【導(dǎo)讀】取得良好的效益，研究的方法主要是實(shí)地觀察，測(cè)量和參考文獻(xiàn)。取得較詳細(xì)的地質(zhì)

　　

【正文】 途徑較短，排泄主要是人工開(kāi)采。 礦井開(kāi)采水文地質(zhì)特征 礦井涌水特征 雙柳煤礦從 1998 年成立以來(lái)，沒(méi)有發(fā)生大的突水事故。從 2020 年至 2020 年，礦井一直開(kāi)采山西組 4 號(hào)煤層，生產(chǎn)能力由 150 萬(wàn)噸增至 300 萬(wàn)噸。礦井涌水主要以頂板淋水為主，根河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 據(jù) 2020 年元月～ 2020 年 7 月的礦井涌水量臺(tái)帳，工作面水量較小，基本在 20m3/h以下，出水點(diǎn)集中在運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷、工作面及采空區(qū)，涌水量范圍在 30~70m3/h 之間。 圖 3－ 1 雙柳煤礦 ～ 月礦井 涌水量變化 從上圖 31 中 22 個(gè)月的礦井涌水量變化中可以看出雙柳煤礦礦井涌水量有幾個(gè)特點(diǎn)：首先最小涌水量 25m3/h，最大 58 m3/h，整個(gè)礦井涌水量小，變化幅度不大，平均 40 m3/h。其次，涌水量最大在 8 三個(gè)月，正好處于雨季，其它月份逐漸減小。反映出上組煤充水含水層受大氣降水補(bǔ)給影響教明顯，有較好的補(bǔ)給條件。礦井涌水量比較平穩(wěn)，反映出除受季節(jié)性降水影響外，沒(méi)有其它水源參與。 2020 年緊鄰二采水倉(cāng)施工一平巷時(shí)，穿過(guò)一條直 徑約 50m 的陷落柱，柱體內(nèi)無(wú)水，進(jìn)入柱體邊緣裂隙帶后，迎頭水量起初達(dá)到 30m3/h，隨后衰減，持續(xù)穩(wěn)定在 10m3/h 左右。 主要充水水源及其特征 一 .奧套系灰?guī)r巖溶含水層組 雙柳井田奧灰含水層組主要指峰峰組和上馬家溝組，峰峰組灰?guī)r溶隙發(fā)育較差且不均勻，因此富水性差，上馬家溝組富水性強(qiáng)，水量、水壓均很大，上、下組煤層底板都承受 1～ 5MPa 水壓。所以，奧灰?guī)r溶水是礦井最主要的充水含水層組之一。 二 .太原組灰?guī)r巖溶含水層組 石炭系太原組灰?guī)r為本區(qū)主要含水層之一，普遍發(fā)育 L5～ L1五層灰 巖，中間沉積了砂巖及砂質(zhì)泥巖夾層。在井田東北部露頭區(qū)接受大氣降水的補(bǔ)給，部分區(qū)域存在其它含水層的垂向補(bǔ)給。整個(gè)含水層溶隙發(fā)育不均勻，從鉆孔資料看，某些鉆孔揭露該層段溶隙發(fā)育較好，而有些鉆孔則溶隙發(fā)育差甚至不發(fā)育。由于太灰的露頭區(qū)面積較小，補(bǔ)給較差，所以整個(gè)含水層的富水性弱。含水層平均厚度 ；其灰?guī)r段平均厚度為 ， L1灰?guī)r為 8號(hào)煤的直接頂板，距離奧陶系灰?guī)r水河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 70～ 80m。太灰含水層是 上組 煤底板直接充水水源，同時(shí)又是 下組煤 煤頂板充水水源。因此對(duì)其水文地質(zhì)特征和突水的可能必須引起足夠的重視。 三 .頂板砂巖裂隙水 上組煤開(kāi)采頂板淋（充）水水源為山西組、石盒子組砂巖裂隙水。砂巖裂隙含水層屬于巨厚型，其巖性是泥巖和砂巖交替沉積，含水性弱，但由于裂隙發(fā)育的影響，在局部地段存在富水區(qū)，同時(shí)受煤層開(kāi)采的影響，冒落裂隙帶發(fā)育，所以在一定條件下，上覆砂巖裂隙水可成為影響生產(chǎn)的頂板水害突水水源，由于頂板砂巖裂隙含水層補(bǔ)給條件差，一般在溝谷中接受大氣降水補(bǔ)給為主，含水層富水性受季節(jié)影響較明顯。但是由于補(bǔ)給量小，含水層以消耗靜儲(chǔ)量為主，充水在初采、初期老頂初次跨落，以淋水方式進(jìn)入采面，所以涌水量一般較小，大約在 5～ 10m3/h 左右。 四 .地表水、老空水、斷層水 地表水 有兩種途徑可以進(jìn)入礦坑，第一種是通過(guò)封閉不良鉆孔。鉆孔可能溝通多個(gè)含水層，一旦突水，水量大而穩(wěn)定，對(duì)礦坑產(chǎn)生極大的危害，第二種是由于采動(dòng)的影響使得頂板冒落裂隙帶高度達(dá)到勾通上部地表水，成為礦坑底板的突水水源。 