采空区滞后突水原因分析及对策

莫田中刘志耀

江苏省矿业工程集团有限公司江苏徐州221130

【摘要】矿井突水水源有采空水、裂隙水、地表水、钻孔水、暗河、溶洞、陷落柱水等，在采掘之前应结合钻探、物探、化探、窥探等方式对施工前方进行详细勘探，综合分析，避免事故的发生；本文重点就防止砂岩裂隙含水层突水进行分析及采取的措施进行概述。

【关键词】裂隙；突水；措施

1前言

不论水文地质类型是简单、中等、复杂还是极复杂矿井，矿井防治水工作是矿井安全管理工作重中之重，很多矿井水文地质类型变更是由于发生了水害安全事故后被动变更；其中由于未查清裂隙含水层赋水情况造成突水是事故的原因之一，现以一井工煤矿为例进行说明。

2矿井地质

2.1地层

井田位于大同煤田的南部边缘，井田大面积被第四系黄土所掩盖，仅在局部的山梁之上和沟谷中有二叠系上石盒子组零星出露。现据地表及钻孔所揭露的地层由老到新分述如下：

1、奥陶系中统上马家沟组（O2s）：为含煤岩系之基底，深灰色石灰岩，厚层状构造，厚度大于100m。

2、石炭系中统本溪组（C2b）：底界为山西式铁矿，深灰色泥岩，厚度为39.70m。

3、石炭系上统太原组（C3t）：底界为K1中砂岩，为主要含煤层段之一，共含煤层煤线7层，岩性为灰白～灰色中粗砂岩、泥岩及煤层，厚度80.47～113.69m，平均94.56m。

4、二叠系下统山西组（P1s）：底界为K3粗砂岩，为本区含煤层段之一。岩性为深灰色砂质泥岩、泥岩、粗砂岩及煤层组成。本组地层厚度56.09～93.20m，平均为62.10m。

5、二叠系下统下石盒子组（P1x）：底界为K4含砾中粗砂岩，K4砂岩厚度可达10余m，为疏散状；下部为砂质泥岩，上部为砂质泥岩，厚度50.11～117.20m，平均为80.20m。

6、二叠系上统上石盒子组（P2s）：底界为中、粗砂岩K6，岩性为砂质泥岩夹中粗砂岩，地层厚度48.10～137.10m，平均为82.41m。

7、第四系中上更新统（Q2+3）：上部为土黄色亚砂土，下部为粘土、亚砂土夹钙质结核，厚度一般在0.00～30.00m，平均10.50m，

8、第四系全新统（Q4）：在井田北东部及井田南部边界处有两条较深的冲沟，沟底为为现代冲积物全新统（Q4），厚度0-15.00m，平均厚度7.50m。

2.2水文地质

矿井水文地质类型划分为中等；矿井正常涌水量40m3/h，最大涌水量60m3/h。

2.2.1井田含水层划分为以下5个含水层组。

1、奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层：该含水层埋于井田深部，对矿井无危害。

2、太原组砂岩裂隙含水层：为含砾粗砂岩，厚度为52.55m，静止水位标高为1535.979m。含水层富水性弱，水质类型为HCO3·SO4—Ca·Mg。

3、山西组砂岩裂隙含水层：岩性以含砾粗砂岩、粗砂岩为主，厚度为29.31m。静止水位标高为1535.749m，富水性弱，水质类型为HCO3·SO4—Ca·Mg型。

4、上、下石盒子组砂岩裂隙含水层。岩性为粗砂岩及中、细粒砂岩、砾岩。该含水层组在井田外围较大沟谷中有泉水出露，富水性弱，水质类型为HCO3·SO4—Ca·Mg。

5、第四系砂砾孔隙含水层。该含水层组分布于井田内沟谷中，弱含水层，厚度0～15.00m，平均7.50m，其富水性较弱且动态变化大。雨季水量较大，干旱季节水量较小。

2.2.2本井田隔水层划分为以下2个隔水层：

井田内较稳定隔水层组主要为石炭系本溪组泥岩、粘土岩、铝土岩和太原组、山西组煤系地层中的泥岩。

1、本溪组隔水层组：岩性为泥岩夹薄煤层，平均厚度约27.70m，奥陶系石灰岩岩溶裂隙水与上覆煤系地层裂隙水之间的较稳定隔水层。

2、太原组、山西组隔水层组：各层泥岩岩性致密较完整，使太原组、山西组各砂岩裂隙含水层、灰岩裂隙含水层之间水力联系减弱，形成多个层间含水层。

2.2.3地下水的补、径、排条件：

井田内大面积黄土覆盖，局部基岩出露，山西组、下石盒子组、上石盒子组含水层水主要来源为大气降水的入渗补给，大气降水通过地表黄土入渗或直接补给各含水层，并于向斜轴部富集，以承压水的形式存在。含水层水排泄：一方面靠煤层开采矿井排水。另一方面通过岩层裂隙垂向上下渗，进入地下水循环向下游径流。

