第7章礦井主要水害類型及其特征

1、第七章 礦井主要水害類型及其特征第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征第三節(jié) 老空水水害特征第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征復(fù)習思考題第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 礦井主要水害類型有：大氣降水及地表水水害；孔隙、裂隙、巖溶水水害（含水層水害）；老空水水害；斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害。各種類型的水害特征有所不同，其相應(yīng)的防治技術(shù)也不一樣。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 礦井水的主要來源是大氣降水和地表水的滲透補給，即使含水層向礦井充水，其最終補給也是大氣降水或地表水，未能接受大氣降水和地表水的含水層，一般容易疏干。因此，礦井防治水的一個最重要環(huán)節(jié)就

2、是防治大氣降水和地表水的滲透補給。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 一、 大氣降水水害特征 （1） 大氣降水一般是通過采空區(qū)塌陷、地表裂隙、溶洞、小窯、井筒等進入礦井。露天開采條件下，一部分大氣降水直接進入礦井，成為礦井水的組成部分；一部分大氣降水滲入地下，再通過露天邊坡或坑底進入礦井。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 （2） 在以大氣降水為主要充水水源的礦井，礦井涌水量與大氣降水的水量、性質(zhì)、延續(xù)時間有密切的關(guān)系，具有明顯的季節(jié)性變化，最大涌水量出現(xiàn)在雨季和融雪季節(jié)，暴雨后常常出現(xiàn)峰值流量。在豐水年間或雨季，礦井涌水量有大幅度的增加。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征在南方有些巖溶裸露地區(qū)的礦

3、井，由于淺部巖溶發(fā)育，開采煤層雖然位于地下水位以上，旱季無水，但雨季水位迅速上漲，水量很大，因而一些小煤窯便根據(jù)這個特點進行季節(jié)性開采。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 （3） 以大氣降水為主要充水水源的礦井，在開采淺部煤層時，礦井水量隨著走向開拓長度、開采面積的增加而增加。開拓深度增大后，當垮落裂縫帶的高度再不能達到地表后，開拓深度的增加，往往不會引起礦井涌水量的增加，反而會使之變小。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 例如：湖南湘永煤礦開采面積由0.257 km2增加到0.514 km2后，井下排水量由53 m3/h增加到102 m3/h，約增大了1倍。又如，湖南周家坳井開采+125 m水平

4、時， 礦井排水量達800 m3/h，而同一礦區(qū)的伍家沖井開采-180 m水平時，礦井涌水量僅為200 m3/h。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 （4） 以大氣降水為主要充水水源的礦床，其礦井涌水量受降水量的控制具有明顯的分區(qū)特點。降水量小的地區(qū)，如西北地區(qū)，其礦井涌水量也?。欢邓S沛的南方，礦井涌水量普遍較大一些。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 除了降水數(shù)量之外，降水的性質(zhì)也和礦井充水量關(guān)系比較密切，南方降水以降雨為主，則在暴雨之后易形成礦井的極大涌水量，年礦井涌水量歷時曲線上只有一個峰值區(qū)段。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 在北方， 除了降雨之外，還有降雪，一般礦井涌水量年變化曲線可

5、能有兩個峰值段，但峰值多較平緩，量也較小。 （5） 大氣降水水害一般發(fā)生在暴雨天氣，水勢來勢兇猛、危害極大，很容易造成淹井和人員傷亡事故。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 【案例7-1】2007年8月17日，山東省一煤礦發(fā)生洪水淹井事故，當班756人，死亡172人，與其相鄰另一煤礦也被洪水淹沒，致使9名礦工遇難。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征事故原因是由于強暴雨導(dǎo)致山洪暴發(fā)，流經(jīng)華源礦區(qū)的柴汶河水位暴漲漫過河岸，漫溢的洪水沖蝕河岸，掏空基礎(chǔ)，最終沖開約65 m的決口，沖入落差約5 m的岸外低洼處。在洪水強烈沖刷作用下，形成3個集中潰水點潰入井下，潰入井下的水量約1 260萬m3，砂石和粉煤灰

