鶴煤五礦底板C2tL8承壓水突水模式研究

郝先虎

摘 要：鶴煤五礦自建礦以來，頻發底板C2tL8承壓含水層突水事故，嚴重影響礦井安全生產。為此，鶴煤五礦通過認真研究底板C2tL8承壓含水層的突水模式，采取針對性的水害防治措施，取得了良好的效果，真正實現了礦井生產過程中安全、經濟、社會效益。

關鍵詞：承壓含水層；突水模式；防治措施

中圖分類號：TD745.2 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）20-0089-03

Study on Water Inrush Mode of C2tL8 Confined

Water in the Floor of Hebi Five Mine

HAO Xianhu1，2

（1. School of Resources and Environment， Henan Polytechnic University，Jiaozuo Henan 454000；

2. Hemei Coal Mine， Henan Coal and Energy Chemical Group，Hebi Henan 458000）

Abstract： Since the self built mine of Hebi five mine， the water inrush accident of C2tL8 confined aquifer had occurred frequently， which seriously affected the safe production of mines. Therefore， the five mine of Hefei coal mine studied the water inrush mode of the bottom C2tL8 bearing aquifer seriously， and took the pertinent measures to prevent and cure water damage， and had achieved good results， and truly realized the safety， economic and social benefits in the process of mine production.

Keywords： confined aquifer；water inrush mode；prevention and control measures

鶴煤五礦位于鶴壁礦區中部，開拓方式為立井、暗斜井和多水平主下山開拓。現開采煤層為石炭二疊系山西組二1煤，平均煤厚約8m，煤層傾角平均18°。鶴煤五礦與三礦、六礦均有大斷層相隔，屬于一個獨立塊段，礦井整體構造形態為一軸向北東45°，向北東傾斜的向斜。鶴煤五礦自建礦以來共發生突水20次，其中底板C2tL8含水層突水就有16次。頻繁的突水嚴重影響了礦井的安全生產。因此，對直接影響二1煤采掘活動的底板C2tL8承壓含水層突水模式進行研究尤為必要。

1 底板C2tL8承壓含水層概況

在鶴煤五礦井田范圍內，C2tL8灰巖在區內發育良好，分布穩定；巖溶裂隙較為發育，含巖溶裂隙承壓水，單位涌水量q=0.047L/s·m，滲透系數K=0.085 7m/d。該含水層距二1煤間距平均33.35m，并且有自西北向東南逐漸變薄的趨勢。C2tL8灰巖是開采二1煤的直接充水含水層，因受F40、F41、F40、ⅡF01、ⅡF02和ⅡF03等斷層的影響，與C2tL2、O2m灰巖承壓含水層發生水力聯系而得到較大量補給，呈現水量較大，且不容易疏干的含水特征，對二1煤開采具有較大影響。鶴煤五礦自建礦以來，共發生C2tL8含水層突水16次，突水量Q≤60m3/h的突水共8次，占突水次數的50%；突水量60m3/h2 底板C2tL8承壓含水層突水模式分析和研究

根據不同地質條件下煤層底板突水機理，按照常用的劃分方法，一般將突水模式劃分為3種：正常巖層底板突水模式、斷層裂隙帶突水模式和陷落柱突水模式[2]。

2.1 正常巖層突水模式

正常巖層突水模式是指底板不存在斷層和陷落柱等構造情況下的突水，主要由采掘活動應力變化導致底板的破壞引起的。正常巖層突水模式又劃分為薄板整體破斷和厚板壓裂導升破壞2種子模式。

2.1.1 薄板整體破斷突水子模式。正常巖層位置，底板較薄的隔水層在礦山應力、爆破擾動和底板承壓水共同作用下，底板開始從周邊向中心破裂，高壓水直接流入采掘空間，造成的突水事故[3]。

鶴煤五礦的008號、019號、020號C2tL8突水點雖位于正常巖層，但隔水層厚度最大5.5m，最小僅有2m，掘進應力和爆破擾動造成的底板破壞帶深度均能達到C2tL8含水層附近，底板破壞帶與C2tL8含水層導升帶對接，形成導水通道，造成突水。以上4個突水點均屬于薄板整體破斷導水子模式。

2.1.2 厚板壓裂導升破壞突水模式。正常巖層位置，較厚的隔水層發生微觀變形，形成微觀裂隙網，在礦壓和水壓共同作用下開始張裂，最終當裂隙擴展的阻力小于水壓時，裂隙進一步擴大，形成導水通道，最終造成穩定的突水。

鶴煤五礦的005號C2tL8突水點，隔水層厚度14m，掘進應力和爆破擾動造成的底板破壞帶深度達不到C2tL8含水層附近，底板破壞帶和含水層導水帶需要在水壓、礦壓進一步作用下才能聯通形成導水通道，因此005號突水點屬于厚板壓裂導升子模式。

2.2 斷層裂隙帶突水模式

鶴煤五礦的16次C2tL8含水層突水，有12次與斷層裂隙帶有關，占總數的75%。斷層裂隙帶突水模式又可以分為斷裂直通式、斷裂影響承壓水導升帶式、斷裂影響底板破壞帶式及斷裂影響底板破壞帶與裂隙導升帶式共4種子模式。

