２０１１年第６期　中州煤炭　总第１８６期　

鹤煤公司六矿奥灰水综合防治技术　

张敬书。唐振伟　

（河南煤业化工集团鹤煤公司六矿，河南鹤壁４５８０００）　

摘要：鹤煤公司六矿现主采二，煤层，二　煤下的奥陶中统（Ｏ：）含水层为矿井主要底板承压含水层，奥灰含水　

层地层厚、水压高、水量大，对煤矿安全生产影响较大。分析了鹤煤公司六矿井田水文地质单元及奥灰含水　层水文地质条件，在研究奥灰含水层突水机理的基础上，提出了合理的综合防治对策，提高了矿井抗灾应变　能力及水害防治安全系数，确保了安全生产。　关键词：突水机理；奥灰水防治；充水条件　中图分类号：ＴＤ７４５．２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００３—０５０６（２０１１）Ｏ６—０１０２—０３　

１　矿井概况　２　井田水文地质单元　

六矿为鹤煤公司主力矿井之一，位于鹤壁矿区　

中南部，南与八矿相接、西北与五矿、三矿相邻，南起　张庄向斜，北、西至Ｆ　正断层及二　煤露头，东止煤　

层一８００　ｍ底板等高线，南北走向长９．５　ｋｍ，东西倾　

向宽２．５　ｋｍ，井田面积约１８　ｋｍ　。主采二叠系山西　组二．煤层，平均煤厚７．４８　ｍ。矿井始建于１９５８　

年，１９６４年投产，原设计生产能力为７５万ｔ／ａ，改扩　

建后设计生产能力为１２０万ｔ／ａ，现核定生产能力为　１３０万ｔ／ａ，矿井开拓方式为立井多水平上下山开拓　（一水平标高一１５０　ｍ、二水平标高一３００　Ｉｌｌ、三水平　

标高一６００　ｍ），采用走向长壁倾斜分层全部垮落采　

煤方法，一水平生产已结束，现生产水平为二水平　

（范围为一３００～一４５０　ｍ），三水平正在开拓。随着　矿井采掘水平延伸，地压逐渐增大，构造复杂，矿井　

由南至北排列有多条大中型断层和褶曲，分别为　６Ｆ　６Ｆ　、６Ｆ　６Ｆ　断层和张庄向斜、６８２－１１背斜、　

７１．１４—８２－４向斜、４４．３向斜等构造，二　煤下奥陶系　

中统（Ｏ，）含水层为矿井主要底板承压威胁含水层。　该矿井自投产后，截至２００９年底共查明资源储量　

１９　３５５万ｔ，累计动用储量５　３１４万ｔ，累计采出资源　

储量３　４９４万ｔ，保有资源储量１４　０４１万ｔ，其中可采　

储量７　６３８万ｔ。　

收稿日期：２０１１—０３—２１　作者简介：张敬书（１９６３一），男，河南原阳人，高级工程师，１９８８年　毕业于焦作矿业学院，长期从事矿井技术管理工作，现任鹤煤公司六　矿总工程师。　