6、約30萬m3。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 事故主要教訓(xùn)： 預(yù)防自然災(zāi)害的機制不健全。 暴雨期間井下停產(chǎn)撤人不及時。發(fā)現(xiàn)井下透水后，沒有及時作出人員一次性撤離升井的決定，而是分3次下達撤人命令，延誤了部分人員的最佳撤離時機。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 事故災(zāi)難發(fā)生后，沒有在規(guī)定時間內(nèi)按程序立即上報，貽誤了當?shù)卣诘谝粫r間組織搶救的時機。 開采防隔水煤柱、超層越界開采，造成相鄰煤礦也被淹沒。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 二、 地表水水害特征 1.地表水向礦井充水的途徑 地表水是指地球表面上的江、河、湖、灣、水庫、池塘等水體。地表水向礦井充水的途徑主要有： 第一節(jié) 大氣降水及地表水

7、水害特征 通過井口，直接灌入井下； 通過地表水體下松散巖層、基巖含水層露頭滲入井巷。 通過采后頂板冒裂帶貫通地表塌陷帶裂縫滲入。 通過構(gòu)造破碎帶、老空區(qū)直接潰入第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 2.地表水體對礦井充水強度的影響因素 （1） 地表水體位置。地表水體與煤層在相互位置上有3種組合關(guān)系： 地表水體位于煤層或采區(qū)上方。 地表水體位于煤層或采區(qū)的附近。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 地表水體離煤層或采區(qū)較遠。在的情況下，地表水體與煤層的間距、煤層開采后垮落裂縫帶是否能夠達到地表水體，是決定地表水體對礦床充水作用的關(guān)鍵因素。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 在的情況下，地表水體通常只能成為

8、補給水源，不能直接進入礦井，它們一般通過直接充水含水層后才能進入礦井。如果地表水體與強透水性的直接充水含水層因自然或人為原因發(fā)生密切的水力聯(lián)系時，也可能引起大量的地表水進入礦井，甚至造成淹井事故。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 （2） 地表水體與煤層間是否有可靠的隔水層。煤層上方如果有地表水體，即使間距不太大，但只要它們之間有比較可靠的隔水層存在，則往往不會造成大量的礦井充水。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 例如，微山湖地區(qū)，由于湖下普遍存在厚度約20 m的黏土層，黏土層隔水性能良好，而且變形時以塑性為主，不會產(chǎn)生導(dǎo)水裂隙，加上其下還有其他巖層與煤層相隔，故湖水對煤層的開采不會構(gòu)成嚴重威脅

9、。當然，在開采接近煤層的海下隱伏露頭地段時，還是要采取必要的防治水措施。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 （3） 地表水體與礦區(qū)內(nèi)含水層的關(guān)系。如果地表水不能直接進入礦井，則只可能作為補給水源通過其他含水層進入礦井。此時，它與含水層的水力聯(lián)系程度以及含水層的滲透性能就成為它向礦井充水作用的主要條件。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 在含水層的滲透性能較弱或者與地表水的水力聯(lián)系程度較弱的情況下，即使地表水體水量很大，它向礦井的充水量也是較小的；只有在含水層的滲透性能很強、地表水體水量較大的情況下，才構(gòu)成對礦井的嚴重威脅。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 （4） 地表水體自身特點。地表水體自身的特

10、點，包括水量、水位、水質(zhì)、泥沙含量，以及是季節(jié)性地存在還是常年存在等。水量大的地表水體，其向礦井充水的潛在能力也大；常年存在的地表水體向礦井充水的時間長、影響也大。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 3.地表水體對礦床充水的作用 （1） 地表水體對礦井的充水作用可能隨著其水量水位的變化而有所不同。例如，湖北黃石礦區(qū)瓦嘴礦就是因為大冶湖在雨季水位急劇上漲，淹沒了滲透性能良好的長興硅質(zhì)層的露頭地段，導(dǎo)致湖水大量進入礦井，造成淹井。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征在一些巖溶礦區(qū)，在疏排地下水之后，可能在地表水體之下形成塌陷，造成地表水大量進入礦井。例如，1990年6月，恩口礦區(qū)暴雨后，壺天河水猛漲，河

11、水通過新產(chǎn)生的塌陷洞倒灌入茅口灰?guī)r后進入礦井，造成恩口一二井被淹。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 （2） 地表水體對礦井的充水作用還與地表水含泥沙情況等特征有關(guān)。當?shù)叵滤a給地表水時，泥沙不會堵塞其通道；但是，當在地表水體補給地下水的情況下，地表水體中的泥沙便會淤塞水流通道，這種情況特別容易發(fā)生在洪水期間。如在準格爾等礦區(qū)黃河流經(jīng)灰?guī)r地帶，可以形成寬達23 km的河流泥沙充填帶。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 （3） 在天然狀態(tài)下，河流和湖泊可能接受地下水的補給，也可能補給礦區(qū)地下水，但在礦床開采以后，則多成為礦床直接充水含水層的補給來源。 （4） 地表水作為充水水源經(jīng)常構(gòu)成定水頭的補給邊