3、采煤工作面概况

采煤工作面为4#号煤层406盘区第一个工作面，位于井田西南角，工作面顶板直接充水含水层为顶板的砂岩裂隙水，顶板砂岩厚度约10m左右；工作面埋藏深度为127m～200m，采空区对应地表多处沉陷明显，最大裂缝2.1米；导水裂隙带发育高度120～150米，超过工作面埋藏深度；地表河流位于工作面切眼上方，流量40m3/h。

工作面经钻探、物探验证上方无采空区。

5、防治水工程

5.1物探工作

在采煤工作面贯通后由专业资质单位采用瞬变电磁法进行了物探勘察并提交报告：报告中显示工作面有两个异常区，其中YC1异常区位于工作面20～160m范围内（从切眼向外推进），物探解释YC1低阻异常区可能为含水层赋水性异常；YC2异常区位于4602工作面280～350m范围内，物探解释说明顶板含水层有一定的积水。

5.2钻探工作

5.2.1在工作面两道分别布置了8个钻场，钻场距离50～55米，每个钻场布置两个钻孔均探至上覆煤层实煤体中，探明3#煤层未回采，无采空区，上赋含水层无水。

5.2.2分别对YC1、YC2物探异常区最低点进行了钻探，验证结果均无水。

5.3化探工作

5.3.18月2日对工作面顶板淋水进行水样化验，鉴定为砂岩裂隙水。

5.3.210月11日对工作面采空区出水进行了化验，鉴定为砂岩裂隙水。

5.3.310月12日对工作面对应地表河流水进行了化验，与突水水源水质不一致。

5.4水情分析

工作面开采前，经专业技术人员结合钻探、物探、化探结果了编制水情综合分析评估.

5.5采探对比

在实际回采过程中当工作面推进至YC1异常区范围时，工作面顶板出现淋水，采空区涌水量为20m3/h，持续时间约两天，之后工作面涌水量恢复为6m3/h。针对涌水量增加矿井采用了钻探验证，施工钻孔两个，水质进行了化验，验证上覆岩层无含水异常区，无采空区。

6、原因分析

6.1.突水水源

6.1.1根据钻探及历史资料排除顶板存在采空区积水，顶板充水水源主要以顶板多层砂岩裂隙含水层为主，物探低阻异常区范围内含水层局部富水，煤层顶板所有含水层受导水裂隙带影响，多层砂岩含水层串联混合进入井下；大气降水为辅，受降雨影响，雨水通过地表裂隙补给含水层；出水水源以煤层顶板砂岩含水层静储量弹性释放为主，少量外部大气降雨、含水层侧向径流补给。

6.1.2突水通道：采煤工作面采后顶板跨落产生的导水裂隙带。

6.1.3水力联系：受导水裂隙带影响，垂向上覆各含水层相互联通发生水力联系。

7、采取措施

7.1排水系统扩容改造；工作面前方物探异常区还存在低阻异常区，向前回采仍有出水的可能，施工环形水仓一个，容积1000m3，增加排水泵两台，排水能力达到300m3/h。

7.2编制4602工作面水害应急预案，明确避灾路线，全体职工传达学习。

7.3地表河流引入管路送出井田，避免二次补给含水层。

7.4地表沉陷裂隙回填封堵，防止大气降水通过地表裂缝迅速进入井下。

7.5重新修编水文地质类型划分报告，启动相应防治水工程。

7.6施工水文观测孔，掌握顶板含水层的水位变化情况，为矿井防治水工作提供依据。

8、结论

由于地质勘探程度不同，开采煤层上方存在的含水层富水性差异性比较大，整个区域含水层的富水性代表不了某采煤面的富水性的，水害事故往往发生在某一个区域上，因此对于充水水源为裂隙含水层的煤层，不能通过单一的方法或水文地质类型报告判断水害是否存在。

水文地质类型划分报告的滞后性，管理人员对于简单或中等水文地质类型的矿井容易疏忽大意，判断一个生产区域的水害发生的可能性，必须综合物探、钻探、化探等手断，按照“钻探为主，物探配合，钻探验证，查清条件”的原则进行采前综合探放水评估，方可避免水害事故的发生。

【参考文献】：

《煤矿防治水细则》2018