典型事故案例分析-JMXH2021.5.pdf

典型水害案例事故分析典型水害案例事故分析 主要内容 一、一、断层突水典型案例分析断层突水典型案例分析 二、二、岩溶陷落柱突水典型案例分析岩溶陷落柱突水典型案例分析 三、三、钻孔导钻孔导水典型案例分析水典型案例分析 四、四、采空区透水典型案例分析采空区透水典型案例分析 2-1081返掘工作面相对位于80水平一采区的右翼，南西侧2号煤层分叉边界线，北东 侧相邻一采区轨道巷，北西侧相邻2-1062巷，南东侧为实体煤，靠近F13断层。出水点 位置2-1081返掘距迎头20m处，标高为87m。 2－1081返巷先后距迎头100m和20m处均在右帮上角出现不同程度的滞后突水现象 第一次出水于距迎头约100m处发生突水，最大水量约50m3／h，最后衰减至10m3／h 左右。第二次出水于距迎头约20m处右帮顶部，高峰突水量约600 m3／h，后水量衰减 至300 m3／h，半年后水量减小并稳定至60 m3／h。 根据F13断层两侧钻孔资料比对、矿压显现情况、出水点位置、涌水量、水质、太 灰和奥灰水位等动态和流场综合分析，初步认定本次突水的直接充水水源为K2灰岩， 间接充水水源为奥灰水。 一、断层突水实例 ◆1 1、干河矿、干河矿2 2- -10811081返掘巷突水返掘巷突水 从水位变化曲线可以看出，2个太灰观测孔均出现了明显的水位降深，4个奥灰孔仅 1个水位变化较明显，显示了出水点对K2水位影响大，太灰水为主要充水水源。 距迎头约100m处发生第一次突水时，水量约50m3／h，随后衰减至10m3／h左右，水 源为太灰水。距迎头20m处右帮顶部再次发生突水，高峰水量约600 m3／h，除了大量 疏放太灰净储量外，大量的奥灰水参与了补给。 水质变化情况，距迎头约100m处，水质类型为HCO3 SO4-Na，第二次出水后水 质类型在逐渐转化为SO4 HCO3-Ca Mg Na，Ca2、Mg2离子增加，水化学类型接 近奥灰水。 突水通道分析，出水点煤层顶板标高为87m，巷道带压约4.18Mpa，出水巷道靠 近F13断层，位于F13断层断层上盘，断层落差80m，上盘2＃煤层与下盘K2灰岩层直 接对接，导通了K2含水层。出水点位置与断层面距离仅8m，且处于煤层中，不能抵抗 对盘太灰水超高的水头压力，导致高压水直接突出。 一、断层突水实例 干河煤矿2-112回采工作面发生一起断层滞后突水事故，造成矿井被迫停产。 2-112回采工作面位于干河矿一采区右翼，开采2煤层，截止突水发生，该工作面已推 进868m。其北侧为矿井F13断层，最小距离约60100m。 2-112工作面突水变化经历了三个阶段，第一个阶段工作面推进自切眼正巷856m， 副巷844m。工作面8587支架底部，自采空区方向有水流出，水量初始为35m3/h ，逐渐增大至180m3/h，后又降至100m3/h。期间工作面13架顶板压力大、底鼓严 重造成13支架活柱伸出量为零，正巷端头压力大，底鼓严重，造成超前支护多处顶 梁断裂； 第二个阶段工作面在出水后累计推进17.2m时工作面15、57支架涌水， 水量增大到150m3/h左右，出水颜色浑浊。 第三个阶段工作面在出水后累计推进 34.4米后，出水点明显增多，出水量明显增大，总出水量由原来的150m3/h增大至 250m3/h，再增大至350m3/h。后水量减至250m3/h。与此同时工作面压力也明显增大 。 一、断层突水实例 ◆2 2、干河煤矿、干河煤矿2 2- -112112回采工作面突水回采工作面突水 突水原因分析 突水水源，初始涌水中Na含量较高，呈现典型的砂岩水 离子特征，而SO42-、Ca2、Mg2含量也较高，又呈现典型的灰岩水离子特征， 因此推断工作面涌水为砂岩、灰岩混合水。