煤矿顶板离层水突水机理与防治

煤矿顶板离层水突水机理与防治

王福军

新疆焦煤（集团）有限责任公司830025

摘要：在矿井建设和生产过程中，研究矿井水的最终目的是搞清水的来龙去脉并与之作斗争，以便根据矿井具体条件，订出合理的措施，从而预防和消除矿井水的威胁。而矿井防水之所以被认为是一种积极措施，是因为它在许多方面，可以解决只靠排水所不能解决的问题，同时在经济上更为有利，这正是在矿井水防治工作中坚持“以预防为主、防治结合”的原因所在。煤矿生产工作中，要在《煤矿防治水规定》等有关法律法规的指导下，及时准确地收集补充完善矿井水文地质原始基础资料，进一步查明存在的水害隐患，制定有针对性的防治水措施并严格执行，只有这样，才能够有效防止矿井水害事故的发生，保证矿井安全健康发展。

关键词：矿井水灾；影响；防治；措施

一、影响矿井水灾发生的因素

煤矿水灾的诱发原因多种多样，发生水灾时往往并不是由单一的原因引发的事故，而是由多种原因共同作用而引发的。因此，全面细致地了解矿井水灾发生的影响因素，对矿井水灾的防止有非常重要的作用。矿井水灾发生的影响因素可简单的分为以下几条：

（1）地面防洪、防水措施不当，或因对防洪设施管理不善，暴雨山洪冲毁防洪工程，使地面水涌入井下，造成灾害；

（2）水文地质条件不清，井巷接近老窑区、充水断层、强含水层、陷落柱时，不事先探放水，盲目施工；或探放水，但措施不当，而造成淹井或伤亡事故；

（3）井巷位置不合理，如布置在不良地质条件中或接近强含水层附近，施工后在矿山压力与水压力共同作用下，发生顶板或底板突水；

（4）乱采、乱掘，破坏了防水煤柱，岩柱造成突水；

（5）工程质量低劣，井巷严重塌落冒顶，造成顶板塌落，沟通强含水层突水；

（6）管理不善，井下无防水闸门或虽有闸门但未及时关闭，矿井突水时不能起堵截水作用；

（7）矿井排水能力不足或排水设备平时维护不当，水仓不按时清挖，突水时排水设备失效而淹井；

（8）测量错误，导致巷道揭露积水区或含水断层突水而淹井；

（9）忽视安全生产方针，思想麻痹大意，丧失警惕，没有严格执行探放水制度、违章作业等。

二、矿井水灾的分类

地面水和地下水通过各种通道涌入矿井，当涌入矿井的水量超过矿井最大排水能力时，就会造成矿井水灾。矿井水灾按照其水源类别可分为以下几类：

（1）地表水水灾

矿井附近有江河、湖泊、池塘、水库、沟渠等积水，以及季节性雨水时，当水位暴涨，超过矿井井口标高而涌入井下，或由裂隙、断层或塌陷区渗入井下造成水灾，这种水源叫地表水。受这种水危害的情况，一般有以下几种：一是位于低洼地带的矿井，由地表水冲破矿井周围围堤而流入井口，或由于歼石山、炉灰等堆积位置选择不当，被洪水或雨水长年冲刷到附近的江河当中，使河床增高或造成河水超过堤或拦洪坝直接进入井口。这种地表水来势凶猛，而且伴随许多泥沙、砾石。如防备不当，常造成淹井事故；二是地表水与松软的沙砾岩层相通，当井筒掘进穿透冲积层含水层时，地表水将顺着砂砾岩层的裂隙涌入井下造成淹井；三是地表水与煤层顶底板的含水层相连通或由断层沟通，地表水通过含水层或断层进入井巷，致使发生水灾事故。

（2）孔隙水水灾

当煤层被松散含水的流砂层、砂层、砂砾层、卵石层、粘土砂层所覆盖，在开采第一水平时，煤岩柱留设不够，往往是冒裂带直接进入松散层，或是松散层底部存在富水含水层，开采前水文地质条件不清，没有按含水层下回采条件留设煤柱，回采后水、砂或泥溃入井下；超限出煤，破坏煤岩柱或在煤岩柱中开拓巷道、硐室，破坏了隔水煤岩柱的完整性，年久渗水，冒落坍塌，使冲积层水或流砂、泥流溃入井下，淤塞巷道甚至造成淹井。

（3）裂隙水水灾

水源为砂岩、砾岩等裂隙含水层的水。这些煤层顶部常有厚层砂岩和砾岩，其中裂隙发育，如与上覆第四纪冲积层和下伏奥陶系含水层有水力联系时，可导致严重水灾事故以及建井时期发生淹井事故。若砂岩层缺乏补给水源时，则涌水很快很快变小甚至疏干。

