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摘要：三河尖井田东北以孙氏店断层与龙固煤矿、龙东煤矿相邻；南以F24、F1/断层为界；西以经线39471500为界；北以各煤层-1200m底板等高线为界。井田东西长7～15Km，南北寬3.5～6Km，面积约49Km2。
关键词：煤矿高压奥灰突水；原因；机理分析
Abstract：the northeast of sanhe tip field fault and the longgu coal mine, east of sun-style stores to adjacent coal; South to F24, F1 / fault lines; West longitude 39471500 as the world; North to - 1200 - m of each seam floor contour lines. Means something long 7 ~ 15 km, north and south 3.5 ~ 6 km wide, about 49 km2 area.
key words：coal mine high-voltage the ash water inrush; The reason; Mechanism analysis
中图分类号：TD822文献标识码：A
一、概况
21102工作面位于太原组西一采区，该工作面为三河尖煤矿太原组首采工作面。工作面走向长1136m，倾斜长85m，采深为-779.8～-831.2m，煤层倾角16～20度，平均煤厚1.3m。煤层直接顶板为十二灰，厚度5.2m；老顶为泥岩，厚15m。直接底板为泥岩，厚0.7～1.1m；老底为细砂岩，厚2.7m。
21102工作面在掘进过程中，顶板十二灰溶隙较为发育，发育地段均有出水现象，水量最大为2m3/h，随着新涌水点出现，原涌水点水量减少，甚至干涸。在巷道施工过程中共揭露断层3条，其产状分别为19º∠72º,H=1.0m；190º∠65º,H=1.2m；352º∠75º,H=0.7m。
21102工作面回采之前，采用音频电透视法对其底板含水层的含水性进行了探测，探测结果为21102工作面底板下32m中心界面上下一定范围内无明显的强含水构造。
突水经过及水源分析
（一）21102突水经过
21102工作面自2002年4月开始回采，于2002年10月26日8：40回采330m处开始突水，短时间内最大涌水量达2170m3/h，后逐渐衰减至1500m3/h，当晚22：00涌水量稳定在1000m3/h，水温达到42℃，后水量又有所衰减，于10月27日～30日涌水量一直保持在900m3/h左右。10月31日10时涌水量又略有增加，自11月12日涌水量一直稳定在1020m3/h左右，水温上升至50℃。
（二）21102工作面突水水源分析与判别
21102工作面突水后，对突水水源进行调查，取样分析，并对周围水文观测孔水位进行监测，经过认真地调查分析，认为“10.26”突水具有以下特点：
(1)突水时现场作业人员听到类似放炮的巨大响声，表现为高压水的突然释放；该地区奥灰水水位为-50.58～-58.91m，压力大，突水点的水压高大7.6MPa。
表2－121102工作面突水点水质化验统计表
(2)出水水温高（高达50℃），表现为深层水的涌出。根据本区的地温梯度计算，水源来自-1048m左右，地层位于马家沟组灰岩；
(3)水流浑浊、杂物多，表现为岩溶水；
(4)井田外围地面奥灰水文观测孔水位明显下降，如龙固矿地面奥灰水观测孔5-2自10月27～29日水位下降1.8m；龙东矿W9孔水位10月26～28日下降1.7m；
(5)突水后及时对突出的水质进行了化验，结果如表2－1所列。经分析该水具有奥灰水水质特征。
根据以上分析，可以判定该突水点水源为21煤底板深部奥陶系灰岩岩溶高压水。
三、高压奥灰水的突水机理分析
（一）影响底板突水的主要因素
我国煤矿较大突水多属于底板水，其水源主要是煤层底板中奥陶统的厚层灰岩，尤其是突水量大于10m3/min的突水，主要(90%)是底板厚层灰岩岩溶水突出造成的。影响底板突水的主要因素有：
1、含水层富水性及水压
① 含水层的富水性是突水发生的内在因素，决定着突水量的大小及其稳定性；
② 水压是底板水突出的基本动力，含水层的高压水在适当条件下，可以克服隔水层岩体结构面的阻力突入矿井；
③ 对于遭受变形破坏较为严重的底板隔水层，水压的作用愈明显，此时水压成为发生突水的决定性因素。
2、断裂构造
破裂构造与底板突水有密切的关系。由于断层、节理与破裂结构面及陷落柱的存在，使岩体强度低于岩石强度数倍或十几倍。据统计80%～90%以上的突水发生在断裂带（破裂带）及其附近。
3、矿压