后期涌水中Na含量逐渐减少，而 随之Ca2、Mg2含量逐渐增高，其水质类型SO4 HCO3-Ca Mg型，与奥灰水质 一致。太灰、奥灰含水层水位随之发生下降，说明工作面涌水与太灰和奥灰 含水层存在一定关联。第一次出水后K2灰岩水位下降幅度较大，奥灰水位下 降较小，推断该时段工作面涌水的主要补给水源为K2灰岩水；第二次突水后， K2灰岩水位变化趋势不大，而奥灰水位下降趋势相对较明显，推断工作面涌 水的主要补给水源为奥灰水。突水通道，2-212工作面出水形式表现为采空区 出水，涌水从采空冒落区流出，无法直接观察到出水点。通常奥灰突水的通 道有两种情况，一是底板下高压奥灰水通过垂向导水通道进入工作面。这些 可能的导水通道主要有隐伏导水陷落柱、导水钻孔、底板下隐伏断层等。 二是工作面附近存在大的隐伏断层，高压奥灰水通过含水层对接或通过断层 破碎带侧向补给煤层直接顶底板含水层，再通过采空冒裂或底板采动破坏带 涌入工作面。本工作面奥灰突水应属于这种类型。 一、断层突水实例 1-203工作面北部边界临近下团柏断层，断层落差 400m，煤层上部砂岩含水层直接对接下盘奥灰含水层， 靠近大断层附近上盘煤层顶板砂岩含水层裂隙较发育， 与下盘奥灰含水层直接发生水力联系， 随着1-203工作 面回采推进，上部砂岩含水层随顶板垮落，采空冒裂带 波及到砂岩含水层，砂岩裂隙水由采空区涌入工作面， 总涌水量达到230m3/h。 一、断层突水实例 ◆3 3、干河矿、干河矿1 1- -203203工作面断层突水工作面断层突水 紫晟煤业总回风巷揭露一条落差20m的断层，断层走向与巷道掘进方向基本一致。掘 进过程中进行超前探水作业，依照探放水设计在15号导线点前15m处进行探放水施工 （本次钻探共设计钻孔4个1号钻孔方位203，下山1.5；2号钻孔方位203，下山 14；3号钻孔方位190，上山8；4号钻孔方位216，下山14）。当1号钻孔（方 位203、下山1.5）施工至70m时，钻孔中出现涌水，涌水量为15m /h；为进一步查 清工作面底板的富水性，继续依照设计施工2号钻孔（方位203、下山14），当2号钻 孔施工至40m时钻孔中出现涌水，涌水量为15m /h。在钻探过程中发现工作面迎头后 15m左右处顶板锚索被拉断4根并伴有异响，巷道底板发生涌水，初始涌水量约为50m /h， 逐渐增大至270m /h，后涌水量稳定在270m /h。出水点标高为186m，出水点层位为2 煤层底板下10m处，经采样化验水质类型为SO4HCO3-CaMg。经分析出水点位置集中位 于断裂带上，推测本次突水水源为断裂带导通底板太原组薄层灰岩水或奥陶系灰岩水所 致，为断层滞后突水。 此外，紫晟煤业在矿井重组整合前，于1998年9月在井田西部采煤时也发生过一次底 板滞后突水事故（回采后滞后突水），突水点标高210m，事故发生时最大涌水量为 130m3/h，经过封堵后涌水量减少，2005年趋于稳定，正常涌水量为30m3/h，推测突水 水源应为K2灰岩岩溶裂隙水。 一、断层突水实例 ◆4 4、紫晟煤业总回风巷断层滞后突水、紫晟煤业总回风巷断层滞后突水 一、断层突水实例 ◆5 5、紫晟煤业、紫晟煤业2 2- -107B107B回采工作面断层滞后突水回采工作面断层滞后突水 该工作面在回采过 程中揭露落差0.9、 2.5、1.5m三条断层， 从底板方向沿断层带 涌水。总水量20m/h， 至末采结束工作面涌 水量增大至200m/h。 李雅庄矿六采区末端水仓发生一起因构造扰动诱发的2号煤底板承压水滞后突出事故。 六区末端水仓位于全井田最低徙，水仓14号吸水小井揭露落差3.5m的断层，断层破碎 带宽度较宽（0.3m）。出水点位于内外两仓靠近小井的通道，出水点标高233m，出水 层位为2号煤层底板。距下部的太原组k4灰岩含水层34m，距O2灰岩含水层106m。