・１０２・　该矿所处区域水文地质单元西界北起铜冶，向　

南以天喜镇、鹤壁集、许家沟一线为界，为一仅南北　

向延伸的中奥陶统与中石炭统的岩层接触带。东部　

以青羊口断裂为界，南端在新村一带与西部边界相　

交，该边界在深部起阻水作用。该水文地质单元主　

要由石炭系、二叠系与新第三系碎屑岩组成，含水组　

岩性主要为灰岩、砂岩和砾岩，相对隔水层为泥岩、　

砂质泥岩等，是一个以裂隙岩溶水和裂隙水为主的　

多层含水结构。下伏中奥陶统裂隙岩溶含水组水量　

丰富，水压力高。　

３　奥灰水含水层水文地质情况　

３．１充水水源　

矿井充水水源主要为奥灰水（Ｏ　），该含水层位　

于二　煤层下１０２～１８３　ＩＹＩ，矿区西部山区广泛出露，　

补给条件好。根据区域水文地质资料，Ｏ，含水层厚　

度约４００　ＩＴＩ，岩溶发育大致规律是：０～３０　ｍ受上部　

铝土泥岩的填平补齐作用，岩溶不发育；３０～１００　ｍ　

以裂隙为主，有少量溶洞，洞内充填有铝土质泥岩，　

裂隙率在１％左右，钻孔单位涌水量在１　Ｌ／（Ｓ・ｍ）以　

下；１００～２００　ｍ裂隙和溶洞不发育，据鹤壁煤田施　

工揭露奥灰层的钻孔显示，钻孔中所见岩溶裂隙在　

１００　ｍ范围内宽０．８　ｍｍ，消耗量在０．１～０．２　ｍ　／ｈ，　

孑Ｌ内水位稳定，基本不漏水；２００～４００　ｍ段岩溶发　

育，以溶洞为主，溶洞内无充填物，溶洞周壁参差不　

齐，小溶洞、

溶孔等极发育，在施工水文地质钻孔中　２０１１年第６期　张敬书等：鹤煤公司六矿奥灰水综合防治技术　总第１８６期　

出现过掉钻头现象，说明也有大的溶洞，单位涌水量　多在１．５　Ｌ／（ｓ・ｍ）以上。奥灰水含水层厚度大，补　

给充足，富水性强，水压高，是二　煤层底板威胁最　

大的间接充水水源。　３．２充水通道　井田深部地质构造中等偏复杂，断层裂隙发育，　造成奥灰地下水循环深度大。岩溶裂隙发育深度　

大，断裂带常常是奥灰水的富水带和径流带，现矿井　

采掘活动在一６００　ｍ～一３００之间，二．煤层底板承　受奥灰水压较高，由于二。煤下部太原组、本溪组地　

层阻隔，正常情况下开采二　煤层，奥灰水不会进入　

矿井，但是当开采遇到落差大的断层或导水陷落柱　时，奥灰水就有可能进入矿井，即通过断层或导水陷　

落柱构成充水通道，充水强度大，富水性强，含水量　大，水压高，对矿井有较大的威胁，一旦发生突水，将　

产生灾难性后果。　

４历史上突水情况　

六矿边界原有马庄矿和建设矿皆因奥灰突水淹　井而被迫关闭。１９８１年５月，马庄矿在Ｆ　断层上　

盘开采二。煤，未留设防水煤柱，造成Ｆ　。断层下盘　

奥灰水突入该矿且淹井，突水量高达１３　５０７　ｍ　／ｈ，　

直接威胁六矿。六矿通过地面打钻堵住了过水通　

道，当时共施工３个注浆孔（总长６００　ｍ），该事故给　六矿造成直接损失１　２１４．７万元。１９８５年１　１月，市　

郊区建设矿在Ｆ　断层上盘开采二　煤，未留设防水　煤柱，造成Ｆ　断层下盘奥灰水突人该矿且淹井，直　

接威胁六矿。通过地面打钻注浆封堵出水点，当时　共施工１１个孑Ｌ，总长４　１２１．６　ｍ，注浆量３　１８７　ｍ　，　

该次突水堵住９７％以上涌水量，基本解除对六矿威　

胁，现仍有约４０　ｍ　／ｈ水量流入六矿。该矿自投产　以来虽未发生过大的奥灰突水事故，但现井下几个　

小出水点（因断层沟通二灰而致）深部均是接受奥　灰水补给而形成固定出水量。　

５奥灰水突水机理　

底板破坏带厚度Ｃ采用国内常用底板扰动破　

