3、煤层底板奥灰突水诱因、特点及机理采动裂隙突水案例（邢东矿）2127工作面标高-1140～-1213m,下
距奥灰含水层175m。2011年4月13日3:00工作面下巷采空区向外出水，初期水量估测20m3/h，4月17日19:00
水量增大到125m3/h，4月18日5:00减小为90m3/h，目前水量稳定在45m3/h左右。突水水
源：奥灰水，距离800m的20041观测孔水位下降明显；水质为深部奥灰水的特征。突水通道：采动裂隙，线状出
水，水量呈波动减小趋势。3、煤层底板奥灰突水诱因、特点及机理采动裂隙突水案例（邢东矿）突水原因：工
作面掘进及采前的综合探测均未发现工作面内及底板以下存在导含水构造，截止到突水前共揭露断层4条落差0.4~1.7m的小断层。煤层底板
隔水层承受承受的超高压（13MPa）奥灰，在矿压作用下引起高压奥灰水导升并与采动形成的底板裂隙或于激活的小断层联通，引起奥灰突水
。突水特点：突水通道隐蔽性强，采前静态环境下探查手段无法探测。突水量小，但突水后也很难探测到通道的具
体位置，治理困难。启示：大采深煤层底板承受超高压奥灰水的工作面开采防治水工作具有一定的特殊性，应区别对
待。4、煤层底板水害协同预测预报技术4.1重点探测块段预判结合先前的地质、水文地质勘探、试验和观
测资料以及井巷揭露情况，对将要开采区域地质、水文地质条件进行分析，预判可能存在水害隐患的重点地质块段，确定重点地质块段的探测方法和
内容。在此基础上，制定相应的底板水害协同预测预报技术路线，煤层底板水害协同预测预报流程参见下图。重点探测区一般探测区综合地质
、水文地质条件分析，确定重点探测块段确定短距离物探手段及预报技术，实施探测确定长距离物探手段及预报技术，实施探测钻探超前
探测和异常区域验证钻探超前探测和异常区域验证综合分析及预报制定巷道掘进和工作面开采的矿井防治水方案和水害应急预案开采
期间底板突水预警4、煤层底板水害协同预测预报4.2物探基本原理以地壳中各种岩石、岩石电学性质（导电性、介电性、
导磁性、激电性）之间的差异性，利用电场或电磁场（天然或人工）空间和时间分布规律，以及利用人工震源产生的地震波或向地下地质体发射高频
无线电波，通过观测地震波和电磁波在传播过程中场强的衰减情况，以确定地质构造和异常体的方法。4.3国内外主要物探技术
电法勘探磁法勘探地
震勘探（地表）重力勘探4、煤层底板水害协同预测预报电法勘探
直流电法:一般常用的有高密度电、音频电透视、三极超前探测、电测深等；交流电法:主要有瞬变电磁、地质雷达、
磁偶源、坑道透视等；天然电磁法:天然电磁主要有天然场和电磁辐射等。4.4影响探测结果可靠性的主要因素
物探环境：铁轨、工字钢、扒矸机等金属干扰物；带电设备及线路漏电；巷道底板干湿不匀，水沟为连续状低阻体，局
部地区存在积水以及巷道底板过分干燥等均会引起物探结果的可靠性——所有结论必须建立在钻探的基础上。采动引起
的“活化”：无论是物探还是钻探，探测的结果都是基于静态环境得出的，采动条件下底板的变形破坏会引起探测结果的改变。5、矿井防治水
关键问题5.1矿井防治水应遵循的原则根据《煤矿防治水规定》及《煤矿安全规程》等要求，结合矿井地质、水
文地质条件和防治水工作现状，受底板奥灰水害威胁的矿井应在遵循以下原则的前提下，以煤底板含导水构造精细探查为核心循序渐进地开展矿井防
治水工作（1）坚持“预测预报、有掘必探，先探后掘，先治后采”的防治水工作原则，切实落实“防、堵、疏、排、截”五项措施
。?（2）以基础水文地质工作为平台，井上探查手段以物探为主，钻探为辅；井下探测以钻探和物探结合，新区逢掘必钻；
（3）井上、下治理相结合，区域治理与工作面治理相结合，防治水工程与采掘工程相结合；（4）矿井监测与工作面采中监
