復雜環境下采動影響導致老空突水案例分析

王革純

（開灤能源化工股份有限公司，河北 唐山 063018）

1 概 況

老空積水突出是煤礦生產的主要水害之一，我國近年來的相關統計資料表明，老空水害是煤礦較大以上水害事故的主體，事故起數和死亡人數占比80%以上。《煤礦防治水細則》針對老空水害事故占比高的特點，總結近年來老空水突水事故教訓和有效的技術手段，對受老空水害影響煤層實行分區管理，增加了關于老空水害防治的技術管理要求。

在開灤礦區，相關事故經驗表明，老空水害防治看似簡單，其實不然，一是由于礦井周邊小窯遺留下來的老空，積水區數量、位置、分布范圍、積水情況不清；二是積水體內沉積的煤泥情況是未知的；三是煤系地層中特殊巖石如沉凝灰巖、遇水軟化或膨脹的粘土巖（泥巖）、遇水崩解泥質砂巖等的存在，導致積水情況復雜，難以定量；四是礦井開采礦壓變化引起的煤層頂、底板起伏變化，造成積水體的不確定性；五是老空積水充水系數是隨時間變化的變量，并與空間、位置、煤層頂底板巖性、礦山壓力相關；六是開采順序對老空水害防治有較大影響，系人為因素，不確定性強等。

復雜的情況使得老空水防治難度加大，老空水害事故時有發生，老空積水的防治工作占據了礦井防治水工作的大部分工作量，需要引起足夠的重視。因此，以開灤礦區東歡坨礦3096 工作面為例，對復雜環境下采動影響老空突水原因進行深入分析。

2 運道老空積水突出

2017 年 4 月 8 日凌晨 3 時 26 分，東歡坨礦3096 運道在掘進至全長1 080 m 時，迎頭上頂出現淋水 1.2 m3/min，9 日 6 點班涌水增大至 2 m3/min。2017 年 4 月 10 日 19 時 30 分，涌水再次增大，觀測水量達4.5 m3/min，水呈黑色且渾濁伴有煤泥；21 時30 分觀測水量為6 m3/min，因排水能力不夠造成部分巷道淹沒。至11 日凌晨2 時，積水位置為運道開口往里840 m 處，觀測水量5 m3/min，有所衰減；到6 時，巷道積水位置為運道開口往里740 m 處；7 時30 分實測涌水量4.2 m3/min；16 時實測涌水量3.4 m3/min。經緊急加接排水設備設施后，排水能力達到8 m3/min，防止了巷道進一步被淹。

3 原因分析

3.1 3096 工作面概況

開灤礦區為煤層群開采，東歡坨礦3096 工作面為該礦井9 煤層工作面，位于-690 水平中央下段采區最下一個工作面，風道設計長度2 179 m，運道2 393 m、泄水巷2 318 m，傾斜長202 m。后因透水事故影響工作面走向長縮短為約600 m。上覆為8 煤層3086、3088 工作面采空區，此處8煤層與9 煤間距為6.0 m；下伏無采掘工程。

工作面煤層老頂為淺灰色細、中砂巖，平均厚度2.0 m，泥質～凝灰質基底式膠結；直接頂為淺～深灰色粉、細砂巖，平均厚度1.3 m，厚度變化大，裂隙發育，風化后呈碎塊狀；偽頂為深灰色粉砂巖或灰色粘土巖，平均厚度0.2 m，局部缺失。工作面煤層直接底為深灰色粉砂巖，平均厚度1.6 m；老底為淺灰色細砂巖，平均厚度4.0 m，泥硅質膠結。工作面煤層厚度平均3.2 m，煤層平均傾角20°，工作面掘進范圍內存在11 條斷層。工作面風道正上方為3086 工作面采空區，上鄰同煤層工作面3094 正在回采。資料分析，3086 老空區存在兩處積水空間，積水量分別為10 300m3和29 480m3，動水量分別存為 0.56 m3/min 和 1.0 m3/min，如圖1 所示。

圖1 3096 運道與積水區及3094 工作面平面位置關系Fig.1 Plane position relationship between 3096 transportation roadway pond area and 3094 working face

3.2 突水后水文變化情況

3.2.1 涌水量變化

3096 運道出水后，相鄰工程3096 泄水巷、3094 工作面水量未出現變化，但3088 泄水巷水量由出水前的0.84 m3/min 減少至0.56 m3/min。

