郑州矿区淹井原因分析及防治对策.pdf

2 0 0 6 年第5期 中州煤炭 总第 1 4 3 期 郯州矿区淹井原因分析及 治对策 管 恩太 郑煤集 团公 司， 河南 新密4 5 2 3 7 1 摘要 论述 了郑州矿 区突水淹 井的原 因， 并以典 型案例 说 明 了突水淹 井给矿井造 成 的重大损失 、 突水 淹 井治 理 的难度， 提 出 了突水淹井的 防治对策 ， 树 立水灾事故可 防、 可控 、 可 治的观念 ， 通过 强化管理 有效 防止淹 井 事 故 的 发 生 。 关键词 地 质灾害； 突水 ； 淹井 ； 郑州矿 区 中图分类号 T D 7 4 5 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 30 5 0 6 2 0 0 6 0 5 0 0 8 5 0 2 l 郑州矿 区淹 井简 况及原 因分析 郑州矿区为典型的北方煤 矿 区， 二． 煤顶 板赋 存几层砂岩 ， 太原组赋存数层薄层灰岩 ， 奥灰一寒灰 为基底 。随着采深 的增加 ， 奥灰一寒灰喀斯特裂隙 水通过断裂构造补给薄层灰岩水进入矿井 ， 经常发 生灾害性突水。从相对 隔水层 厚度来看 ， 二， 煤底 板至 O ，顶 面 距 离 ， 兖 州 2 0 0 m， 永 城 1 5 0 m， 鹤 壁 1 4 0 m， 焦作 9 0～1 1 0 m， 郑卅f 7 5～8 5 m。郑州矿区 相对隔水层厚度最薄， 突水危险性最大。因而 ， 郑州 矿区奥灰一寒灰突水频率增高是非常正常的。矿井 突水 是 一种 典 型 的地 质灾 害 ， 据 不 完全 统计 ， 在 1 9 5 9～ 2 0 0 2年期 间 郑 州 矿 区发 生 的 突水 淹 井 事 故 如下 。 ， _ 1 东风煤矿。1 9 5 9年 1月， 东风煤矿见破碎 带， 平均涌水量 1 5 0 m ／ h ， 全井被淹。突水层位 L 灰岩， 突水水源 L ， 1 9 6 0年 1 1月 ， 东 风煤 矿掘进 1 1 0 m 水仓时 ， 遇染 匠沟断层 发生 突水 ， 水 量达 8 0 0 m ／ h ， 造成淹井事故 。 2 梁 沟煤矿 。1 9 6 2年 6月 2 6 日， 梁 沟 煤 矿 3 号井东翼绞车道下部车场施工到接近五里店断层上 盘时发生底崩 ， 混黄色的浊水伴着巨响涌入巷道 ， 推 倒支架 4棚 ， 4个突水点总突水 量 1 4 0 0 m ／ h ， 淹井 2 a之 久 。 3 米村煤矿。米村煤矿主 、 副井落底于二． 煤 顶板 ， 东 、 西 大 巷 掘 进 中 由顶 板 向 二 ． 煤 底 板 过 渡 ， 收稿 日期 2 0 0 60 61 0 作者简介 管恩 太 1 9 6 4一 ， 男， 河南封 丘人 ， 中 圉矿 业大学 北京 研究生毕业 ， 博士 ， 高级工程师 ， 现任郑煤 集团公 司副总T程师。 揭露 L 灰岩后沿灰岩走 向布置大巷 。1 9 7 2年东大 巷掘进 逐渐 由二 煤顶 板经 过 二 煤进 入底 板 。1月 2 1日零点班 ， 米村矿掘进东大巷进入 L 灰岩后 ， 发 育 3条北西西向张裂隙 ， 向下 沟通奥灰含水层 ， 底板 崩裂 ， 发生巨响后突水 ， 水量 由小变大 ， 最大达 4 5 1 5 m ／ h ， 后逐渐稳定在 4 6 6 ． 6 m ／ h ， 造成淹井事故 ， 未 造成人员伤亡。 4 弋湾煤矿。