出水水量增長比較快，短時間內(nèi)能達(dá)到3 000m3/h；突水水量較大，約7.3萬m3，而且衰減趨勢不明顯，其他含水層（頂板砂巖裂隙及礫石孔隙含水層）無如此大的突水能力；井田范圍內(nèi)及周邊不存在小窯老空水；水質(zhì)化驗結(jié)果顯示，水質(zhì)類型為重碳酸鈣鎂型，表現(xiàn)為寒灰水特征，可以確定此次突水水源為寒武系白云巖巖溶裂隙水［1］。

2.3 導(dǎo)水通道

石炭系太原組灰?guī)r及寒武系白云巖巖溶裂隙含水層為二1煤層底板直接和間接充水含水層。下伏于石炭系灰?guī)r之下的寒武系白云巖，中間有本溪組隔水層相隔，井田內(nèi)ZK303孔在穿見該層時發(fā)生涌水，自流高度35m，水位標(biāo)高381.88m，自流量5.26m3/h，說明該含水層靜水壓力水頭很高。二1煤底板寒武系白云巖巖溶裂隙含水層的富水性具有明顯的不均勻性和各向異性。寒灰水在高水壓作用下在底板隔水層中具有一定的原始導(dǎo)升高度。在巷道掘進(jìn)后地應(yīng)力作用下，誘發(fā)了采動裂隙與下部原始導(dǎo)水裂隙貫通，導(dǎo)致出水，出水后在地應(yīng)力和高水壓聯(lián)合作用下進(jìn)一步撕裂和擴(kuò)展裂隙通道，導(dǎo)致突水量進(jìn)一步增大。分析認(rèn)為寒灰水涌向上部地層的導(dǎo)水通道可為垂向通道，也可為層內(nèi)及層間的水平通道［2］。

據(jù)地面注漿堵水工程注5孔資料，鉆進(jìn)至737.65m全漏，738.05～738.75m掉鉆，738.95～739.75m掉鉆，共計掉鉆1.5m，準(zhǔn)確打中巖溶裂隙導(dǎo)水通道。另據(jù)突水前皮帶巷和軌道巷掘進(jìn)頭附近均發(fā)生底鼓，并有少量滲水，導(dǎo)水通道很有可能沿注5孔-皮帶巷底鼓區(qū)-軌道巷底鼓區(qū)條帶附近，北西向展布。

2.4 突水動力條件

突水點(diǎn)標(biāo)高為-323.80m，水位穩(wěn)定在井口下25.49m處（標(biāo)高313.01m），水壓大于6MPa。本區(qū)缺失奧陶系地層，石炭系地層直接和寒武系灰?guī)r不整合接觸，石炭系地層平均厚度約為28m。據(jù)突水系數(shù)公式［3］：

T=P/M（1）

式（1）中：T為突水系數(shù)，MPa/m；P為底板隔水層承受的水壓，MPa；M為底板隔水層厚度，m。

據(jù)式（1）計算得突水系數(shù)T=0.227MPa/m，參考全國經(jīng)驗值，底板受構(gòu)造破壞塊段突水系數(shù)一般不大于0.06MPa/m，正常塊段不大于0.10MPa/m，否則存在底板突水危險。所以，高水壓和底板有效隔水層厚度小是導(dǎo)致本次突水的動力條件，亦是本次地面鉆探注漿堵水工程的難點(diǎn)。

3 結(jié)論與建議

①寒武系灰?guī)r含水層為二1煤底板間接充水含水層，亦為本次突水水源，其富水性強(qiáng)、水壓大、靜儲量大、底板隔水層薄，對礦井生產(chǎn)威脅很大，必須重點(diǎn)防范。

②建議礦方在采掘過程中，嚴(yán)格執(zhí)行“預(yù)測預(yù)報，有掘必探，先探后掘，先治后采”的防治水十六字原則和“防、堵、疏、排、截”五項綜合治理措施。成立專門的探放水隊伍，配備滿足安全生產(chǎn)需要的探放水設(shè)備及物探設(shè)備［4］。

③隨著礦井開采的深入，礦井水壓越來越大，要從人力、物力、財力上給予礦井防治水工作大力支持，保證礦井安全生產(chǎn)，防止類似事故發(fā)生。

［1］張淵.帶壓開采底板突水破壞規(guī)律與突變模型研究［M］.太原：太原理工大學(xué)出版社，2002.

［2］邵愛軍.煤礦地下水與底板突水［M］.北京：地震出版社，2000.

［3］施龍青，韓進(jìn).底板突水機(jī)理及預(yù)測預(yù)報［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2004.

［4］靳德武.我國煤層底板突水問題的研究現(xiàn)狀及展望［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2002（6）：1-4.

Analysis of Water Bursting Mechanism in Jinding Coal Mine

Wang Suna
（Yima Coal Industry(Group)Co.Ltd.of Henan Energy and Chemical Group，Yima Henan 472300）

Based on the analysis of hydro-geological features,groundwater recharge,runoff,excretion conditions, mine water-filled source and water-inrush data,this paper found out the water inrush source and channel of water inrush in mine,Water dynamic conditions and water inrush mechanism for the mine water plugging provides a scientific theoretical basis.the dynamic conditions and water inrush mechanism of mine water inrush were determined,to provide scientific theoretical basis for the water plugging.

mine；dynamic condition；water inrush mechanism

TD745

A

1003-5168（2016）11-0084-02

2016-10-21

王素娜（1981-），女，碩士，研究方向：地質(zhì)儲量管理。