测相结合。十六字原则科学地概括了水害治理的基本程序，也是是煤矿企业防治水实践经验的总结。“预测预报”是水害防治的基础，“
有疑必探”、“先探后掘”是水害防治的关键，“先治后采”和五项措施是水害防治的综合措施。5、矿井防治水关键问题5.2应解决的关键
问题虽然所有生产矿井经过一定量的勘探（物探和钻探）、试验和研究工作，对矿井的地质、水文地质条件有了较深入的认识。但鉴
于矿井地质、水文地质条件的复杂性和探测结果的不确定性，尤其是随着开采深度的增大，煤层底板承受奥灰水压增高，在矿山压力、导水构造和底
板采动裂隙共同影响下，底板高压奥灰水将对深部煤层开采构成巨大威胁。为降低矿井底板突水的风险和实现安全带压开采，还需要通过系统的矿井
防治水工作，解决下列矿井水文地质问题：5、矿井防治水关键问题5.2应解决的关键问题开采深部煤层底板隔水层阻水性能问题
目前采用的突水系数的两条红线是利用浅、中部工作面开采过程中的实践总结出的经验数值，而深部开采的围岩应力条件、矿压
扰动和开采破坏条件都与浅、中部开采有很大的不同。同时，必然引起深部煤层的底板隔水层阻水性能的改变。因此
，有必要通过对煤层底板隔水层的节理裂隙发育程度、岩石力学性质、由于开采而引起的矿山压力对煤层底板的扰动破坏、水岩相互作用机理以及它
们之间相互关系的分析研究，深入认识煤层底板隔水层的隔水性能。在充分利用隔水层的自然隔水能力的基础上，提出煤层底板隔水层防高压突水的
综合评价理论和方法。矿井防治水关键技术河北省煤炭工业安全管理局河北工程大学白峰青1、河北省矿井受
水害影响程度2、矿井防治水工作目标3、煤层底板突水诱因、特点及通道类型4、矿井防治水关键问题5、煤层底板水害协同预测预
报6、降低底板突水风险途径及技术路线主要内容1、河北省矿井受水害影响程度随着科学
技术的进步，煤矿生产与建设过程中的装备、工艺、技术都有了极大的提高，矿井生产能力快速提高，而矿井防治水技术与水害预警技术的发展远不
能适应矿井生产与防治水工作的需求，致使某些矿区矿井突水事故，特别是重、特大型矿井突水事故时有发生，企业经济效益与水害防治的矛盾加剧
。1.1总体受水害影响较大河北省境内除张家口矿区部分矿井受奥灰水影响较小外，其余矿区均属于我国典型的华
北岩溶大水矿区，矿井生产将不同程度地受到煤层底板奥灰水的影响，煤层底板奥灰水害将是现状条件下煤矿安全生产的巨大潜在威胁。曾发生过多
次突水淹井事故，20世纪80年代末开滦矿业集团范各庄矿发生的隐伏陷落柱奥灰突水量，更是达到了创纪录的2053m3/min，目前仍为
世界采矿史上最大突水量。1、河北省矿井受水害影响程度1.1总体受水害影响较大经过多年的开采，浅部煤炭资源
的开采殆尽，开采深部上组煤和浅部下组煤已经成为许多矿井面临的实际问题。就邯邢地区而言，深部上组煤的开采深度主要集中在400~130
0m之间，多数矿井的开采深度超过650m，个别矿井局部开采深度超过了1000m（邢东矿）。大部分开采下组煤层的矿井开采深度主要为3
00m以浅的9#煤，矿井防治水技术成熟且有效的矿井开采深度会超过300m。1、河北省矿井受水害影响程度1.2局部煤层底板水害
威胁大，矿井防治水形势严峻位于邯邢水文地质单元的南单元的峰峰矿区，地质与水文地质条件复杂，奥灰补给面积大，富水性
强且极不均一，奥灰水位比其它单元高120m左右。开采深部煤层底板隔水层承受奥灰水压高，煤层底板隐伏导水构造类型多且隐蔽性强，目前探
测技术难以准确探测，是河北省境内矿井防治水形势最严峻的矿区。近20年来，共发生过6次奥灰特大突水灾害。1、河北省矿井受水害影响程
度1.3开采环境变化大，矿井防治水工作难度加大开采深部煤层或浅部下组煤与开采浅部上组煤相比开采环境发生了明显