1 9 8 4年 8月 4日晚， 天降暴雨 ， 弋湾矿因被无证擅 自开采的小煤窑沟通 ， 洪水倒灌， 灌入量达 5 ． 6万 m ／ h ， 防水煤柱受人为破坏 ， 失去 防水功能 ， 造成突水淹井 。 5 芦 沟煤 矿 。1 9 9 7年 1 月 ， 芦 沟矿 2 6采 区下 山在掘外环水仓时 ， 在拐角处 遇一条落差为 1 ． 5 m 的小断层而出水 ， 初始涌水量很小 ， 为 3～5 m ／ h 。 向前掘进 4 4 m后 ， 水量突然增大 ， 3月 2 9日水量达 6 0 m ／ h 。停止掘进后 ， 4月 3 0日达到 1 2 0 m ／ h ， 5 月 3日2 3时水量突增到 4 5 0～ 5 0 0 m ／ h 。到 5月 4 日4时 4 0分 ， 突水点最大涌水量达 7 6 8 0 6 m ／ h ， 超 过 中央泵房 的 排水 能力 ， 矿 井全 部被 淹 。 芦沟矿南部边界魏寨断层在勘探期间定 为南升 北降的正断层 ， 实际已演变为低角度 的滑动构造 ， 使 寒灰含水层 与煤层仅 相距 1 0 m。在 2 6下 山掘进 时 ， 造 成滞后 突 水而 淹井 。 6 天 河 煤 矿 。2 0 0 0年 5月 2 2 日 ， 天 河 煤 矿 8 0 6 1工作 面 发 生 滑 动 构 造 寒 灰 突 水 ， 突 水 量 8 0 0 m ／ h ， 矿井因排水能力不足而导致淹井 。 7 王 庄 煤 矿 。 1 9 9 9年 5月 3 0 日， 王 庄 煤 矿 一 ，煤 4 5 0 8 1下 副巷 F ， 断层 滞 后 出水 。突 水 量 4 7 5 m ／ h ， 突水标高 9 0 m。封 闭一 煤 4 5采 区 ， 在进 回风 大巷指 定 位 置各 打 一 道 防 水 墙 堵 水 ， 铝 土岩 充 ． 8 5 维普资讯 2 0 0 6 年第 5 期 中州煤炭 总第 1 4 3 期 水后逐渐膨胀 ， 岩体在各种弱面影响下强度降低 ， 难 以抵抗水压 ， 堵水墙下底板铝土岩大面积突然突水 。 8 大平煤矿。2 0 0 0年 8月 l 9日 1 5时 4 5分 ， 大平煤矿 1 4 1 8 1进风联巷的突水量 由 3 0 0 m ／ h增 至 2 6 0 0 m ／ h ， 造成淹井。8月 2 8日水排 F， 中央 泵房恢复排水。突水标高 3 9 m， 最大 2 6 0 0 m ／ h ， 最小稳定 在 3 0 m ／ h 。突水原 因为 老空水溃人 ， 该 老空水受地表河流双洎河河水补给。之后大平煤矿 对双洎河河底进行铺底整治。 2 典型案例 芦沟煤矿滑动构造 突水 2 ． 1矿井概 况 芦沟煤矿设计年产原煤 6 0万 t ， 采用立井分水 平开拓方式 ， 现开采二 煤 ， 煤层平均厚 6 ． 4 m， 倾角 2 0～2 5 。 ， 煤层不稳定， 地质 、 水文地质条件复杂。该 井田共有 4个 主要含水层 新生界含水 层 、 煤系砂 岩裂隙含水层 、 太原组薄层灰岩含水层、 奥陶与寒武 系喀斯特裂隙含水层。其中前 2个含水层对矿井不 构成威胁， 太原 组薄层灰岩从 上向下主要有 L ， ． 灰 岩 、 L s ． 灰岩和 L 灰岩 3个含水层 ， 其 中 L ． 灰岩上 距二． 煤底 4～1 0 m， 矿井主要巷道布置在该层灰岩 中， 是矿井正常涌水的主要来源之一 ； L 。 灰岩上距 二． 煤底约 6 0 m， 由于与奥灰很近 2～1 0 m ， 常与 奥灰水沟通 ， 在～定条件下， 成为矿井突水的直接或 间接水源。