防治水培训材料 - 图文

郑州矿区水文地质基本情况及防治水措施

第一节 郑州矿区区域地层及煤系地层简介

一、区域地层

郑州矿区属于华北型地层，缺失古生界志留系、泥盆系和中生界侏罗系、白垩系，其它各系皆有发育，详见郑州矿区区域地层表。

表2—1—1 郑州矿区区域地层表 界 系 统 新 生 界 第 全新统 四 系 上中更 新统 上 第 三 系 下 第 三 系 组 代号 煤组 地层厚度(m) Q42 Q41 Q3 Q2 大营 ND 组 洛阳 NL 组 陈宅 EC 沟组 0-2 10 0-75.6 4-46.6 0-145.6 12?83 47.5主要岩性特征 河床及河漫滩沉积。 亚沙土、亚粘土，底部为漂砾石。 灰黄色粉砂质亚粘土，底部为砂砾石。 红色亚粘土和黄色亚粘土互层，局部为青灰色砾石层。 辉石安山岩，玄武岩夹泥质粘土、泥岩、泥灰岩。 棕红色砂质泥岩、夹泥质灰岩、玄武岩、砂砾岩。底部 为黄白色砂砾岩夹砂质泥岩与钙质结核层。 以砖红色砂岩、砂质泥岩为主。夹薄层泥灰岩、炭质泥 岩与透镜状砾岩。底部为砾岩。 中上部为黄、黄绿、土黄色石英砂岩，长石石英砂岩与砂 质泥岩互层，下部为厚层状黄绿色中粒长石石英砂岩，具 虫孔构造，含钙质砾岩。 以紫红色钙质粉砂岩、砂质泥岩、黄绿、土黄色细砂岩 为中、顶部为肉红色厚层石英长石砂岩，底部具透镜状 砾岩。 上部为浅紫色中粒砂岩与砂质泥岩互层，中部为紫红色 细砂岩、粉砂岩。具虫孔构造。底部为紫红色厚层中细 粒石英砂岩夹薄层砂岩。 上部：以青灰色粉、细砂岩为主。 中部：紫色泥岩与砂质泥岩为主。 下部：主要为浅灰－灰绿色中细粒砂岩。 灰白色厚层状细－粗粒长石石英砂岩，致密坚硬，底部含 砾石。 上部以深灰色、黑色泥岩、砂质泥岩为主，夹薄煤一层。 下部为中细粒砂岩夹泥岩，含紫斑及铁锰质结核。 0?1100 985.58中 三 二马 T2 生 叠 中 统 营组 系 圈门 界 T1 下 统 组 古 生 土门 3F2 组 平顶山2P2 组 上 石 盒 子 组 延长 T3 上 统 组 ＞751.3 341.6 602.1 298.74 44.05?99.92 70.24 二 叠 系 上 统 九 八 0?126.6 60.34P21-2 51.87?127.08 以青灰色砂质泥岩为主，夹深灰色泥岩、含铝土质，局 102.19部具紫斑。中部薄煤两层。下部夹薄层硅质泥岩。 60.90?130.89 部夹薄层硅质泥岩。中部含煤七层，其中仅七2煤普遍 99.17以青灰色、灰绿色细砂岩、泥岩为主，局部具紫斑，上 发育，局部可采，底部为中粗粒含砾石英砂。 七 1

界 P21-1 六 62.16?119.27 以青色、灰绿色泥岩为主，上部常具紫斑，中、下部为 89.62厚层状中粗粒石砂岩。含煤四层，其中仅六2煤偶尔可采。 44.79?95.61 仅五3煤普遍发育，局部可采。下部为泥岩、粉砂岩、 70.91中、上部以深灰、灰黑色泥岩为主。夹薄煤八层，其中 局部具紫斑。 五 四 下石 盒子 P12 组 下 统 山西 1P1 组 二 49.95?96.14 斑，底部为灰色中粒砂岩夹黑色泥岩，含薄煤层10层， 69.07由青灰色砂质泥岩、细砂岩、黑色泥岩组成。局部具紫 仅四5煤局部可采。 三 上部以深灰色砂质泥岩为主夹细砂岩薄层，局部具紫斑， 45.47?103.46 中部以灰绿色紫斑泥岩为主具鲕状结构。下部为灰色厚 72.27层状中粗粒砂岩。 由深灰、黑灰色泥岩、砂质泥岩、灰色厚层状中粗粒砂 53.3?122.59 岩及煤层组成，顶部具少量紫斑，含煤十一层，其中 78.6二1煤普遍发育，煤厚0－18.23m，为主要可采煤层。 二1煤层顶板为中细粒砂岩。 95.59?94.52 供8－9层，一般每层灰岩之下有一煤层。中部以砂泥 68.82太原 C3 石 上 统 群 炭 系 本溪 C2 中 统 组 奥 马家 O2 陶 中 统 沟组 系 上 统 ∈3 以深灰色石灰岩为主，砂质泥岩、泥岩及煤层。石灰岩 岩为主。 1.74?42.37 9.680?43.6 13.67195?420 251.98200?473 316.72灰色铝土岩、铝土质泥岩为主，具鲕状、豆状结构。 以深灰色厚层状灰岩为主，局部夹白云质灰岩及碎屑 灰岩。 以深灰色厚层状白云质灰岩为主，局部为白云质、鲕 状、团块状白云岩，夹薄层泥灰岩。 上部为灰－深灰色泥质灰岩与黄绿色泥岩互层，局部夹 黄绿色海绿石砂岩，下部以暗紫色粉砂岩为主，夹透镜 体灰岩。 上部由紫红色砂质泥岩、泥灰岩及粉砂岩组成，中部以 紫红、黄绿色泥质灰岩为主夹薄层灰岩、砂质泥岩，下 部由深灰色厚层灰岩，白云质灰岩、豹皮状灰岩、燧石 团块状白云岩及含磷砂砾岩组成。 上部由白色－灰白色厚层状白云岩、灰岩、泥灰岩及砂 质泥岩组成，下部以紫红、灰黄色厚层中粗粒石英砂岩 为主，底部为砾岩。 上部以砂质页岩为主，夹薄层粉砂岩，下部为中粗粒 砂岩及砂砾岩，底部为泥质砂岩。 上部以杂色千枚状绢云石英片岩为主，夹薄层状石英岩、 白云岩及厚层状中粗粒石英岩。下部以灰白色厚－居厚 层状石英岩为主，夹绢云时样片岩。底部夹数层变砾岩， 局部侵入由灰绿岩。 寒 中 统 武 系 下 统 ∈2 ∈1 87?234 203.72373?424 398.5上 震 元 Z2 旦 中 统 古 系 界 兵马 Z1 下 统 沟组 下 嵩 元 山 古 群 界 上 统 Z3 139?775 457559 Pt1 1739?3101 2421 2

太 登 古 封 界 群 Ar ＞1145 以黑色云母斜长片麻岩为主，上部夹黑云母片岩，下部 夹斜长角闪石片麻岩、二云片岩及混合岩。 （一）寒武系（∈）

在矿区局部有出露。平均厚度约770m，厚薄不均。

1、下统（∈1）

上部由紫红色砂质泥岩、泥灰岩及粉砂岩组成，中部以紫红、黄绿色泥质灰岩为主夹薄层灰岩、砂质泥岩，下部由深灰色厚层灰岩，白云质灰岩、豹皮状灰岩、燧石团块状白云岩及含磷砂砾岩组成。厚度87～234m，平均厚203.72m。

2、中统（∈2）

上部为灰－深灰色泥质灰岩与黄绿色泥岩互层，局部夹黄绿色海绿石砂岩，下部以暗紫色粉砂岩为主，夹透镜体灰岩。厚度200～473m，平均厚316.72m。

3、上统（∈3）

以深灰色厚层状白云质灰岩为主，局部为白云质、鲕状、团块状白云岩，夹薄层泥灰岩。厚度195～420m，平均厚251.98m。

（二）奥陶系（O）——中统马家沟组（O2） 在郑州矿区，奥陶系缺失上下统，仅发育有中统。中统马家沟以深灰色厚层状灰岩为主，局部夹白云质灰岩及碎屑灰岩。厚度为0～43.6m，平均厚13.67m。与下伏寒武系地层呈假整合接触。

（三）石炭系（C）

在郑州矿区，石炭系缺失下统，仅发育有中上统。下面分别加以简单介绍。 1、中统－本溪组（C2）

岩性以灰、浅灰色铝土岩及铝土质泥岩为主，具鲕状、豆状结构，含较多透镜状、似层状黄铁矿结核，局部夹有砂质泥岩、泥岩、赤铁矿和煤层。本组厚1.76～42.37m，平均厚9.68m。与下伏奥陶系地层呈假整合接触。

2、上统－太原群（C3）

由灰、深灰色石灰岩、泥岩、砂质泥岩、砂岩和煤层组成，共含灰岩9层，灰岩编号自下而上分别表示为L1～L9，大部分灰岩之下赋存有煤层。本组厚94.52～95.59m，平均厚68.82m。与下伏本溪组地层整合接触。 （四）二叠系（P）

本系地层自太原群顶部菱铁质泥岩（及L9灰岩）顶界面，至三叠系金斗山砂岩底面，分上、下两统。

1、下统（P1）

由山西组与下石盒子组构成。 （1）山西组（P1）

由深灰、黑灰色泥岩、砂质泥岩、灰色厚层状中粗粒砂岩及煤层组成，顶部具少量紫斑，含煤十一层，其中下部二1煤普遍发育，为主要可采煤层。本组厚53.3～122.59m，平均厚78.6m。与下伏太原群整合接触。

（2）下石盒子组（P1）

上部以深灰色砂质泥岩为主夹细砂岩薄层，局部具紫斑；中部以灰绿色紫斑泥岩为主具

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21鲕状结构；下部为灰色厚层状中粗粒砂岩。本组厚45.47～103.46m，平均厚72.27m。与下伏山西组地层呈整合接触。

2、上统（P2）

包括上石盒子组、平顶山组和土门组。 （1）上石盒子组（P2）

下起四煤组底板砂岩底界面，上至平顶山砂岩底面，厚269.67～695.59m。由灰、灰绿、深灰色砂岩、砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩和煤层组成，以七煤下一层中粗粒砂岩底界将本组分为上、下两段。下段含四、五、六三个煤组，厚112.77～384.57m，平均厚76.5m。上段含七、八、九三个煤组，厚156.9～311.02m，平均厚87.2m，与下伏下石盒子组地层整合接触。

2P2（2）平顶山组（）

1灰白色厚层状细－粗粒长石石英砂岩，致密坚硬，底部含砾石。厚44.05～99.92m，平均

厚70.24m。与下伏上石盒子组地层假整合接触。

3P2（3）土门组（）

本组相当于区域地层中的石千峰组，平均厚度为298.74m。与下伏平顶山组地层呈整合接

触。根据岩性及其组合特征本组可划分为上、中、下三部分。上部以深灰色砂质泥岩为主夹细砂岩薄层，局部具紫斑，中部以灰绿色紫斑泥岩为主具鲕状结构。下部为灰色厚层状中粗粒砂岩。

二、煤系地层

煤系地层是指含有煤层的一系列地层，在郑州矿区主要是石炭纪和二叠纪形成的一系列地层。煤层主要赋存于石炭系太原群和二叠系山西组，从石炭系到二叠系共含煤九组，其中一煤组赋存于石炭系，二煤组赋存于二叠系下统山西组，是全区主要可采煤层，三～九煤组赋存于二叠系上、下石盒子组。目前，矿区绝大多数矿井在开采二煤组中的二1煤。一1煤在全区大部可采，但受下部奥灰水的影响，仅在局部有采动。

第二节 郑州矿区主要含水层与隔水层

一、含水层与隔水层的概念

1、含水层：含水层是指能够透过并给出相当数量水的岩层。

2、隔水层：隔水层是指不能透过与给出水，或者透过与给出的水量微不足道的岩层。 应该提到的是，上述定义中并没有给出区分含水层与隔水层的定量指标，而是因为它们的定义具有相对性。在各种不同的情况下，人们所指称的含水层与隔水层在涵义上有所不同。岩性相同，渗透性完全一样的岩层很可能在有些地方被当作含水层，而在另一些地方当作隔水层。

严格地讲，自然界中并不存在绝对不发生渗透的岩层，只不过某些岩层（如缺少裂隙的致密结晶岩）的渗透性特别低罢了。从这个角度说，岩层是否发生透水（即地下在其中是否发生具有实际意义的运移）还取决于时间尺度。当我们所研究的某些水文地质过程涉及的时间尺度相当长时，任何岩层有可视为可渗透的。

某些岩层，尤其时沉积岩，由于不同岩性层的互层，有的层次发育裂隙或溶洞，有的层

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次致密，因而在垂直层面的方向上隔水，但在顺层的方向上都是透水的。例如，薄层页岩和石灰岩互层时，页岩中裂隙接近闭合，灰岩中裂隙与溶洞发育，便成为典型的顺层透水而垂直层面隔水的岩层。

另外，隔水层的阻水能力取决于岩性、岩层结构及其稳定性。某些阻水能强的隔水层，在后期构造作用的破坏下，可大大削弱隔水层的阻水能力，甚至使其起不到隔水的作用。 二、郑州矿区主要含水层与隔水层

根据含水层与隔水层的含义，考虑到地下水的赋存状态，结合郑州矿区的实际，从矿井防治水的角度出发下面分别简单介绍郑州矿区主要含水层及地下水在其中的赋存状态和主要隔水层。