矿压进一步破坏降低了底板隔水层的岩体强度和隔水能力，促使突水通道形成。据几个矿区的多次实验资料，采矿对煤层底板岩层的破坏深度一般为6～20m。底板破坏深度计算公式：
h=0.0085H+0.1665α+0.1079L-4.3579
式中h—底板破坏深度，m；
H—开采深度，m；
α—煤层倾角，°；
L—工作面斜长，m。
21102工作面突水点附近开采深度为866m，煤层平均倾角为20°，工作面斜长为85m。代入公式计算，21102工作面底板破坏深度为h= 15.5m。
4、工作面底板隔水层厚度
底板防水岩柱的留设采用突水系数计算：
Ha=P/Ts+M0
式中Ha—底板安全防水岩柱厚度，m；
P—隔水层底板所承受的水压，MPa；
Ts—突水系数，MPa/m；
MO—采矿活动对底板岩层的破坏深度，m。
根据《矿井水文地质规程》，突水系数取值范围在0.06～0.15 MPa/m之间，对21102工作面底板防水岩柱厚度进行计算。
21102工作面突水点标高为-808m，突水水源标高为-982m，突水前奥灰水水位为-50.58m，即作用在隔水层底板上的水压为9.32 MPa，再依据计算出的底板破坏深度15.5m，即可算出21102工作面底板防水岩柱厚度，计算结果为：Ha=170.8～77.6m
（二）高压奥灰突水原因及机理分析
1、工作面底板奥灰富水特征
三河尖煤矿奥陶系顶部地层自上而下分为：八陡组、阁庄组、马家沟组，其厚度分别为70m、80m、200m。根据井田水文地质勘探资料：八陡组、阁庄组含水性弱，为相对隔水层，而马家沟组为富水层。
分析21102工作面底板奥灰突水的涌水动态曲线（见图3-2）和水闸墙关闭后地下水位恢复曲线（见图3-3）可知：突水点涌水量来势猛，衰减快，短时间内涌水量即趋于稳定，形成动态平衡；水闸墙关闭后地下水位急剧上升，降落漏斗很快消失，由此可说明突水点与补给边界之间水流畅通，但储水空间较小。
图3-221102工作面底板奥灰突水的涌水动态曲线
图3-3 水闸墙关闭后地下水位恢复曲线
2、井田奥灰水补给条件
21102工作面10.26突水前，龙固煤矿5-2奥灰水文观测孔奥灰水位为-50.58m。在10.26突水后，奥灰水水位迅速下降，自10月27日到29日三天累计降深1.8m；在21102轨道巷、运输巷两道水闸墙施工完毕后，于2003年7月17日开始升压，其两孔水位同步开始回升。而5-2奥灰水文观测孔距21102工作面突水点3km有余，且有孙氏店断层与三河尖井田相隔，这就说明了中奥陶统的马家沟灰岩在该区岩溶较发育，连通性较好，孙氏店断层在此处是导水的断层，使三河尖井田内的含水层有了一定的补给水源，增强了含水层的富水性。
3、底板突水通道分析
（1）由西一采区地质柱状图可知：太原组21煤底板距本溪组15 m，本溪组厚35 m，奥陶系八陡组厚为70m，阁庄组厚为80m。即21煤距马家沟组灰岩含水层的间距为200m。根据井田内钻孔揭露及区域水文地质研究成果，该套组合地层为相对隔水层。
（2）21102工作面在掘进及回采过程中，仅揭露3条断层，落差均小于2m。在突水点附近未发现断层或陷落柱等构造，并且音频电透视法勘探在有效的探测深度内未发现异常现象。因此可排除因直接揭露导水构造而突水。
根据上述两点可以推断：21102工作面底板突水点下方可能存在隐伏的含（导）水构造，使得马家沟灰岩水向上导升，减小了工作面底板隔水层的有效厚度，在矿压及水压的综合作用下而突水。
四、结论
（一）三河尖井田总体上为半封闭的水文地质单元，井田东部边界孙氏店断层在龙固背斜轴部因其落差较小，奥陶系马家沟灰岩尚未断开，仍与外部发生水力联系，接受龙固﹑龙东井田内的奥灰水的补给。
（二）通过多因素综合分析，21102工作面底板突水的水源为奥陶系马家沟灰岩含水层，其机理为突水点下方存在隐伏的含（导）水构造，使得马家沟灰岩水向上导升，减小了工作面底板隔水层的有效厚度，在矿压和水压的共同作用下而突水。龙固背斜轴部走向裂隙发育，奥灰岩溶水连通性好，加之孙氏店断层在龙固背斜轴部尚未完全隔断马家沟灰岩含水层，因而该突水点的涌水量接受外界奥灰水的补给。
关键词：煤矿高压奥灰突水；原因；机理分析
Abstract：the northeast of sanhe tip field fault and the longgu coal mine, east of sun-style stores to adjacent coal; South to F24, F1 / fault lines; West longitude 39471500 as the world; North to - 1200 - m of each seam floor contour lines. Means something long 7 ~ 15 km, north and south 3.5 ~ 6 km wide, about 49 km2 area.