奥陶 、 寒武系碳酸盐岩厚度大 ， 喀斯特发 育不均匀 ， 动、 静储量大 ， 是威胁矿井安全 的主要突 水水 源 。 2 ． 2 突水原 因 1 突水水源。突水水 源当时判定 为奥灰 、 寒 灰水。主要依据 从 1 9 9 7年 5月 4日突水至 5月 8 日6时， 奥灰长观孔 ． 补， 距出水点 1 8 0 m处 及长 观孔． 距出水点 2 5 0 0 m 水位分别下降 8 ． 8 5 m和 1 ． 8 9 m； 其二是突水 的水量大， 水源丰富。 2 突水构造分 析。本次突水水源 明确， 突水 位置基本清楚。从 当时的钻探情况来看， 出水 点煤 层底板下距奥灰约 8 0 m， 南距边界魏寨断层 9 0 m 左右 ， 并留有隔水煤柱 。若仅因在外环水仓掘进时 遇到落差 1 ． 5 m的小断层， 不可 能穿透厚 达 8 0 m 的二叠石炭系地层导通奥灰水。所 以在淹井之初 ， 判定突水构造为魏寨支断层 ， 且距魏寨断层较近。 突水后钻探查明， 魏寨断层在此段 已演化为断 裂滑动构造 ， 其滑动构造面在此呈上凸的透镜状 ， 南 北约 1 0 0 m， 东西方向尚未完全控制 ， 突水点就位于 8 6 这样一个面的弧顶一带， 底板隔水层厚度 0 ． 5～ 0 ． 6 m， 加上落差 1 ． 5 m小断层， 巨大的静水压力及矿压 的共 同作用 ， 使奥灰 、 寒灰水直接突破底板隔水层涌 人 巷道 。 2 ． 3 主 要治 理技 术 芦 沟煤 矿滑 动构造 带特 大 突水治 理工 程 由郑 煤 集团地质勘探工程公司承担。由于滑动构造使含水 层直接接近了煤层， 因此 治理水害的关键是改造含 水层为隔水层 ， 这就要注入较多的优质水泥材料 ， 堵 水难度大大增加。本次堵水主要治理技术有以下方 面 科学布孔 ， 采用新技术 、 新方法 ， 立体注浆 ， 大规 模快速注浆。这次滑动构造快速治水复矿技术为同 类型矿井水 害 的治理提 供 了可借鉴 的经验 仅 用 1 3 7 d就完成钻孔 1 1 个 ， 进尺 4 4 3 0 ． 5 5 m， 共注入水 泥 1 1 5 6 5 ． 5 0 t ， 堵水率达 1 0 0 ％ ， 实 现了当年突水， 当年治水 ， 当年恢复生产。 3 防治对策 1 加大地质 、 水文地质勘探力度。在勘探 、 建 井和生产期间， 要查清矿井水文地质条件 ， 主要含水 层的富水性 ， 各含水层的水力联系 ， 矿井充水的主要 通道 ， 补给边界等。 2 强化断层 导水分段性的认识。一条断层可 能揭露多处不出水 ， 但一处恶性突水可能引起严重 后果 。要加强工程地 质特别是水 文地质 的预测 预 报 ， 在揭露断层前 、 后要进行预注浆和加固处理。 3 充分认识喀斯特发育规律。郑州矿区喀斯 特发育很不均匀 ， 符合奥灰 、 寒灰在北方煤矿区喀斯 特发育规律 ， 对其充分认识将有助于预防恶性突水 事故和注浆堵水成功 。 4 优化矿井排水系统。根据郑州矿 区水煤不 分离特点 ， 采用水煤分离器 ， 优化矿井排水 系统 ， 增 强矿井抗灾能力 ， 完善矿山排水救援系统。 4 结论 1 矿井 采掘工作面 要逐头 逐面进 行水 害评 价 ， 加强对老空水的探放管理及地表水的治理 ； 强化 对采掘工作面的立体地质勘查。 2 树立水灾 事故可 防、 可控 、 可治的观念 ， 通 过强化管理 ， 有效遏制恶性突水事故 的发生， 防止淹 井 ， 使矿区安全发展。 责 任编 辑 秦 爱新 维普资讯