（一）含水层

1、第四系砂、砾石层孔隙含水层：

郑州矿区第四系厚度变化很大，为0~54m。其岩性为 ：上部为亚砂土、亚粘土，下部为冲积砂卵石层。

该层含水层富水性不均、渗透性好，其中地下水绝大部分为潜水，其富水性受气候条件影响较大，大气降水将直接对其补给，雨季含水丰富，旱季水量明显减少。

该含水层距可采煤层较远，除煤层露头地带外，对煤层开采影响不大。 2、下第三系砂砾岩孔隙裂隙含水层

在郑州矿区下第三系厚度变化很大，为0~1100m。其岩性主要为砖红色砂岩底部发育有砾岩，其间夹有砂质泥岩。该含水层富水性不均，在河流两侧及露头附近含有较丰富的孔隙潜水，个别地段为承压水。

该含水层距可采煤层较远，对煤层开采一般影响不大。 3、三叠系下统金斗山砂岩孔隙裂隙含水层

在郑洲矿区，该含水层由紫红色厚及中厚层状中细粒石英砂岩夹薄层粉砂岩组成。该层厚82---136m，平均112m。该层裂隙发育，含孔隙裂隙承压水，水量不丰富。由于该含水层下距二1煤较远，对二1煤开采影响不大。

4、石千峰组砂岩孔隙裂隙含水层

在郑州矿区，该组上部以青灰色粉、细粒砂岩为主，夹砾屑灰岩4—6层；中部为紫红色泥岩与砂质泥岩为主，夹数层细中粒砂岩；下部主要为浅灰—灰绿色中细粒砂岩、夹紫色泥岩及1—2层砾屑灰岩。该组厚度234—352m，平均298m。该组地层裂隙较发育，含孔隙裂隙承压水。据有关资料，该组厚度虽较大，但富水性较弱，加之它们之间有砂质泥岩及泥岩隔水层，水力联系不佳，且下距二1煤较远，对开采二1煤影响不大。

5、石盒子组砂岩孔隙裂隙含水层

在郑州矿区，据统计，石盒子组厚度在5米以上的中、粗砂岩共8层。岩性为灰、浅灰色局部为灰绿色长石石英砂岩，裂隙较发育。据有关资料反映，该组砂岩厚度虽较大，但突水性弱，加之它们之间有砂质泥岩及泥岩隔水层，水力联系不佳对开采主采煤层二1煤影响不大。

6、山西组砂岩孔隙裂隙含水层

在郑州矿区该含水层有2-3层灰白及灰色中-粗、中-细粒砂岩组成，俗称大占砂岩。其下距二1煤平均6米。厚度8~60米，平均30米，浅部裂隙较发育，深部较致密坚硬，裂隙不发育。该层含孔隙裂隙承压水，水量不丰富。该砂岩除局部为二1煤层直接顶板外，大部分区域与二1煤层间存在砂质泥岩、泥岩。

该层虽是二1煤层顶板直接充水含水层，因富水性很弱，对二1煤层的开采一般影响不大。 7、太原组上段灰岩岩溶裂隙含水层

该含水层由L7-8两层灰岩组成，在郑州矿区其厚度一般为1.6~15m左右。该含水层岩溶

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裂隙发育极不均一，含岩溶裂隙承压水。L7-8灰岩岩溶裂隙发育不均匀，其突水性及透水性差异较大，该层为二1煤层底板直接充水含水层，对其开采有直接影响。

8、太原组下段灰岩岩溶裂隙含水层

该含水层由L1-4四层灰岩组成。一般厚10~20m。该套灰岩为深灰色厚层状隐晶质结构，含岩溶裂隙承压水。该含水层突水、导水条件中等。

该含水层距奥灰含水层较近，为一1煤层顶板直接充水含水层，二1煤层底板间接充水含水层。

9、奥陶系中统马家沟组灰岩岩溶裂隙含水层

该层在郑州矿区厚度0~43米，平均厚度14米，为灰色、质纯、致密、性脆、厚层状的灰岩，含岩溶裂隙承压水。据有关资料，该层岩溶裂隙发育，但不均匀，在不同水平、不同区域的透水性及突水性差异很大。

该含水层为一1煤底板直接充水含水层，上距二1煤68~90m左右，上距一1煤2.8~13.2m。若遇导水断层及其它导水通道或二1煤层直接与其对接，对开采二1煤层的矿井会造成极大的威胁。华北地区开采二1煤层的矿井出现重大水患甚至淹井事故，多数是由此含水层引起的。

10、寒武系灰岩岩溶裂隙含水层

该含水层包括上统长山组、上统崮山组、中统张夏组。岩性为灰白、灰黄色中厚层状隐晶质白云质灰岩，岩溶裂隙发育。该含水层与奥陶系灰岩含水层水力联系密切，对一1煤层开采有较大影响。 （二）隔水层

1、第四系粘土层

在郑州矿区，在第四系地层中、下部存在多层砂质亚粘土和亚粘土，区域不同，厚度不等。是第四系含水层与第三系含水层及其他时代含水层之间良好的隔水层。

2、三叠系粉砂、泥岩段及第三系粘土、砂质粘土段隔水层

该层系指三叠系底部金斗砂岩顶界至第三系顶界的粉砂岩、砂质泥岩及粘土、砂质粘土段。在郑州矿区，该段分布较稳定，总厚度大于200米，是第四系含水层与煤系地层间良好的隔水层。

3、二叠系泥岩及砂质泥岩段隔水层

该层系指下石盒子组下部发育的砂锅密砂岩顶面至二叠系上部平顶山砂岩底面全部泥岩、砂质泥岩，它们与含水层相间排到，在郑州矿区，单层厚度为46~104米，阻隔了碎屑岩组各含水层之间的水力联系，一般隔水性较好。

由于上述隔水层的存在，有效地阻止了顶板水进入开采二1煤矿井，但由于采动后采动冒裂带破坏了上述隔水层的完整性，使隔水层降低甚至失去隔水性能，导致顶板水进入矿井。

4、二1煤层底板砂泥岩隔水层

该层下起L7-8灰岩含水层之上，上至二1煤层底面，在郑州矿区其厚度为0.39~30.5米，一般厚10米左右，自西向东呈起伏形态，东部局部厚度为零。岩性以灰—深灰色砂质泥岩和泥岩为主夹粉砂岩、细砂岩及不稳定的薄层灰岩（L9）。该层对L7-8灰岩岩溶裂隙承压水进入开采二1煤的矿井有一定的隔水作用，但在局部厚度变薄处，特别是断裂带附近会引起二1煤层底板突水。

5、太原组中部砂泥岩段隔水层

该层下起L4灰岩顶面，上至L7灰岩底面。在郑州矿区，其厚度10~49米左右，岩性以灰色、深灰色砂质泥岩和泥岩互层为主，夹细砂岩、薄层煤及不稳定的L5、L6灰岩。其层位、厚度较稳定，隔水性能较好，为L1-4灰岩与L7-8灰岩含水层之间的隔水层。因此，在采掘过程中，应对该层加以保护，以防该层遭到破坏致使L1-4灰岩岩溶裂隙承压水通过导水裂隙补给L7-8灰岩含水层，最终进入开采二1煤矿井内。

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6、本溪组铝土质泥岩隔水层

该层上自一1煤层底板，下至奥陶系灰岩顶面。据有关资料，在郑州矿区厚度为4~30米左右，岩性以灰白，浅灰色铝土质泥岩为主，并含有深灰色炭质泥岩，局部夹细砂岩。该层结构致密，裂隙不发育，隔水性能良好。但在变薄处或断层破碎带部位，将会被奥陶系灰岩高压岩溶裂隙承压水突破，它对一1煤层的开采有直接影响。

三、郑州矿区主要含水层与主采煤层（二1、一1煤）之间的相互关系

在郑州矿区目前主要开采山西组二1煤，随着二1煤层资源的枯竭，以后会考虑开采石炭系上统太原群下部普遍较发育的一1煤层。下面简要介绍矿区内主要含水层奥陶系马家沟组灰岩岩溶裂隙承压水含水层、石炭系太原群灰岩岩溶裂隙承压水含水层以及山西组和石盒子组砂岩孔隙裂隙承压水含水层与主采煤层（二1、一1煤）之间的相互关系。

二叠系山西组中包含了矿区主采煤层二1煤，二1煤层与其之上的大占砂岩含水层之间的隔水层为砂质泥岩，厚度1~9米，局部地段

二1煤层直接与大占砂岩接触，砂岩含水层成为二1煤层开采的直接顶板涌水水源。二1煤层之上的石盒子组泥岩和砂岩层，含水性弱，在局部裂隙发育和破碎带的地段可能存在富水区，其与山西组上部的砂岩相接，距二1煤层顶板极近，由于二1煤层煤质松软，在采用放顶方式开采煤的矿井，放顶高度有时可达到20余米高，产生的冒落带和裂隙带可达到百米以上，由此会使此段地层内的多个含水层相沟通，所以在岩石破裂区段有可能形成二1煤层顶板突水。

在郑煤集团告成矿，由于滑动构造的影响，使滑动构造面上、下的地层产状在多数地段发生明显的不一致，同时由于滑动构造面主要存在于二1煤层及其附近，致使二1煤层直接与其上的多个孔隙裂隙含水层基本上直接对接，其间仅有20米左右的滑动构造泥和滑动构造角砾岩，实践证明，告成煤矿在二1煤层的采掘过程中，只要发生顶板松动和冒落，大多情况下，在顶板松动和冒落部位会发生淋水和涌水现象。

石炭系上统太原群含水层上距二1煤层底板约10米左右，为岩溶裂隙承压水，其富水性强但不均匀。其中上段含水层有三层，L7-8灰岩普遍发育，是上段的主要含水区，下段中的L1灰岩发育稳定，是主要含水层。二1煤层下距L7-8灰岩之间的隔水层为深灰色砂质泥岩，其厚度0~10米，由于采动破坏带一般大于10米，使该隔水层不能起到隔水作用，L7-8灰岩处于采动裂隙底板破坏带内，是底板涌水的直接水源。由于断层及垂直裂隙带的导水作用，使深部的奥灰含水层与太原组薄层灰岩沟通，是矿井突水的主要因素。

奥陶系灰岩含水层距主采煤层二1煤层底板平均约70米左右，含水不均，但突水性强，为矿井底板水的重要突水水源。随着矿井深部的延伸，奥灰水压增大，构造更复杂，煤层采动破坏深度增加，突水的概率将增大。

一1煤层下距奥灰仅10米左右，将受到奥灰水的严重威胁。因此，在开采一1煤层之前，应进行针对一1煤层开采的水文地质勘探，查明水文地质条件，制定详细的防排水措施。

第三节 矿井充水条件分析 一、 矿井充水水源

(一)天然充水水源

矿井的充水天然水源主要有大气降水、地表水、地下水三种水源。 1、大气降水

大气降水是地下水的主要补给来源，所有矿井充水都直接或间接地与大气降水有关。但这里所讲大气降水水源，是指对矿井直接充水的大气大气降水水源。

以大气降水补给为主的煤层矿床埋藏特点:①开采煤层时其主要充水岩层（组）是裸露的或者其覆盖层很薄；②煤层埋藏较浅；③开采的煤层处于分水岭和地下水位以上的地段。

大气降水充水特点：大气降水是矿井地下水的主要补给来源。所有的矿井充水，都直接

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或间接受到大气降水的影响。对于大多数生产矿井而言，大气降水首先渗入地下，补给充水含水层，然后再涌入矿井。

以大气降水为主要充水水源的矿井，其涌水量变化有如下规律：①矿井充水程度与地区降水量大小、降水性质、强度和入渗条件有关。如长时间的降雨对入渗有利，矿井涌水量大，反之，则矿井涌水量就小；②矿井涌水变化与当地降水量变化过程相一致，具有明显的季节性和多年周期性变化规律；③同一矿井，随着开采深度的增加，涌水量峰值出现时间滞后。这是由于随着开采深度的增加岩层透水性减弱和补给距离增加所致。

2、地表水

在有大型地表水体分布（河流、水库、水池）的矿区，查清天然条件下和矿井开采后的地表水对矿井开采的影响，是矿区水文地质勘探和矿井水文地质工作的头等大事，是评价矿井开采价值的重要内容。地表水不仅可能造成矿井突然涌水，严重情况下会导致水沙同时溃入矿井。

地表水能否进入井下，由一系列的自然因素和人为因素决定，主要取决于巷道距地表水体的远近、水体与巷道之间的地层及构造条件和所采用的开采方法。一般来说，矿体距地表水体愈近影响愈大，充水愈严重，矿井涌水量愈大。若矿井充水水源为常年存在的地表水体时，则地表水体越大，矿井涌水量越大，且稳定，淹井时不易恢复；而季节性地表水体为充水水源时，对矿井涌水量的影响则随季节性变化；另外，地表水体所处地层的透水性强弱，直接控制矿井涌水量的大小，地层透水性好，则矿井涌水量大，反之则小。当有断层带沟通时，则易发生灾难性的突水。同样，不适当的开采方法，也会造成人为的裂隙，从而增加沟通地表水渗入井下的通道，使矿井涌水量增加。 3、地下水

围岩地下水充水类型划分：① 根据充水岩层性质不同可分为：砂砾石孔隙充水矿井，坚硬岩层裂隙充水矿井，岩溶充水矿井。②根据矿层与充水岩层接触关系不同可分为：直接充水矿井，间接充水矿井。③ 根据矿层与充水岩层相对位置不同可分为：顶板水充水矿井，底板水充水矿井，周边水充水矿井。

矿井由表土层至含煤地层间存在有众多的含水层，但并非所有含水层中的地下水都参与矿井涌水，即使参与矿井充水的含水层，它们的充水程度也有很大的差别，故必须对矿体周围含水层按对矿井充水程度加以区分。在煤矿生产中，井巷直接揭露或穿过的含水层和煤被开采后经冒裂带及底板突水等途径直接向矿井进水的含水层称直接充水含水层。那些与直接与充水含水层有水力联系，但只能通过直接充水含水层向矿井充水的含水层称间接含水层，它是直接充水含水层的补给水源。对天然条件和开采时都不能进入井巷的地下水，则不属于充水水源，仅属于矿区内存在的地下水。