key words：coal mine high-voltage the ash water inrush; The reason; Mechanism analysis
中图分类号：TD822文献标识码：A
一、概况
21102工作面位于太原组西一采区，该工作面为三河尖煤矿太原组首采工作面。工作面走向长1136m，倾斜长85m，采深为-779.8～-831.2m，煤层倾角16～20度，平均煤厚1.3m。煤层直接顶板为十二灰，厚度5.2m；老顶为泥岩，厚15m。直接底板为泥岩，厚0.7～1.1m；老底为细砂岩，厚2.7m。
21102工作面在掘进过程中，顶板十二灰溶隙较为发育，发育地段均有出水现象，水量最大为2m3/h，随着新涌水点出现，原涌水点水量减少，甚至干涸。在巷道施工过程中共揭露断层3条，其产状分别为19º∠72º,H=1.0m；190º∠65º,H=1.2m；352º∠75º,H=0.7m。
21102工作面回采之前，采用音频电透视法对其底板含水层的含水性进行了探测，探测结果为21102工作面底板下32m中心界面上下一定范围内无明显的强含水构造。
突水经过及水源分析
（一）21102突水经过
21102工作面自2002年4月开始回采，于2002年10月26日8：40回采330m处开始突水，短时间内最大涌水量达2170m3/h，后逐渐衰减至1500m3/h，当晚22：00涌水量稳定在1000m3/h，水温达到42℃，后水量又有所衰减，于10月27日～30日涌水量一直保持在900m3/h左右。10月31日10时涌水量又略有增加，自11月12日涌水量一直稳定在1020m3/h左右，水温上升至50℃。
（二）21102工作面突水水源分析与判别
21102工作面突水后，对突水水源进行调查，取样分析，并对周围水文观测孔水位进行监测，经过认真地调查分析，认为“10.26”突水具有以下特点：
(1)突水时现场作业人员听到类似放炮的巨大响声，表现为高压水的突然释放；该地区奥灰水水位为-50.58～-58.91m，压力大，突水点的水压高大7.6MPa。
表2－121102工作面突水点水质化验统计表
(2)出水水温高（高达50℃），表现为深层水的涌出。根据本区的地温梯度计算，水源来自-1048m左右，地层位于马家沟组灰岩；
(3)水流浑浊、杂物多，表现为岩溶水；
(4)井田外围地面奥灰水文观测孔水位明显下降，如龙固矿地面奥灰水观测孔5-2自10月27～29日水位下降1.8m；龙东矿W9孔水位10月26～28日下降1.7m；
(5)突水后及时对突出的水质进行了化验，结果如表2－1所列。经分析该水具有奥灰水水质特征。
根据以上分析，可以判定该突水点水源为21煤底板深部奥陶系灰岩岩溶高压水。
三、高压奥灰水的突水机理分析
（一）影响底板突水的主要因素
我国煤矿较大突水多属于底板水，其水源主要是煤层底板中奥陶统的厚层灰岩，尤其是突水量大于10m3/min的突水，主要(90%)是底板厚层灰岩岩溶水突出造成的。影响底板突水的主要因素有：
1、含水层富水性及水压
① 含水层的富水性是突水发生的内在因素，决定着突水量的大小及其稳定性；
② 水压是底板水突出的基本动力，含水层的高压水在适当条件下，可以克服隔水层岩体结构面的阻力突入矿井；
③ 对于遭受变形破坏较为严重的底板隔水层，水压的作用愈明显，此时水压成为发生突水的决定性因素。
2、断裂构造
破裂构造与底板突水有密切的关系。由于断层、节理与破裂结构面及陷落柱的存在，使岩体强度低于岩石强度数倍或十几倍。据统计80%～90%以上的突水发生在断裂带（破裂带）及其附近。
3、矿压
矿压进一步破坏降低了底板隔水层的岩体强度和隔水能力，促使突水通道形成。据几个矿区的多次实验资料，采矿对煤层底板岩层的破坏深度一般为6～20m。底板破坏深度计算公式：
h=0.0085H+0.1665α+0.1079L-4.3579
