一、煤层底板突水灾害原因
主要有以下几方面的原因:
(1)没有牢固建立“安全第一,预防为主”的安全观。
(2)没有坚持“有疑必探,先探后掘”的防治水原则。
(3)防排水工程质量低劣。
(4)先天不足、无序开采。
(5)职工技术素质不高、安全意识淡薄。
(6)对开采后水文地质条件变化的认识不充分[18]。
例如华北某矿煤层底板突水量巨大导致淹井后,来自科研、高校、地勘和有煤层底板突水危险矿区的防治水专家,参加了整个抢险救灾指挥决策的技术咨询,防治水专家经过广泛讨论与分析后认为,到该煤层底板突水灾害前,在太行山东麓峰峰、邯郸、邢台、井陉矿区等范围内,2#煤均从未发生过陷落柱奥灰水煤层底板突水灾害[34]。
二、煤层底板突水灾害防治预案
1.做好矿井防治水基础工作
(1)完善矿井防治水机构、人员和队伍。
(2)加强水文地质条件勘探、做好防治水预测预报工作。
(3)建立健全防治水管理制度,严格执行防治水的有关规定。
(4)切实完善防治水工程设施。
(5)加强职工技术培训、提高抵御水害的意识,增强抵御水害的能力。
2.煤层底板突水灾害预警
煤层底板突水灾害预警分为煤层底板突水征兆、煤层底板突水量的变化、煤层底板突水原因、煤层底板突水通道和煤层底板突水部位。
(1)煤层底板突水征兆:煤层底板突水前具有地压增大,底板鼓起、片帮、冒顶、折梁断柱,工作面潮湿等现象。出水的裂隙先窄后宽,水色由清变浑或夹带煤屑。
(2)煤层底板突水量的变化:①煤层底板突水与时间的变化关系较为密切,煤层底板突水量先小后大,随后趋于稳定或者变小,此外,煤层底板突水点所处的构造位置不同,反映出涌水量的减小率也不一样;②底板与开拓巷道空间两者不成正比关系,而与揭露灰岩喀斯特裂隙的面积成正比,例如,焦作矿区演马庄矿1-1集中运输巷(L8灰岩)标高-123m,巷道近千米,非常干燥,1-1 水仓巷道(L8灰岩)的东水仓(-145m)无水,而西水仓涌水量为60m3/h。
(3)煤层底板突水原因:煤层底板突水主要与断裂构造、底板灰岩的喀斯特裂隙发育程度和水压、矿压及底板隔水岩层厚薄和力学强度有关;在采掘过程中,隔水岩体受到水压和矿压的共同作用,破坏了岩体原有应力的平衡状态,使底板隔水层发生裂缝,导致煤层底板突水。
(4)煤层底板突水通道:灰岩地下水沿喀斯特裂隙,由高向低作近水平运移,在运移过程中,由于断裂破碎带和水压等因素的影响,使深部灰岩水和浅部灰岩水发生水力联系而连通,运移状态也随之转为近垂直运移。
(5)煤层底板突水部位:勘探和开采资料说明,喀斯特裂隙沿灰岩层面和断裂破碎带比较发育,它是地下水储存和运移的通道,所以煤层底板突水部位多在喀斯特裂隙发育处和断层尖灭处,或交汇处,如焦作矿区演马庄矿二一车场煤层底板突水点位于断层带,引起两次淹井事故。
(6)煤层底板突水水源:煤层底板突水往往指矿井有正常涌水,当正常涌水如果突然增大的时候,这种现象就叫煤层底板突水。透水事故从专业术语上说一般叫矿井煤层底板突水,而不叫矿井透水。当发生煤层底板突水,当矿井排水能力低于矿井的煤层底板突水水量的时候,这时就会发生煤层底板突水的淹井事故,所谓的水害事故就出现了。如果从煤层底板突水的水源来划分煤层底板突水灾害,可以划分薄层灰岩水和深层灰岩水,根据突水水源与开采煤层的接触关系,也可以划分煤层底板水害。
焦作煤业集团首次在焦作矿区建立了水位自动监测系统,一旦深层喀斯特水水位下降,则预示灾害性煤层底板突水灾害将要发生,对煤层底板突水灾害预警起到重要作用。
3.典型案例
(1)华北某矿二一轨道下车场煤层底板突水。1979年3月8日,在-200m水平东大巷二一轨道下车场掘进岩巷时,遇到一落差8m的断层,停止掘进,32小时后,巷壁流黑水,并有水叫声,水量逐渐增大,最大水量14400m3/h。煤层底板突水原因是:巷道开在L8灰岩里,遇断层,在水压高达2.8MPa的条件下,深层L2灰岩水和O2灰岩水突破断裂破碎带直接溃入巷道,而形成了淹井。此次煤层底板突水因二水平大巷水闸门关闭受阻,一、二水平没有隔离,排水能力不足,68分钟后,二水平全部淹没,4小时43分钟后淹井。1985年5月17日二水平追排水即将落底时,因原煤层底板突水点堵水不严或强度不够而发生19200m3/h的第二次煤层底板突水淹井[6]。
(2)华北某矿2903工作面掘进过程中发生了2#煤层奥灰陷落柱特大煤层底板突水灾害。2003年4月12日,在2903工作面掘进过程中发生了2#煤层奥灰陷落柱特大煤层底板突水灾害。虽经全力组织抢险救灾,但因煤层底板突水量远远超过矿井最大排水能力,5天后矿井被淹。由于煤层底板突水后地面奥灰水文孔的水位速降,降幅达29m。根据水量巨大、出水迅猛的特点和水质化验,确定煤层底板突水源为煤系地层基底奥灰强喀斯特水。煤层底板突水前未见煤层底板突水征兆。在距煤层底板突水点90m的东17钻孔,终孔层位为9号煤底板,未揭露奥灰且封孔良好,未见地质异常,不可能为钻孔煤层底板突水。故可确定在该煤层底板突水点附近存在导水隐伏陷落柱[34]。