中国石化长城能源化工（宁夏）煤业有限公司宋新庄煤矿,矿井水害案例分析及预防主讲：吴景山,目录,,1 顶板水害事故分析及预防 2 底板突水事故分析及预防 3 老空区透水事故分析及预防,顶板水害事故分析及预防,1,1 顶板水害事故分析及预防,,选择淮北矿业集团公司桃园煤矿1022上工作面的顶板突水、溃砂事故作为顶板水害案例进行分析2002年11月10日0时56分，淮北矿业集团公司桃园煤矿（以下简称桃园煤矿）二采区1022上工作面（准备面），切眼上口发生突水、溃砂事故，死亡4人，受伤1人 矿井及二采区概况桃园煤矿一水平标高为-520m，回采上限北二采区以南标高为-310m矿井水文地质类型为复杂类型，矿井设计正常涌水量为506.3m3/h，最大涌水量为743.3m3/h，矿井实际涌水量为420~496m3/h1 顶板水害事故分析及预防,,北二采区位于矿井北侧，北临北四采区，南临南一采区发生突水事故的1022上准备工作面位于该采区的北端，风巷标高为-255m，机巷标高为-340m，走向长920m，倾斜宽160m，煤层平均厚度为3.6m，倾角为25°，风巷采用工字钢梯形棚支护该工作面上覆第四系松散层，厚度为270m左右，其中第四含水层（简称四含）厚9.7m，直接覆盖在煤系地层上，渗透系数K=0.009~50m/d，属弱含水层。
四含水位在-15m左右四含的结构为浅红色砾石，较坚硬，砾石的粒径在0.05~8cm之间，磨圆度交叉，呈棱角状；标高为-266~-266.3m处夹一层砂质粘土1 顶板水害事故分析及预防,,事故发生经过2002年6月12日，1022上工作面920m风巷及开切眼施工完毕2002年6月20日，风巷外端发生大面积冒顶，冒顶长度约为370m，导致四含溃入井下，并伴有泥浆和小砾石，最大涌水量为59m3/h，后逐渐减小并稳定在25m3/h左右2002年9月27日，发现开切眼上口（事故突水点）四岔门处冒顶，该处的双抬棚均被压垮，冒顶长度约8m，最大冒高4m左右，未出现渗水、砂现象并于10月1日至4日对其进行维修，10月8日上午10时，该处再次发生冒顶垮棚并有少量渗水现象，后水量逐渐增大，至11月10日，冒顶出大量突水、溃砂，造成4人死亡1 顶板水害事故分析及预防,,事故直接原因分析1022上工作面开切眼上口重复垮棚冒顶导通四含，致使四含水、泥、砂、砾石溃入井下，是引起事故发生的直接原因经分析，造成该处垮棚冒顶导通四含的因素有如下3个方面：（1）1022上工作面所采的10煤层平均厚度为3.6m，事故点的煤厚达到4.0m，倾角为2.5°，基本支架工字钢梯形棚架设在煤底上，在水的浸泡下底板松软，支架下沉，导致了事故点的顶板离层。
2）1022上工作面风巷布置在软弱、松散、破碎的基岩风化带内，上覆松散层较厚，岩层自身强度低，造成巷道的压力大，支护困难3）巷道垮棚冒顶后，高冒区在风化带内形成冒落漏斗，难以形成冒落拱，致使冒落带不断向上发育直至导通四含1 顶板水害事故分析及预防,,事故间接原因分析（1）桃园煤矿及研究设计有关人员对该区域四含水的不均匀性和四含界面的不平整性认识不足，对四含的结构与水力破坏之间的关系研究不够充分方案确定1022上工作面风巷标高为-255~-260m，比原批准的矿井设计回采上限标高提高了近85m，并布置在风化带内事故发生后测算的防砂煤（岩）柱留设偏小，事故点的上覆岩层防水（砂）煤（岩）柱仅为11.8m，满足不了防水、防砂要求根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》附录六“近水体采煤的安全煤岩柱计算方法”，事故调查组进行了验算，按防水、防砂要求留设防水煤柱H防≧43.7m，防砂煤柱H防≧15.8m根据《水文地质规程》规定，防砂煤（岩）柱最小不能小于20m1 顶板水害事故分析及预防,,（2）对该工作面风巷6月29日及9月27日两次垮棚冒顶事故的预警未能引起高度重视尤其是6月20日风巷外端垮棚冒顶长达370m，并伴有涌水、溃砂现象，未能引起淮北矿业集团、桃园煤矿和研究设计课题组的高度重视。
