中国煤矿水害基本特征及其主要影响因素 1 中国煤矿床水文地质基本特征
A 、西北区的新疆、青海、甘肃西部以及宁夏和内蒙的西部地区, 主要开采侏罗系煤层, 。矿区地下水的补给和水交替能力差, 矿坑涌水量小。但这一地区煤层埋藏浅, 煤炭资源开采后, 工作面顶板采动破坏带容易扩展至地面。矿井主要充水含水层为煤层顶板砂岩裂隙弱含水层水和浅部第四系潜水;
B 、北方区的辽、冀、鲁、晋、豫、陕6 省及苏、皖两省北部地区 , 气候多属中温带或暖温带亚湿润、亚干旱类型, 平均降水量多为400~800 mma, 主采石炭- 二叠系煤层。。本区煤层埋藏深度较大, 开采煤层与顶板第四系潜水含水层之间存在较厚的隔水层, 。奥陶系石灰岩含水层水往往处于高承压状态, 并经常通过构造裂隙、断层或陷落柱与上部的太原群薄层灰岩含水层组产生水力联系。矿井主要充水水源为煤层底板灰岩岩溶含水层;
C 、 粤、闽、赣、浙、台湾及苏、皖南部和鄂、湘、桂三省的东部地区本区主, 要可采煤层为二叠系龙潭组和龙岩组煤层, 其次为三叠系煤层。本区的煤矿水害主要以灰岩充水为主, 其主要岩溶含水层有泥盆纪融县灰岩, 石炭纪黄龙灰岩、船山灰岩、壶天灰岩, 二叠系茅口灰岩、长兴灰岩和三
叠纪大冶灰岩, 而茅口灰岩是厚度最大, 富水性最强的含水层, 。矿井主要充水水源为岩溶含水层水及溶洞导通的地表水和大气降水。
D 、西南的黔、川、滇东、湘西及桂西地区, 本区主要开采二叠系煤层, 其顶板发育长兴灰岩和阳新灰岩, 底板发育茅口灰岩。由于地形强烈上升, 致使地形起伏较大, 地下水水力梯度大, 水循环和水交替速度较快, 地下水侵蚀能力较强, 往往在灰岩的裂隙发育带或断层带形成地下水优先溶蚀和集中径流, 大范围形成岩溶暗河管道。所以岩溶暗河管道突水成为本区矿井岩溶水突入的特有标志。在黔西、滇东地区龙潭组与茅口灰岩之间有厚层峨眉山玄武岩隔水层, 煤田水文地质条件比较简单。
煤矿水害发生发展的基本规律
就主要矿井水害的突水源而言, 采空区及废弃的淹没小煤窑水成为主要突水水源。其次为岩溶含水层水, 其他类型水源所占比例较少。就主要矿井水害所发生采掘位置而言, 主要突水灾害发生在矿井采掘巷道的迎头。其次是采煤工作面突水, 主要是回采过程中遇到工作面内部隐伏的点状导水构造( 陷落柱、封闭不良钻孔等) 和顶底板采矿扰动诱发的导水破裂带导通不同水源水突入矿井。目前中国煤矿水害发生的基本规律与特点主要表现为: a. 突水频率与水害伤亡人数居高不下, 矿井水害仍然是威胁矿井安全生产的重大隐患; b. 废弃矿井与小窑积水所诱发的突水事故明显上升, 底板高压岩溶水对矿井安全生产的威胁越来越大; c. 矿井突水水害主要出自采掘过程中遇到的未知隐伏导水构造; d. 矿井突水与矿井防治水技术水平、装备水平及管理水平密切相关。
3、 煤矿水害成因与致灾机理
煤矿水害频发的主要原因表现在:
a. 由于采矿工程活动所诱发的突水事故防范措施不到位, 特别是对于采空区积水和关闭废弃的小煤窑积水特征及其潜在的突水危险性认识不足, 矿井关闭过程中的水文地质工作及其关闭后地下水活动条件的监测监控不到位, 导致对废弃矿井采掘空间分布及其积水淹没情况不清楚, 加之防
水煤岩柱留设不足或缺乏必要的防水煤岩柱, 从而形成了巷道掘进过程中直接或间接揭露采空区积水造成矿井突水灾害
b. 现有的针对隐蔽型导水构造的精细探查预测技术落后, 装备不足。隐蔽型导水构造主要包括隐伏断层、局部构造破碎带、岩溶陷落柱及岩溶塌落洞等, 它们是沟通矿区充水水源与矿井采掘工程之间的主要导水通道。
c. 煤矿防治水技术、水害防治装备及水害安全管理水平薄弱, 许多矿井特别是乡镇煤矿缺乏专门的矿井水文地质专业人员和必需的矿井水害探测防治装备, 对矿井水害防治的重要性和管理不到位, 矿井水文地质条件不清。
d. 防水煤岩柱的留设不合理, 造成断层或其他含水体水突入矿井。
4、 煤矿水害防治面临的科学问题与基本对策
a. 加强对现代采矿条件下矿井底板水突出机理研究：防治矿井水突水系数理论的全面研究，如果沿用原有的突水系数理论来指导大埋深、高水压、高应力、综合机械化大范围开采条件下的矿井水害防治工作, 必然会给生产和安全带来误导。
