26081工作面突水原因分析及防治

摘　要:分析了葛店煤矿26081 工作面突水水源及突水原因,采取了合理的抢险治水措施并实施了矿井防治方案。
关键词:突水; 水源分析; 防治水
中图分类号:TD74 　　　　文献标识码:A

0 　概况河南神火煤电股份有限公司葛店煤矿是1975 年投产的矿井,设计生产能力21 万tPa ,现实际生产能力达90 万tPa ;立井单水平上下山开采,主采二叠系山西组二2 煤层,倾斜长臂式全部陷落法管理顶板,高档炮采。矿井正常涌水量450 m3Ph ,最大排水能力2 100 m3Ph。 26081 工作面位于矿井北冀26 采区中部,处于 F26 - 1 (落差10 m) ,F26 - 2 (落差8 m) 及边界F4 - 1 (落差 220 m) 三条正断层之间,开采标高- 345～ - 380 m , 对拉工作面开采,大面长150 m ,小面长55 m ,可采储量10 万t.

　　本次突水点位于26081 工作面中间机巷方向, 切眼西部探巷内10 m 煤层顶板处。突水点西部为 F4 - 1边界断层及其伴生断层,上部为已采26061 工作面,下部为26101 待采面。突水前,采面已推16 m , 采高218 m ,采空面积3 000 m2 ,大面大顶已落实,小面大顶尚未完全夸落。直接顶岩性以泥岩、砂质泥岩及薄层砂岩组成,无明显淋水征兆。根据矿井充水特征,本矿床为裂隙充水矿床,矿井水文地质类型为中等偏复杂型。正常情况下,受采掘破坏影响的含水层主要为砂岩裂隙含水层及太原群灰岩溶隙含水层。二2 煤顶板砂岩裂隙含水层对矿井开采不构成威胁。太原组灰岩含水层系由泥岩、砂岩和灰岩交互沉积形成的承压含水岩组。其中灰岩上段L10 ,L9 及下段L4 ,L2 分布稳定,岩溶裂隙发育,富水性中等,但不均一,单位涌水量01000 685～3169 LPs1m ,水位标高28193～31109 m ,水化学类型为SO4 —Na ,矿化度41096 gPL 。顶部第一层灰岩(K3 ) 上距煤层底面4115～68109 m ,其间由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩及砂岩组成,在无断层影响下,下部灰岩水一般不会引起矿井突水。但深部构造复杂、水压大,对矿井威胁较大。

1 　突水经过 2002 年3 月30 日13 :30 ,26081 采面推进16 m 时,小面机头大顶开始垮落,中间机巷探巷顶板突然涌水。初期水沿裂隙呈瀑布状喷出,并伴有刺耳的 “嘶嘶”水声; 至15 :00 左右,随着大顶的进一步垮落,水量明显增大,且水色混浊,有泥质物冲出,但无异味; 17 : 30 , 小面大顶完全垮落, 瞬间突水量达 364 m3Ph。30 min 后,小面机头被淹,其后涌水量略有减少,至31 日14 :00 ,因排水能力不足,26081 采面全部被淹。葛店煤矿从2002 年3 月30 日23 :00 开始排水, 2002 年4 月9 日10 :00 排水到底,4 月20 日采面改造后恢复生产,此时工作面涌水量为5 m3Ph。