3）淮北矿业集团未严格执行国家安全生产法律法规及有关矿井防治水工作的规定；生产责任制落实不到位4）研究设计课题组科研态度不够严谨1 顶板水害事故分析及预防,,防范措施（1）要进一步树立依法办矿、依法管矿的意识，已留设的防水煤柱需要变动时，必须重新编制设计并报省级煤炭管理部分审批2）要切实提高对四含水危害性的认识，高度重视矿井防治水工作，尤其要加强防治水技术工作3）在推广新技术、新工艺、新材料及与科研院所等中介机构联合解决生产技术问题时，务必坚持“安全生产、预防为主”的方针底板突水事故分析及预防,2,2 底板突水事故分析及预防,,邯邢(han xing)矿区作为我国大水矿区，底板突水事故较多且典型，本次以邯邢矿区为例介绍底板突水事故及预防邯邢矿区包括邢台矿区、峰峰矿区与邯郸矿区，生产矿井主要隶属于冀中能源集团矿区地处太行山与华北平原的过渡带，地势西高东低，有中低山，丘陵盆地及山前倾斜平原地貌景观矿区生产过程中勘探揭露地层主要为奥陶系中统、石炭系、二叠系、三叠系和第四系，矿区主要开采上组煤2#煤和下组煤9#煤矿区内含水层主要包括第四系砂砾石层孔隙潜水含水层、二叠系砂岩裂隙承压含水层、石炭系碎屑岩夹碳酸盐岩含水层、奥陶系灰岩裂隙岩溶承压含水层及变质岩、侵入岩裂隙含水层。
2 底板突水事故分析及预防,,水害特点邯邢矿区为典型华北型大水矿区，矿区煤炭资源开发受到基底奥灰岩溶水害威胁底板灰岩水害问题在矿区内普遍存在，水害类型多样随着邯邢矿区深部煤层及下组煤开采，邯邢矿区底板水害有以下特点： （1）底板承受奥灰水压大：部分矿井煤层底板奥灰水压高达10MPa以上； （2）下组煤资源开采底板突水系数大； （3）水文地质条件复杂：矿区内断层众多，导水断层能形成底板薄层灰岩水及奥灰水的突水通道；矿区内陷落柱众多，易形成底板突水通道陷落柱是造成邯邢矿区突水事故的主要突水通道，尤其是隐伏陷落柱是矿区底板突水防治的重点和难点；,2 底板突水事故分析及预防,,（4）突水事故频发：由于矿区深部煤炭资源及下组煤开采强度加大，底板奥灰突水频率明显增加以黄沙112124工作面由隐伏构造引起的底板奥灰水突水事故为例进行分析2 底板突水事故分析及预防,,冀中能源峰峰集团黄沙矿及112124工作面情况介绍冀中能源峰峰集团黄沙矿位于峰峰矿区西南部，矿井由黄沙井田和辛安井田两部分组成井田南北走向长约8.0Km，宽约3.0 Km，面积为5.28Km2矿井开拓方式为斜井多水平，矿井现布置有四个水平：+32水平、-100水平、-280水平和-500水平。
112124掘进工作面位于11212采区北翼下部，东部一F38-1断层为界，南部以212采区下山保护煤柱为界，北部以F55断层防水煤柱为界设计工作面走向长850m，倾向长110～125m，煤层倾角为13～18°，开采2#煤层，距下伏奥灰含水层顶面层间距150m，煤厚为4～5m2 底板突水事故分析及预防,,112124工作面布置图,2 底板突水事故分析及预防,,事故发生经过2010年11月19日凌晨2时43分，掘进区带班副区长王红卫汇报112124溜子道前头水量增大，由原来的0.4m3/min增大到1.0m3/min以上，发现水量增大主要原因是002测点后路19m和139m处巷道底板先后出水，矿调度室接到汇报后安排技术科水文地质技术员张凯下井查看现场，同时安排掘进区停止掘进，增加排水设备，提高排水能力8时30分总工程师于书永、生产技术部机电副部长高海平、水文地质高级工程师刘义永到达112124溜子道出水现场，督促掘进区增加排水设备现场实测水量为2.0m3/min并安排技术员张凯采取水样送河北冀南矿业,2 底板突水事故分析及预防,,安全检测检验有限公司进行化验（化验结果水质仍具有砂岩水水质特征）。