流入矿井的地下水由两部分组成，即储存量和动储量。储存量是指充水岩层空隙中储存水的体积，即巷道未揭露含水层时其实际储存的地下水。动储量是指充水岩层获得的补给水量。它是以一定的补给与排泻为前提，以地下径流的形式，在充水岩层中不断进行水交替。

矿井在开采初期，进入矿井的地下水以储存量为主，随着较长期的降压疏放，动储量逐渐取代了储存量而进入矿井。因此，以消耗储存量为主的矿井，在排水初期就会出现最大涌水量，随着储存量的消耗，涌水量就逐渐减少，以至很快疏干。相反，如果以消耗动储量为主，则排水初期涌水量较小，以后随着开采巷道的不断扩大，并随着降落漏斗的形成而趋于稳定。由此可见，二者相比，储存量较易疏干，而动储量则往往是矿井充水的主要威胁。

这里要特别强调岩溶水。岩溶水源在我国华北和华南的许多矿区较为常见。如华北石炭二叠纪含煤地层厚度达数百米，假整合于岩溶比较发育的奥陶系石灰岩强含水层之上。就郑州矿区而言，多次发生的重大突水事故，其直接或间接水源绝大多数多为石灰岩含水层中的岩溶水。岩溶水源突水的一般特点是：水压高、水量大、来势猛、涌水量稳定，不易疏干，

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危害性大。其突水规律受岩溶发育程度及规律的控制。 (二)人为充水水源 1、袭夺水

由于矿井开采，降落漏斗不断扩展，人工流场强烈改造矿区天然地下水流场，人工地下水流场获得新的补给水源称为袭夺水源。袭夺水源存在下列几种情况；①位于矿井地下水排泄区的泉水；②位于矿井地下水排泄区的地表水体（湖、河、水库）；③位于矿井地下水迳流带内的排泄区一侧相邻含水层；④相邻水文地质单元地下水。

2、老窑及采空区积水

古代及近期的采空区及废弃巷道，由于长期停止排水而使地下水集聚。当采掘工作面接近它们时，其内积水便会成为矿井充水的人为水源。它们具有下列特点：①水以静储量为主，静储量与采空区分布范围有关；②老窑水为多年积水，水循环条件差，水中含有大量H2S气体，并多为酸性水，有较强的腐蚀性；③老窖突水一般水势迅猛，硫化氢气体危害性大；④采空区积水成为突水水源时，来势猛，易造成严重水害事故；⑤当与其它水源无联系时，易于疏干，若与其它水源有联系时，则可造成量大而稳定的涌水。

在郑州矿区，沿煤层露头一带广泛分布有小煤窑及老窑，特别是老窑，它们采深一般为40～50米，个别达140米，这些老窑废弃井巷多已积水，其积水对采矿活动构成直接充水威胁。这种水源突水特点是当井巷误揭积水老空时，老空水会在短时间内大量涌入矿坑，有时也会造成淹井事故。

综上所述并结合郑州矿区的实际，该矿区矿井充水可来自不同水源。一般开采深度比较大的矿井以煤层底板灰岩岩溶裂隙水为主，兼有其他水源，浅部矿井包括地方小窑则以大气降水水源为主，地表水和老空水只有在特殊情况下才在矿井充水中起作用。 二矿井充水通道

水源的存在表明矿井充水的可能性，要使矿井充水成为现实，还必须有矿井充水的通道，充水通道是决定矿床充水程度的主要方面，不同充水通道的充水特征及对矿井危害性是不一样的。对防治水来说，研究充水通道的意义尤为重要。矿井充水通道有自然形成的和人为造成的两大类。

(一)天然充水通道

矿井天然充水通道主要包括点状岩溶陷落柱、线状断裂（裂隙）带、窄条状隐伏露头、面状裂隙网络（局部面状隔水层变薄或尖灭）和地震裂隙等。

1、点状岩溶陷落柱通道

岩溶陷落柱在我国北方较为发育，在地下水的长期物理和化学作用下, 中奥陶统灰岩形成了大量的古岩溶空洞，在上覆岩层和重力的作用下, 空洞溃塌并被上覆岩层下陷填实，被下塌的破碎岩块所充填的柱状岩溶陷落柱像一导水管道沟通了煤系充水含水层中地下水与中奥陶统灰岩水的联系，特别位于富水带上的岩溶陷落柱，可造成不同充水含水层组中地下水的密切水力联系。

岩溶陷落柱的地表特征比较明显, 特别在基岩裸露区更为明显。 一般陷落柱出露处岩层产状杂乱，无层次可寻，乱石林立，充填着上覆不同地层的破碎岩块。陷落柱周围岩层因受塌陷影响而略显弯曲，并多向陷落区内倾斜。井下陷落柱形态一般呈下大上小的圆锥体，陷落柱高度取决于陷落的古溶洞的规模, 溶洞空间愈大则陷落柱发育高度也愈高，甚至可波及地表。堆积在陷落柱内的岩石碎块呈棱角状，形状不规则，排列紊乱，分选性差。

陷落柱的导水形式多种多样，有的陷落柱柱体本身导水；有的柱体是阻水的，但陷落柱四周或局部由于受塌陷作用影响形成较为密集的次生带，从而沟通多层含水层组之间地下水的水力联系；还有的陷落柱柱体内部分导水，部分阻水。影响岩溶陷落柱分布的因素较为复杂，其展布规律至今研究不够。但根据目前研究成果，地质构造是控制岩溶陷落柱分布规律

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的主要因素之一。

2、断裂(裂隙)带通道

断裂带是否能够成为充水通道主要取决于断裂带性质和矿井开采时人为采矿活动方式与强度。这里重点分析断裂带的性质等，后面问题在矿井充水人为因素部分讲述。

（1）隔水断层：一般为压扭性断层或断层带被粘土质充填，使两侧含水层不发生水力联系。在矿井开采时，由于人为活动，天然状态下隔水断层常变为导水断层。隔水断层处于不同位置其水文地质意义亦不同，隔水断层分布于主要充水岩层内时，常分割充水岩层的水力联系；隔水断层在边界上时，阻止区域地下水补给。

（2）导水断层：一般为张性断层。导水断层所处位置不同其水文地质意义亦不同。当导水断层位于区域边界时，常形成充水含水层或临近充水含水层的补给通道；当导水断层与地表水连通时，常形成地表水体补给矿井的主要通道；当充水岩层被导水断层切割时，将增加充水岩层与外界的水力联系程度；当导水断层切割矿层隔水顶、底板时，断层常引起顶板或底板突水问题。

沟通充水含水层组密切水力联系的线状断裂(裂隙)带多发生在断层密集带、断层交叉点、断层收敛处或断层尖灭端等部位。

另外，节理尤其是张节理是矿井充水的有利通道。在一般情况下，脆性岩石较柔性岩石的节理更为发育，其裂隙宽度较大；柔性岩石中的裂隙大多是细小闭合的，其透水性差，但多组裂隙相互沟通时，也可形成矿井充水的良好通道。

3、窄条状隐伏露头通道

在我国大部分煤矿山，煤系薄层灰岩含水层和中厚层砂岩裂隙含水层以及巨厚层的碳酸盐岩含水层多呈窄条状的隐伏露头形式与上覆第四系松散沉积物不整合接触。影响隐伏露头部位多层充水含水层组地下水垂向间水力交替的因素主要有两个：①隐伏露头部位基岩风化带的渗透能力大小，一般地说，风化带的风化强度愈强或愈弱，基渗透性均较弱；②上覆第四系底孔隙含水层组底部是否存在较厚的粘性土隔水层。

4、面状裂隙网络(局部面状隔水层变薄区)通道

根据含煤岩系和矿井水文地质沉积环境分析，在华北型煤田的北部一带，煤系含水层组主要以厚层状砂岩含水层组为主，薄层灰岩沉积较少。在厚层砂岩含水层组之间沉积了以细砂岩、粉细砂岩和泥岩为主的隔水层组。在地质历史的多期构造应力作用下，脆性的隔水岩层受力后以破裂形式释放应力，致使隔水岩层产生了不同方向的较为密集的裂隙和节理，形成了较为发育的呈整体面状展布的裂隙网络。这种面状展布的裂隙网络随着上、下充水含水层组地下水水头差增大，以面状越流形式的垂向水交换量也将增加。这种呈面状分布的垂直裂隙网络系统已被矿山大量地质勘探钻孔和井下采掘工程所证实。

5、地震通道

根据开滦唐山矿在唐山地震时矿井涌水量和矿区地下水水位观测资料，地震前区域含水层受张时，区域地下水水位下降，矿坑涌水量明显减少；地震发生时，区域含水层压缩，区域水位瞬时上升数米，矿坑涌水量瞬时增加数倍；强烈地震过后，区域含水层逐渐恢复正常状态，区域地下水逐渐下降，矿井涌水量也逐渐减少。震后区域含水层仍存在残余变形，所以矿井涌水在很长时间内恢复不到正常涌水量。矿井涌水量变化幅度与地震强度成正比，与震源距离成反比。 (二)人为充水通道

矿坑充水人为通道包括顶板冒落裂隙带、底板矿压破坏带和封孔质量不佳钻孔等。 1、顶板冒落裂隙带及底板矿压破坏带

根据对岩层移动规律的研究，当煤层开采后，采空区上方的岩体失去平衡，引起垮落、开裂和移动塌陷，直到充满采空区为止，从而形成煤层上部岩体三个不同的破坏带（简称上三带）。

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同时，随着工作面的连续推进，煤层底板岩体也会遭到不同程度的破坏，根据破坏程度的不同，煤层底板岩体也可划分为三个地带（简称下三带）（图2-3-1）。

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图2—3—1 采矿活动引起的上、下三个破坏带示意图

f--冒落带；g --导水裂隙带；h--弯曲沉降带；i--冒裂带；

1--破坏带；2--完整岩层带；3--地下水导升带；

h1--破坏带深度；h2--完整岩层带厚度；h3--地下导升带厚度

（1）上三带：①冒落带。冒落带是指采煤工作面放顶后引起直接顶板垮落破坏的范围。根据冒落岩块的破坏程度和堆积状况，又分为上下两部分。下部岩块完全失去已有层次，称不规则冒落带，上部岩块基本保持原有层次，称规则冒落带（见图2-3-1中f）。冒落带的岩块间空隙多而大，透水、透砂，故一般不允许冒落带发展到上部地表水体或含水层底部，以免引起突水和溃沙；②导水裂隙带。导水裂隙带是指冒落带以上大量出现切层和离层的人工采动裂隙范围。其断裂程度、透水性能由下往上由强变弱（见图2-3-1中g）。导水裂隙带与采空区联系密切，若上部发展到强含水层和地表水体底部部，矿井涌水量会急剧增加；③弯曲沉降带。弯曲沉降带是指由导水裂隙带以上至地表的整个范围（见图2-3-1中h）。该带岩层整体弯曲下落，一般不产生裂隙，仅有少量连通性微弱的细小裂隙，通常起隔水作用。在实践工作中，我们通常把冒落带和导水裂隙带合并在一起考虑，并统称之为冒裂带（见图2-3-1中i）。

（2）下三带：①破坏带。直接邻接工作面的底板受到破坏，出现一系列沿层面和垂直于层面的断裂，使其导水能力增强（见图2-3-1中1），其厚度称底板破坏深度h1。底板破坏深度与开采深度、煤层厚度、煤层倾角、顶底板岩石性质和结构、采煤方法、顶板管理方法以及工作面长度等因素有关。根据现场实测资料，底板破坏深度h1一般从几米到十几米不等；②完整岩层带或保护层带。此带位于破坏带之下，在此带内岩层虽然受到支撑压力的作用，甚至产生弹性或塑性变形，但仍然能保持连续性，其阻水能力未发生变化（见图2-3-1中2）。 因此，称完整岩层带或保护层带，其厚度为h2；③地下水导升带。地 下水导升带指底板含水层中的承压水沿隔水层底板中裂隙上升的高度， 即由含水层顶面至承压水导升高度之间的部分（见图2-3-1中3），其厚度为h3。地下水导升带厚度，取决于承压水的压力及隔水层裂隙的发育程度和受开采影响的剧烈程度，有的矿井可能无地下水导升带。

从以上分析可知，采空区冒落后，形成的冒落带和导水裂隙带是矿坑充水的人为通道，其特点如下：①当冒落裂隙带发育高度达到顶板充水岩层时，矿井涌水量将有显著增加，当未能达到顶板充水岩层时，矿井涌水无明显变化；②当顶板冒落裂隙带发育高度达到地表水

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体时，矿井涌水量将迅猛增加，同时常伴有井下涌砂现象。

另外，煤层采动后，顶板岩层垮落冲击底板，造成对底板岩层的破坏称动矿山压力；此外，采动后，采场上覆岩体的自重力不能通过煤层传递，转接到采场四周煤层，而采场内临空，要向采场内产生位移（底鼓），称静矿山压力。在动矿山压力或静矿山压力或两者共同作用下，底板岩层在一定厚度范围内遭到破坏，形成裂隙，这种裂隙可沟通底板下部含水层、含水断层及溶洞水，使矿井涌水量增加或造成突水事故。

2、封孔质量不佳钻孔

按照规定，勘探时施工的钻孔，在工作结束后按要求进行封闭，如果封孔质量未达到标准要求，钻孔就会成为矿层与其顶底板含水层或地表水体之间的通道。当掘进巷道或采区工作面经过或接近没有封好的钻孔时，顶、底板含水层中的地下水或地表水体将沿着钻孔补给矿层，造成涌（突）水事故。

通过以上分析并综合郑州矿区调查资料表明，在郑州矿区常见的矿井充水天然通道有：①煤层上覆地层中的孔隙和裂隙及断层；②煤层下伏地层中的裂隙、断层及岩溶。矿井充水人为通道有：①封闭不好的钻孔；②采动裂隙。 三、影响矿井充水程度的主要因素