坏经验公式计算：　

Ｃ＝０．００８　５Ｈ＋０．１６５／３＋０．１０７　９Ｌ～４．３５７　９　式中，日为开采深度，ｍ；　为煤层倾角，（。）；Ｌ为工　

作面宽度，ｍ。　该矿现开采深度为４５０～６００　１１３．，煤层倾角２０。，　

工作面平均宽度１３０　Ｉｎ，将以上参数代人公式得：Ｃ　取值为１６．７９４　１～１８．０６９　ｌ　ｍ，平均１７　ｎｌ。　奥灰高压水在底板隔水层下部长期侵蚀及高压　

劈裂，会在底板隔水层产生一定高度裂隙导升，根据　

勘探钻孔资料，该矿井田范围内奥灰水原始导升高　度为１１　ｍ，底板隔水层厚度为１３０　ｍ。有效隔水层　

厚度受矿压作用，会产生弹塑性变形，但能够保持采　

前岩层的连续性及其阻水性能，此带位于底板破坏　带和原始导升带之间，即底板有效隔水层厚度Ｍ＝　

隔水层厚度一Ｃ一１　１＝１０２　Ｉｎ。　正常地质块段下，有效隔水层厚度对奥灰承压　

水起到一个很好的阻挡作用，但在地质构造带尤其　

是受大中型断层影响，造成底板奥灰层抬升而对接　煤层或距煤层距离大幅缩短，且在此构造带处，岩石　

破碎、松软，硬度小，底板有效隔水层厚度大为降低，　这些地段则有可能发生奥灰突水事故。　

６防治水对策　

坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后　

采”的防治水原则，查清条件，主导方针是“预防为　

主，防、堵、截相结合”。　６．１综合探查，查清水文地质条件　

（１）地面采用二维、三维地震，钻探、水文地质　试验分析等技术手段，查明矿井奥灰水文地质条件，　

探明落差大于２０　ｍ断层的位置、产状及导水性，掌　

握奥灰至开采煤层的间距及其变化，弄清奥灰与各　含水层之间的水力联系。　

（２）进行区域水文地质调查，划分水文地质单　

元，掌握矿区地下水补给径流与排泄规律。　（３）建立完善的奥灰地下水观测系统，坚持每　

月３次定期观测奥灰水位，雨季期间适当加密，同时　注意收集相邻的八矿、五矿等奥灰水观测成果，准确　

掌握奥灰水水位动态、水质、径流与排泄特征。　（４）进行矿井主要含水层地下水的水质、水化　学特征及同位素研究，建立各含水层水质判别模型。　

当矿井发生出水等水害事故时能迅速判明出水水　

源。　（５）加强井下超前探测。随着矿井采掘水平延　

伸，底板承受奥灰水的水压更大，尤其是地质构造附　近。据统计，８０％以上的底板突水事故发生在地质　

构造破坏带附近。地质构造附近底板突水通道往往　

就是构造本身，这些构造既可充水又可导水，这样大　大降低了隔水层的有效厚度和实际强度。对这些构　

造地带应用直流电法、瞬变电磁等物探及钻探等手　

・１０３・

　２０１　１年第６期　中州煤炭　总第１８６期　

段探清其构造是否为富水区，计算构造带突水系数，　

若突水系数大于临界值，具有突水危险性，则提前采　取注浆封堵措施，制订防突水应急预案。　

６．２留设防水煤柱　留设防水煤柱是防止奥灰突水的主要措施，在　查明断层的基础上，对较大规模的断层（落差大于　

１００　１＂１１），按《煤矿防治水规定》留设足够的防水煤　柱，明确防水煤柱界线，并按程序上报集团公司；对　

中等规模的断层（落差５０～１００　ｍ），根据其导水性　

质、水压值、隔水层厚度、煤（岩）抗拉强度等因素确　定留设防水煤柱，并在开采设计中明确标出；对落差　

小于５０　ｒｎ的断层，应采用物探、钻探等方法对其导　

水性进行超前探测，根据其导水性来确定是否留设　防水煤柱，并在采区设计中明确防水煤柱内禁止一　

