矿井充水特征

全世界10生产矿井总涌水量为398 m3/min(1981 8月)，不包括被淹的演马庄矿(水量为123m3/min)和地方矿井。

矿井涌水量与矿床水文地质边界条件、构造破碎程度、开采煤层、开采深度和开采时间有关。各矿井涌水量变化很大，从3.5到123m3/min不等，涌水量的变化一般可分为以下三个阶段。

(1)建井时间

井筒主要开挖冲积水和二叠系砂岩裂隙，其中冲积涌水量可达1.6m 3/min，砂岩涌水量可达1 ~ 2 m3/min。竖井注浆处理后，一般剩余水量为1 m3/min。挖底孔时，水量为2 ~ 3m3/min。建井期矿井排水防水能力小，面积小，防灾能力弱。因此，竖井位置选择在弱含水岩层中，避开流沙层、断层和灰岩突水，以保证正常施工。同时，必须建立可靠的排水和防水能力，巩固井下生产阵地。中马村矿井位于断裂带上。在防水能力不足的情况下，将临时水仓巷道开到距离“八灰”只有6 m的地方，承受25.9kg/cm2的水压。结果以1.05 m3/min的速度发生突水，造成井涌事故。

(2)发展的初始阶段

该区大煤与八灰间距20 ~ 40m，水压20 ~ 30kg/cm2，每米岩柱水压0.5 ~ 1.5kg/cm2，大部分处于可能突水的情况。因此，需要疏干排水以降低八灰含水层的水压，达到安全水头值。随着巷道的开挖，直接揭露八灰含水层，断层八灰水涌出。矿井涌水量以八灰水为主，水量达到30 ~ 80m3/min，大大降低了水位。部分地区大煤与八灰间隔较厚，结构简单。利用隔水层可以保护矿井长期不进水(5m3/min以下)。

(3)开采后期

开采后期，由于延伸至井田边界或水平延伸至石炭系“二煤”开采，水文地质条件更加复杂，其特点是:

1)进入复杂构造区。过断层时，强烈发生“L2”或O2突水，如冯英矿13011工作面突水为103m3/min，望峰矿117区域突水为52m3/min。

2)开采第二水平时，第一水平水量向深部转移。如阳阳玛矿西部涌水量为54 ~ 66 m3/min，二水平开拓时出水量为40m3/min，比一水平减少了65%。

3)突水点向供水方向偏移。如阳阳玛矿F3断层为供水水源，工作面涌水量为19610 101 15 m3/min；F3断层尖端，1964年9月，12121工作面突水89m3/min，101工作面水消失。1966，65438+2月西大巷出水量58m3/min，12121工作面出水量降为22m3/min。8月4日，1977，1441工作面直接遇到F3断层，突水120m3/min。上述突水点水量大幅度减少，突水点不断向F3断层发展，新突水点和老突水点减少。

4)开采第二块煤时，矿井涌水量增加30 ~ 50m3/min。此时，来自L5和L2含水层的水直接流入矿井，这两个含水层的水位也明显下降。

矿井涌水量动态除上述与开采条件有关的变化趋势外，还具有以下特点:①涌水量动态的季节变化较小，年变化幅度为1.05 ~ 1.3倍；(2)水量变化受突水波动影响明显，呈阶梯式增加。水量跃变后，一般快速稳定；③水量总趋势是增加的；(4)在不暴露新水源的情况下，突水点会增大或偏移，但总水量不变。

上述特征表明，该区地下水补给源丰富，水量具有充分的调节平衡功能，处于动态稳定状态，不易流失。

2.矿井突水的边界特征

矿井涌水量主要取决于矿床的涌水量边界条件。根据焦作矿区水文地质特征，井田内有三种进水边界条件:

1)强补给边界，即水平或垂直方向，有强含水层补给(含水砾石层和岩溶灰岩)。接受补给的含水层也是强含水层。如演马庄矿浅部煤层露头被含水砾石层覆盖，其中奥陶系灰岩和石炭系灰岩层与砾石层接触，水位趋于一致。矿井排水后，水位保持高水头补给，水力联系密切。同时深部有一条北东向F3断裂带，八灰、二灰与奥陶系灰岩水力连通，突水频繁，水量大，造成演马庄矿20。

2)弱补给边界，即在水平和垂直方向上与弱含水层或隔水边界接触。如天门井煤层露头被冲积层覆盖，无水，煤层底板有40m的完整隔水层，深大断层两盘是煤系地层接触的隔水边界，矿井涌水量4 ~ 5m3/min。

3)局部强补给边界，即井田边界沿水平或垂直方向有较强含水层补给，但补给含水层含水量较弱，不利于地下水补给。如马忠矿区，地下水补给的主要来源是浅部李河断裂的一部分，深部九里山断裂落差较大(300m)，因此奥陶系灰岩与煤系接触。深层灰岩裂隙小，不形成强补给边界。矿井排水后，九里山断层两盘水位差200多米，矿井涌水量80 ~ 40 m3/min。

3.矿井突水特征

矿井突水是该煤田矿床水文地质中最突出的问题，威胁着矿井的安全生产。据不完全统计(表1-7)，截至1981 * *共发生突水事故707起，其中51%为突水大于1m3/min，13为突水大于30m3/min。突水平均一年20 ~ 30次。一般在进尺高的年份(如1958、1962 ~ 1965、1977 ~ 1978)突水次数较多，一年有30 ~ 40次。1973以后，由于石炭纪二煤发育和水平延伸，突水频率和强度增加。