矿井的充水程度取决于一系列自然地理、地质和人为因素，上面我们讨论了矿区充水水源种类，充水通道性质和发育强弱等，就郑州矿区而论，影响矿井涌水量大小的因素还有井田边界条件、疏降深度、开发强度等因素。

1、井田水文地质边界条件

井田边界条件对矿井地下水的补给和涌水量大小有控制意义，研究井田边界性质（透水、弱透水、隔水），可以确定矿井地下水动储量和提供防治水的方向。 2、矿井地下水疏降深度的影响

矿井地下水疏降深度主要指矿井生产中的开拓开采水平。对以底板水为主要水源的岩溶充水矿床，开拓水平虽不能反映地下水位实际降低值，但在一定程度上反映了地下水位降深的相对大小。我们知道矿井涌水量大小是与地下水位降低成正比的，因此，矿井疏降深度不同反映在矿井涌水量上也不一样，即疏降深度愈大，矿井涌水量也愈大。

3、开采因素对矿井涌水量的影响

矿井开拓掘进巷道的布置、开采方法、顶板管理方法等对矿井涌水量大小都有影响，据郑州矿区具体条件，开采因素主要表现为巷道开拓长度与开采面积大小对矿井涌水量的影响，一般来说，随着开拓巷道长度的增加与开采面积的增大，矿井涌水量明显增加。 四 突水预兆

矿井突水，这是因为井下采掘活动破坏岩体天然平衡，采掘工作面周围水体在静水压力作用下，通过断层、隔水层和矿层的薄弱处进入采掘工作面。矿井出水这一现象的发生与发展是一个逐渐变化的过程，有的表现很快，有的表现很慢，这与工作面具体位置、采场地质情况、水压和矿山压力有关。从开拓工作面开始，发展到突水这段时间内，在工作面及其附近显示出某些异常现象，这些异常统称为突水预兆。识别和掌握这些预兆，可以及时采取应急措施，撤离险区人员，防止伤人事故。突水前的预兆有以下几种： (一)一般预兆

1、煤壁挂红：这是因为水中含有铁的氧化物，在通过煤层和岩层裂隙时，在裂隙表面会出现暗红色水锈，一般认为巷道接近积水区；

2、煤壁挂汗：当采掘工作面接近积水区时，因水在自身压力作用下，通过煤岩裂隙透过煤岩壁，聚成水珠，俗称煤壁挂汗；

3、空气变冷：工作面接近积水区时，气温骤然下降，煤岩壁发凉，人一进去有阴冷的感觉，时间越长就越感到阴凉；

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4、发生雾气：当巷道内温度很高时，积水渗到煤岩壁后，引起蒸发而形成雾气；

5、有时有“嘶嘶”的水叫声：说明因水压大，水向裂隙中挤压发出的响声，此时离水体不远即将突水，必须立即发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员；

6、底板鼓起：底鼓有两种原因：一种是底板承压含水体静水压力和矿山压力共同作用的结果，这是突水预兆；另一种是受矿山压力单方面作用而产生底鼓，一般不突水。 (二)老空突水的预兆

老空水突水前，除上述突水的一般预兆外，还有以下基本上是其特有的预兆：

1、老空水一般有臭鸡蛋气味。在工作面如果闻到有这种气味时，就基本上可以判定前方有老空水。也可以用嘴来尝尝从工作面渗出的水，就会感到水味发涩。如果把水在手指间摩擦有发滑的感觉，这就是老空透水的征兆；

2、煤体松软。因为，由于前期开采活动的影响（如前期开采活动引起的矿压、爆破振动等），在接近老空区时，煤体与正常情况相比煤体一般比较破碎松软；

3、煤体颜色变暗无光泽。这是因为在老空水附近，煤体长期受到老空水的浸入，使煤体颜色变暗，失去光泽。

(三)工作面底板灰岩含水层突水预兆 1、工作面压力增大，底板鼓起；

2、工作面底板产生裂隙，并逐渐增大；

3、沿裂隙或煤帮向外渗水，随着裂隙的增大，水量增加。当底板渗水量增大到一定程度时，煤帮渗水可能停止，此时水色时清时浊，底板活动时水变浑浊，底板稳定时水色变清； 4、底板破裂，沿裂缝有高压水喷出，并伴有“嘶嘶”声或刺耳水声； 5、底板发生“底爆”，伴有巨响，地下水大量涌出，水色呈乳白或黄色。 (四)松散孔隙含水层突水预兆

1、突水部位发潮、滴水且滴水现象逐渐增大，仔细观察发现水中含有少量细砂；

2、发生局部冒顶，水量突增并出现流砂，流砂常呈间歇性，水色时清时混，总的趋势是水量、砂量增加，直至流砂大量涌出；

3、顶板发生溃水、溃砂，这种现象可能影响到地表，致使地表出现塌陷坑。

以上预兆是典型的情况，在具体的突水事故过程中，并不一定全部表现出来，所以应该细心观察，认真分析、判断。

第四节 郑州矿区水害基本情况

由于各矿井型和开拓开采方式不同，采矿深度的差异，矿井涌水量大小悬殊，由143.4m3/h到llllm3/h，平均700m3/h左右。从矿井充水形式看，一般顶板水以滴水和淋水方式向矿井充水，呈明显季节性变化，最大水量可达300m3/h，一般在l0m3/h。底板水由若干涌突水点的水组成，各突水点水量变化很大，据初步统计，涌水量小于50m3/h的涌水点占总涌水点数的53.8％，50~100m3/h者占19％， 100~200m3/h者占11.3％，200~500m3/h者占11.3％，而大于500m3/h者只占4.7％，同一地下水迳流系统的各突水点间，程度不同的存在着水力联系，涌水点水量互为消长。

从1959年到2004年底，郑煤集团各矿淹井、局部淹井及水害致死事故21次，矿井最大一次突水淹井是1997年5月3日芦沟矿太原组灰岩及奥陶系灰岩突水，突水量最大达7680m3/h，稳定水量3440m3/h。其余较大突水淹井情况详见表2-1。

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表2-1 历次淹井事故汇总表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 矿名 东风矿 东风矿 王庄矿 王庄矿 梁沟矿 米村矿 芦沟矿 芦沟矿 戈湾井 裴沟矿 裴沟矿 芦沟矿 王庄矿 超化矿 告成矿 大平矿 裴沟矿 弋湾矿 裴沟矿 超化矿 突水 地点 标高 （m） 时间 1959.1 1960.11 1960.8.20 1964.1.24 1962.6.26 1972.1.21 1973.9.4 1974.11 1984.8.4 1992.6.17 1992.10.29 1997.5.3 1999.5.30 1999.6.18 2000.4.24 2000.5 2002.4.4 2002.8.9 2002.11.19 2004.4.11 突水量(m3/h) 平均 150 800 630 355 1400 100 800 780 700 3440 400 460 220 300 最大 4515 56000 900 756 7680 475 600 350 2600 600 1300 900 3000 破碎带 染匠沟断层 岩溶裂隙 五里店断层 岩溶裂隙 破碎带 油房沟断层 滑动构造 滑动构造 F14正断层 未封钻孔 采动裂隙 穿老空 L7-8 水源 L7—8 O2 L7—8 L7—8、O2 O2 备 注 全井淹 全井淹没 太平水仓 +112.6 19上山 西三平巷 三井东下山车道 东大巷 12021采面探水巷 东大巷A1石门 -110m东大巷西头 -110m东大巷东头 26下山 45081工作面 21下山 1307上付巷 14031轨道巷 32专回 1102上付巷 深部副井 21051上付巷 +200 +50 +51 +37.6 -15 -110 -110 -78 +90 +62 ±0 +107 +20 L7—8、O2 全井淹没 老空水 L5 洪水灌入 全井淹没 L1-3 L5 二1煤层 C2 二1煤层 二1煤层 L1-3、O2 东大巷淹没 L1-3、O2 东大巷淹没 L1-3、O2 全井淹没 O2 O2 L7—8 老空水 老空水 老空水 中央泵房被淹 淹采区 淹采区 淹井 死亡2人 死亡10人 淹井筒 12人被困井下获救 七3煤 老空水 老空水 14

21 超化矿 22081工作面 -150 2004.12 2400 4200 导水裂隙 二1煤层 O2 淹采区 综观21次典型水灾案例，有14次是二1煤底板C3灰岩水和O2灰岩水所致，另有6次为老窑水且出现2次死亡事故的水灾均为老空水所致，1次洪水灌入造成淹井。不难看出郑州矿区的水害主要来自C3、O2灰岩水。

经过统计分析，按突水水源分，郑州矿区已发生过的水害类型包括顶板裂隙水害、底板薄层灰岩水害、底板奥灰—寒灰水害、老窑水害和地表水害。根据突水通道分，已发生过的水害类型有破碎带水害、滑动构造水害、采动裂隙带水害、人为通道水害等。

二 矿区水害类型 1 顶板裂隙水害

煤层顶板基岩裂隙水，位于主采二1煤顶板以上，包括山西组、下石盒子组各段砂岩裂隙含水层，在构造破坏或回采放顶形成的导水裂隙带内，往往向矿井充水，由于不同区域各砂岩含水性的差异，顶板常以滴水或淋水方式向矿井充水，集中性向矿井充水多发生在“回采放顶”过程中老顶初次来压时，其淋水水量可达50~60m3／h，最大可达300m3/h。

2 底板薄层灰岩水害

二1煤底板岩溶裂隙水是矿区各矿井充水的主要水源，其充水量占矿井总涌水量的80~90％。集团公司所属矿井为了对太原组L7-8灰岩进行疏水降压，把主要巷道布置在L7-8灰岩之中，L7-8灰岩为矿井充水的直接水源。L7-8灰岩是矿区主要含水层，厚度为2.15~32.3m，一般厚8~10m，岩溶裂隙发育，含水较丰富，据不完全统计，集中性突水点约71处，单突水点水量50~630 m3/h，约占矿区总突水次数的60％左右，曾有四次淹井事故，水源来自L7-8 灰。

3 底板奥灰-寒灰水害

太原组下部的L1-5灰，岩溶裂隙也比较发育，含水性也较强，一般对矿井不直接充水，当井下遇构造或因L5到L7灰间隔水层变薄时，也能向矿井充水甚至造成淹井事故。

奥陶系灰岩含水层(简称奥灰)是煤系底部最重要的含水层，也是矿井充水的主要间接水源，一般情况下奥灰水是越流补给L7-8灰，间接向矿井充水，当有构造破坏，如正断层、滑动构造等，高压水就会沿构造薄弱带向矿井突水，其特点是水量大(最大达7680m3／h)、来势猛、水压高，如米村、东风、王沟(指原粱沟)、芦沟等矿井淹井事故，其水源就是来自奥灰含水层。

此外，奥灰下部的寒武系灰岩也富含岩溶裂隙水，在特定条件下可越流向上补给奥灰、L1-3灰，成为矿井充水的间接水源。

4 老空水害

新密煤田开发历史悠久，百年以上老窑址，特别是解放前的小煤窑沿煤层露头一带广泛分布，老窑一般采深40~50m，个别达140m，这些废弃井巷多已积水，老窑积水对采矿活动构成直接充水威胁。这种水源突水特点是当井巷误揭积水老空时，老空水会在短时间内大量涌入矿井，有时也会造成淹井事故，如1973年9月芦沟矿的淹井事故就是老空水所致。

5 封闭不良钻孔水害 地面水害

从以上所讲内容，郑州矿区水文地质有三大特点：1、三软不稳定煤层2、煤层底板薄层灰岩相间受地质构造裂隙加剧奥灰与石炭系各层灰岩的水力联系。3、局部特殊的滑动构造顶板水。

三 水害发生的原因

综合考虑较大的突水事故，归纳起来，发生水害的原因主要有以下几种： 1 水患意识不强

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一些生产矿井的领导和有关技术人员的水患意识不强，思想麻痹，心存侥幸，对矿井防治水工作重视不够。

2水文地质基础工作薄弱

在勘探和生产期间，水文地质工作量不足，矿井水文地质条件不清，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，补给边界等没有查清。如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10m，结果在26下山开采时，造成滞后突水而淹井。

3 防排不能力不足

因资料短缺，未能正确评价矿井涌水量，一些矿井的涌水量预计小，配套的防排水能力不足，使矿井发生每小时几百方水而导致淹井。

防排不能力不足主要表现在：（1）相邻矿井间的乱采滥挖对防隔水煤柱造成了破坏，使防隔水煤柱失效，涌水量增加，导致排水能力不足。（2）随着开采深度的不断延深，涌水量增大，造成综合排水能力不足。（3）因水文地质条件的改变及矿井涌水量预测偏低，造成现有泵房排水能力不足。（4）采掘接替紧张，排水阵地未形成，临时排水系统不能满足排水。（5）排水系统水泵老化，管道锈蚀或结石，效率低下，使其排水能力降低。（6）煤质十分松软，采掘工作面涌水中夹带大量的煤泥，水沟、水槽、水仓淤积，清挖不及，造成排水泵直接抽排夹带大量的煤泥污水，排水泵受损，排水能力大大降低。

4 贯彻安全生产措施不力

在开采过程中，对断层的导水性、富水性认识不足时，应停下来，按照“有疑必探，先探后掘”的原则进行探放水，确认无水害隐患后，再进行掘进。如梁沟矿、东风矿、王庄矿均因在断层上盘掘进，在没有探水措施的条件下，接近断层时而发生突水。

5 防水煤柱受破坏

防水煤柱受人为破坏，失去防水功能，造成突水。如1984年8月4日晚，弋湾矿因被擅自无证开采的小煤窑沟通，天降暴雨，洪水倒灌而淹井，灌入量达5.6万m3/h，致使该矿被淹没。