2.2.1 斷裂直通突水子模式。斷層破碎帶或斷層影響帶為C2tL8含水層的導水或充水構造，當采掘工作面揭露到該構造時，即會發生C2tL8突水。

鶴煤五礦的007號C2tL8突水點遇ⅡF03導水大斷層突水，該突水點屬于斷裂直通突水子模式[4]。

2.2.2 斷裂影響底板破壞帶與裂隙導升帶突水子模式。采掘頭面的巖體中存在范圍較大的斷裂構造時，底板破壞帶的深度和承壓水導升帶的高度均會變大。根據長期觀測研究，在斷裂帶位置，底板破壞帶的深度和承壓水導升帶的高度約是正常巖層位置的2倍左右。破壞帶和導水帶發生對接形成導水通道，從而發生突水。該模式具體見圖1。

鶴煤五礦發生突水的采掘頭面與C2tL8間距較小，若有斷層，底板破環帶和承壓水導升帶皆受影響，因此，鶴煤五礦16個C2tL8突水點中，有11個屬于該子模式，分別是001號、002號、003號、006號、009號、010號、011號、012號、015號、016號和018號C2tL8突水點。

2.2.3 斷裂影響承壓水導升帶突水子模式。采掘頭面下的斷裂構造范圍較小，對底板承壓含水層影響較大，對采掘頭面影響較小，這種斷裂構造使C2tL8承壓水導升帶的高度變大，變厚的承壓水導升帶與采掘頭面的底板破壞帶對接形成導水通道，從而發生突水。

鶴煤五礦采掘頭面與C2tL8間距較小，不存在只影響承壓水導升帶不影響底板破壞帶的斷層，因此沒有該種突水子模式的C2tL8突水點。

2.2.4 斷裂影響底板破壞帶突水子模式。采掘頭面下的斷裂構造范圍較小，對采掘頭面影響較大，對底板承壓含水層影響較小。采掘頭面下的巖體存在該種斷裂構造時，底板破壞帶深度約是正常巖層的2倍，深度變大的底板破壞帶與承壓水導升帶對接形成導水通道，從而發生突水。

鶴煤五礦采掘頭面與C2tL8間距較小，不存在只影響底板破壞帶而不影響承壓水導升帶的斷層，因此沒有該種突水子模式的C2tL8突水點。

2.3 陷落柱突水模式

鶴煤五礦雖在采掘前和采掘過程中探測出6個陷落柱，但由于對陷落柱高度重視，積極采取預防措施，從未發生過因陷落柱引起的C2tL8含水層突水實例，故對陷落柱突水模式不再論述。

3 突水模式分析研究結果

逐個分析研究鶴煤五礦16次底板C2tL8承壓含水層的突水模式，發現正常巖層底板突水4次，其中有1個突水點屬于正常巖層底板之厚板壓裂導升子模式，其余3個均屬于正常巖層底板之薄板整體破斷導水子模式；遇斷層裂隙突水有12次，其中有1次屬于斷裂直通突水子模式，有11次屬于斷裂影響底板破壞帶與裂隙導升帶突水子模式；沒有陷落柱突水模式。

4 應對措施

鶴煤五礦針對頻繁的底板C2tL8承壓含水層突水事故，研究突水機理，總結突水模式，積極采取應對措施。一是在礦井最低的延深采區各巖中巷布置放水鉆場，實施鉆孔疏水工程，將C2tL8承壓含水層的水位降至安全水位以下，降低突水發生概率和突水強度；二是在巷道掘進過程中采取“物探先行、鉆探驗證”的措施，提前查明斷層裂隙等構造情況，然后采取針對性的措施[5]；三是根據可能的涌水量，提前安裝排水系統，保證有水時能及時排出，避免對安全生產造成影響。

5 效果及效益評價

5.1 防治水效果

鶴煤五礦通過總結突水模式，積極采取應對措施，杜絕了C2tL8承壓含水層突水事故的發生。2014年以來，鶴煤五礦開拓巖巷時，直接將巖巷布置在強度較大的C2tL8巖層中，這從側面反映出對C2tL8承壓含水層的治理效果。

5.2 安全經濟社會效益

鶴煤五礦成功消除了采掘過程中C2tL8承壓含水層突水的威脅，保證采掘活動正常開展和礦井正常接替。通過成功治理C2tL8承壓含水層，為今后在鶴煤五礦防治底板承壓水工作積累了豐富經驗，也為類似條件的礦井進行防治底板承壓水工作提供了借鑒。

參考文獻：

[1]國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全生產監察局.煤礦防治水細則[M].北京：煤炭工業出版社，2018.

[2]國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全生產監察局.煤礦安全規程[M].北京：煤炭工業出版社，2016.

[3]尹尚先.煤層底板突水模式及機理研究[J].西安科技大學學報，2009（6）：661-665.

[4]于永堆，張廣壘.地質構造對巖巷掘進的影響分析[J].科技信息，2014（1）：272.

[5]趙慶彪，蔣勤明，高春芳.邯邢礦區深部煤層底板突水機理研究[J].煤炭科學技術，2016（3）：117-121.