2 　突水水源分析

(1) 井下长观孔水压变化情况。从2002 年3 月 31 日至4 月29 日,对Ts - 300 - 1 孔(突水点南500 m) 、观1 孔(突水点东300 m) 、放3 孔(突水点东南700 m) 三个太原群灰岩水水文孔进行了不间断观测,结果所有观测孔水压无变化,据此基本排除太原群灰岩水突水的可能。 (2) 边界水文地质条件分析。26081 工作面处于三条正断层之间,并且突水巷道已充分揭露F4 - 1 矿井西部边界断层,断层带宽约3 m ,岩性可见紫斑泥岩,但采前无涌水迹象。突水部位F4 - 1 断层落差约 220 m ,断层上盘中的K6 砂岩富水含水层位于二2 煤层上方40 m 左右。另外,其间为F4 - 2 与F4 - 1 断层交汇地段,围岩裂隙发育,稳定性差。因此,受采动影响,K6 砂岩含水层易通过断层带及采动隙裂与采场建立水力联系。其中K6 砂岩裂隙含水层据该矿双庙扩大区暗斜井揭露,为区内上部地层主要富水含水层, 下距二2 煤层260 m 左右, 厚度14117 ～ 2219 m ,岩性为灰白色中粗粒石英砂岩,具交错层理、泥砾,底部含石英细砾石,硅质胶结,单位涌水量 q = 01426 LPs·m ,渗透系数K = 2133 mPd ,水位标高 + 14172 m。层面及铅垂裂隙发育(6～11 条Pm) ,且开张性好。

(3) 突水水质化验。把本次水质化验结果分别和该矿太灰水、26081 工作面顶板水、26061 老空水及上部K6 砂岩水作了对比(见水质对比分析表1) 。经分析8 个水质指标中有6 个与K6 砂岩水质接近, 特别是其中的主要指标: K+ + Na + , SO2 - 4 , HCO- 3 , CL - ,PH 值等。而与其它水源水质差别较大。　　

(4) 突水特征。出水点部位在探巷巷道顶板处, F4 - 1断层破碎带内,突水点标高- 373 m ,瞬间突水量大,约364 m3Ph ,出水时水压大,水叫现象明显,无异味,初期水色混浊含泥质,突水量呈现出短期内从小极剧变大,略微稳定后,又很快变小的趋势。

3 　突水原因分析 26081 工作面煤层直接顶为泥岩,老顶为中等硬度的砂质泥岩或薄层砂岩,回采工艺为炮采一次采全高,切眼离F4 - 1断层面煤柱不足10 m。回采后, 顶板的完整性遭到破坏,导水裂隙带发展到断层带内,造成断层带内裂隙的变化,进而与K6 砂岩含水层建立联系,形成导水通道,造成本次突水事故。据邻近钻孔资料分析,K6 砂岩含水层与二2 煤层顶板间岩层以泥质类岩石为主,F4 - 1 及F4 - 2 断层带间岩性以泥岩及碎砾岩为主,正常情况下不导水, 不含水。本次突水后,水量削减很快,究其原因为: 一方面压力释放后,K6 砂岩及断层带内水头压力减小,另一方面断层带间泥质类岩层遇水泥化或膨胀, 造成导水裂隙的弥合。突水通道受堵后,涌水量很快减少。

 4 　矿井防治水措施根据本次突水原因,结合葛店煤矿的具体情况, 为彻底消除26081 工作面突水威胁,进行了以下治理工作: ①改造矿井排水系统,新增排水能力450 m3Ph ; ②根据涌水水源及突水通道的变化特点,采用强排疏干的方法进行治理,在26081 工作面下风巷安装了排水能力达到500 m3Ph 的排水设备; ③对 F4 - 1断层按要求留设足够的防水煤柱,重作改造机巷,以防二次采动影响突水。　

　采取上述措施后,该工作面现已全部回采结束, 取得了较好的治理效果,26081 工作面涌水量稳定在5 m3Ph 左右。

5 　结语本次突水由于对水源分析正确,抢险措施得当, 使得工作面在突水20 d 后即恢复了生产。通过本次事故,得出以下经验教训: ①对井田内各含水层都应有相应的水质资料, 并建立水质分析模型。②完善井下水文观测系统, 对不同含水层设立水文长观孔。③作好断层附近的边界水文地质条件分析工作,对断层带附近主要富水含水层的位置、采动影响情况等进行分析,合理留设防水煤柱,严禁随意开采。④在有突水危险的地区回采,应采取相应的防治水、防排水措施,确保足够的排水能力。