第五节 煤矿主要防治水技术

矿井防治水的目的是：防止矿井水害事故发生，减少矿井正常涌水，降低煤炭生产成本，在保证矿井建设和生产的安全前提下使国家的煤炭资源得到充分合理的回收。为达到上述目的，根据产生矿井水害的原因，采取不同的对策措施。

矿井防治水是利用各种工程设施防止矿井大量涌水，特别是防止发生灾害性突水事故。主要措施有：减少矿井充水水源或渗入矿井的水量，疏放降压对矿井有威胁的地下水，阻止水进入井巷；充分利用井田地质、水文地质条件构筑必要的工程，减少或防止发生突水事件。矿井防治水分为地面治防水和井下防治水两种。技术方法有留设防水煤柱、修筑防水闸门及防水墙、井下探放水、疏水降压开采、含水层改造与隔水层加固、注浆堵水技术等。 地表水的防治

地面防治水是指在地表修筑各种防排水工程，防止或减少大气降水和地表水涌入工业广场或渗入井下，它是保证矿井安全生产的第一道防线，特别是以大气降水和地表水为主要充水水源的矿井尤为重要。下面简单介绍地表水防治的几种方法。 一、 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时，会给矿井安全生产带来较大影响。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。若因地形条件不允许改道，而河流又很弯曲，可在井田范围内将河道截弯取直，缩短河道流经矿区的长度，减少河水下渗量。

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二、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。 三、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。 四、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。 五、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，消除隐患。

上述这些方法，从施工角度都是可行的，但采取何种方法应视矿区具体条件而定，可以采用单一方法，也可采用多种方法综合防治。

井下防治水 井下防治水主要是预防井下突然涌水的应急措施，主要有留设防水煤柱、修筑防水闸门及防水墙、井下探放水等。 一、井下防水煤（岩）的留设

在水体下、含水层下、承压含水层上或导水断层附近采掘时，为防止地表水或地下水溃入工作面，在可能发生突水处的外围保留最小宽度的矿柱不采，以加强岩层的强度和增加其重量阻止水突入矿井。这种保证地下采矿地段的水文地质条件不致明显变坏的最小宽度矿柱，叫做防水煤（岩）柱。

（一）防水煤（岩）柱的种类及留设原则

1、防水煤（岩）柱的种类。根据防水煤（岩）柱所处的位置，防水煤（岩）柱可以分成不同种类：①煤层露头风化带的防水煤柱；②在地表水体、含水冲积层下和水淹区邻近地带的防水煤（岩）柱；③与强含水层间有水力联系的断层或强导水断层接触的煤层的防水煤（岩）柱；④有大量积水的老窑和老窑区防水煤（岩）柱；⑤导水、充水陷落柱防水煤（岩）柱；⑥分区隔离开采边界防水煤（岩）柱。

2、防水煤（岩）柱留设原则：①有突水威胁又不宜疏放的地区，采掘时必须留设防水煤（岩）柱；②防水煤（岩）柱留设应在安全可靠的基础上，把煤柱宽度降到最低程度以提高资源利用率；③一个井田或一个水文地质单元内的防水煤（岩）柱，应在总体开采设计中确定，即开采方式和井巷布局与各种煤（岩）柱留设相适应，避免在以后煤（岩）柱留设中造成困难；④多煤层地区防水煤（岩）柱留设，必须统一考虑，以免某一煤层所留煤柱因另一煤层开采而遭破坏，致使整个防水煤（岩）柱失效；⑤留设防水煤（岩）柱所需数据必须就地选取，邻区或外区数据仅供参考，若需采用时应适当加大安全系数。

（二）防水煤（岩）柱留设 《煤矿安全规程》规定：“相邻矿井分界处，必须留防水煤柱。矿井以断层分界时，必须在断层两侧留有防水煤柱。”这一条主要是针对矿井边界防水煤柱，分两种情况：一是以人为界的边界防水煤柱；二是以断层为界的边界防水煤柱。

前者在相邻两矿井的分界处所有各煤层都应该留设煤柱，但有些矿对留设井田防水煤柱

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的意义和作用认识不足，开采时只顾眼前，不思长远，违章作业，两矿井都不留防水煤柱，一直采到井田边界，使矿与矿之间井下互相沟通。这样，一旦有一个矿井发生突水，邻近矿井亦受威胁。

后者在断层两侧必须留设防水煤柱。在留断层防水煤柱之前，应探清大断层的位置及其产状要素，否则所留防水煤柱起不到防水作用。如某矿一条正断层，在其下盘巷道已见到，在留上盘煤柱时，认为位置确切，没有再钻探，根据下盘所见按70°倾角推断与煤层交面线进行留设，由于断层倾角在下部发生了变化，由70°转为60°，使之所留实际煤柱偏小，造成断层另一侧二层灰岩突水，最大突水量达84.7m3/min。对所留断层防水煤柱，切莫因井下已揭露该断层未发生出水，而认为该断层为无水断层，轻易缩小防水煤柱宽度或对所留防水煤柱乱采。由此而造成突水事故的实例很多，如某矿155工作面上、下巷道相距130m，穿过同一条正断层未出水，后在两巷道之间断层上盘乱采断层煤柱，结果距下运輸巷60m处出水，最大突水量为20m3/min。 《煤矿安全规程》规定：“井田内有与河流、湖泊、溶洞、含水层等有水力联系的导水断层、裂隙（带）、陷落柱时，必须查出其确切位置，并按规定留设防水煤（岩）柱。”对上述所需留设的防水煤（岩）柱，其尺寸大小应根据相邻矿井的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩性质、开采方法及岩层移动规律等因素来确定，具体可参阅《矿井水文地质规程》中各类防隔水煤（岩）柱留设的有关内容。 二、井下探放水

生产矿井周围常存在有许多充水小窑、老窑、富水含水层以及断层。当采掘工作面接近这些水体时，可能发生地下水突然涌入矿井，产生水患事故。为了消除隐患，生产中常使用探放水方法，查明采掘工作面前方的水情，并将水有控制地放出，以保证采掘工作面安全生产。但在很多情况下，由于受勘探手段和客观认识能力的限制，对地下含水条件掌握不够清楚，不能确保没有水害威胁，这样就需要推断出可能产生水害的疑问区，并采取措施。为了预防水害事故，当巷道距含水体一定距离或在疑问区内掘进时，必须坚持超前钻探，探明情况或将水放出，消除威胁后再掘进，保证矿井安全生产。为此，《煤矿安全规程》规定：“矿井必须作好水害分析预报，坚持有疑必探，先探后掘的探放水原则。”实践证明，“有疑必探，先探后掘”的原则是防止煤矿井下水害事故的基本保证。在有水害威胁的地区进行采掘工作，都应坚持这一原则，绝不可疏忽大意，更不能存有侥幸心理，置水害情况于不顾，一意蛮干。《煤矿安全规程》规定，采掘工作面遇到下列情况之一时必须确定探水线进行探水：

1、接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时； 2、接近含水层、导水断层、溶洞和导水陷落柱时； 3、打开隔离煤柱放水时；

4、接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带时； 5、接近有出水可能的钻孔时； 6、接近有水的灌浆区时； 7、接近其他可能出水地区时。 （一）老窑水探放原则及程序

1、老窑积水数量的多少、矿井现在排水能力、老窑水的动力补给量、水质和疏放后可能解放煤炭的资源量等因素，综合考虑，以安全、经济、合理为原则。对老窑水探放，视具体情况还可细分为以下几种：

（1）积极探放。老窑区不位于河流或重要建筑物之下，排放老窑水不会过分加重矿井排水负担，且积水区下尚有大量矿产资源急待开采时，应积极探放，以彻底解除隐伏水患。 （2）先堵后探放。老窑区为强含水层或因其他水源水所淹没且出水点动力补给量大，应先堵住出水点后再进行探放水。

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（3）先降压后探放。对以静储存量为主，水量大、水压高的老窑积水区，应先从顶、底板岩层打穿层放水孔，待水压下降后，再沿煤层打探水钻孔。 （4）先隔离后探放。老空水量较大，水质差（酸性大），或为避免长期负担排水费用，则应留设煤（岩）柱与生产区隔离，待到矿井生产后期再作处理。

2、探放水程序

老窑水探放一般是在正式探水前，对小窑或老窑积水区进行调查，圈定采空区范围，确定积水边界，随后划定探水线，编制探、放水设计，确定掘进超前距离。完成上述内容后进行探水和整理探水资料，随后确定掘进距离，通知开拓单位掘进，然后再探水。依此类推，循环进行，直到揭露老窑区，放尽积水为止。 （二）小窑、老窑积水边界与探水线的确定 1、积水边界线的确定

对于本矿老空区，积水情况清楚，要标出实际老空积水边界线、积水量、积水标高；对于小窑、老窑积水，要将调查所得小窑、老窑分布资料，经物探及钻探核定后，圈定老空积水边界线，标出积水量、积水标高；其深部界线应根据小窑或老窑的最深下山划定。

2、探水线的确定

对于本矿老空区，以老空积水边界线外推60m圈出的探水线；对小窑、老窑的采空区，以老空积水边界线外推100m圈出的探水线。此数值视积水边界线的可靠程度、水压力大小、煤的坚硬程度等因素来确定。当掘进巷道至此线时，开始探水前进。

3、警戒线

由探水线再平行外推50—150m（在上山掘进时指倾斜距离）即为警戒线。当巷道掘进至此线后，应警惕积水威胁，注意掘进时工作面水情变化，如发现有透（突）水征兆，提前探放水。

总的说来，当巷道到达警戒线时要注意迎头有无异常变化，如发现有透水征兆，应提前探放水；如无异常现象则继续掘进，到达探水线时作为正式探水起点。 （三）探水钻孔的布置

在了解探水钻孔布置时，要明确主要探水参数的意义。 1、探放水的主要参数

（1）超前距。探水时从探水线开始向前方打钻孔，一次打透积水的情况少见，常是探水—掘进—再探水—再掘进，循环进行。而探水钻孔终孔位置应始终超前掘进工作面一段距离，该距离称超前距（见图2-5-1）。

小于老洞宽度中眼外斜眼帮距外斜眼探水终孔位置超前距

允许掘进距离图2—5—1 探水钻孔的主要参数示意图 （2）允许掘进距离。经探水证实无水害威胁，可以安全掘进的长度称允许掘进距离。 （3）帮距。帮距是指使巷道两帮与可能存在的老窑积水之间保持一定的安全距离，即呈

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扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离。其值应与超前距相同，超前距一般采用20m，在薄煤层中可缩短，但不得小于8m，也可用下式计算：

2—5—1

式中：a——超前距，m；

A——安全系数，一般取2---5；

L——巷道跨度（取宽度、高度大值），m； P——水头压力，Mpa；

Kp——煤的抗张强度，Mpa。

（4）钻孔密度（孔间距）。它指允许掘进距离终点横剖面上探水钻孔之间的间距，不超过3m，以免漏掉老窑巷道。

2、探放水孔布置方式

探水钻孔的布置方式和巷道类型、煤层厚度与产状有关，情况不同时，布置方式也有所不同。总的说来，探水钻孔的布置从平面上看，主要有扇形和半扇形两种。

（1）扇形布置。巷道处于三面受水威胁的地区，进行搜索性探放老窑水，其探水钻孔多按扇形布置（见图2-5-2）。探水钻孔之间的平面夹角，一般在7°—15°，使巷道前进方向及左右两侧需要保护的煤层空间均有钻孔控制。

安全外围线帮 距外斜眼安全外围线允许掘进距离超前距图2—5—2 扇形探水钻孔

（2）半扇形布置。对于积水肯定在巷道一侧的探水地区，探水钻孔可呈半扇形布置（见图2-5-3）。半扇形的钻孔向巷道一侧撒开，使巷道一侧需要保护范围内的煤层空间有钻孔控制。

安全外围线15°帮 距允许掘进距离超前距

图2—5—3 半扇形探水钻孔 3、探水与掘进的配合

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（1）双巷掘进交叉探水。因积水区在上方，上山巷道三面受水威胁，一般应双巷掘进。其中一条适当超前探水、泄水；另一条随后，用来安全撤人。双巷之间每隔30—50m掘一联络巷，并设挡水墙，以便在其中一条上山出水时，水不会窜到另一条上山中去。

（2）双巷掘进单巷超前探水。在倾斜煤层中掘进平巷时，一般是用上方巷道超前探水，探水钻孔布置成扇形，下方巷道为泄水巷，两巷之间每隔30—50m掘一联络巷。

（3）平巷与上山配合探水。在煤层内，准备采煤工作面时，平巷（上风道）应先探水，掘到位置后，然后再施工开切眼，这样既减少开切眼掘进危险性，又减少开切眼掘进时的探水工作量。

（4）隔离式探水。在水量大、水压强、煤层松软和节理发育的情况下，直接探水很不安全，需要采取隔离式探水。如开掘石门时，在石门中预先探放水或在巷道迎头砌隔水墙，在墙外探水。此外，当相邻煤层间距大于20m时，还可采用隔层打孔的方法，探放另一煤层的老窑水。

（四）断层带探放水

据统计，矿井突水事故中有90％以上是位于断裂带或其附近。因此，当采掘工作面将要揭露或接近含水的断裂构造时，都必须进行探水，防止突水事故发生。

1、断层探放水原则与探查内容

（1）断层探放水原则。凡遇下列情况都必须探水：①采掘工作面前方或附近有导水断层存在，但具体位置不清或控制不严时。②采掘工作面前方或附近，预测有断层存在，但具体位置和含（导）水性不清，有可能突水时。③采掘工作面底板隔水层厚度与承受水压都处于临界状态，采掘工作面影响范围内断层赋存情况不清，一旦遇到就可能突水。④巷道揭露或穿越断层无突水征兆，但隔水层厚度及实际水压接近临界状态，工作面回采时可能突水。⑤井巷工程在浅部穿越断层时已证实不含（导）水，但深部有可能突水时。⑥根据井巷工程和断层防水煤柱留设的特殊要求，必须查明断层时。⑦采掘工作面接近推断导水断层100m时，或距已知含（导）水断层60m时。⑧采区内小断层使煤层与强含水层距离缩短时，或采区内构造不清、含水层水压大于2—3 Mpa时。