切采掘活动。　

定期调查与相邻矿井之间尤其是周边小煤矿隔　离煤柱以及矿井内各种防水煤柱是否完整、尺寸是　

否合理，对存在的问题及时制订相应对策。　６．３增强矿井排水能力　加强矿井排水系统的管理及检查，定期对矿井　

各水仓进行清淤，确保水仓容量，每年雨季来临前对　

排水系统进行一次全面检修，并进行矿井排水系统　

联合试运转，确保水泵、排水管路等排水系统的可靠　性。目前，矿井建有２个独立的主排水系统，分别是　

一水平和二水平排水系统，均直接将矿井涌水排至　地面。　（１）一水平排水系统。一水平地区正常涌水量　

８０　ＩＴＩ　／ｈ，水仓总容积为２　９４２　ｍ　。一水平泵房配备　３台Ｄ４５０．６０×６型水泵。其中，工作水泵、备用水　泵和检修水泵各１台，水泵平均排水能力为４３５．１　

ｍ　／ｈ，排水管路为２趟　２００　ｍｍ的无缝钢管，一水　

平最大排水能力为１　０４２　１３３　／ｈ。　

（上接第１０１页）　

７　建议　

（１）建立健全施ｌＴ钻孑Ｌ地质分析研究制度。在　

断层及地质构造带附近布置高位顶板裂隙钻孑Ｌ时，　要详细调查钻孑Ｌ布置层位的地质条件，分析钻孔布　

置的可能性和在高负压作用下的变形趋势；此外，需　

选择合理的钻孔施工Ｔ艺，优化钻孔成孑Ｌ技术，保证　

钻孔成形良好和正常抽采。　（２）规范高位顶板裂隙钻孑Ｌ的设计环节。设计　

・１　０４・　（２）二水平排水系统。二水平地区正常涌水量　２６０　ｍ　／ｈ，水仓总容积４　０５０　ｍ　（清水仓３　２５０　ｍ　、　

煤水仓８００　ｍ　）。泵房配备３台ＭＤ２８０—６５×１０型　

水泵，其中工作水泵、备用水泵和检修水泵各１台，　水泵的平均排水能力为３４２．３　ＩＴＩ　／ｈ，排水管路为２　

趟　２５０　ｍｍ的无缝钢管，二水平最大排水能力为　

８４９　ｍ　／ｈ。　（３）应急排水泵房。在二水平中央下山二车场　

有一个应急排水泵房，该泵房有２台Ｄ１５５．６７×９型　水泵，每台水泵排水能力为１５５　ｍ　／ｈ，排水管路为１　

趟（２ｊ１５０　ｍｍ的无缝钢管，出水口为东风井地面注浆　站。　

（４）三水平排水系统。加快进行三水平水仓、　泵房及配套设施的施工步伐，完善深部水平排水系　

统，增强矿井的综合排水能力。　６．４　突水后的治理技术　

奥灰水水压高、水量大，补给充沛，不易疏干，一　

旦发生突水，极易造成淹井事故，必须制订奥灰突水　应急预案及封堵方案。根据奥灰水压、水量、突水机　

理等特征及六矿边界马庄煤矿和建设矿发生奥灰突　水处理经验，对奥灰突水最有效的办法就是采用地　

面打钻注浆川　突水点、阻断突水水源。　

７　结论　

通过分析矿井井田水文地质单元、奥灰水含水　层水文地质条件及其突水机理，制订出了有针对性　

的综合防治水对策，提高了矿井抗灾应变能力及水　害防治安全系数，避免了奥灰突水等水害事故的发　

生，确保了矿井安全生产，为条件类似的矿井深部奥　

灰水防治工作提供了借鉴经验。　（责任编辑：梁郁鑫）　

要综合考虑煤矿地质因素、采煤工艺、瓦斯赋存及流　动规律因素，制订连续改进和优化的措施，建立因地　

制宜的设计规范和施工标准。　

（３）现场抽采管理必须到位。及时观测与收集　

高位顶板裂隙钻孔的抽采参数，加强抽采系统管理，　杜绝积水、漏气和管路堵塞；注重分析变化趋势和关　

键环节，建立卓有成效的监督检查机制；在高位顶板　

裂隙钻孔抽采效果出现异常时，要及时组织技术人　

员，认真分析原因，重新制订治理瓦斯的方案和实施　措施。　（责任编辑：刘光雨）