12、界，成為礦井水較穩(wěn)定的主要來源，水量穩(wěn)定，不易疏干。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 （5） 地表水如果通過井筒、巖溶、斷裂帶、老空區(qū)等途徑直接貫通井下，往往會造成淹井和人員傷亡事故，危害極大。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 【案例7-2】2010年8月10日，吉林省一煤礦發(fā)生突水事故，導(dǎo)致18名礦工死亡，礦井被淹，直接經(jīng)濟損失2 300多萬元。事故直接原因：礦井東側(cè)緊臨大羅圈溝河，大羅圈溝河上游突降暴雨，使得河水水位暴漲。河水裹著砂石、樹木等雜物，沖入大羅圈溝河，造成河道局部堵塞，漫堤淹井，導(dǎo)致事故發(fā)生。第一節(jié) 大氣降水及地表水水害特征 事故教訓(xùn)： 礦方對周邊地表水體動態(tài)情況調(diào)查不清，使得

13、安全隱患不能及時被解除，未考慮到一旦地表水體發(fā)生突發(fā)情況，會造成難以估量的損失。 在大羅圈溝河水位暴漲、已出現(xiàn)淹井險情的情況下，礦方不但不執(zhí)行政府立即撤人的指令，反而強令工人冒險入井拆撤設(shè)備，導(dǎo)致人員死亡事故。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 一、 孔隙水水害特征 孔隙含水層是指地下水儲存與運移于組成含水層的固體顆粒之間的孔隙之中的含水層?？紫逗畬又饕植加谑杷晌茨z結(jié)或半膠結(jié)的新生代地層中?？紫逗畬拥母凰砸话爿^裂隙含水層和巖溶含水層要均一。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 它多以比較均一的滲入形式向礦井充水，有時也造成流沙潰入礦井?？紫逗畬拥耐杆灾饕Q于巖性、顆粒大小及

14、分選程度、磨圓程度、含黏土成分的多少，特別是土成分的多少對含水層的滲透性影響很大?？紫逗畬右话懵癫剌^淺，易于得到大氣降水和地表水的補給。它與地表水體的聯(lián)系和大氣降水的滲入強度往往是決定礦床充水量大小和變化過程的重要因素。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 孔隙含水層對煤礦充水主要有3種類型： 煤系本身以含孔隙水為主的煤礦床。 煤層露頭部位或其淺部直接上覆有孔隙含水層的煤礦床。 巨厚孔隙含水層組覆蓋下的煤礦床。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 【案例7-3】2009年7月22日，黑龍江雞西市一煤礦發(fā)生一起孔隙含水層透水事故，死亡23人，直接經(jīng)濟損失1 200萬元。第二節(jié) 孔隙水、裂隙

15、水、巖溶水水害特征 事故直接原因：井田區(qū)域內(nèi)沖擊層較厚，在遭遇區(qū)域強降水后，使得原有的各類孔隙裂隙為入滲雨水所充滿，井筒周圍巖層及其上覆沖積層含水達超飽和狀態(tài)；水體從裂隙滲流到井筒，破壞了井筒周圍的巖土穩(wěn)定性，使井筒現(xiàn)有支護方式和支護強度不能抵御上覆飽水沖積層壓力和水沙沖擊，井筒圍巖和支護垮塌，上覆水泥沙潰入井下，導(dǎo)致水災(zāi)事故發(fā)生第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 二、 裂隙水水害特征 1.裂隙水的特點 裂隙水是指賦存于堅硬巖石裂隙中的水。它有以下特點： （1） 裂隙水空間分布不均勻。局部發(fā)育，呈脈狀分布，導(dǎo)致同一巖層中相距很近的鉆孔，水量懸殊。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 （2

16、） 滲透的各向異性。一般第三方向不發(fā)育，空間展布具有方向性，不同方向發(fā)育差異。 （3） 水力聯(lián)系不統(tǒng)一。裂隙連通性較差，很難形成統(tǒng)一的含水層，當不同方向相連通時形成裂隙含水系統(tǒng)。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 2.裂隙水的水害特征 （1） 以裂隙充水為主的煤田中，井巷開拓時突水很不均一，突水點分布具有一定的方向性。裂隙水害的危害大小，主要取決于裂隙充水量和連通性，當采掘中遇有大的含水體連通的裂隙或裂隙充水量很充沛時，往往易造成突水，威脅礦井的安全。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 （2） 以裂隙充水為主的煤田中，巖層滲透性能隨著埋藏深度的增大而減小，是與巖石的裂隙發(fā)育程度隨著埋藏