式中h—底板破坏深度，m；
H—开采深度，m；
α—煤层倾角，°；
L—工作面斜长，m。
21102工作面突水点附近开采深度为866m，煤层平均倾角为20°，工作面斜长为85m。代入公式计算，21102工作面底板破坏深度为h= 15.5m。
4、工作面底板隔水层厚度
底板防水岩柱的留设采用突水系数计算：
Ha=P/Ts+M0
式中Ha—底板安全防水岩柱厚度，m；
P—隔水层底板所承受的水压，MPa；
Ts—突水系数，MPa/m；
MO—采矿活动对底板岩层的破坏深度，m。
根据《矿井水文地质规程》，突水系数取值范围在0.06～0.15 MPa/m之间，对21102工作面底板防水岩柱厚度进行计算。
21102工作面突水点标高为-808m，突水水源标高为-982m，突水前奥灰水水位为-50.58m，即作用在隔水层底板上的水压为9.32 MPa，再依据计算出的底板破坏深度15.5m，即可算出21102工作面底板防水岩柱厚度，计算结果为：Ha=170.8～77.6m
（二）高压奥灰突水原因及机理分析
1、工作面底板奥灰富水特征
三河尖煤矿奥陶系顶部地层自上而下分为：八陡组、阁庄组、马家沟组，其厚度分别为70m、80m、200m。根据井田水文地质勘探资料：八陡组、阁庄组含水性弱，为相对隔水层，而马家沟组为富水层。
分析21102工作面底板奥灰突水的涌水动态曲线（见图3-2）和水闸墙关闭后地下水位恢复曲线（见图3-3）可知：突水点涌水量来势猛，衰减快，短时间内涌水量即趋于稳定，形成动态平衡；水闸墙关闭后地下水位急剧上升，降落漏斗很快消失，由此可说明突水点与补给边界之间水流畅通，但储水空间较小。
图3-221102工作面底板奥灰突水的涌水动态曲线
图3-3 水闸墙关闭后地下水位恢复曲线
2、井田奥灰水补给条件
21102工作面10.26突水前，龙固煤矿5-2奥灰水文观测孔奥灰水位为-50.58m。在10.26突水后，奥灰水水位迅速下降，自10月27日到29日三天累计降深1.8m；在21102轨道巷、运输巷两道水闸墙施工完毕后，于2003年7月17日开始升压，其两孔水位同步开始回升。而5-2奥灰水文观测孔距21102工作面突水点3km有余，且有孙氏店断层与三河尖井田相隔，这就说明了中奥陶统的马家沟灰岩在该区岩溶较发育，连通性较好，孙氏店断层在此处是导水的断层，使三河尖井田内的含水层有了一定的补给水源，增强了含水层的富水性。
3、底板突水通道分析
（1）由西一采区地质柱状图可知：太原组21煤底板距本溪组15 m，本溪组厚35 m，奥陶系八陡组厚为70m，阁庄组厚为80m。即21煤距马家沟组灰岩含水层的间距为200m。根据井田内钻孔揭露及区域水文地质研究成果，该套组合地层为相对隔水层。
（2）21102工作面在掘进及回采过程中，仅揭露3条断层，落差均小于2m。在突水点附近未发现断层或陷落柱等构造，并且音频电透视法勘探在有效的探测深度内未发现异常现象。因此可排除因直接揭露导水构造而突水。
根据上述两点可以推断：21102工作面底板突水点下方可能存在隐伏的含（导）水构造，使得马家沟灰岩水向上导升，减小了工作面底板隔水层的有效厚度，在矿压及水压的综合作用下而突水。
四、结论
（一）三河尖井田总体上为半封闭的水文地质单元，井田东部边界孙氏店断层在龙固背斜轴部因其落差较小，奥陶系马家沟灰岩尚未断开，仍与外部发生水力联系，接受龙固﹑龙东井田内的奥灰水的补给。
（二）通过多因素综合分析，21102工作面底板突水的水源为奥陶系马家沟灰岩含水层，其机理为突水点下方存在隐伏的含（导）水构造，使得马家沟灰岩水向上导升，减小了工作面底板隔水层的有效厚度，在矿压和水压的共同作用下而突水。龙固背斜轴部走向裂隙发育，奥灰岩溶水连通性好，加之孙氏店断层在龙固背斜轴部尚未完全隔断马家沟灰岩含水层，因而该突水点的涌水量接受外界奥灰水的补给。