（2）断层水探查的主要内容。①查明断层位置、落差、走向、倾向、倾角，断裂带宽度、充填物和充填程度，断层的导水性与富水性。②查明断层两盘断裂带裂隙、岩溶发育情况、两盘对接部位的岩层及其富水性。③查明煤层与强含水层的实际间距（即隔水层的实际厚度）。④查明断层探水孔不同深度处的水压、水量、冲洗液消耗量，确定或判断底板水在隔水层中的导升高度。⑤通过放水试验和连通试验查明断层导水性、富水性以及通过断层的侧向补给水量，为安全采掘和制定矿井防治水措施提供实际资料与理论依据。

2、断层探放水方法

断层探水方法与探老窑水方法相仿，但探水钻孔孔数要比探老窑水少，一般为三个孔，钻孔布置方式按探查目的不同略有差异。

（1）探查工作面前方已知或预测含（导）水断层。一般先布置巷道掘进前方1号孔，尽可能一钻打透断层，然后再打2号、3号孔，以确定断层走向、倾向、倾角和断层的落差及两盘的对接关系。其中至少有一个孔打在断层与含水层交面线附近。

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（2）隔水岩柱处于临界状态时对掘进工作面前方的探查。沿巷道掘进方向打三个孔，尽量打深，争取一次打透断层，否则就必须留足超前距，边探边掘直至探明断层的确切情况，再决定具体的防水措施。

（3）巷道实见断层，在采动影响后有无突水危险性的探查。一般应向下盘预计采动影响带内打1号孔，探明断层带的含（导）水和水压、水量等情况。若有水，采后就很可能突水；若无水，则还应向预计采动带以下打2号孔，然后根据具体条件，分析突水的可能性和采取相应的防水措施。

3、断层水的预防和处理

根据断层水文地质性质和通过断层导水水源的不同，断层突水及其造成的危害程度也不一样，相应的防治水措施也就不同。

（1）断层带不含（导）水。水源为孔隙、裂隙含水层时，一般没有突水危险，掘进巷道可以直接通过，回采时可以不留防水煤柱，但需加强支护防止塌落冒顶；若水源为冲积层、薄层岩溶含水层及其他水体时，掘进巷道可以通过，但必须先打孔疏放其储存量，证实水压、水量不大时、再过断层带，并加强支护。回采时一般可以不留煤柱。

（2）断层带弱含（导）水，有可能突水的断裂带。①若水源为孔隙、裂隙含水层时，一般情况下，掘进巷道时可以通过，需加强支护，防止冒顶。如水压、水量较大时，应先打孔疏水降压，然后再过断层，并加强支护。回采时可以不留防水煤柱，但应留防冒顶煤柱；②若水源为冲积层、薄层岩溶含水层及其他水体时，巷道掘进时需超前探水，把水压降到安全值以下，再接近或穿过断层带。回采时如隔水岩柱不足，应留设防水煤柱；③若水源为厚层强岩溶水或大型地表水体时，巷道掘进必须进行超前探水，无水时要作压水检查，有水时应封孔绕行或预注浆通过。回采时必须留设断层防水煤柱，水压大于安全值时应疏水降压。 （3）富含水或导水性强、突水可能大的断层。①若水源为孔隙、裂隙含水层时，巷道掘进必须穿过断层时应超前探水、放水，把水压降至安全值以下，并加强巷道支护，保护围岩的稳定性。回采前疏水降压至安全值以下，并留设防塌煤柱，以防止沿断层产生冒顶；②若水源为冲积层、薄层岩溶含水层时，巷道掘进要超前探水，钻孔无水时，用手镐掘进或放小炮通过，但需进行特殊支护，防止滞后出水。水压、水量较大时，应预注浆通过断层或留防水煤柱。回采时应按规定留设防水煤柱；③若水源为厚层强含水层或大型地表水体时，巷道掘进必须进行超前探水，并留设防水煤柱，不得接近和通过。若必须通过时，应打探查构造和含水层勘探孔，待查明条件后绕行或预注浆过断层带。回采时探明断层位置，留足防水煤柱，必要时暂缓开采。

疏放降压技术

所谓疏放降压，是指受水害威胁和有突水危险的矿井或采区借助于专门的疏水工程(疏水石门、疏水巷道、放水钻孔、吸水钻孔等)，有计划有步骤地将煤层上覆或下伏强含水层中地下水进行疏放，使其水位（压）值降至某个安全采煤时水位（压）值以下的过程。其目的是预防地下水突、涌入矿井，避免灾害事故，改善劳动条件，提高劳动生产率，它是煤矿防治水的一种重要措施。

疏放工程按其进行时间可分为超前疏放和平行疏放。超前疏放是在井巷开拓前进行；平行疏放是在井巷开拓过程中进行，一直到矿井全部采完为止。疏放方式按其疏放工程所处位置来分，有地表疏放、地下疏放和联合疏放三种方式。 一、地表疏放

地表疏放主要用于超前疏放阶段，是指在需要疏放降压地段在地表施工大口径钻孔，安装深井泵或潜水泵排水，预先降低含水层水位的疏放方法，常用于矿层埋藏浅的露天矿。适用条件是被疏放含水层的渗透性能好，含水丰富。潜水含水层的渗透系数要大于3m/d，承压含水层要大于0.53m/d，疏放降压深度不超过水泵的扬程。地表疏放的优点是施工简单，施工

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期限短，费用较低，安全可靠，且水质未受煤层污染，可供工业和民用供水之用等。根据疏放地段的地质和水文地质条件，疏放降压孔的布置有两种形式：

1、直线孔群，适用于地下水一侧补给时。 2、环形孔群，适用于地下水为圆形补给时。 二、地下疏放

地下疏放用于平行疏放阶段，通常采用巷道疏放（含疏放水平不同）和井下钻孔（防水孔和吸水孔）疏放方式。

1、巷道疏放。当煤层直接顶板为含水层时，常将采区巷道或采煤工作面的准备巷道提前开拓出来，利用采准巷道或专门疏水巷道预先疏放顶板含水层水。如郑煤集团告成煤矿，该矿在开采13 采区的二1煤时，由于滑动构造的影响，二1煤顶板为第三系或二叠系的厚层砂岩，经过物探，其含有较丰富的孔隙裂隙水，为了保证此采区的安全生产，决定把此部分水疏放出来，为此，根据物探资料在13采区二1煤层顶板岩层中设置了三个专门疏水巷（1#、2#、3#），通过几年的观测，取得良好的效果。

2、钻孔疏放。我国不少煤矿煤层上部为砂岩裂隙含水层，其中的裂隙水常沿裂缝进入采掘工作面，造成顶板滴水和淋水，影响采掘作业，甚至在矿山压力作用下，伴随着回采放顶导致大量水涌入井下，造成垮面停产和人身伤亡事故。

对于煤层直接顶板为水量不大的含水层，利用采区和采煤工作面的巷道布置钻孔预先疏放顶板水，降低水头压力，避免回采顶板突水，为采掘工作创造安全条件。其疏放方法有：用打入式过滤器疏放巷道顶部含水沙层或承压含水层水。即在巷道中每隔一定距离向顶板上打钻孔，终孔时立即将打入式过滤器的滤管沿钻孔压入含水层，使顶板水泄入巷道，通过排水沟向外排出。该法适用于巷道顶部离含水层不远（15—20m）的情况下。若含水层离煤层较远，大于30m时，且水量与水压均较大，为消除顶板水对采掘工作的威胁，可由地面打钻孔，向下穿过含水层并与井下疏放巷道或排水硐室相通，将顶板含水层中的水有节制地泄入井下巷道或硐室，然后将水排出地面，此法称直通式放水钻孔。

对于底板水的疏放降压，在方法上与疏放顶板水相同，即在欲疏水降压地段，在巷道中以一定间距向下打疏放钻孔，从钻孔中放出底板承压含水层中的水，构成干扰降落漏斗，使含水层中的水位降到安全水位以下，达到防止底板突水和安全回采的目的。

在井下钻孔疏放过程中，若煤层下伏含水层的水位低于煤层底板，且地下水没有充满整个含水层时，则可在采区或水仓向下部含水层打疏放钻孔，将采区或水仓中的矿坑水下泄于该含水层中。这类疏放钻孔称吸水孔。它具有疏放简便，不需要任何排水设备的优点。 三、联合疏放

水文地质条件复杂的矿井，单一方式的疏放不能满足矿井生产需要时，采用地表疏放和地下疏放相结合的方式称联合疏放。它也包括一矿井疏放达不到疏放目的时，几个矿井同时疏放。

疏干降压开采

随着矿井向深部开采，承压含水层的水头压力越来越大。当在高水压条件下带压开采不能实现时，为了预防承压水突然涌出，就要对含水层采取疏干或降压措施。

疏干，就是把含水层中的水位降到生产工作面标高以下，这样，工作面生产时就不再受承压水的威胁了。可是，疏干采煤只有在含水层水量较小的情况下才能实现；有些含水层水量很大，对这样的含水层强行疏干，会加大排水量，甚至根本无法疏干。对水量大的含水层可以采用少量放水，适当降低水位的办法，使水位保持在工作面以上一定的高度，即使工作面能正常回采，又不致使水突破煤层底板。这样的采煤方法就叫作降压采煤法。

降压采煤是一项困难而复杂的工作，它要研究隔水层厚度、强度、节理裂隙情况，矿山压力对隔水层的破坏情况，还要研究含水层降压的可能性。只有这些条件都能满足采煤要求

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时，降压采煤才能实现。

打钻放水是降压采煤常用的方法，可以在一个地点集中打钻放水，也可以分散在多水平、多条巷道大范围打钻放水。除放水孔以外，还要有一定数量的观测孔，以便了解和控制水压。 降压采煤有时也可能发生突水，所以除了保证有足够的排水能力外，采用降压方法采煤的工作面，采煤时也要注意及时放顶，减少控顶距，防止底版出水。放水孔打开之后就不要随意关闭。工作面上下出口一定要保持通畅。当工作面发现出水征兆时，应停止推进，及时汇报，采取措施加以处理。

带压开采

带压开采是防治水的一种方法。实质上就是利用隔水层的隔水性能，带着水压进行开采的一种方法。它的优点是不修建防治水工程，就可以预测出许多带压开采的安全区，并顺利地把煤炭开采出来。我国的许多煤矿，煤层底板下有丰富的高压地下水，因此，带压开采具有实用价值。

比如，某一个煤层，它的下部有一个强承压含水层，煤层未开采之前，含水层中水的压力压向上方；当含水层上部的煤层采空之后，岩层的原始应力平衡状态遭到破坏，如果含水层的顶板隔水层抵挡不住下部的强大压力，隔水层就要变形，产生底鼓，随之出现裂缝，造成工作面底板出水。如果通过预测得知，煤层底板隔水层能抵挡住下部含水层的强大压力，水不能从煤层底板突出，然后把煤炭安全地采出来，带压开采便算成功了。 带压开采能否成功，决定于三个因素：

1、承压含水层水压力的大小及水量的多少；

2、隔水层厚度及岩层强度，被开采煤层与含水层间的距离越大，出水可能性越小； 3、开采地区地质构造及采煤活动对隔水层的破坏情况，隔水层如果是完整的，断层、裂隙不发育，那么高压水突出的可能性就小。

在带压采煤工作时，放顶工作要快，控顶距越小越好，以便减小地压；工作面内不准丢煤柱，也不要残留木垛、点柱等支撑物；注意底板变化，如有异常应停止采煤和放顶；保持排水设备完好；现场所有人员必须熟悉避灾路线。

注浆堵水技术

当涌水量很大，仅仅依靠排水已不可能或不经济时，注浆堵截水源通道，然后再进行排水。

注浆堵水就是将水泥浆或化学浆通过管道压入井下岩层空隙、裂隙或巷道中，使其扩散、凝固和硬化，从而使岩层具有较高的强度、密实性和不透水性，达到封堵截断补给水源和加固地层的作用，是矿井防治水害的重要手段之一。目前，注浆堵水已广泛用于矿井井筒注浆、封堵突水点、恢复被淹矿井、井巷堵水、过含水层或导水断层、帷幕注浆堵水截流、减少矿井涌水量、底板注浆加固防止突水等方面，并已取得良好的效果。

注浆堵水的适用条件：①当老窑或被淹井巷的积水与强大水源有密切联系时，可先注浆堵截水源，然后排干积水；②当井巷工程必须穿过一个或几个强含水层或充水断层，如不堵截水源，将给矿井生产和建设带来很大困难和危害，甚至无法施工。我国许多矿井在穿过强含水层时，都是利用这一方法的；③当井筒或工作面发生严重淋水，为了加固井壁、改善劳动条件、减少排水费用，可以采取注浆措施；④某些涌水量特大的矿井，为了减少矿井涌水量，降低常年排水费用，亦可采用注浆堵截水源。

底板含水层改造与隔水层加固

在承压区含水层的富水区，强径流带或底板不完整的工作面，采用疏水降压和帷幕注浆难度大、经济不合理时，可通过薄层灰岩含水层注浆改造和隔水层注浆加固。煤层底板注浆改造含水层和隔水层，是沿工作面上下副巷大面积布置注浆钻孔，通过注浆钻孔注浆来充填

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底板含水层或隔水层中的岩溶裂隙和导水裂隙，从而大大减弱含水层的富水性和提高隔水层的强度并切断水源补给通道，使受注含水层被改造为不含水或弱含水层，使隔水层中的裂隙减少增加其强度，实现工作面不突水开采。山东肥城和河南焦作等矿区通过多年的实践探索，总结出在下面两个条件下采用注浆改造方法可取得较好效果：