17、深度的增大而減少的規(guī)律相適應(yīng)的。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征大同礦區(qū)曾是開采侏羅紀煤田的特大型礦區(qū)，以裂隙充水為主，其礦井涌水量一般不隨開采深度的增大而增大，而主要與上覆含水層富水性、采動裂隙帶的發(fā)育特征、降水的補給條件有關(guān)。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 該區(qū)斷裂不發(fā)育、含水層富水性弱，在開采淺部煤層而疏干了上部含水層的情況下，開采深部煤層時，涌水量還可能變小。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 （3） 組成裂隙含水層的巖石性質(zhì)一般為堅硬或半堅硬巖石，在我國西北區(qū)的一些早侏羅世煤田中還廣泛分布有“火燒巖”，也形成一種特殊的裂隙含水層。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特

18、征火燒巖含水層是由于煤層的自燃而使其上覆巖層烘烤變質(zhì)而形成火燒巖帶，所成為一種特殊的裂隙含水巖層。火燒巖埋藏淺、透水性強，易于接受大氣降水的補給。由于主要是受大氣降水補給，故其分布的面積大小通常決定著其富水性的大小。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征【案例7-4】2005年5月21日，安徽一煤礦發(fā)生頂板砂巖透水事故，造成5人死亡，2人輕傷。事故的主要原因：開采煤層頂板以上50 m為巖漿巖，其厚度達100 m。采煤后在巖漿巖下方形成“離層水體”， 在回柱作業(yè)時，頂板聚集的離層水體瞬間潰入工作面，瞬時潰水量達3 887 m3/h，造成工作面人員傷亡。裂隙含水層特殊情況下，也會造成大的突水事故。

19、第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 三、 巖溶水水害特征 巖溶水，是指賦存于可溶性巖層的溶蝕裂隙和洞穴中的地下水，又稱為喀斯特水。巖溶水最明顯的特點是分布極不均勻。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 在可溶性巖層裸露于地表的補給區(qū)，入滲補給有2種方式：一種為灌式補給，在低洼處匯集一定量的降水，通過漏斗或落水洞灌入地下，有時，整條河流通過這類洞穴潛入地下；另一種為滲入式補給，通過地面上微小的裂隙，較緩慢地，滲入地下，匯入巖溶通道和地下河系之中。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 巖溶水同時存在于由大小懸殊的孔隙、裂隙、洞穴和通道組成的同一含水系統(tǒng)中，無壓水流與承壓水流并存，層流與紊流

20、并存，總體上巖溶水以層流為主。巖溶含水系統(tǒng)一般水量豐富、水質(zhì)優(yōu)良，常作為大中型供水源，位于巖溶水分布地區(qū)的礦井，容易產(chǎn)生突然大量涌水，甚至造成淹井事故。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 巖溶含水層以頂?shù)装逋凰⑺?、集中出水等形式向礦井充水，無論在時間上和空間上的分布都是不均一的，而且充水強度也千差萬別。在石灰?guī)r含水層中開拓井巷，當它們沒有揭穿巖溶水徑流通道時，水量很小，甚至無水；當遇到巖溶發(fā)育地段時，水量將突然變得很大，甚至超過礦井的排水能力而淹井。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 在巖溶地區(qū)，往往在幾百乃至上千平方千米之內(nèi)，巖溶水可通過一個泉或泉群集中排泄；而補給區(qū)則成為地表水

21、缺乏、巖溶水又埋得很深的缺水地區(qū)， 呈現(xiàn)出巖溶水空間分布極不均一的現(xiàn)象。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征巖溶水水位動態(tài)變化幅度大而且快，巖溶泉往往雨季流量急增，而雨后又驟減，呈現(xiàn)出巖溶水時間分布極不均一的奇景。巖溶水由于循環(huán)交替快速，一般為礦化度小于1 gL的重碳酸鈣鎂型淡水。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 例如，豐城云莊井田，開采二疊系樂平煤組，頂板長興灰?guī)r巖溶水是礦井的主要充水水源，礦井開拓過程中將運輸大巷直接開拓在長興灰?guī)r之中，共開拓巷道長數(shù)百米，礦井中基本沒水，但后來遇到了巖溶水流集中通道，瞬時水量達到19482 m3/h，礦井被淹。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征