的变化，矿井安全生产形式趋于严峻。开采环境变化的主要表现（1）受勘探程度、勘探结果可靠性和地质、水文地质条件变化的不确定
性等因素的制约，深部某些地质构造没有得到有效控制；（2）深部煤层底板隔水层承受奥灰水压和矿压明显高于浅部；（3）深
部煤层底板破坏深度明显增大，煤层底板隔水层的阻水能力降低；1、河北省矿井受水害影响程度1.3开采环境变化大，矿井防治水工作难
度加大（4）水害类型发生了明显的变化，开采浅部煤层主要水害类型以地表水、老空水和老窑水（小煤矿开采和历史上小煤窑开采形成）
为主，开采深部煤层主要水害类型以底板奥灰水为主；（5）下组煤煤层底板隔水层距离奥灰距离仅为30m左右，明显小于开采上组煤的
隔水层厚度，煤层底板突水风险加大。开采深部或开采浅部下组煤与开采浅部上组煤存在的上述差异，致使煤层底板岩溶水害成为现状条
件下必须认真对待的现实问题。1、河北省矿井受水害影响程度1.3开采环境变化大，矿井防治水工作难度加大（4）水害类型发
生了明显的变化，开采浅部煤层主要水害类型以地表水、老空水和老窑水（小煤矿开采和历史上小煤窑开采形成）为主，开采深部煤层主要水害类型
以底板奥灰水为主；（5）下组煤煤层底板隔水层距离奥灰距离仅为30m左右，明显小于开采上组煤的隔水层厚度，煤层底板突水风险加
大。开采深部或开采浅部下组煤与开采浅部上组煤存在的上述差异，致使煤层底板岩溶水害成为现状条件下必须认真对待的现实问题。
1、河北省矿井受水害影响程度2、矿井防治水工作目标终极目标：彻底杜绝奥灰特大突水灾害——奋斗和追求的目标现实目标：突水不淹
井不发生工亡事故——可以实现的目标面对日益严重的水患问题，各相关集团公司以及各矿相关领导和技术人员进行了大量的防治
水工作，为实现矿井安全生产作出了很大的贡献。然而，受复杂的地质和水文地质环境和探测技术，以及掘进前后和开采前后对围岩扰动破坏差异性
的制约，目前所采用的矿井防治水技术和措施不能完全满足安全生产的需要。2、矿井防治水工作目标终极目标：彻底杜绝奥灰特大突水灾害—
—奋斗和追求的目标现实目标：突水不淹井不发生工亡事故——可以实现的目标也就是说，以目前探测技术和水平，在如此复杂的地
质环境下开采受高压奥灰水威胁的煤层要实现终极目标难度极大，需要广大水文地质工作者长期不懈的努力和不断创新。在采取相应的矿井防治水技
术与措施的前提下，将奥灰水害最大限度控制在最小区域内，并实现对突水灾害的快速治理，通过有效治理彻底消除奥灰水对相邻地区将来安全生产
的影响应该是比较现实的目标。值得注意的是：突水事故的高发期往往出现在煤炭工业的快速发展期；矿井超设计能力生产
、企业面临的生产压力与水灾事故孕育和发生有一定的关系。3、煤层底板奥灰突水诱因、特点及机理3.1诱因煤层底
板突水是一种十分复杂的工程地质现象，是底板隔水层结构遭到破坏和功能发生转化（隔水层转化为透水层）的外在表现，由构造、矿山压力和下伏
承压水复合作用引起。地质构造、矿山压力、底板岩性组合特征、厚度和强度决定了隔水层阻水能力大小，隔水层承受的水头压力是产生底板突水的
力源，底板形成联通的导水裂隙是发生底板突水的前提。3、煤层底板奥灰突水诱因、特点及机理3.2特点突水过程不可见
煤层底板发生突水前，首先要经历下伏高承压水通过原生和次生裂隙导升，并逐渐与煤层底板中的相邻含水层沟通，在矿山压力和水
压力的持续作用下，下伏高承压水继续导升，当底板隔水层的阻水能力小于水压力或底板存在强渗流通道时，淹没采掘空间的突水事件就不可避免的
发生了。但这种底板阻水能力演变过程的发生，完全是在不可见的煤层底板中悄然发生的。所能直观看到的是所有这些过程完成以后，下伏高承压水
向采掘区域渗水到突水的现象。3、煤层底板奥灰突水诱因、特点及机理3.2特点突水突水的滞后性由渗水
