东滩井田位于兖洲向斜的中段近轴部,现开采的3煤属二叠系山西组煤层,平均厚度5.4 m。3煤顶板以上有3煤顶板砂岩含水层、侏罗系上统蒙阴组砂岩含水层(简称“红层”)和第四系孔隙含水层。3煤顶板砂岩水层厚7.53~41.72 m,中细砂岩为主,赋水性主要受构造、裂隙和岩性等因素的控制。侏罗系“红层”厚度大(150~794.86 m),岩性以紫红色中、细砂岩及粉砂岩为主,赋水性不相同,在裂隙发育区可出现较大水量。在兖州矿区的其它井田如南屯、鲍店红层是矿井的主要充水水源。第四系孔隙含水层厚度57.26~226.34 m,平均124.61 m,以黄褐、灰绿色砂质粘土为主,富水性上下不一,上段较大,中段弱,下段弱到中。
1 综放面突水过程
43上08综放工作面位于井田西翼,东起4307工作面(未采),西临4309采空区,南北走向长2 162.3 m,东西宽202.8 m,平均煤厚5.89 m,工作面底板标高-616.5~-520.8 m。此面上C4向斜轴部发育有落差0.5~4.4 m的断层7条,7月3日因设备原因停产时工作面已推进2 075.1 m,距设计停产线82.2 m。7月4日因工作面停产顶板来压,架子下沉,21时工作面30~40号架顶板出现淋水,涌水量6 m3/h,5日涌水量20 m3/h。7日增至310 m3/h,取水样化验,水质为SO4-Na型。8日水量出现第一次峰值450 m3/h,取水样化验,水质仍为SO4-Na型。之后水量开始减少,基本稳定在60.0 m3/h左右。20日涌水量出现第二次峰值570 m3/h,以后逐渐减少,7月29日涌水量60.0 m3/h,8月6日涌水量降至23.0 m3/h,见图1。至此突水最终得到控制。在7月7日至8月6日近一个月时间内,工作面累计涌水量200 767 .5m3
2 突水分析
2.1 突水原因
1)突水点位于C4向斜轴附近,揭露落差为0.5~4.4 m的断层7条,是较好的构造裂隙富水区。这一点也为突水点上方的补29孔钻探资料所证实。钻探中曾在608.10~609.20 m深处(顶析砂岩层段内)出现过冲洗液消耗量全漏的现象。但这还不能解释570 m3/h的突水量。因3煤顶板砂岩水层厚度有限,水量以静储量为主。所以一般情况下,矿井突水若无其它水源介入时,水量不会太大。除非有其它水源的介入,向斜轴附近汇水条件良好,当有足够的补给水源时,就可能形成较大的突水量。
2)突水发生在工作面停采时,说明矿压作用是突水的诱发因素。因为停采时,矿压集中作用在支架上,支架受压下沉,导致顶板变形、破裂、破坏。汇集裂隙水,造成顶板突水。随着时间的延长,应力的进一步作用,致使导水裂隙带的范围和高度大大增加,在采空区内老顶冒落的同时还可导致原有的断层活化或发展延伸,沟通其它水源如红层水或采空区水。
2.2 突水水源
1)条件分析:红层厚度大,水量较丰富,在附近一些矿区(如鲍店、南屯)的开采过程中,常形成较大突水。但红层在此处与3煤顶板砂岩的距离有107.0 m根据兖洲矿区综采放顶煤实测采裂比最大为1:12推算,4308综放面最大裂高为60.0 m,裂高至红层仍有47 m距离,采动裂隙穿过它的可能性较小。但不排除应力长时间作用,断层活化的导通。
2)水质分析:在突水点共采集5个水样,化验结果列于表1。水质均为SO4-Na型。既不同于3煤顶板砂岩水(HCO3-Na、Ca型)也不同于J3红层水,比较符合采空区水(SO4-Na型)的典型特征。由于煤层顶底板均为页岩和泥岩,岩石颗粒表面易吸附Na+,当地下水在采空区内富集时,水中的Ca2+与岩石颗粒表面的Na+会产生阳离子交替吸附作用,置换出来的Na+进入了水中。由于采空区处于相对封闭的还原环境,使得水中Na+浓度逐渐累积,使原水的化学成分得到改变。形成采空区特有的SO4-Na型水。
3)水位分析:据4308工作面周围10个地面长观孔观测资料第四系孔和红层孔水位变动不明显;煤系砂岩孔水位降深较大,以致于无法测到。
4)水量分析:此次突水水量较大,最大570 m3/h。期间水量出现两次峰值,但衰减较快。这与采空区突水水量特征相似。
综上所述,43上08工作面突水水源来自空区。由于43上08工作面与西部4309采空区相连,故推断水源来自4309采空区。
3 结语
1)43上08工作面的突水量构造和矿压共同作用的结果。构造发育是产生突水的前提条件,而工作面停采导致矿压加大,顶板变形,老顶冒落,产生影响范围更大的冒裂区,从而将其它水源导入矿井。因此,开采过程中应尽量保持工作面的稳步推进,避免停采发生。
2)突水水源来自4309采空区,SO4-Na型水质和水量峰值在短期内快速下降为直接证据;水位和条件分析对红层水源的否定成为间接证据。