22、 巖溶充水的不均一性大量地表現(xiàn)在巖溶陷落柱和斷層突水方面。在巖溶充水礦井中，多數(shù)突水都是遇斷層或在斷層附近發(fā)生的，特別是小斷層在突水中有極為重要的地位。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 巖溶充水不均一性是巖溶充水礦床的一個普遍現(xiàn)象，在那些充水地段，多是一些巖溶含水層，巖溶比較發(fā)育，富水性較強，含水層與煤層間隔水層較薄，斷層或裂隙發(fā)育的地段，當水頭壓力較高時，充水的可能性就更高，水量也大。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 研究巖溶含水層的巖溶發(fā)育狀況，找出富水地段或強徑流地帶，控制煤層底（頂）板隔水層的厚度、巖性及其組合，查明斷層、裂隙帶、陷落柱，包括小構(gòu)造的分布，觀測水頭壓力能使礦

23、井水害的防治工作主動和富有成效。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 【案例7-5】2005年10月4日，四川某礦井（在建）發(fā)生溶洞突水事故，死亡28人。該礦采用平硐開拓，發(fā)生事故的工作面已進入長興組灰?guī)r13.3 m。其直接原因是：事故當班作業(yè)人員未按規(guī)定施工探水鉆孔，違章掘進施工，在有透水征兆的情況下，仍然爆破，誘發(fā)巖溶透水。第二節(jié) 孔隙水、裂隙水、巖溶水水害特征 在整個事故救援和巷道清理過程中，又先后發(fā)生3次突水。4次突水以巖溶水靜儲量為主，共疏干靜儲量約98.6萬m3；疏干總淤泥量約6.5萬m3，其中巷道內(nèi)沉淀2萬m3；井下所有設(shè)備、設(shè)施遭到不同程度摧毀，其中摧毀各類管道7 500余米

24、，高壓電纜4 600余米，鋼軌2 500余米，礦車89個，等等。第三節(jié) 老空水水害特征 采空區(qū)、老窯和已經(jīng)報廢的井巷內(nèi)，常有大量積水，統(tǒng)稱老空水。老空水常為礦井水災(zāi)事故的主要原因，老空水水害的特征有以下5個方面： （1） 瞬時水量大，一旦掘透，來勢迅速，具有很大破壞力，但是涌水持續(xù)時間短，易疏干。 第三節(jié) 老空水水害特征 老空水向礦井充水常呈現(xiàn)迅猛的特點，沒有補給水源的老空水，短期內(nèi)即可排干。但由于它可以在短時期內(nèi)造成大量的水突入礦井，往往可能造成較大的災(zāi)害。與地表水連通的老空水或者因暴雨中大量雨水注入老窯滲入井下時，一旦突然潰入礦井，則可能造成淹井事故。第三節(jié) 老空水水害特征 （2） 老空水

25、除了突然潰入礦井外，在采區(qū)接近老空區(qū)時，老空水也可以以淋水、滲水、滴水等形式進入礦井，對補給缺乏的老空水而言，則也可能逐漸被疏干，而不至于發(fā)生突然潰水。但對于補給條件較好的老空水而言，則可能成為淺部煤層開采時礦井充水的一項重要的水來源。第三節(jié) 老空水水害特征 （3） 老空水（一般）酸度大，不能飲用。由于老窯中煤層及頂?shù)装鍘r層中黃鐵礦的氧化作用，老窯水可以形成酸性的強腐蝕性水，對井下軌道、金屬支架、鋼絲繩等礦山金屬設(shè)備有腐蝕作用，破壞甚大，特別是那些煤層頂?shù)装逄妓猁}。第三節(jié) 老空水水害特征 巖類較少而以砂頁巖為主，交替循環(huán)條件較差的老空水更易形成強酸性地下水。但是，當老空水充水時間不長，或者其補

26、給與排泄水量大體相關(guān)時，老空水的水化學(xué)特征基本與補給水源一致，并不表現(xiàn)為酸性，判斷水源時綜合考慮。第三節(jié) 老空水水害特征 （4） 老空水一般位于礦區(qū)淺部，數(shù)量多且位置不清，積水量和積水標高會隨外部環(huán)境的變化而改變。這些老空積水像小水庫一樣分布于生產(chǎn)礦井的上方，對采煤構(gòu)成直接威脅，危害甚大。第三節(jié) 老空水水害特征（5） 老空潰水一般伴有有害氣體的涌出。老空水一般處于密閉的空間，容易造成硫化氫、甲烷等氣體的聚積，潰水時這些有害氣體會同時涌出，對人傷害極大。第三節(jié) 老空水水害特征 【案例7-6】2005年8月7日，廣東省梅州市一煤礦發(fā)生特別重大透水責任事故，造成123人死亡，直接經(jīng)濟損失4725萬元

