复杂环境下采动影响导致老空突水案例分析

王革纯

（开滦能源化工股份有限公司，河北 唐山 063018）

1 概 况

老空积水突出是煤矿生产的主要水害之一，我国近年来的相关统计资料表明，老空水害是煤矿较大以上水害事故的主体，事故起数和死亡人数占比80%以上。《煤矿防治水细则》针对老空水害事故占比高的特点，总结近年来老空水突水事故教训和有效的技术手段，对受老空水害影响煤层实行分区管理，增加了关于老空水害防治的技术管理要求。

在开滦矿区，相关事故经验表明，老空水害防治看似简单，其实不然，一是由于矿井周边小窑遗留下来的老空，积水区数量、位置、分布范围、积水情况不清；二是积水体内沉积的煤泥情况是未知的；三是煤系地层中特殊岩石如沉凝灰岩、遇水软化或膨胀的粘土岩（泥岩）、遇水崩解泥质砂岩等的存在，导致积水情况复杂，难以定量；四是矿井开采矿压变化引起的煤层顶、底板起伏变化，造成积水体的不确定性；五是老空积水充水系数是随时间变化的变量，并与空间、位置、煤层顶底板岩性、矿山压力相关；六是开采顺序对老空水害防治有较大影响，系人为因素，不确定性强等。

复杂的情况使得老空水防治难度加大，老空水害事故时有发生，老空积水的防治工作占据了矿井防治水工作的大部分工作量，需要引起足够的重视。因此，以开滦矿区东欢坨矿3096 工作面为例，对复杂环境下采动影响老空突水原因进行深入分析。

2 运道老空积水突出

2017 年 4 月 8 日凌晨 3 时 26 分，东欢坨矿3096 运道在掘进至全长1 080 m 时，迎头上顶出现淋水 1.2 m3/min，9 日 6 点班涌水增大至 2 m3/min。2017 年 4 月 10 日 19 时 30 分，涌水再次增大，观测水量达4.5 m3/min，水呈黑色且浑浊伴有煤泥；21 时30 分观测水量为6 m3/min，因排水能力不够造成部分巷道淹没。至11 日凌晨2 时，积水位置为运道开口往里840 m 处，观测水量5 m3/min，有所衰减；到6 时，巷道积水位置为运道开口往里740 m 处；7 时30 分实测涌水量4.2 m3/min；16 时实测涌水量3.4 m3/min。经紧急加接排水设备设施后，排水能力达到8 m3/min，防止了巷道进一步被淹。

3 原因分析

3.1 3096 工作面概况

开滦矿区为煤层群开采，东欢坨矿3096 工作面为该矿井9 煤层工作面，位于-690 水平中央下段采区最下一个工作面，风道设计长度2 179 m，运道2 393 m、泄水巷2 318 m，倾斜长202 m。后因透水事故影响工作面走向长缩短为约600 m。上覆为8 煤层3086、3088 工作面采空区，此处8煤层与9 煤间距为6.0 m；下伏无采掘工程。

工作面煤层老顶为浅灰色细、中砂岩，平均厚度2.0 m，泥质～凝灰质基底式胶结；直接顶为浅～深灰色粉、细砂岩，平均厚度1.3 m，厚度变化大，裂隙发育，风化后呈碎块状；伪顶为深灰色粉砂岩或灰色粘土岩，平均厚度0.2 m，局部缺失。工作面煤层直接底为深灰色粉砂岩，平均厚度1.6 m；老底为浅灰色细砂岩，平均厚度4.0 m，泥硅质胶结。工作面煤层厚度平均3.2 m，煤层平均倾角20°，工作面掘进范围内存在11 条断层。工作面风道正上方为3086 工作面采空区，上邻同煤层工作面3094 正在回采。资料分析，3086 老空区存在两处积水空间，积水量分别为10 300m3和29 480m3，动水量分别存为 0.56 m3/min 和 1.0 m3/min，如图1 所示。

图1 3096 运道与积水区及3094 工作面平面位置关系Fig.1 Plane position relationship between 3096 transportation roadway pond area and 3094 working face

3.2 突水后水文变化情况

3.2.1 涌水量变化

3096 运道出水后，相邻工程3096 泄水巷、3094 工作面水量未出现变化，但3088 泄水巷水量由出水前的0.84 m3/min 减少至0.56 m3/min。