到下午17时以前，出水量没有明显变化17时许，矿中班带班领导党委书记董轩龙在现场汇报出水量异常增加，实测出水量在短短半小时之内由2.0m3/min迅速增大到了100m3/min，远远超过了工作面和采区泵房排水能力，导致212采区排水泵房于18时10分被淹20日23时212采区被淹，此后，矿启动-500水平泵房所有水泵，23时45因水量过大，水位持续上涨，-500泵房进水，同时-500水平车场水位也超过泵房底板标高，被迫撤出泵房人员，切断-500水平电源，-500水平被淹通过努力，有效地控制了出水灾害的扩大，确保了-280水平以上地区安全2 底板突水事故分析及预防,,突水水源分析1）根据技术人员突水时现场采用容积法观测水量记录，估算水量为100m3/min峰峰矿区及黄沙矿几十年开采资料证实，只有奥灰水有如此大的突水量2）2010年11月19日出水灾害发生后，距突水点1700m远的黄沙矿XO1奥灰观测孔水位一天内下降了0.7m，到12月28日水位降深达1.35m，大大超过往年奥灰含水层同期水位正常降深3）突水淹到-500水平后，11月20日又取水样进行了化验，通过对比，后来的水质化验结果已明显具备有奥灰水水质特征。
通过对出水水量、水位、水质等综合分析，确定112124溜子道突水水源为奥灰含水层2 底板突水事故分析及预防,,突水通道分析通过对地面施工的钻孔（9＃、10#、12#和14＃）钻探资料证实，在2124溜子道2#突水点巷道下帮8～15m处附近新发现了一条走向为NE10°、倾向NW落差近120m断层（编号为F55-1），导致下盘奥灰含水层与2124溜子道之间隔水层厚度只有 30m左右，隔水层承压达7.6Mpa以上，在奥灰高压水力和地应力的综合作用下，奥灰水突破煤层底板隔水层，发生了巷道底板滞后突水2 底板突水事故分析及预防,,突水通道分析,2 底板突水事故分析及预防,,突水灾害治理突水发生后，为减少突水事故损失，尽快对突水水害进行控制和治理，制定了井上、下同时进行的综合治理方案 （1）井下建立挡水墙实施分区隔离在-500通往-280水平的五条过水巷道上构筑五道水闸墙，隔离突水区域，11月20夜班开始组织施工，在不到10天时间里，完成了五道挡水闸墙施工，每道挡水闸墙长11m，由5m混凝土墙和6m化学浆墙组成，并对挡水墙进行了壁后注浆加固，成功实现了-280水平和-500水平分区隔离，有,2 底板突水事故分析及预防,,效控制了突水灾害的影响范围。
（2）-280泵房增加排水能力井下挡水墙施工的同时，在-280泵房增加排水泵、安装排水管路，使-280及其以上水平形成177m3/min的总排水能力，大于最大突水水量100m3/min对防治突水灾害的扩大、-280及其以上水平的安全提供了有力的保障 （3）地面注浆堵水本次地面注浆堵水工作于2010年11月20日开始，工程历时4个多月，,2 底板突水事故分析及预防,,工程共施工地面钻孔12个(见图2)，钻探总进尺9794.5米，先后利用8个钻孔注入骨料，对11个钻孔进行了注浆加固，工程共注入骨料26443.5m3，注水泥29069.62吨，截流段已达到360m以上通过9#、10#、12#和14#孔底板延伸检验，均发现有水泥存在，证实底板过水通道已得到有效封堵到3月8日，井下开始进行追排水破挡水墙工作，此时-280水平排水量已稳定至3.5m3/min左右，与突水前基本持平，说明112124突水通道已被完全封堵2 底板突水事故分析及预防,,黄沙矿112124工作面堵水工程布置图,2 底板突水事故分析及预防,,为分析邯邢矿区底板突水事故下组煤工作面各阶段隐蔽致灾因素探查治理，选择东庞矿北井2903工作面的成功案例进行说明。
东庞矿9203工作面煤层底板标高-140m～-210m，采用综放工艺9203工作面隐蔽致灾因素探查工作分阶段进行： （1）掘进前的地面探查9203工作面掘进前在地面进行了电法勘探、三维地震勘探，探查了富水异常区及西部、北部小煤矿采空区范围，预测了潜在灾害性突水通道及突水水源根据地面三维地震探查，9203工作面切眼外侧有三维地震异常区，经钻探验证为小煤矿采空区。