1、煤层底板薄层灰岩含水层富水性强，单位降深疏水量大于5m3/h.m；突水系数在复杂地段超过0.04Mpa/m；在正常地段超过0.07Mpa/m。 2、工作面存在构造破裂带、导水裂隙带等。

防水闸门和水闸墙

防水闸门和水闸墙是井下防水的主要安全设施，凡水患威胁严重的矿井，在井下巷道设计布置中，就应在适当地点预留防水闸门和水闸墙的位置，使矿井形成分翼、分水平或分采区隔离开采。在水患发生时，能够使矿井分区隔离，缩小灾情影响范围，控制水势危害，确保矿井安全。

一、防水闸门和水闸墙位置的选择原则 1、防水闸门位置的选择原则

防水闸门的位置选择的适当与否，是水闸门能否起到作用的关键问题。一般应注意以下几点：

（1）水闸门应设在对水害有控制性的部位和井下重要设施部位（如井底车场的出入口、受水害威胁地段与其他无水害威胁地段的通道处），能使水害控制在尽可能小的范围内，并考虑水害发生后能恢复生产及绕过事故地点开拓新区的可能。

（2）水闸门的位置应考虑到不受邻区部位采掘的影响，不破坏水闸门的的结构和修筑地点围岩的稳定性及隔水性。

（3）修筑水闸门地点的围岩稳定性和隔水性要好，应尽量避免在软弱岩层或煤层内砌筑。如果在煤层内砌筑必须掏槽使闸身的混凝土和基岩结合在一起。

（4）闸门应尽量修筑在单轨巷道内，以减少掘进量和减少水闸门的规模。 防水闸门必须易于维修和管理，使其经常处于临战状态。

水闸门又分临时性的和永久性的。如预计水量不大，水头压力较小，可修临时水闸门，一旦出水时起到缓冲作用，争取撤出所有人员，并有利于进一步布置抢险工作，并可在水情出现后对其采取加固措施。永久水闸门的施工要求高，投资大，修建时必须慎重研究。

2、水闸墙位置及修建要求

水闸墙也常分为临时性和永久性两种。所谓临时性的就是在有出水威胁的采掘工作面备有堵水材料，一旦突水后迅速将水堵截在小范围内。堵水材料一般用滤水材料，如木板、木垛、草袋等。这种水墙只能起到临时抢险作用，待事后加固。

永久性水闸墙，一般是在开采结束后，永久隔绝有继续大量涌水可能的区段而砌筑的一种永久关闭的挡水建筑。

永久性的密闭防水墙是一项重要的安全措施，技术复杂，投资大，必须保证施工质量。 二、 防水闸门的关闭 1、当井下发生突然涌水或出现突水预兆危及矿井安全时，必须立即作好关闭防水闸门准备工作，同时请示矿务局总工程师，批准后方可关闭防水闸门。正常情况下，由于采区报废或按计划暂停采区生产，要求关闭防水闸门时，须提前写出专题报告（内容包括采区尚余储量、涌水量、充水含水层的静水位、关闭防水闸门原因、今后打算以及关闭防水闸门的安全技术措施），报请矿务局局长批准。关闭防水闸门时，矿长要深入井下检查准备情况，具体指挥关闭工作。

2、关闭防水闸门以前，需先作好以下工作：

（1）将水害影响地区的人员全部撤退，并在各通道口设岗警戒，防止人员误入封闭区；

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（2）防水闸门硐室的所有设施（如放水阀门、水压表、管子堵头板、活动短轨等）全部准备妥当；

（3）防水闸门附近和水沟内杂物清理干净； （4）防水闸门以外的防水避灾路线畅通无阻；

（5）检修排水设备，清挖水仓，将水仓内的积水排至最低水位。 （6）防水闸门以里的栅栏门全部关好；

（7）防水闸门附近的临时通风局扇和临时直通地面电话安装妥当； （8）意外应变措施进行认真贯彻；

以上各项工作都已完成，由矿长发布关门命令。

3、几个防水闸门或水闸墙需要一次关闭时，其关闭顺序应是先关闭所在位置较抵的，然后关闭所在位置较高的，依次进行。

4、关闭防水闸门以前，要以书面通知邻近各有关矿井，说明本矿水闸门关闭时间、封闭地区位置、最高静止水位和可能造成的影响；并要求近期内对井下各涌水点水量变化和井上各水文钻孔的水位变化进行定时观测。各矿的观测资料要及时进行交流，互通情报。

5、防水闸门关闭以后，除定时派人观测本矿其他地区的水量和水位变化以外，还必须在防水闸门附近的安全地点设人（每班不少于2人）值班，观测防水闸门附近的水压变化、漏水情况、硐室巷道压力有无异常。值班人员要作出观测记录，定时向矿调度室汇报；特殊情况及时回报处理。

6、防水闸门关闭水压稳定7d以后，如无特殊情况发生，方可停止一切观测工作，撤离观测人员。

三、 防水闸门的开启

1、防闸门开启前，需编制开启防水闸门的安全技术措施。经审批、贯彻后，方准进行开启防水闸门工作。

2、防水闸门开启前，要对井下排水、供电系统进行一次全面检查。排水能力要与防水闸门硐室放水管的放水量相适应；水仓要清理干净，水沟要畅通无阻。

3、开启防水闸门要先打开放水管，有控制地泄压放水。当水源已经封闭或已疏干时，水压必须将到零位，方能打开防水闸门；如果水压降不到零位，必须承压开启时，矿总工程师可在不损坏防水闸门的情况下，制定出安全措施和规定最低水压，方可强制开门。 4、同时有几个防水闸门需要开启时，应按先高后低依次开启。

5、防水闸门打开以后，首先由矿救护队进入，检查瓦斯和巷道情况。只有在恢复通风系统，消除一切不安全因素以后，才准许其他人员进入闸门以内工作。

第六节 矿井排水系统

根据《煤矿安全规程》的规定，所有矿井及生产矿井的新水平都必须建立完善的矿井排水系统，以保证矿井生产安全正常。

《煤矿安全规程》中对矿井的排水系统作出如下规定。 一、水泵

必须有工作、备用和检修的水泵。工作水泵的能力，应能在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量（包括充填水）。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%。工作和备用水泵的总能力，应能在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。水文地质条件复杂的矿井，可在主水泵房内预留一定数量水泵的位置。 二、水管

必须有工作和备用的水管。工作水管的能力应能配合工作水泵在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。

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三、水仓

主要水仓必须有主仓和副仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。

新建、改扩建矿井或生产矿井的新水平，正常涌水量在1000m3/h以下时，主要水仓的有效容量应能容纳8小时的正常涌水量。

正常涌水量大于1000m3 /h的矿井，主要水仓有效容量可按下式计算： V=2（Q+3000） 2—6—1 式中 V----主要水仓的有效容量，m3； Q----矿井每小时正常涌水量，m3。

但主要水仓的总有效容量不得小于4小时的矿井正常涌水量。

采区水仓的有效容量应能容纳4小时的采区正常涌水量。 矿井最大涌水量和正常涌水量相差特大的矿井，对排水能力、水仓容量应编制专门设计。 水仓进口处应设置箅子。对水砂充填、水力采煤和其他涌水中带有大量杂质的矿井，还应设置沉淀池。水仓的空仓容量必须经常保持在总容量的50%以上。 四、泵房

主要泵房至少有2个出口，一个出口用斜巷通到井筒，并应高出泵房底板7米以上；另一个出口通到井底车场，在此出口通道内，应设置易于关闭的既能防水又能防火的密闭门。泵房和水仓的连接通道，应设置可靠的控制闸门。 五、排水设施的维护

水泵、水管、闸阀、排水用的配电设备和输电线路，必须经常检查和维护。在每年雨季以前，必须全面检修一次，并对全部工作水泵和备用水泵进行一次联合排水试验，发现问题，及时处理。

水仓、沉淀池和水沟中的淤泥，应及时清理，每年雨季前必须清理一次。 五、其他

在建矿井在永久排水系统形成之前，每个施工区必须设置临时排水系统，并保证有足够的排水能力。

第七节 煤矿不同类型水害的防治案例分析 一、郑煤集团公司超化煤矿 “4 .11”老空透水事故

2004 年4月11日19 时10 分，郑煤集团超化煤矿21051上副巷掘进工作面发生透水事故，12人被困。事故发生后，在各级政府和领导的关心和重视下，经过109 个小时紧张抢救，4月16日7时50分，12名被困人员全部脱险，无人员伤亡，直接经济损失46.65万元。 （一）矿井概况 1、超化煤矿概况

超化煤矿位于新密市超化镇申沟村，于1993年12月投产，设计生产能力90 万t/a。从1995年开始，经多次技术改造，核定生产能力达到240 万t /a，现实际生产能力240 万t / a。开拓方式为立井单水平上、下山开采。主采煤层为二叠系山西组二1煤，井田东西长5km，南北宽3km，井田面积11.29 km2，煤层厚度0.19--24m，倾角60～350。截至2003年底剩余保有储量7800万t，可采储量3500余万吨。属高瓦斯矿井，煤层自然发火期3个月，煤尘具有爆炸危险性。通风方式为对角式，抽出式通风。采煤方法为放顶煤一次采全厚。

该矿设计正常涌水量1000m3/h，最大涌水量1500m3/h，现实际涌水量500m3/h。井底水仓容量1000m3/h，井下中央泵房安装有7台250D60x6水泵，副井井筒装备有2趟10寸排水管，最大排水能力2500m3/h。

2、事故地点概况

事故前，该矿开采采区是21采区、22采区和23采区，布置有2个采煤工作面、11个

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掘进工作面，事故发生在21051上副巷掘进工作面。该工作面原设计走向长度1050m，后延长至1740m，倾斜宽141m。平均煤厚9.9m，基本顶为细砂岩，直接顶为砂质泥岩，直接底为砂质泥岩。

21051上副巷于2003年9月20日开始施工，至4月11日出水时己掘进1488m，其中：1354 m采用10.5m2U型例支护，134m采用3.2x3.0m 矿用工字钢支护。据水文地质说明书介绍，该工作面水文地质条件简单，在施工时会受到东部小窑老空影响。2003年12月22日，在距怀疑的小窑老空位置30m时，进行第一次探放水，到2004年3月19日前共迸行过7次探放水，施工钻孔41个，其中第3次和第5次探出老空水，共放出水量约3350m3。进入原始煤层后，恢复正常掘进。因怀疑工作面前方可能还有小窑老空，矿总工办于2004年4月9日下发停止掘进通知书，要求416掘进队向前掘进60m后由抽探队进行探放水。当掘进至距设计探水位置还有22m时，遇见小窑老空发生透水。 （二）事故发生经过

2004年4月11日14时30分，超化矿416掘进队召开四点班班前会，当班工人共26人参加了会议，实际下井25人。具体分工是：跟班队长邢某、任某等10人在21051上副巷掘进，杜某等3人负责铺输送机，代理跟班队长赵某和工人韩某等7人在21051瓦斯排放巷掘进。当班下井的还有胶带司机、输送机司机、倒料工、电工、送模工等5人。

当班人员到达21051上副巷后，因综掘机油马达坏，正从地面往井下送，暂停掘进。他们首先清挖机尾、拔胶带，然后任某等在工作面距底板约1.8m 处打钻，用1.2m钻杆钻进约0.6m深时，钻孔出水，水顺钻杆成线状流出，停止钻进，向跟班队长邢某汇报。邢安排撤人，并于16时32分向矿调度室汇报，安监员张某向信息中心、安监大队进行了汇报。 矿调度室通知了常务副矿长王某等矿领导。常务矿长王某赶到调度室后，17时13分通知416队加固工作面，清理水沟。17时18分，副总工程师周某打电话到调度室，安排把工作面打紧背牢。邢某等人

按到通知又返回工作面打蓖子、消理水沟，安排朱某等5人去运旧胶带，用于铺水沟。17时20分左右，矿副总工程师李某、调度室主任路某、总工办副主任黄某、416队队长王某等人下井查看水情，到达工作面后，见蓖子己打五分之三，安排铺水沟。刘某、路某出来走到21051工作面中联巷，碰到赶来的副总工程师周某，向周汇报了情况，随后出井。李某、黄某等人行至瓦斯排放巷口外50--70m 处遇见周，说明情况后，随同周去21051掘进工作面。19时10分，刚走到排放巷口位置，听到里面有人喊出水了，周、李、邢、黄等9 人躲进瓦斯排放巷，工人王某等3人跑过了排放巷口，分别上到胶带架子、扒到挡车器和u型钢拉手上。透水开始较小，后突然增大，最大时巷内水深1m多。待水减小，他们从排放巷出来向外走，走约100m见到煤尘扑来，感到是巷道冒顶，又返回来，等待教援。 19时30分左右，矿领导先后下井，在副井底安排人员加固中联巷十字头和在东二车场堵水，同时于19时30分下令撤出21下山、23 胶带下山和-300水平大巷所有人员。 （三）事故抢救经过

20时01分，超化矿向郑煤集团总调度室汇报了21051上副巷出水情况，郑煤集团立即启动事故应急救援预案，董事长、总经理、党委书记等公司领导和有关人员立即赶到超化矿成立了超化矿“4.11”事故抢险指挥部。下设技术、救护、后勤保障、治安保卫、善后处理、稳定与接待6个工作组，分头开展工作。

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12日6时28分，在组织力量挖通巷道淤积区域后，救护人员进入巷道进行侦察，未发理遇险人员。7时11分，侦察至距工作面约300m处发现巷道冒顶，抢险指挥部安排加固受损巷道，恢复巷道局部通风。抢险指挥人员现场进行勘察，发现冒落大量大块矸石，冒落区继续向外涌水，涌水量219m3/h，巷道冒落长度难以确定，直接通过冒落区十分困难。冒落区50m外有40棚支架悬空，并有40m巷道淤积严重，影响抢险人员安全。根据现场情况，抢险指挥部制定了5套抢险方案同时实施：

