《安全技术》之平顶山十三矿突水特征与原因分析 VIP免费

平顶山十三矿突水特征与原因分析矿井突水是威胁煤矿安全生产的重要灾害之一。对突水机理及突水危险性评价和预测是解决突问题的关键技术基础，构造裂隙是造成煤层底板突水的主要因素。平顶山十三矿是1座设计能力180万t/a的大型矿井，矿井水文地质条件复杂，在生产过程中出现了2次较大的突水事故。井田煤系地层属于石炭二叠纪，二叠系已煤组的二1煤（或已16-17煤层）为该矿井的主采厚煤层。煤田分布在汝河和沙河之间的分水岭地带，构造形态为一地垒型的复向斜构造，四周受接近东西向两组张性断裂的控制，形成一多边形的地垒型断块，由于煤田相对抬起，切断了与周围区域含水层的直接水力联系，阻隔了区域基岩地下水向井田的侧向补给，使本井田成为一相对独立的水文地质单元。1采面概况及突水过程特征平顶山十三矿目前开采已组煤层，发生的2次突水事件分布在已一和已二的2个采区。第一次突水发生在已15-17－120xx采面，该采面位于一水平已二采区东翼第一区段，东至侯村保护煤柱线，西到上山保安煤柱，北至防水煤柱，南部尚未布置采面。采面走向长1285m，倾斜宽130m，采面煤层倾角平均为26°，煤层厚平均为5.28m。采煤方法为走向长壁，沿煤层顶板放顶煤一次采全高，工字钢金属支架支护（图1）。第二次突水发生在已15-17－11090采面，该采面位于一水平已一采区东翼第五区段，东邻襄郏背斜轴部，西至上山和东风井保安煤柱线，南北均未布置采面。回采走向长1090m，倾斜宽128m，采面煤层倾角平均为20°，煤层厚平均为5.4m。巷道掘进沿煤层走向和顶板施工，工字钢金属支架支护。采面里段采煤方法为分层综采，采高2.2m左右，全部陷落法管理顶板（图2）。图1120xx工作面平面示意图图211090工作面平面示意图1999年12月27日12:20，120xx采面切眼里帮下机头以上7～11m范围内底板突水，标高-236.4m，最大突水量240m3/h，12h后衰减为227m3/h。28日15:30测得二灰水位开始以0.15m/d的速度下降，突水过程呈现出水量相对稳定的非稳定流状态。29日0:00后相对稳定，15d后水量稳定在150m3/h。20xx年11月15日15:00，11090采面采空区侧底板有水涌出，水量为5～6m3/h；18:00水量增大到150m3/h，同时听到采面有响声，并伴有煤尘飞扬，14#架后底板鼓起0.4m，水伴着大量煤沿运输机和支架间人行道奔涌而下，最大突水量达435m3/h，采面下出口封顶后的平均出水量为300m3/h，采面突水点标高由-496.6m上升至-457.4m。由于突水最较大，致使机巷最高点（-457.4m）以里共淹没巷道508m，最高点以外自流850m。30d后，水量稳定在168m3/h，水温在38℃左右。总之，2次突水具有突发性、矿压显现明显、水量大且稳定、水温高等特征。2突水原因分析2.1水文地质条件已15-17－120xx采面煤层直接底板为黑色的砂泥岩互层，厚2.14m。老底为细砂岩，厚7.71m。采面区段岩层平均倾角为28°，掘进过程中揭露断层28条，走向大致为NE，最大落差10m（图3）。11090采面直接底为砂质泥岩，厚1.8～3.25m；老底为细砂岩，厚6.9m。采面在掘进期间共揭露大小断层17条，影响走向长398m，断层组的2条主要断层间距23m，对采面影响较大（图4）。两采面下部为晚石炭世上古生界石炭系太原群上部灰岩段1～7层和寒武系（表1）。表1煤层与底板地层情况表古生界二叠系已煤段已15-17煤厚10.6m裂缝承压水砂泥岩厚8.1m石炭系上部灰岩段一灰岩厚10m岩溶水二灰岩厚8.0m三灰岩厚7.8m砂泥岩段砂泥岩厚16.6m下部灰岩段四灰岩厚7m五至七灰岩厚7.4m铝土岩厚8.2m寒武系灰色白云质灰岩图3120xx采面水文地质单元示意图图411090采面水文地质单元示意图已15-17－120xx采面处于正断层F2（∠63°，H＝47m）、F6（∠77°,H=52m）之间，风巷上部有正断层F3（∠65°，H=11m）、F4（∠58°，H=18m）（图3）。11090采面南北方向以襄郏一号正断层和灵武山向斜为骨干构成边界。东西方向以11090逆断层带和沟李封断层为边界。沟李封断层和襄郏一号正断层交汇处应力集中，裂隙也相对发育，和富水带共同构成了突水的富水区和迳流带（图4）。两采面均为相对独立的水文地质单元，静储量丰富，富含承压水。2.2充水水源分析石炭系一灰岩是泥灰岩，二灰岩是两采面突水的直接富含水层；三灰岩的富水...