矿井突水预兆与充水条件分析

矿井突水预兆与充水条件分析第1页，共20页，2023年，2月20日，星期二矿井突水预兆与充水条件分析第一节矿井突水预兆分析一般突水事故可归纳为两种情况，一是突水量小于矿井最大排水能力，地下水形成稳定的降落漏斗，迫使矿井长期大量排水；另一种是突水量超过矿井的最大排水能力，造成整个矿井或局部采区淹没。在各类突水事故发生之前，均可能表现出多种突水预兆。

（一）一般预兆（1）煤层变潮湿、松软；煤帮出现滴水、淋水现象，且淋水可由小变大；有时煤帮出现铁锈色水迹；（2）工作面气温降低，或出现雾气及硫化氢气味；（3）有时可闻到水的“嘶嘶”声；（4）矿压增大，发生片帮冒顶及底臌。第2页，共20页，2023年，2月20日，星期二（二）工作面底板灰岩含水层突水预兆（1）工作面压力增大，底板臌起，底臌量可达500mm以上；（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，并有“嘶嘶”或刺耳水声；（5）底板发生“底爆”，伴有巨响，水大量涌出，水色乳白或呈黄色。第3页，共20页，2023年，2月20日，星期二（三）冲积层水的突水预兆（1）突水部位发潮、滴水，滴水逐渐增大，仔细观察可发现水中有少量细砂；（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）顶板发生涌水、涌砂，这种现象可能影响到地表，致使地表出现塌陷坑。

第4页，共20页，2023年，2月20日，星期二矿井突水易发生的地段1、断层交叉或汇合处。2、断层尖灭或消失端一带3、褶曲轴部裂隙密集带或小断裂密集带4、背斜倾伏端一带5、两条大断层相互对扭地带，即张扭性破碎带，导致小构造密集。6、与导水或富水大断裂成人字形连接的小断裂带。7、复合部位小断层与次级小褶曲轴在地层倾向急转折带上的复合部位，或小褶曲轴与地层倾向转折带的复合部位或平缓小轴曲翼部。8、压性断裂下盘、张性断裂上盘因富水性强，井巷通过或接近时往往发生突水。9、新构造活动强烈的断裂带。10、不同力学性质的断裂组成的断裂带，富水性最强，易于发生突水。第5页，共20页，2023年，2月20日，星期二第二节矿井充水水源分析矿床充水水源分为自然条件和人为条件两大类。一、自然充水水源1.大气降水大气降水是地下水的主要补给来源，所有矿床充水都直接或间接的与大气降水有关。2.地表水水源在有大型地表水体分布（海、湖、大河流、水库、水池）的矿床地区，查清天然条件下和矿床开采后的地表水对矿床开采的影响，是矿区水文地质勘探和矿井水文地质工作的重要大事，是评价矿床开采价值的重要内容。第6页，共20页，2023年，2月20日，星期二3.围岩地下水水源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：砂砾石孔隙充水矿床，坚硬岩层裂隙充水矿床，岩溶充水矿床。②根据矿床与充水岩层接触关系不同可分为：直接充水矿床，间接充水矿床。③根据矿床与充水岩层相对位置不同可分为：顶板水充水矿床，底板水充水矿床，周边水充水矿床。

第7页，共20页，2023年，2月20日，星期二二、人为充水水源老窑水：是古代和近期的采空区及废弃巷道，长期停止排水而积存的地下水；老窑水一般分布在老矿山的浅部，它具有下列充水特点：1老窖水以静储量为主，静储量与采空区分布范围有关；2老窑积水一旦巷道揭露或巷道与老窑之间的煤岩柱强度小于它的静水压力时，积水倾出，瞬时涌水量大，来势凶猛，具有很大的破坏性，可造成严重事故；第8页，共20页，2023年，2月20日，星期二