该范 围内奥陶系灰岩含水层静水位标高为520m，带压2.87Mp。突水原因为因巷道围岩压力 较大，受断层影响，致使在扩刷泵房过程中断层滞后出水。水量变化情况开始为渗水， 由于断层破碎带泥质充填物不断被涌水冲蚀流失，出水通道增大，水量也随之增加，约 10m3/h，之后在各种因素作用下，发生断层滞后突水，突水量350m3/h，并长期保持。 以上断层突水案列为霍州矿区有生产历史以来较典型的断层突水，有瞬时突水，也有滞 后突水。断层突水形式主要表现为高压奥灰水突破断层破碎带的垂向导水、突破松软 煤层煤柱直接突水及通过含水层对接间接突水。 一、断层突水实例 ◆6 6、李雅庄六采区末端水仓滞后突水、李雅庄六采区末端水仓滞后突水 滞后突水原因分析 在原始地质条件下，断层与含水层直接沟通，构成导水断层的突水事故比例较小，而绝 大多数是在原始地质条件下的非导水断层，在开挖扰动引起断层变形活化下发生突水。 影响断裂变形活化的因素有（1）开挖的高度与宽度从影响程度看，无论是开挖高度 还是宽度的增大，都会使附加应力明显增大。（2）开挖空间至断裂带的距离开挖空间 至断裂带的距离对附加应力的分布有显著影响，随着开挖面到断层距离的缩短，附加应 力值及其影响范围会显著增大。（3）开挖空间与断层位置关系开挖空间位于正断层的 上盘比在下盘产生的卸围压效应要强烈的多，也就是说开挖空间位于正断层上盘更易引 起断裂变形活化。开挖空间与断层走向平行时，易引起断层的变形活化。 本次突水点位于内、外水仓靠近吸水小井的通道，正处于落差3.5m断层的断裂破碎带上 （破碎带宽度0.3m），小井及配水巷紧邻断层面，泵房通道距断层面距离为7m，且与断 层走向平行。泵房通道开凿于断层上盘的煤岩层中，巷道断面较大（宽6m）。六采区水 仓位于全井田最低处，巷道底板标高233m，上覆基岩厚度大，地应力大，该范围内巷道 变形严重。 大断面的泵房通道、密集的巷道开挖、开挖空间与断层特殊的位置关系、巷道围岩地应 力显著，加之底板含水层较高的水头压力等一系列内外界因素导致断层滞后突水，突水 通道为断层破碎带。 一、断层突水实例 ◆6 6、李雅庄六采区末端水仓滞后突水、李雅庄六采区末端水仓滞后突水 水源及通道分析 由突水点的涌水量变化及各观测孔的水位变化分析从开始涌水到涌水达到峰值400m3/h， 历时18小时，15天后，涌水量减小并稳定至360m3/h。距突水点750m远的LK9太灰观测 孔水位急剧下降，至31日8天下降80m。此时，各奥灰观测孔水位也开始缓慢下降，下降 幅度412m。由此说明先期涌水以太灰水为主，奥灰水参与补给。此后，太灰水位下降 速度减慢，从4月1日至20日，20天下降10m，而奥灰水下降速度有增加趋势，下降幅度 1821m。说明随着涌水时间增长，奥灰水的补给量逐渐增加。自4月21日，各观测孔水 位趋于稳定，说明奥灰补给太灰水量及太灰通过断层突水点的涌水量达到平衡。 由突水点的水质资料分析初期水质特征与太灰水的水质特征相近，阳离子中钙镁离子 含量约40mg/L左右，后期阳离子中钙镁离子含量达到60mg/L，奥灰水的成分逐渐增多。 其它离子含量变化不大。由此也说明奥灰水不通过突水点直接涌出，而是在其它位置通 过较大断层或陷落柱补给太灰含水层。 一、断层突水实例 ◆6 6、李雅庄六采区末端水仓滞后突水、李雅庄六采区末端水仓滞后突水 ◆1、白龙煤矿白龙煤矿2-1101首采工作面陷落柱突水首采工作面陷落柱突水 水害发生在白龙煤矿斜井370水平2-1101首采工作面，最大突水量1200m3/h，经化 验分析确定主要水源为O2含水层水。事故影响范围为370m水平所有采掘工作面，本次 事故虽未造成人员伤亡、但最终造成370水平被淹的水害事故，直接经济损失4200余万 元。 白龙矿斜井处于郭庄泉域主径流区，太原组灰岩及奥陶系灰岩含水层含水极其丰富。 