表1-7突水分类统计表

突水水源主要是大煤底板“八灰”，突水253次，占36%。顶板砂岩和井筒冲积层突水占40%，突水量较小。钻孔和小煤矿的水占13%。大煤层底板突水是距大煤层20 ~ 40m处的八灰水，通过岩石破碎带突破底板，由开采诱发。

(1)突水的前兆特征

总的来说，突水过程是有前兆的，可以概括为:①底鼓，如中马村矿-65438+2~3m临时水仓，3月27日7时突然听到“呼啦”一声，底鼓距工作面约1m，水涌出，涌水量0.67m3/min，65438。(2)工作面潮湿淋水，如马庄矿二轨(1)，1979年3月8日掘进发现岩层变软；3月9日14: 30，发现工作面有两片巴掌大小的水。14: 45，岩壁流淌着“噗通”一声。15处涌水量分别为138m3/min和15。(3)工作面寒冷，如马庄煤矿1441工作面，1977年8月20日突水为120m3/min，突水前工作1 ~ 2天后工人感到寒冷。此外，地压增大、断梁、断柱、片帮、岩层裂隙密度增大、裂隙面红锈、岩层产状变化、断层、煤层瓦斯含量骤降等现象也是出水的前兆。

底板突水的机理是底板隔水层的厚度与水压密切相关，地压是导火索。焦作矿区临界突水系数(水压与隔水层厚度之比)的经验值为0.5(大部分为断层破碎带)。底板突水是水位能量的一种释放，涌水量的变化与突水地层的结构有关，可分为三类:

第一类:强突水型。突水时，水量迅速达到最大值，然后平稳下降，多在坚硬地层，靠近水源，位于断层带。如马庄矿1轨道突水案例，发现突水前兆(淋水)在约20 ~ 30分钟后突然增大到240m3/min。

第二类:跳跃型。水量突然由小变大，频率和强度越来越大，多在断层带，距离水源稍远，水通道扩大。如冯英矿13011工作面，以1m3/min开始出水，一天后增加到15 ~ 85 m3/min；又过了30个小时，突然增加到89m3/min以上，引发洪水。这种水很危险，开始麻痹人，所以我们得出“不怕大，就怕跳”。

第三类:慢型。含水层开挖或底板岩层普遍破碎时，水量随暴露面积逐渐增大，然后以影响半径向边界延伸，达到水稳或因补给条件不足而逐渐减少和排泄。如望峰矿117区域为底板破碎带，大面积积水，如同沸水翻滚，水量保持在15m3/min。

最大突水包括动水和部分静水。根据该矿区的实测资料，稳定水量为最大水量的50% ~ 70%，有的达到80%。

(2)突水点分布的空间特征

突水点的空间分布具有一定的规律，突水点、突水带、突水区域往往与断层(尤其是张性断层)的分布有关。该区域可分为以下类型:

1)沿背斜轴部的裂缝密集带。该区煤层走向(N60°E)有平缓的波状褶皱，在距离约4 ~ 5 km处出现一个背斜轴部。该区小构造多，裂隙密度高，经常发生突水。如望峰煤矿、马存景煤矿和阳阳玛煤矿的西部。

2)北西向张性破裂带。北西向的张性破碎带往往是一个小地堑，平行等间距排列，间距约600 ~ 800 m，往往有一组突水带，如胶西矿二煤区突水点就分布在这个张性破碎带内，突水频繁。

3)沿煤层走向的横向拉伸破碎带。如李冯煤矿二煤区的一组突水点分布在北纬60° E，其西侧为北纬60° E的张性断层..我们在突水点和小背斜交汇处选择注浆堵水，很快全断面堵水。

4)大断层附近的小“成”字形断裂。突水点经常出现在管柱中。如李冯矿吉闸掌二煤区凤凰岭断层东北侧有4条平行等距(约120m)之字形断层，断层两侧成群出现突水点。

5)两条大断层相互扭折的区域，即扭裂带。如中马村矿西南段的李和断层北涨南跌，而东段的李庄断层北涨南涨，形成扭曲状态，使得该区小构造密集，突水频繁，地下水难以疏干。

6)断层交汇。如演马庄矿西部F3断层为一条北东向断层与三条东西向小断层的交汇处，交汇区分别出现突水点，突水点为1441 120 m3/min，突水点为57m3/min，西巷突水点为121 89m3/min。

7)断层尖灭带。如演马庄矿101工作面，突水点位于F4断层尖灭处，涌水量为15m3/min。

8)正断层的上盘(活动盘)。大部分突水发生在该地区，如冯英1301突水84m3/min。

总之，突水点的分布与断层线有关。在构造线密集区和构造富水区，突水的点、线、面是有规律组合的。

突水点的迁移非常普遍，其规律是新突水点出现后，老突水点水量减少或消失。另一个重要特征是突水点向供水水源方向偏移，如演马庄矿一水平突水点，分布在F3断层附近，突水点由远及近向水源靠近(101:15 m3/min；89立方米/分钟；出水口在1212处；53立方米/分钟；水是从西巷子排出的；1441点出水120m3/min)，与各用水点水力联系紧密。新突水点出来后，老出水点水量明显减少，说明供水来源相同，直到F3出露为垂直供水通道。目前，通过断层注浆，矿井总涌水量由90m3/min降至71 m3/min，印证了出水点向水源地移动的判断。