到突水的突变过程往往具有一定的滞后性，有的会在几小时，甚至几十分钟或更短时间就完成了突变转化，有的则需要较长的时间。煤层底板突水滞
后时间与突水通道类型和底板承受水压大小密切相关，并受多种地质因素控制。3、煤层底板奥灰突水诱因、特点及机理3.2特点突水通道
类型决定突水量受煤层、隔水层和下伏含水层空间组合特征的制约，在下伏含水层高承压水的作用下，煤层底板突水可以发生在采
煤的各个阶段。除突水通道类型为底板采动裂隙外，导水陷落柱和导水断层造成的奥灰突水量大，威胁矿井安全。3、煤层底板奥灰突水诱因、特
点及机理3.2突水机理导水断层断层是岩体中规模较大的构造结构面，它在破坏了岩体本身完整性的同时缩短了煤层与含水
层的距离，特别是当这些结构面与工作面边缘煤柱内的剪切破坏带相连接或重叠时，断层将成为下伏承压水突出进入采掘空间的薄弱面。大量开采实
践表明在底板完整情况下很少发生突水，根据相关资料统计，由断层引起的突水事故占总突水事故的75%以上。3、煤层底板奥灰突水诱因、特
点及机理3.2突水机理导水断层断层突水通常有三种情况：（1）断层缩短了开采煤层与对盘含水
层之间的距离，采掘过程中底板的扰动破坏进一步使隔水层阻水能力降低。在奥灰水压和矿山压力的联合作用下，奥灰水突破煤层底板隔水层，从而
造成巷道或工作面突水。（2）采动引起断层带及其附近岩体中的裂隙发生再扩展（断层“活化”），从而改变其渗透性，在矿压
与下伏高压水持续作用下底板阻水能力降低，并逐渐形成突水通道。3、煤层底板奥灰突水诱因、特点及机理3.2突水机理导水断层及突水
机理（3）断层防水煤柱留设不足或被破坏。通常按照《煤矿防治水规定》要求一般不会出现断层防水煤柱留设不足的问题，只有在
断层的走向变化较大时才会出现。断层防水煤柱留被破坏引起的突水主要出现在过去小煤矿的偷采，目前发生此类断层突水的情况比较少见。3、
煤层底板奥灰突水诱因、特点及机理3.2突水机理导水断层断层作为一个突水优势面，引起的突水具有一定规律性，主要表
现在：（1）断层突水多发生在正断层的上盘断层的导水性与断裂面的力学性质、断层两盘的岩性、规模以及充填
胶结程度有关。正断层是在低围压条件下形成的，断裂面属张裂面，破碎带疏松多孔隙，透水性强。研究表明98%的断层突水是由正断层引起的，
其中85%发生在断层的上盘。（2）多条断层交汇处易突水同一条断层具有不同的导水优势部位，多条断层的交
汇形成导水优势面的叠加，使之成为岩体中最为薄弱的部位。采动条件下，在煤层底板在高水头承压水作用下更易发生突水。3、煤层底板奥灰突
水诱因、特点及机理导水断层及突水机理演示奥灰采掘方向3、煤层底板奥灰突水诱因、特点及机理断层突水案例（黄沙矿）
2010年11月19日凌晨4点，112124运输巷在掘进迎头后路30m和150m发生底板出水，19日17时巷道底板出水
突然急剧增大到6000ｍ3/h。巷道最低标高为-640m，煤层底板隔水层承受奥灰水压超过7.6MPa。突水水源—奥
灰水，距突水点1700m奥灰观测孔水位下降。突水通道：运输巷2#突水点下方25m附近新发现了一条落差120m断层。
突水原因：断层导致运输巷与奥灰间距缩小为30m，巷道底板隔水层无法承受7.6MPa奥灰水压力。突水
特点：①突水发生在运输巷的掘进期间，突水通道为以往多次勘探均未发现F55-1断层；②突水水压
大，影响范围广。启示：针对新区、特别是地质条件复杂区，掘进时必须采取“逢掘必钻”的超前探测措施，提前查明大中型隐伏
构造及其导含水性。3、煤层底板奥灰突水诱因、特点及机理3.2突水机理导水陷落柱陷落柱是指在石灰岩地层中由流
动的地下水长期的溶蚀作用形成的溶洞，经后期的地质运动和上覆岩层的重力长期作用下，致使溶洞塌落而形成的形状各异、规模不等的筒形松散或