3.2.2 含水层水位变化情况

钻孔出水后，对该区域相关含水层水位观测孔进行了观测，周围的冲积层含水层水位（东观17距离出水位置2 498 m）、5 煤层顶板含水层水位（东观50 距离出水位置1 812 m、55 距离出水位置1 812 m）、12-2 煤～14 煤底板含水层（东观45 距离出水位置1 712 m、东观12 距离出水位置2 456 m）、K3 含水层水位（东观47 距离出水位置792 m、46 距离出水位置1 431 m）、奥灰含水层水位（东观2 距离出水位置3 040 m、东观44 距离出水位置3 040 m） 均无明显变化。

3.2.3 水质化验分析

此次透水水质类型为重碳酸钠型水，与该区域老空水水质类型一致。

3.3 突水原因

此次突水比较特别和突然，3096 工作面运道施工中均严格执行了防治水工作的相关规定，措施到位，但依然突水。经研究分析，导致事故的原因分析如下。

（1） 区域水文地质条件较为复杂，相邻采空区存在积水和动水，上覆煤5 顶板砂岩裂隙含水层含水丰富，成为工作面施工可能的充水因素。

（2） 工作面地质条件复杂，为煤层群开采，间距较近，对彼此开采影响大；煤层顶、底板岩性为泥质或凝灰质砂岩，遇水软化成泥，对采空积水条件影响较大。

（3） 邻近工作面采动影响导致老空积水体突出，水流沿采空区松散岩体孔隙、裂隙无规则流动，于3096 运道掘进头涌出。

（4） 由于瞬时涌水量大，排水能力不足导致部分巷道被淹。

3.4 涌水情况分析

经涌水量情况统计，此次透水从4 月8 日至6月14 日共涌出水量154 232 m3，其中老空动水量为117 500m3，积水量为36 728 m3，上覆 3086 采空区两处积水，积水量为（10 370＋29 480） m3，与本次透水水量大体相当，稳定后涌水量与3086采空区动水量一致。3096 工作面风道施工过程中，对上覆3086 采空区两处积水进行了打钻探查，查明基本无水，说明积水已在3096 运道突水时泄出，如图2 所示。

图2 3096 运道透水点涌水量变化历时曲线Fig.2 Curve of water inflowchange at permeable point of 3096 transportation roadway

4 事故经验教训

（1） 必须加强对老空水防治复杂性的认识，不同岩性条件、煤层赋存状态、采掘工程空间分布、采屈时间顺序、矿山压力变化、积水量大小、积水体底部煤泥厚度等，对老空水害防治工作都有较大的影响。

（2） 《煤矿防治水细则》虽然强化了对老空水害防治工作，但并不意味着绝对安全不透水。如本次透水事故，掘进位置与积水体最小距离67 m，远大于规程要求的30 m，但依然发生了透水事故。

（3） 人为因素对老空透水的影响不能忽视，采掘衔接安排应充分考虑防治老空水害的需要，经分析认为此次事故中3094 工作面的采动影响是诱发因素。

（4） 复杂环境中老空水透出具有不确定性，不只是工程揭露积水体会透水，此次突水形式是老空水通过采空区渗流，以大淋水的形式泄出，没有形成溃泄，但涌水量仍然较大，最大涌水量达6.0 m3/min，对3096 运道施工产生了较大影响，因排水能力不足造成了部分巷道被淹。

（5） 事故发生后，透水水源不清。观测邻近工作面涌水点水量无变化，水质分析结果认为是顶板含水层水，但相关含水层水位观测也无变化，给工程决策造成了一定影响，3096 运道没有继续向前施工，原设计走向两千多米的长面，变成了走向660 m 的短面。

（6） 老空水害的分析工作要与矿井的具体生产情况相结合，必须充分考虑采掘工程的分布情况，弄清相互影响状况，才能制定针对性的防治措施，确保安全生产。

（7） 对于具有冲击地压倾向的工作面，老空水防治工作更应该小心翼翼，要充分考虑到因地压异常引起老空水突出的可能性，提前制定针对性措施，防止发生危险。

（8） 老空水防治工作中的排水设施要留有余地，提前做好排水应急预案，确保发生涌水时能及时有效的排水。

5 结 语

此次老空透水事故具有偶然性，原因复杂，值得总结分析。实践工作中，防治水技专业术人员要充分发挥主观能动性，遵守规程但又要有超越规程的超前意识，合理分析问题，措施针对性强，确保做好老空水害防治工作。