27、。第三節(jié) 老空水水害特征 事故的直接原因：由于急傾斜煤層煤質(zhì)松散易塌落，小斷層發(fā)育，開采時抽冒現(xiàn)象嚴重（即：在淺部厚煤層、急傾斜煤層及斷層破碎帶和基巖風化帶附近采煤或掘巷時，頂板巖層或煤層本身在較小范圍內(nèi)垮落超過正常高度的現(xiàn)象），第三節(jié) 老空水水害特征在此抽冒嚴重的情況下，大量出煤，超強度開采，致使-290 m水平至-180 m水平防水安全煤柱抽冒導(dǎo)通了-180 m水平至+262 m水平的水淹區(qū)，造成上部水淹區(qū)的老空積水大量潰入煤礦井下，導(dǎo)致事故的發(fā)生。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征 一、 斷層水水害特征 斷層是煤田勘探和煤礦開采中經(jīng)常遇到的地質(zhì)構(gòu)造，它不僅對煤層的賦存和開采影響甚大

28、，而且是礦床充水極其重要的因素。斷層在礦井充水中的作用取決于斷層的性質(zhì)、規(guī)模，斷層形成的時間，斷層兩盤伴生裂隙的發(fā)育程度，斷層所切割的地層巖性和富水性，斷層兩盤巖層的對接組合狀況等。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征斷層在礦床充水中的作用表現(xiàn)在以下4方面：（1） 斷層切割了巖層，破壞了巖層的完整性，在隔水層中形成了脆弱地帶。在煤層開采時，由于礦山壓力、水頭壓力的共同作用，地下水常常突破這些比較脆弱的地段而發(fā)生突水，水頭壓力愈高，突水的可能性也愈大。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征（2） 斷層本身在天然狀態(tài)下即是導(dǎo)水通道，特別是那些斷層帶較寬或者受其影響所產(chǎn)生的裂隙帶較寬時，其導(dǎo)水

29、的可能性更大。張性斷裂、張扭性斷裂的導(dǎo)水能力可能較強一些。新構(gòu)造斷裂帶通常膠結(jié)較差，在巖性適宜的地段，有較好的導(dǎo)水性能，即使是那些壓性、壓扭性斷層也是如此。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征（3） 斷層在礦床充水中的另一個重要作用，是使斷層兩側(cè)的含（隔）水層產(chǎn)生新的組合，改變礦床的直接充水含水層的補給條件。例如，如果直接充水含水層和斷層外側(cè)的隔水巖層對接，則使其補給條件變差；如果斷層使得直接充水含水層和外側(cè)的強含水層對接，則將改善直接充水含水層的補給條件，使其在礦井充水中有比較穩(wěn)定的補給水源。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征 （4） 斷層還使得煤層與含水層對接或接近，使含水層向礦

30、井充水的可能性增大。對正斷層而言，突水易發(fā)生在斷層上盤；對逆斷層而言，突水易發(fā)生在斷層下盤。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征 斷層在礦床充水中的具體作用除了與斷層的地質(zhì)、水文地質(zhì)特征有關(guān)外，還與開拓因素相關(guān)。在許多礦井開采中突水的經(jīng)常是一些小的斷層，而大的斷層突水則比較少見，這多是因為大的斷層易于查清，并采取留煤柱等防治水措施，開拓中多只是用巷道穿過，跨度較?。坏谒墓?jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征 小的斷層則不易查出，一般也不留煤柱，且多出現(xiàn)在采區(qū)內(nèi)，采煤工作面跨度大，易于破壞，在那些隔水層厚度不大的地段，較小的斷距也可能使含水層和煤層的間距小于安全數(shù)值，加之斷層對隔水層力學(xué)強度的