胶结堆积体。作为煤系地层基底的厚度600m左右的奥陶系石灰岩，具备形成陷落柱的良好条件。目前仅邯邢地区探明或揭露的陷落柱达数百个，
虽然绝大部分为不导水陷落柱，但足以说明该地区的奥灰岩溶的发育程度。3、煤层底板奥灰突水诱因、特点及机理3.2突水机理导水陷落
柱陷落柱诱发奥灰突水主要有两种情况：（1）采掘过程中接近或揭露未探明的导水陷落柱，剩余的煤层不足以抵
抗奥灰水压力引起奥灰水沿陷落柱突出。（2）导水陷落柱为隐伏于煤层之下一定深度，随着采动对底板扰动的逐渐增大，煤层底板
阻水能力和陷落柱的导水性发生本质变化，煤层底板产生的抗力不足以抵抗奥灰水压力引起奥灰水沿陷落柱突出。3、煤层底板奥灰突水诱因、特
点及机理3.2突水机理导水陷落柱及突水机理陷落柱突水通道畅通且面积大，属于突发性强、危害性极大突水灾害。虽然其
分布也具有一定的规律性，但对于埋藏深度大、不导水（或采前不导水）的陷落柱，目前还很难做到准确探测。3、煤层底板奥灰突水诱因、特点
及机理导水陷落柱及突水机理演示奥灰隔水层陷落柱采掘方向3、煤层底板奥灰突水诱因、特点及机理导水陷落柱及突水机理演示
奥灰采掘方向隔水层陷落柱3、煤层底板奥灰突水诱因、特点及机理导水陷落柱突水案例（东庞矿）200
3年4月12日8时47分，东庞矿2903工作面下巷掘进至750m时，出现来压片帮和涌水，最大突水量70000m3/h，掘进巷道标高
低于-480m，2#煤层距离奥灰150m左右。突水水源—奥灰水，距突水点2500m的观26孔奥灰水位快速下降。
突水通道：导水陷落柱。突水原因：巷道掘进致使煤岩柱不足以抵抗高压奥灰水造成奥灰突水。突水
特点：①突水通道具有隐蔽性，静态条件下均未发现巷道前方存在明显异常；②突水量极大，突水通道规模大。启示：构造复杂地区
奥灰水同样会对开采2#煤产生威胁，采掘过程中应严格遵循“有掘必探”的原则。3、煤层底板奥灰突水诱因、特点及机理导水陷落柱突水
案例（九龙矿）2009年1月8日12时25分，在15423N野青工作面在推采过程中老空区内发生滞后突水，至1月11
日20时估算最大突水量达到7200m3/h。工作面煤层底板标高-616～-710m，埋深746～840m，煤层距奥灰含水层顶面间距
110m，煤层底板隔水层承受奥灰水压超过9MPa。突水水源—奥灰水，距突水点2300m的新观1奥灰观测孔水位同步下降
。突水通道：依据注浆堵水期间施工的探查孔，在15423N工作面下方41.5m存在长短轴分别为14m和7.2m左右隐伏导水陷落柱。突水原因：采动条件下底板破坏致使隔水底板厚度减小、强度降低，造成隐伏陷落柱“活化”突水。3、煤层底板奥灰突水诱因、特点及机理导水陷落柱突水案例（九龙矿）突水特点：①突水具有滞后性：突水发生在工作面推采后的老空区内；②突水通道具有隐蔽性：工作面采前进行了大量的水文地质工作，均未发现工作面底板存在隐伏的导水构造。③突水水压大：突水通道煤层底板隔水层承受奥灰水压值高达9.26MPa。启示：掘进和采前的静态探测结果不能完全满足现场动态环境（采动条件下）的需求，大采深煤层底板承受高压奥灰水的工作面开采在进一步加大探查力度的同时应加强开采期间的突水预警。3、煤层底板奥灰突水诱因、特点及机理3.2突水机理采动裂隙煤层底板采动裂隙是矿压和底板高承压水共同作用的结果，其扩展程度受多种因素影响。采动条件下，在底板原生裂隙扩展和产生次生裂隙的同时，将引起高压奥灰水进一步导升，当奥灰水递进至连通的裂隙时，诱发底板突水。采动裂隙引起的底板奥灰突水一般发生在大采深的工作面，在没有大的构造存在的前提下，此类导水通道引发的奥灰突水量一般较小，但突水后难以探查和彻底根治。 |
|