斷層的水文地質(zhì)特征差別較大，在礦井采掘活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)各主要斷層在不同程度伴生次級(jí)小斷層的存在，各種斷層的存在不僅為礦井各種充水水源提供了相互的導(dǎo)通通道，其本身也可能成為礦井的充水水源之一。雙流煤礦在采掘過(guò)程中揭露 20 余條大小不一的斷層，均不含水也不導(dǎo)水。 在下一步的采掘工作中，不能排除有導(dǎo)水?dāng)鄬拥拇嬖冢孕杓訌?qiáng)對(duì)斷層導(dǎo)水性的探查。 雙柳煤礦的采空區(qū)積水分布較明確，只需正常探放、舒排，除了增加排水負(fù)擔(dān)外，不會(huì)對(duì)礦井安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。 礦井充水途徑 根據(jù)充水水源與水文地質(zhì)條件分析充水途徑，礦井充水途徑主要有四種： 采動(dòng)裂隙導(dǎo)水 ：雙柳煤礦開(kāi)采采用綜采一次采全高，全部陷落法管理頂板，這種方法對(duì)頂板破壞較大，其采動(dòng)裂隙發(fā)育高度向上延伸；同樣采動(dòng)底板破壞裂隙向下的發(fā)育厚度變大，同時(shí)煤層下的隔水層具有一定的原始導(dǎo)升和遞進(jìn)導(dǎo)升高度，這樣煤層底板有效隔水層的厚 度變薄，在高壓水開(kāi)采條件下，底板有可能被高壓水突破，造成水害危險(xiǎn)。采動(dòng)裂隙和由此引起的巖層破壞溝通煤層頂?shù)装宥鄠€(gè)含水層，使得頂?shù)装迳皫r水和底板太灰水進(jìn)入礦坑。 導(dǎo)水?dāng)鄬蛹跋萋渲?：斷層錯(cuò)動(dòng)切割隔水層，減小有效隔水層厚度，增加下覆含水層突水的可能，特別是底板高壓灰?guī)r水的突水；或者由于斷層錯(cuò)動(dòng)，引起煤層與含水層對(duì)接，含水層水直接涌入礦坑。雙流煤礦在采掘過(guò)程中揭露 20 余條大小不一的斷層，均不含水也不導(dǎo)水，井田南部邊界的聚財(cái)塔斷層水文地質(zhì)特征沒(méi)有完全掌握，在今后的工作中應(yīng)重點(diǎn)研究。 在礦井生產(chǎn)中揭露陷落柱 10 多個(gè)，其 中穿過(guò) X1 X15 時(shí)發(fā)生出水，雖然目前水量不大，但不能排除滯后突水的可能性。陷落柱在由于陷落柱本身為比較強(qiáng)的富水體且能夠勾通上下含水層組，因此在日常水文地質(zhì)工作中，加強(qiáng)對(duì)陷落柱的探察和預(yù)防，避免災(zāi)難性突水事故的發(fā)生。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 實(shí)踐證明，在斷層破壞帶及其附近部位多發(fā)生煤層底板突水。根據(jù)焦作、淄博、峰峰、井陘等礦區(qū)的突水資料，底板突水絕大部分與構(gòu)造斷層有關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由煤層斷層引起的底板突水次數(shù)占總突水次數(shù)的 50%以上，焦作礦區(qū)為 58%，峰峰礦區(qū)為 70%以上，淄博礦區(qū)為 73%，井陘礦區(qū)超過(guò) 95%。斷層引起的突水大部分是 由中小型斷層引起的，如井陘礦區(qū)的中型斷層突水占全礦區(qū)斷層突水總數(shù)的 15%，小型占 %。對(duì)于大型斷層，一般較易勘探，預(yù)先采取必要的防治方法，從而減少了突水事故的發(fā)生。斷層的突水類(lèi)型基本與裂隙相似，其特征見(jiàn)表 31。 封閉不良鉆孔導(dǎo)水 ：除了垂向?qū)畼?gòu)造，封閉不良的鉆孔也可能會(huì)成為巷道充水的水力通道。這些鉆孔由于施工時(shí)間較早，資料留存很少，封孔情況不明，定位困難。所以在今后的開(kāi)采過(guò)程中要特別注意不良鉆孔的導(dǎo)水危險(xiǎn)性。 表 31 斷層引起煤層底板突水 序號(hào) 斷層與煤層關(guān)系 突 水 特 征 1 斷層已切割了 開(kāi)采煤層 開(kāi)掘工程一旦揭穿或穿過(guò)斷層帶，立即引起底板或巷道突水。突 水往往為突發(fā)性，且水量增加較快 2 斷層基本達(dá)到開(kāi)采煤層充分接近開(kāi)采煤層 巷道掘進(jìn)初期，可能不產(chǎn)生突然涌水。過(guò)一定時(shí)間后，由于巖體力學(xué)平衡條件的改變，會(huì)引起突水?