3老窑积水与其它水源无联系时，短期突出易于疏干；老窑一般位于浅部，若与地表水有水力联系，则造成稳定的充水水源危害较大；

4老窑一般深度部大，但查清位置较困难，准确位置无法查清，又无人敢下去查；

5老窑积水长期处于停滞，水循环条件差，水中含有大量H2S气体，硫化氢气体危害性大。

一般酸性大，腐蚀性强，别是高速运转中的水泵叶轮，由于水的冲击和摩擦，腐蚀损坏得更快。第9页，共20页，2023年，2月20日，星期二第三节矿井充水通道分析一、充水天然通道矿床充水天然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喀斯特空洞,在上覆岩层和矿床的重力作用下,空洞溃塌并被上覆岩层下陷填实，被下陷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。第10页，共20页，2023年，2月20日，星期二2.线状断裂(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床开采时人为采矿活动方式与强度。3.窄条状隐伏露头通道在我国大部分煤矿,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溶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.第11页，共20页，2023年，2月20日，星期二4.面状裂隙网络(局部面状隔水层变薄区)

根据含煤岩系和矿床水文地质沉积环境分析,在华北煤田的北部一带,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。第12页，共20页，2023年，2月20日，星期二二、人为充水通道矿坑充水人为通道包括顶板冒落裂隙带、地面岩溶疏干塌陷带和封孔质量不佳钻孔等。1.顶板冒落裂隙带采空区冒落后，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，矿坑涌水量将有显著增加，当未能达到顶板充水岩层时，矿坑涌水无明显变化；②当顶板冒落裂隙带发育高度达到地表水体时，矿井涌水量将迅猛增加.第13页，共20页，2023年，2月20日，星期二2.地面岩溶疏干塌陷带随着我国岩溶充水矿床大规模抽放水试验和疏干实践，矿区及其周围地区的地表岩溶塌陷随处可见，地表水和大气降水通过塌陷坑充入矿井。有时随着塌陷面积的增大，大量砂砾石和泥砂与水一起涌入矿坑。第14页，共20页，2023年，2月20日，星期二第四节矿井充水强度分析一、矿床充水强度分析在自然界分布矿床中，单一充水水源和充水通道是少见的。从水文地质剖面可以看出，矿床（体）上部和下部往往分布多个充水含水层组。究竟哪个是充水岩层？哪个不是充水岩层？哪个是强充水岩层？哪个是弱充水岩层？回答这些问题的方法称为矿床充水强度分析。

第15页，共20页，2023年，2月20日，星期二根据矿山调查资料表明，矿床开采后矿井充水强度除取决于充水含水层的富水性、导水性、厚度和分布面积外，还取决于三个条件。即矿井充水的关键性条件第一：充水含水层出露和接受补给源的条件；第二：充水含水层侧向边界的导水与隔水条件；第三：矿床顶、底隔水岩层的隔水条件。

三条防线：1、第一防线充水含水层组出露和接受补给水源的条件：划分为五种情况：①矿区位于山前地带，煤系地层与煤系充水含水层大面积被第四系黏土、亚黏土层覆盖。此类矿井的特点：第16页，共20页，2023年，2月20日，星期二A、矿井疏干时地下水位随采掘工作面向深部移动、降低。B、矿井疏干涌水量较小，矿井开采初期涌水量稍大，后期变小。C、矿井水量相对稳定，季节变化不大。②矿区位于平原地区，煤系地层与煤系充水含水层大面积与第四系砂砾石含水层直接接触，矿床开采时由于第四系砂砾石含水层强烈充水，形成拟定水头强渗边界，矿井涌水较大。第17页，共20页，2023年，2月20日，星期二③矿床分布于湖底下，煤系地层与煤系充水含水层位于湖底下。④一般矿床，井田范围内无第四系松散覆盖沉积层和地表水体分布，煤系地层直接出露地表。⑤矿床分布于季节性河流下部，季节性河流成为矿床开采的季节性充水水源。2、第二防线充水含水层组侧向边界的导水与隔水条件3、第三防线矿层顶、底板岩层的隔水条件第18页，共20页，2023年，2月20日，星期二二、表示矿井充水程度的方法

矿井充水程度反映矿井水文地质条件的复杂情况。通常，生产矿井用含水系数来表示；基建矿井用涌水量大小来表示。1、用含水系数表示矿井充水程度

含水系数又称富水系数，是指矿井中排出的水量Q（米）与同一时期煤炭开采量P（吨）的比值，通常用KB表示——吨煤排水量；

涌水小的矿井：

KB<2；涌水中等的矿井：KB＝2～5；

涌水大的矿井：

KB=5～10；涌水最大的矿井：KB＞10；

第19页，共20页，2023年，2月20日，星期二2、用矿井涌