由于受井田内大断层影响，断层的切割作用加上地下水的径流条件好，为陷落柱的发育 创造了有利条件。断层发育密度80条/km2，陷落柱发育密度96个/km2。十一采区位于白 龙井田的东北部，东以F33断层为界，西以F24及F28断层为界。自西北向东南受F24、 F28、F32、F33四条大断层控制，四条断层由西向东呈阶梯状排列，横穿整个370m水 平。 370水平2-1101首采工作面回采推进过程中揭露陷落柱。陷落柱充填胶结程度较好。 当陷落柱沿顺槽方向推进13m，工作面揭露陷落柱长度37m时，陷落柱边缘底板出水， 出水点标高350m，带压1.73Mpa，涌水量为50～60m3/h随后涌水量逐渐增大，最大涌 水量达到1200m3/h左右。 上述巷道穿过或回采工作面推过陷落柱突水，一般都发生在陷落柱边缘裂隙或小断层发 育地段，说明陷落柱边缘裂隙发育区为陷落柱突水危险地段。 二、岩溶陷落柱突水实例 ◆2、木瓜矿、木瓜矿10-202工作面陷落柱突水工作面陷落柱突水 该工作面为为二采区首采工作面，煤层厚度6.5m，采用大采高一次采全 高智能化开采。煤层上覆有L1、 L2、 L3三层厚层灰岩，工作面存在向斜蓄 水构造，在向斜轴部范围内富水性较强。掘进期间仅对直接顶板L1灰岩进行 疏放，L2、L3中静水储量较大，工作面接近煤层露头，存在一定的动态补给。 回采前对工作面进行坑透探测，在向斜轴部范围内圈定异常区，考虑到该矿 以往开采从未揭露过陷落柱，对该异常区仅按富水异常解释。回采推进至向 斜轴部时揭露陷落柱，沟通上部灰岩含水层，陷落柱胶结松散，顶板上L2、 L3灰岩水直接由陷落柱涌入工作面，最大涌水量90m /h。 二、岩溶陷落柱突水实例 2020年8月21日14时30分荣康煤业井下清理 撒煤巷工人发现距主立井南部10m位置右帮出水， 初始涌水量约20m /h。经分析确定为奥灰水，出 水通道为2014年施工的CG-1号长观孔（CG-1号 长观孔距离出水位置约10m）通过裂隙导入巷道。 8月21日下午水量增加至100m /h左右。8月21-22 日开始安装钻机进行扫孔，8月23日10时下入第 一根木塞堵水；水量减少至60m /h左右；后由于 冲刷导致塞子移位，水量又增加至170m /h，8月 23日15时下入第二根木塞；水量又减小至60m /h 左右，木塞移位后水量又恢复至170m /h。 三、钻孔导水实例 ◆晋煤荣康井底车场水文钻孔导水实例晋煤荣康井底车场水文钻孔导水实例 腾晖煤业2-100工作面周边存在大量2003-2005年采空积水区，由于资 料欠缺，积水区边界不清楚，积水量难以估算。该工作面掘进过程中，对 小窑采空区进行探防，巷道施工接近采空区时物探显示前方存在采空积水 区，施工专门探水硐室进行探放水，由于采空区位于煤层上部，而施工的 探放水孔由于自重下飘，均未打到上分层，仅一个钻孔因距离采空区很近， 有少量渗水，后对该范围进行多次直流电法探测，发现有明显的富水异常， 因此对原有的渗水孔进行扩孔，沟通采空区，放出大量采空积水。 四、采空区透水实例 ◆1、腾晖2-100工作面透水实例 三交河井田外围存在沙坪矿下组煤采空区，采空区充满积水，积水量 约21万m ，井田内下组煤已经开采多个工作面，顶板K2灰岩含水层已基本 疏干，掘进过程中顶板锚索钻孔沟通K2含水层，无涌水现象。K2含水层岩 溶裂隙较发育，发育长度长，分布不均匀， 在向斜轴部等特殊地段集中发 育，而且延伸距离较长。 11-1042巷在接近向斜轴部时沟通上部岩溶发育裂隙带，井田外围采空 积水通过岩溶裂隙大量涌入掘进工作面，最大涌水量300m /h，冲垮巷道 顶板，持续疏放近1个月，后涌水量逐渐减少并稳定至45m /h，考虑为动 态补给量。 四、采空区透水实例 ◆2、三交河11-104工作面透水实例