三、矿井水灾发生的条件

矿井周围的充水水源只是构成矿井涌水的一种潜在威胁，开采时能否进入井巷，取决于是否存在充水通道。只有充水水源通过充水通道，才能形成矿井涌水。掌握哪种水源是通过哪一种类型的通道和具体渗透路线进入矿井构成矿井涌水，可以为矿井水治理提供依据。一般来说，水源与煤矿井下工作场所的通道多种多样，常见的矿井涌水通道有构造断裂带、接触带、导水陷落柱、采矿活动造成的裂隙等。

（1）构造断裂带与接触带

矿区含煤地层中存有数量不等的断裂构造，它不仅使断裂附近岩石破碎、位移，也使地层失去完整性，从而成为各种充水水源涌入矿井的通道。地层的假整合或不整合的接触带，由于空隙发育，当它与水源靠近时，也可能成为地下水进入矿井的通道。无论是构造断裂带，还是接触带，它们都是地层中破碎而变弱的地带，对于矿井充水具有非常重要的意义。

（2）导水陷落柱

岩溶陷落柱是指埋藏在煤系地层下部的巨厚可溶岩体，在地下水溶蚀作用下形成巨大的岩溶空洞。空洞顶部岩层，当其失去对上覆岩体支撑能力时，上覆岩体在重力作用下向下垮落，充填于溶蚀空间中。因其剖面形态似一柱体，故称岩溶陷落柱。我国岩溶陷落柱多发育于北方石炭二叠系煤田，如山西太原、西山、霍汾、河北井陉、峰峰、开滦，江苏徐州，山东新汶，河南安阳、鹤壁、焦作等矿区，而南方矿区少见。

（3）采矿造成的裂隙通道

埋藏在地下深处的煤层承受着上覆岩层的自重力，同时它自身也产生对抗力，两者处于平衡稳定状态。煤层开采后，采空区上方的岩层因下部被采空而失去平衡，相应地产生矿山压力，从而对采场产生破坏作用，必然引起顶部岩体的开裂、垮落和移动。塌落的岩块直到充满采空区为止，而上部岩层的移动常达到地表，根据采空区上方的岩层变形和破坏情况的不同，可划分为三带，三带之中的冒落带、裂隙带就是矿井充水的良好通道。

（4）封闭不良的钻孔

勘探或生产建设时期，井田内施工许多钻孔，均可揭穿煤层和各含水层，构成沟通含水层的人为通道。按规程要求，钻孔施工完毕后必须用水泥封孔，其目的一方面保护煤层免遭氧化，另一方面为了防止地表与地下各种水体的直接渗透。钻孔封闭不良或没有封闭情况下，当开采接近或揭露进，造成涌水乃至突水。此类突水以突水点接近旧钻孔，采场地层完整无构造破坏，水压力大而无大水量等为特征，易与其他突水相区别。若与其他水源沟通时，亦可造成来水猛、压力大的突水事故。

四、矿井水灾的防治

（1）河流改道

矿区范围内有常年性河流流过且与矿井直接充水含水层接触，河水渗漏量大，是矿井的主要充水水源，会给生产带来影响。属该情况可在河流进入矿区的上游地段筑水坝，将原河流截断，用人工河道将河水引出矿区；

（2）铺整河底

矿区有季节性河流、冲沟、渠道，当水流沿河或沟底裂缝渗入井下时，则可在渗漏地段用黏土、料石、水泥修筑不透水的人工河床，制止或减少河水渗漏。如四川南桐煤矿长兴岩出露地表且沟谷发育，通过铺整河底、修筑人工河床，雨季涌水量减少了30％～50％；

（3）填堵通道

矿区范围内，因采掘活动引起地面沉降、开裂、塌陷等，经查明是矿井进水通道时，应用黏土或水泥填堵，对较大的溶洞或塌陷裂缝，下部填碎石、上部盖以黏土分层夯实，且略高出地面，以防积水；

（4）挖沟排（截）洪

地处山麓或山前平原区的矿井，因山洪或潜水流入井下，构成水害隐患或增大矿井排水量，可在井田上方垂直来水方向沿地形等高线布置排洪沟、渠拦截洪水和浅层地下水，并通过安全地段引出矿区；

（5）排除积水

有些矿区开采后引起地表沉降与塌陷，长年积水，且随开采面积增大，塌陷区范围越广，积水越多，此时可将积水排掉，造地复田，消除稳患。

五、结语

矿井水灾与矿井火灾、矿井瓦斯、矿井火灾、矿井瓦斯和矿井顶板并称为煤矿五大自然灾害。在煤矿生产中，透水是仅次于煤矿瓦斯突出的严重事故。煤矿在建设和生产过程中，常受到水的危害，一旦发生水灾，不仅会影响矿井的正常生产，给管理带来困难，有时还会造成人员伤亡和淹井事故，导致矿井停产和严重的经济损失，危害十分严重。

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