；夭晒ぷ髅嬖诘V壓、水壓作用下，易形成滯后式突水，水量呈跳躍式上升 3 斷層使含水層與煤層對(duì)接 巷道一旦穿過(guò)斷層帶，立即突水?；夭蓵r(shí)由于預(yù)留煤柱過(guò)小，采 后底板破裂，引起突水。突水多為滯后式，水量呈遞增特征 4 斷層頂距開(kāi)采煤層或巷道有一定距離 巷道掘進(jìn)一般不會(huì)引起底板突水。但在回 采過(guò)程中，在礦壓、水壓的共同作用下引起底板巖體破裂，造成底板突水；突水為滯后式，水量一般較小 礦井目前存在的水文地質(zhì)問(wèn)題 根據(jù)前面水文地質(zhì)條件和突水的分析，雙柳煤礦在開(kāi)采中存在以下問(wèn)題： ⑴ 地下水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)網(wǎng)不完善，目前整個(gè)礦井有地面長(zhǎng)觀孔四個(gè)（ MS MS MS MS7），其中太灰觀測(cè)孔兩個(gè)（ MS MS7），奧灰觀測(cè)孔兩個(gè)（ MS MS4）。對(duì)于建立一個(gè)含水層的觀測(cè)網(wǎng)來(lái)說(shuō)數(shù)量略顯少，難以從宏觀上對(duì)采區(qū)地下水的補(bǔ)、徑、排條件進(jìn)行詳細(xì)準(zhǔn)確的分析，這是防治水工作中存在的主要問(wèn)題。 ⑵ 隨著 煤層開(kāi)采向深部延伸， 石炭系太原組灰?guī)r含水層的開(kāi)采水文地質(zhì)意義越來(lái)越突出，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)太灰水的探查顯得更加重要。 ⑶ 上組煤底板隔水層厚度較小，一般 20～ 30m。除去采動(dòng)破壞帶和太灰水的導(dǎo)升高度，有效隔水層很薄。所以應(yīng)加強(qiáng)對(duì)太灰富水性探查，利用鉆探、物探手段勘察，進(jìn)行太灰的富水性分區(qū)，對(duì)富水區(qū)進(jìn)行超前探放。 ⑷ 應(yīng)加強(qiáng)對(duì)奧陶系灰?guī)r水的重視程度，奧陶系灰?guī)r含水層厚度大于 400m，水位標(biāo)高 +798m，河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 富水性好，水壓大，特別是下組煤部分區(qū)域受到奧套系灰?guī)r水的影響，帶壓開(kāi)采問(wèn)題突出。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)煤層底板隔水層、及帶壓開(kāi) 采配套措施研究。 ⑸ 采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造控制問(wèn)題。雙柳煤礦井下揭露斷層 20 余條，揭露陷落柱 14 個(gè)。這些構(gòu)造均有可能成為潛在的導(dǎo)水通道，隨著井巷工程的推進(jìn)，潛在導(dǎo)水通道存在進(jìn)一步活化的可能，而這些斷層和陷落柱極有可能成為礦井突水的重要通道，因此對(duì)其加強(qiáng)采前探測(cè)是礦井防治水的一項(xiàng)重要任務(wù)。 ⑹ 井下出水點(diǎn)的水量、水溫觀測(cè)及水化學(xué)測(cè)試等日常水文地質(zhì)工作應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)，配套的硬件設(shè)施不夠完善。 煤層受水害威脅程度評(píng)價(jià) 煤礦底板突水是煤礦生產(chǎn)的重大災(zāi)害之一， 80 年代以后，隨著開(kāi)采深度的延伸，底板突水日趨嚴(yán)重。特別是華北 煤田， 60%以上的煤炭?jī)?chǔ)量受其威脅而不能正常開(kāi)采，盡管多年來(lái)礦業(yè)工作者一直致力于這方面的研究工作，但由于我國(guó)煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，開(kāi)采方式各異，再加上生產(chǎn)技術(shù)、探測(cè)技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)水平的限制，導(dǎo)致礦井突水事故時(shí)有發(fā)生。 雙柳煤礦開(kāi)采上組煤和下組煤的主要充水水源為石炭系太原組灰?guī)r水、奧陶系巖溶水。