1、从上副巷开掘绕巷，绕过冒落区。预计绕巷长度约50m，每进5m向上副巷打钻进行一次探查。同时利用防尘管路向灾区压风。

2、利用下副巷现有运输系统，从下副巷开掘联巷同被困人员可能所在地点贯通救人，联巷设计长度147m。

3、查清小窑补给水源和越界开采情况，由当地政府安排，启动邻近所有小煤窑排水设施，实施强力排水，减少小窑向超化矿涌水量。同时，从小窑井下寻找可能的营救遇险人员的最短路径（后经救护队员下井侦察因条件不具备而放弃〕。

4、采用快速钻进技术，从地面向巷道打钻孔，向遇险人员可能避灾的地点输送新鲜空气和食品，利用窥视仪探察灾区情况。

5、调用平煤集团MK--4大型钻机，从下副巷向上副巷打直径300mm的钻孔，进行超前探水，掩护下联巷掘进。利用钻孔向上副巷输送空气，与被困人员联系。

4月15日13时16分，抢险指挥部接到抢险现场报告，上副巷绕巷掘进过程中，现场人员听到上副巷被困人员敲打水管传递的信号，随后又听到喊话。指挥部果断命令，改变绕巷方向，加快掘进速度，以最短时间与上副巷贯通，营救被困人员。在井下建立2个急救站，地面设置14台救护车编号待命。16日6 时34分，绕巷与上副巷贯通。7时50分成功营救出12名被困人员。人员升井后立即送往集团公司总医院由专家和医护人员按照预案对伤员进行全面精心治理。

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在现场紧张抢险的同时，被困人员一直在有组织地积极实施自教，在副总工程师周某指挥下，12人及时躲避到位置较高的瓦斯排放巷，避开了大水的冲击；当巷道冒落、通风中断、排放巷瓦斯不断升高的情况下，他们撤离到上副巷，在排放巷口设置风障，防止瓦斯向上副巷涌入；12名盏矿灯集中使用，只保留一盏矿灯照明，他们获救时还有4盏矿灯尚未动用；2人一组值班巡查，其他人员休息待命，保存体力；采用敲打水管、喊话、往水中倾倒煤油等多种方式向救援人员传递信号。这些措施为最终获救创造了重要条件。事故现场示意图见图2-8-1。

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二1煤层是超化煤矿的主采煤层，煤层上下主要有5个含水层，即第四系砾石含水层；二叠系砂岩裂隙含水层；石炭系上段L7-8灰岩含水层；石炭系下段L1-3灰岩含水层；奥陶系灰岩含水层。其中L1-3灰岩和奥陶系灰岩是矿区的主要充水含水层，尤其是奥陶系灰岩厚度达70m，岩溶发育，含水丰富，上距二1煤层近百米，一般情况下不会对矿井安全构成威胁。但如果有深切割张性断层或类似的垂直通道，往往将其与其它含水层连通，从而造成大的突水灾害。

二1煤层与O2灰岩之间发育有3个主要隔水层，即底板泥岩隔水层；太原组砂泥岩隔水层；本溪组铝质泥岩隔水层。其总厚度在60m以上，层位稳定，隔水性能良好。

3、突水水源及导水通道分析

突水发生后，附近O2观测孔水位皆有不同程度的下降，因此判断突水水源是下部奥灰水。21下山巷道施工层位是二1煤层，该层下距O2灰岩80m以上，中间有多层隔水层，除非有大的垂向导水构造连通，O2灰岩水不会对21下山形成威胁，而巷道出水点附近在掘进过程中没有揭露大的构造，基本上可以排除构造导水的可能性。

有关矿井地质图件显示，距突水点不远处有一个正在使用的水井—2号水井，该水井揭露了O2灰岩，在O2灰岩顶界面以上下有套管，套管下端用牛皮止水，因止水段较短，所以O2灰岩水有可能通过2号水井套管壁外空隙涌入巷道，从而造成本次突水事故。经过分析认为2号水井是本次突水的导水通道。

裴沟矿32051（上炮）工作面

出水情况分析报告

一、工作面概况：

32051（上炮）工作面位于32采区东翼下部，西为32皮带下山，东邻32051（综）工作面采空区，北邻32031（综）综采工作面采空区，南邻32051（下炮）工作面采空区（局部位于其采空区内），工作面走向长219～239m，倾向长47～83m，工作面标高-276.5～-242.6m，工作面已回采142m，剩余可采长度88m。工作面原生煤厚在0.2m～12.9m之间，残余煤厚2.0m，平均煤厚6.0m。该工作面于2011年8月26日开始回采至2011年11月14日之前，下副巷只有少量顶板淋水和底板渗水。 二、工作面水文地质条件分析

工作面顶板充水含水层主要为二叠系砂岩裂隙含水层，裂隙发育不均，富水性弱，易疏干，对工作面正常生产基本无威胁。

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工作面底板充水含水层主要有石炭系L7-8、L5-6、L1-3薄层灰岩岩溶裂隙含水层和奥陶系中统马家沟组（O2）灰岩岩溶裂隙含水层。底板直接充水含水层为L7-8灰岩含水层，平均厚度10.02m。工作面内二1煤底距L7-8灰岩顶平均厚度8m，裂隙发育不均，富水性弱，经过多年的疏放，对矿井的安全生产已构不成威胁。底板间接充水含水层为L5-6、L1-3、O2灰岩含水层。L5-6灰岩厚度3m左右，裂隙不发育富水性弱，可作为二1煤层底板隔水岩柱的一部份。L1-3灰岩厚度10m左右，据杨河井田L1-3水位观测孔井2孔和O2水位观测孔11-补75水位观测资料显示，其水位值基本相等，因此可将L1-3灰岩作为O2灰岩含水层的原始导高带。O2含水层厚度80.47m，距O2灰岩顶80m左右，东厚西薄，工作面底板承受的O2水压在3.0～4.0Mpa之间。O2灰岩岩溶裂隙发育，含水丰富，连通性较好，q=0.00016～3.22L/sm，k=0.00026～6.37m /d，水质类型HCO3-Ca.Mg，该含水层与下伏寒武系灰岩为连续沉积。由于O2灰岩富水性强，动水量大，很难疏干，对工作面的安全生产最具威胁。 三、周边工作面回采出水情况简介

1、32051（上炮）周边回采了32031（综）、32051（下炮）和32051综采工作面，其中32031（综）工作面2008年4月开始回采，2011年3月回采结束，回采期间进行了底板注浆改造，终孔层位为L1-3灰岩，钻孔间距为30～50米，改造后工作面不受底板水害威胁，

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水量在3～5 m/h；32051（下炮）工作面2007年11月份开始回采，2008年4月份结束，回采前已在32051综采回采期间（2006年10月至2007年7月）进行了底板注浆加固，工

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作面回采期间，只有上副巷局部底板渗水，水量4 m/h左右；32051（综）工作面回采期间底板水害威胁严重。

2、32051综采工作面出水情况简介

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32051综采工作面2004年4月22日开始回采，前7个月生产期间,工作面总水量150m/h，

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主要以顶板水为主(100m/h)，另有下顺槽掘进期间底板水50m/h；2004年11月12日，工

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作面推进326m,采切巷下切口往上2～5m处底板出水，水量70～90m/h，工作面总水量增大

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到290m/h；2004年12月31日,工作面推进385m，下切口往上15～23m范围内出水,工作面

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总水量增大到600m/h，采取适当的防治水措施后工作面水量逐渐减小到350m/h； 2005年6月6日,工作面推进588m，采切巷内底板出水,且出水点位置上移,最高到下切口往上118～125m,最后出水主要集中在112～123m处,另外下部出水点也较多，工作面总水量再次增大到

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600m/h； 2005年8月4日，工作面推进660m, 下切口往上8m、27m、 33～36m处底板出

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水,且出水点位置不固定，采切巷内当班水量增大到150～200m/h，加上采空区侧涌水量，

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两天后工作面总水量由693m/h增大并最后稳定在1500m/h。

32051综采工作面突水后，通过及时监测水量及O2水位观测孔水位的变化，并提取了5个水样进行化验，与矿井历年来提取的标准L7-8灰岩水、O2灰岩水水质特征进行比对，并综合分析工作面水文地质条件后判定：32051工作面底板出水水源以O2灰岩水为主，L7-8灰岩水为辅，出水通道为底板构造裂隙、采动裂隙及小断层。突水原因为随着矿井开采向深部延伸，矿山压力及底板水压逐渐增大，在矿山压力和采动影响下，底板形成的 “下三带”裂隙向下延伸，同时具有较大水压力的底板O2灰岩承压水沿断层面及裂隙面向上的应力作用导致断层带及裂隙带充填物被破坏形成薄弱带，底板承压水由薄弱带突出，在断层带及底板裂隙带充填物不断被冲刷的情况下导水通道逐渐畅通，水量也随之逐渐增加。

根据32051工作面底板出水水源以O2为主，涌水量大，短期内无法疏干的特点，采取了“疏、堵、防”结合的综合治理措施。工作面水量由1500m3/h减小到700m3/h，达到了预期效果。通过对剩余段进行全面注浆改造后工作面于2008年4月28日安全回采结束。 四、回采前采取的防治水措施

1、由于该工作面底板已在32051综采回采期间（2006年10月至2007年7月）进行

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了底板注浆加固，共施工42个钻孔（其中施工检查孔7个），单孔最大涌水量80m/h，水压

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3.5MPa。合计钻探进尺5150米，共注水泥3874.5吨，黄土2979方。

2、回采前进行了直流电法物探，物探结果无低阻异常区（阻值在100～200范围内）。

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3、由于原底板注浆加固钻孔，个别水量大于20m/h。按照集团公司要求，我矿制定了《32051（上炮）工作面底板打钻验证设计及安全技术措施》，并报集团公司批复，按批复要求设计验证钻孔3个，实际按设计施工钻孔3个，验证终孔层位进入L1-3灰岩底，单孔涌

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水量2～18m/h，水压2～2.5MPa，共注水泥218吨，黄土228方。 五、工作面出水经过

2011年11月14日8点班该工作面切巷推进至上副巷上7测点东18.3m下副巷下5测

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点东35m处时切巷50架舍帮出水，水量从3m/h逐渐增大，水色浑浊，出水点位置不稳定。造成下副巷、流水巷及-300大巷局部淤积严重。工作面被迫停产。11月16日8点班水量增

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大至986m/h，出水点位置转移至下尾巷附近，水色逐渐变清，水量趋于稳定。 六、出水后采取的措施

1、疏水

为减轻下副巷及流水巷的排水能力，经集团公司防治水技术部和矿共同研究决定，首先是利用-300轨道巷向32051（上炮）工作面下副巷打疏水钻孔，其次向出水点附近做疏水巷。2011年12月4日-300疏水巷与出水通道导通，将32051（上炮）下副巷涌水导入-300轨道巷，并由-300轨道巷排出，解决了下副巷的排水压力。

2、堵水

2011年11月23日开始裴沟矿根据集团公司防治水部批复，在-300轨道巷向出水点附近打钻注浆，采用“堵源截流”和帷幕注浆相结合的方式封堵32051（上炮）工作面出水点。共设计钻孔48个，已施工结束37个，累计打钻进尺4119米，注水泥10498.5吨，黄土1171

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方，截止目前出水点水量已减少700 m/h左右，目前剩余水量300m/h左右。该项工作目前正在进行中。

七、出水原因分析

1、水源分析

（1）在出水点取水样进行水质化验分析，结果与O2灰岩水特征相近。

（2）通过对O2灰岩水位观测孔进行观测，出水前，水位受季节雨水影响呈上升趋势，出水后，有明显下降趋势。

（3）涌水量较大，长时间不衰减，且较稳定。

通过上述分析，结合裴沟矿二1煤以下各含水层特征，此次突水水源以O2灰岩水为主。 2、出水通道分析

出水点附近未见明显构造发育，该区域水文地质条件复杂，预计出水通道为底板构造裂隙、采动裂隙及局部煤层底板以下存在隐伏构造。

3、由于焦作九里山煤与瓦斯突出事故和义煤千秋矿冲击地压事故，全省矿井停产，工作面恢复生产推进速度慢，导致底板扰动加深，有效隔水层厚度变薄。

4、该出水点位置处于32051（下炮）工作面采空区内，刚好是应力叠加区，也导致底板扰动加深。

5、注浆加固不到位：工作面虽然在32051综采回采期间（2006年10月至2007年7月）进行了底板注浆加固，但钻孔终孔间距过大（40～50米），在涌水量较大的钻孔附近没有施

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工验证孔或验证孔水量仍大于20m/h，没有继续验证。导致注浆加固存在空白区域，使该区域底板加固效果不佳，大的裂隙没有得到有效加固。

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6、验证钻孔覆盖范围小：工作面回采前只对钻孔水量在60～80 m/h的区域施工了3

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个验证孔，出水点附近钻孔水量在40 m/h左右，没有进行打钻验证。 八、防范措施

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1、工作面回采前要采取多种手段，认真分析查明底板含水层富水状况和隐伏构造，采取切实可行的措施避免底板突水。

2、对现有的底板注浆加固地点严格按照《郑煤集团公司矿井防治水管理手册》的有关规定重新排查，对存在的问题及时采取措施处理，钻孔终孔间距控制在30米以内，验证孔

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水量大于20m/h的，要在两侧继续布置检查孔，直至水量小于10m/h；

3、要加强底板注浆过程跟踪监控，专人负责，对注浆加固施工中存在的问题要及时分析采取措施。

4、要采用物探、钻探、注浆量等方法，来验证注浆加固效果，保证底板注浆加固质量。

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