31、削弱，小斷層的透水現(xiàn)象也就較普遍了，特別是在以底板進水為主的巖溶充水礦區(qū)，小斷層常常是突水的最重要通道。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征一條較大的斷層，其導(dǎo)水性能在走向上及傾向上的變化往往是很大的。在斷層兩側(cè)均為含水層的地段上，斷層通常表現(xiàn)為導(dǎo)水；當斷層兩側(cè)巖層均為隔水層，特別是泥質(zhì)巖類時，往往表現(xiàn)為阻水；第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征在脆性較強的巖層（如鈣質(zhì)膠結(jié)的砂巖；或灰?guī)r等）中斷層常具較好的導(dǎo)水性；在富水性差的圍巖中的斷層，其富水性和導(dǎo)水能力通常也較弱；那些切割強含水層，或者能導(dǎo)通地表水體、地下暗河的斷層則可能成為礦井充水的重要因素；第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害

32、特征在巖溶含水層中斷層帶常常是巖溶集中發(fā)育的地段，富水性強，常形成巖溶地下水的強徑流地段。一條延伸較長的斷層，其產(chǎn)狀不會是均一的，其受力也不會是均一的，即使是一條壓性斷層，也會因為其擠壓力的方向和受壓情況不相同而在那些受壓力相對較小的地段出現(xiàn)和受張力類似的情況，而成為導(dǎo)水的部位。盡管不同力學(xué)性質(zhì)斷層帶的水文地質(zhì)特征不同，但在斷層帶兩側(cè)往往均會伴生一些裂隙，而使其導(dǎo)水性增強。 有一些斷層，在自然狀態(tài)下其導(dǎo)水性能可能很弱；在開采條件下，當井巷揭露斷層的部位遠離強含水層時，斷層仍可能表現(xiàn)為不導(dǎo)水；當揭露含水層的部位越接近含水層，含水層水頭壓力越高時，斷層則逐漸表現(xiàn)出導(dǎo)水性質(zhì)；在水壓較高，揭露斷層的部

33、位與含水層間距過小時，則會發(fā)生突水現(xiàn)象。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征 斷層突水通常是底（頂）板巖溶水進入礦井的重要通道，斷層突水常常表現(xiàn)出滯后特征，即在井巷工程揭露斷層的當時并不發(fā)生突水，而是在井巷穿過該斷層一定時間后才突水，滯后時間可以是幾天，幾個月，幾年甚至十余年。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征 這是因為一些斷層在天然狀態(tài)下，本來是不導(dǎo)水的，之所以會突水，是由于水壓、礦壓和地應(yīng)力等因素共同作用的結(jié)果，這需要時間、條件。只有經(jīng)過了一定的時間，在一些新的條件下，原來不導(dǎo)水者弱導(dǎo)水的斷層才變成了突水通道；當通道越來越通暢后，水量也迅速增大。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水

34、害特征 在斷層突水中起作用的斷層往往可能不止一條，特別是一些小斷層發(fā)育比較集中的地段，突水可能是一些小斷層共同作用的結(jié)果。其中，部分小斷層可能在井下并沒有揭露，但在突水中發(fā)揮了作用。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征 【案例7-7】河北一煤礦在副井向主井貫通過程中，見一斷距為8 m的斷層，揭露無水，繼續(xù)掘進5 m后底鼓出水淹井，突水水量最大達5萬m3h，水溫41 ，突水水源分析為奧陶系灰?guī)r水。奧陶系灰?guī)r距突水巷道間距120 m以上，水壓雖達7.3 MPa，但一般情況下這8m的小斷層應(yīng)不至于造成奧灰水直接進入礦井，故當時懷疑是否有巖溶陷落柱或者斷層向深部斷距加大。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、

35、鉆孔水水害特征 做了地震及瞬變電磁勘探后，否定了陷落柱的存在，斷層向深部斷距加大也沒有顯示。據(jù)分析，這種突水可能不止一條小斷層起了作用，也可能是一次連鎖式突水，野青、伏青、大青、奧灰等灰?guī)r逐次突破了各自的上覆隔水巖層，最終形成了奧灰水的通道。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征 二、 陷落柱水水害特征 1.陷落柱的形狀及分布 巖溶陷落柱是由于底部石灰?guī)r中巖溶充分發(fā)育，引起頂部灰?guī)r及上覆非可溶性巖層向下塌陷所形成的錐狀或柱狀堆積體，多在北方石炭二疊系煤田中出現(xiàn)，表現(xiàn)為石炭二疊系巖層向下塌陷形成的塌落巖塊堆積的柱狀體，俗稱無煤柱。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征 巖溶陷落柱在平面上大多