而溝通這兩個(gè)含水層的導(dǎo)水通道主要有以下幾個(gè)方面： A：頂板冒落裂隙帶； ； ； 。 底板破壞深度分析 一、底板破壞深度計(jì)算 底板采動(dòng)破壞深度和四個(gè)因素有關(guān)：工作面長(zhǎng)度、開(kāi)采深度 、煤層傾角、底板巖體堅(jiān)固性系數(shù)。 由于資料不足，采用理論公式計(jì)算： 計(jì)算公式 1： )*4/(*** 222 CRLHh ?? 式中： h: 底板破裂帶深度（ m） ? : 底板巖體平均密度 ?。?H: 采深；取各鉆孔平均值 430m L－工作面斜長(zhǎng) 。 取 200m. Rc－巖體單軸抗壓強(qiáng)度 。 取 . 計(jì)算結(jié)果為： h＝ 冒落裂隙帶發(fā)育高度 上組 煤開(kāi)采時(shí)頂板水為砂巖裂隙水，采掘時(shí)冒落裂隙帶溝通含水層，造成頂板淋水、巷 道積水。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 對(duì)于 下組煤 煤的開(kāi)采，頂板充水水源為太原組灰?guī)r，由于采掘活動(dòng)產(chǎn)生的冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶一旦導(dǎo)通太灰含水層，將導(dǎo)致太灰承壓水涌入巷道，對(duì)生產(chǎn)造成一定的影響，甚至釀成大的災(zāi)難。 冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶的計(jì)算按照如下方法進(jìn)行計(jì)算： 冒落裂隙帶計(jì)算： 根據(jù) 《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》 、《 建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱與壓煤開(kāi)采規(guī)程 》 規(guī)定 以及其它礦區(qū)實(shí)測(cè) ，依照頂板巖石的強(qiáng)度特征，選用如下公式計(jì)算 導(dǎo)水裂隙 帶最大高度 和冒落帶高度 ： 100 ??? n MHf 公式 31《礦井 水文地質(zhì)規(guī)程》 上組煤 1 00 ??? n MHf 公式 32《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》 下組煤 100 ??? ?? M MH f 公式 33《三下規(guī)程》下組煤 1 00 ??? ?? M MH f 公式 34《三下規(guī)程》上組煤 1 00 ??? ?? M MHm 公式 35《三下規(guī)程》下組煤 1 00 ??? ?? M MHm 公式 36《三下規(guī)程》上組煤 Hc = (3～ 4)M 公式 37《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》 上組煤 Hc = (4～ 5)M 公式 38《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》 下組煤 式中： Hf：導(dǎo)水裂隙帶最大高度（ m） Hm：冒落帶高度（ m） Hc： 冒落帶高度（ m） M： 累計(jì)采厚（ m） n： 煤層開(kāi)采分層層數(shù)（ n=1） 冒落帶計(jì)算表 表 32 礦井水文地質(zhì)規(guī)程 三下規(guī)程 上組煤 15 下組煤 16 下組煤（ 9）合并區(qū) 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 備注 公式選用 31～ 38；上組煤層平均厚度 ；下組煤?jiǎn)螌悠骄穸?；下組煤合并區(qū)平均厚度 。 冒落裂隙帶計(jì)算表 表 33 礦井水文地質(zhì)規(guī)程 三下規(guī)程 其它礦區(qū)實(shí)測(cè) H=*M+12 上組煤 下組煤 下組煤（ 9）合并區(qū) 備注 公式選用 31～ 38；上組煤層平均厚度 ；下組煤?jiǎn)螌悠骄穸?；下組煤合并區(qū)平均厚度 。 上表 32～ 3 計(jì)算了上下組煤開(kāi)采后的冒落裂隙帶，上組煤冒落裂隙帶發(fā)育高度平均 54m，延伸到下石盒子組砂巖中。下組煤東部冒落裂隙帶發(fā)育高度平均 77m，延伸到下組煤頂板，冒落帶將延伸到 L4灰?guī)r。下組煤西部 9煤合并區(qū)冒落裂隙帶發(fā)育高度平均 116（除去礦井水文地質(zhì)