3.2.2 含水層水位變化情況

鉆孔出水后，對該區域相關含水層水位觀測孔進行了觀測，周圍的沖積層含水層水位（東觀17距離出水位置2 498 m）、5 煤層頂板含水層水位（東觀50 距離出水位置1 812 m、55 距離出水位置1 812 m）、12-2 煤～14 煤底板含水層（東觀45 距離出水位置1 712 m、東觀12 距離出水位置2 456 m）、K3 含水層水位（東觀47 距離出水位置792 m、46 距離出水位置1 431 m）、奧灰含水層水位（東觀2 距離出水位置3 040 m、東觀44 距離出水位置3 040 m） 均無明顯變化。

3.2.3 水質化驗分析

此次透水水質類型為重碳酸鈉型水，與該區域老空水水質類型一致。

3.3 突水原因

此次突水比較特別和突然，3096 工作面運道施工中均嚴格執行了防治水工作的相關規定，措施到位，但依然突水。經研究分析，導致事故的原因分析如下。

（1） 區域水文地質條件較為復雜，相鄰采空區存在積水和動水，上覆煤5 頂板砂巖裂隙含水層含水豐富，成為工作面施工可能的充水因素。

（2） 工作面地質條件復雜，為煤層群開采，間距較近，對彼此開采影響大；煤層頂、底板巖性為泥質或凝灰質砂巖，遇水軟化成泥，對采空積水條件影響較大。

（3） 鄰近工作面采動影響導致老空積水體突出，水流沿采空區松散巖體孔隙、裂隙無規則流動，于3096 運道掘進頭涌出。

（4） 由于瞬時涌水量大，排水能力不足導致部分巷道被淹。

3.4 涌水情況分析

經涌水量情況統計，此次透水從4 月8 日至6月14 日共涌出水量154 232 m3，其中老空動水量為117 500m3，積水量為36 728 m3，上覆 3086 采空區兩處積水，積水量為（10 370＋29 480） m3，與本次透水水量大體相當，穩定后涌水量與3086采空區動水量一致。3096 工作面風道施工過程中，對上覆3086 采空區兩處積水進行了打鉆探查，查明基本無水，說明積水已在3096 運道突水時泄出，如圖2 所示。

圖2 3096 運道透水點涌水量變化歷時曲線Fig.2 Curve of water inflowchange at permeable point of 3096 transportation roadway

4 事故經驗教訓

（1） 必須加強對老空水防治復雜性的認識，不同巖性條件、煤層賦存狀態、采掘工程空間分布、采屈時間順序、礦山壓力變化、積水量大小、積水體底部煤泥厚度等，對老空水害防治工作都有較大的影響。

（2） 《煤礦防治水細則》雖然強化了對老空水害防治工作，但并不意味著絕對安全不透水。如本次透水事故，掘進位置與積水體最小距離67 m，遠大于規程要求的30 m，但依然發生了透水事故。

（3） 人為因素對老空透水的影響不能忽視，采掘銜接安排應充分考慮防治老空水害的需要，經分析認為此次事故中3094 工作面的采動影響是誘發因素。

（4） 復雜環境中老空水透出具有不確定性，不只是工程揭露積水體會透水，此次突水形式是老空水通過采空區滲流，以大淋水的形式泄出，沒有形成潰泄，但涌水量仍然較大，最大涌水量達6.0 m3/min，對3096 運道施工產生了較大影響，因排水能力不足造成了部分巷道被淹。

（5） 事故發生后，透水水源不清。觀測鄰近工作面涌水點水量無變化，水質分析結果認為是頂板含水層水，但相關含水層水位觀測也無變化，給工程決策造成了一定影響，3096 運道沒有繼續向前施工，原設計走向兩千多米的長面，變成了走向660 m 的短面。

（6） 老空水害的分析工作要與礦井的具體生產情況相結合，必須充分考慮采掘工程的分布情況，弄清相互影響狀況，才能制定針對性的防治措施，確保安全生產。

（7） 對于具有沖擊地壓傾向的工作面，老空水防治工作更應該小心翼翼，要充分考慮到因地壓異常引起老空水突出的可能性，提前制定針對性措施，防止發生危險。

（8） 老空水防治工作中的排水設施要留有余地，提前做好排水應急預案，確保發生涌水時能及時有效的排水。

5 結 語

此次老空透水事故具有偶然性，原因復雜，值得總結分析。實踐工作中，防治水技專業術人員要充分發揮主觀能動性，遵守規程但又要有超越規程的超前意識，合理分析問題，措施針對性強，確保做好老空水害防治工作。