36、是橢圓形、圓形，少量呈不規(guī)則形狀，直徑幾十米至數(shù)百米。在剖面上陷落柱呈上小下大的圓錐狀、筒狀、斜塔狀、不規(guī)則形狀等。陷落柱從灰?guī)r頂面到柱體頂端的高度一般百余米到數(shù)百米，最大可達500600 m。陷落柱下部插入灰?guī)r內(nèi)一般數(shù)十米左右，陷落柱中的堆積物往往是逐次陷落形成的，其下部堆積物與原生巖層相比較陷落深度較大，而往上則陷落深度變小。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征 陷落柱內(nèi)巖塊雜亂無章，排列紊亂，棱角明顯，膠結(jié)程度不一。由于生成年代久遠，多為古巖溶塌陷，故多數(shù)陷落柱內(nèi)堆積物已比較密實。值得指出的是：陷落柱各不同深度橫截面的中心點的連線所形成的軸線形狀，除與上覆塌陷巖層的巖性及組合、產(chǎn)狀，

37、層理、節(jié)理及斷層發(fā)育狀況有關(guān)外，還反映了所在地區(qū)巖溶發(fā)育的歷史和陷落柱形成過程中構(gòu)造運動狀況。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征 由于陷落柱是上覆巖層巖塊的塌陷堆積，其密實程度變化較大，相對于圍巖而言其強度較低、空隙性較好，陷落柱周邊與圍巖的聯(lián)結(jié)較脆弱，陷落柱外側(cè)巖層通常裂隙也較發(fā)育，故巖溶陷落柱不僅對煤層開采有明顯的影響，而且往往成為地下水突入礦井的通道。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征 陷落柱主要分布于我國北方石炭二疊系煤礦區(qū)，在山西、河北、陜西、河南、江蘇等近20個煤田中，已發(fā)現(xiàn)陷落柱45處，總數(shù)超過2 875個，其中華東較少，山西、河北較多，尤以汾河、太行山兩側(cè)煤田較多。

38、第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征 2.陷落柱的類型 陷落柱的導(dǎo)水性可分為3種類型：強充水型、邊緣充水型、弱充水型。 （1） 從已發(fā)現(xiàn)的陷落柱來看，絕大多數(shù)的陷落柱是弱充水型，陷落柱內(nèi)充填物壓實緊密，風化程度極強，邊緣裂隙水已被疏降，煤礦在回采過程中，沒有水或少量滴水。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征 （2） 邊緣充水型陷落柱內(nèi)充填物壓實緊密，風化程度較強，柱內(nèi)水力聯(lián)系不好，只是陷落柱邊緣發(fā)育的次生裂隙充水，對奧灰水的導(dǎo)通性不好，采掘工程揭露時一般以淋、滴水為主，涌水量不大。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征 （3） 強充水型陷落柱內(nèi)充填物未被壓實，柱內(nèi)水力聯(lián)系良好，直接導(dǎo)

39、通奧灰高壓水，溝通了煤系地層各含水層，采掘工程一旦揭露就發(fā)生突水，水量大而穩(wěn)定，易對礦井造成災(zāi)難性的淹井事故，防排水設(shè)施很難起作用。 （4） 我國開灤、焦作、皖北、徐州、邢臺等礦區(qū)都發(fā)生過特大陷落柱突水淹井事故，造成了重大的經(jīng)濟損失和社會影響。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征 3.導(dǎo)水陷落柱對礦井水文地質(zhì)條件的影響 導(dǎo)水陷落柱對礦井水文地質(zhì)條件影響很大，主要表現(xiàn)為： （1） 由于導(dǎo)水陷落柱的存在，煤層頂?shù)装搴畬铀|(zhì)差異不明顯，基本屬同一類型。 （2） 礦井涌水量和突水量跳躍式猛增。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征 （3） 不同地段井巷涌水量大小相差懸殊，在導(dǎo)水陷落柱附近，涌水一般較集中，水量長期穩(wěn)定。 （4） 由于陷落柱的補給，煤層頂?shù)装搴畬油霈F(xiàn)局部高水位的異常區(qū)。第四節(jié) 斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害特征 【案例7-8】2010年3月1日，內(nèi)蒙古一煤礦發(fā)生特別重大透水事故，造成32人死亡、7人受傷，直接經(jīng)濟損失4 800萬元。 事故直接原因：該煤礦16號煤層回風大巷掘進工作面遇煤層下方隱伏陷落柱，在承壓水和采動應(yīng)力作用下，誘發(fā)該掘進工作面底