b. 加强对现代采矿条件下煤层隔水底板的防突水效应研究： 矿井突水应具备三个基本要素即水量、水源和导水通道。随着现代深部开采, 疏降难度加大和对水资源保护日益
重视, 深入认识和研究煤层底板隔水层的防突水效应进而有效利用隔水层的自然防突水能力, 显得尤为重要。因此有必要通过对煤层底板隔水层的地质构造和岩石力学结构、采矿扰动破坏机理、水岩相互作用机理及它们之间相互关系的研究。
c. 加强对隐伏导水构造精细探查技术与装备研发：针对目前矿井水文地质条件,
特别是隐伏导水构造大距离、高精度探查方面存在的问题, 研究、开发新的隐伏导水构造精细探查技术与装备。
d. 加强对矿井底板水害监控预警技术与装备研究：利用突水信息原位采集技术、突水
因素适时检测技术、突水因素远程监控技术、突水信息动态分析和人工智能判别技术, 直接从矿井突水的前兆因素入手, 借助现代信号检测、数据传输和模式识别技术, 通过适当的传感器直接监测突水前兆因素的各项参数变化, 研究确定矿井突水的发生条件和预报方法, 建立矿井水害自动监测预报预警系统, 开发相应装备, 实现矿井水害的临突预报。
e. 加强对矿井采空区及关闭废弃矿井的研究：加强矿井采空区及关闭废弃矿井空间结构、分布及其充水条件的探测与预测预报研究。重视对废弃矿井关井前后的水文地质演化规律与发展趋势预测研究, 建立矿井关闭后地下水恢复及其
淹没过程与充水特征的监测监控系统, 动态掌握废弃矿井的水文地质动态。
煤矿防治水工作的重要性
矿井防治水工作在矿山建设、生产过程中起着重要作用，做好矿井防治水工作，是减少矿井水害事故发生，特别是减少重特大事故发生的前提；是保障职工安全，保护国家资源和财产，保证煤炭生产持续稳定发展的基础
1 矿井生产阶段煤矿防治水工作的任务
1.1 首先查明矿井的各种充水因素，分析研究地下水的规律，写出水文地质情况分析报告，为防治水工作提供技术依据。矿井充水因素分析应从以下几方面入手：大气降水，地下水，老窑积水
1.2 查清矿井及附近地面水流系统的汇水情况、疏水能力和有关水利工程的情况，掌握当地历年降雨量等资料，以便结合矿井具体条件建立地面防治水系统。按照“防、堵、疏、排、截”的综合治理原则，常见的防排水方法主要包括如下：填塞漏水的通道，挖排洪沟
1.3 建立健全地下水动态观测系统，在受水害威胁的地区，必须坚持“有疑必探、先探后掘”的原则。
1.4 建立健全井下防排水设施，根据矿井可能发生水害事故实施水害防治工程和增加排水能
力。
2 煤矿水文地质资料对矿井生产的影响水文地质资料准确与否直接影响到矿井的生产安全。如矿井充水性图是综合记录井下实测水文地质资料的图纸，是分析矿井充水规律、开展水预测、制定防治水措施的重要依据，其资料的准确性将对矿井的安全生产产生重要的影响。水文地质资料直接影响到采区设计、采掘巷道布置，并对生产造成重大影响。水文预测预报是指导煤矿井巷施工和生产的一种重要手段，主要表现在：可避免重大透水事故的发生；为制定安全技术措施提供依据，指导安全生产。
3 矿井防治水工作存在的主要问题
3.1 水文地质工作程度低，水文地质基础资料缺乏。
3.2 煤矿矿井水文地质工作开展不力，水文地质编录及观测资料缺乏，无矿井水文地质台帐或台帐内容不全。绝大部分矿井未进行矿井涌水量观测。
3.3 可能发生水害的地点、水害类型和水灾隐患底数不清，采掘工作面水害预测预报不及时，对有突水危险的地方监测不够或无监测制度，防治水措施与防探水措施不完善，甚至突发矿井突水事故，造成不必要的损失。
3.4 各类防隔水煤（岩）柱未留设或留设不规范。少数煤矿甚至越界超深跨界开采，破坏了井田边界防隔水煤（岩）柱，使水文地质条件复杂化。
3.5 矿井排水设备（包括水泵、水管、配电设备）和水仓不完善，满足不了排水工作的要求。
4 煤矿防治水工作的相关要求和改进意见
4.1 编制和修改煤矿防治水规划和计划，加强水害预测工作。
4.2 补充开展水文地质工作，进一步查清矿井水文地质条件。
4.3 逐步开展和规范井下水文地质观测工作。
4.4 完善各项水文地质台帐和水文地质图纸。
4.5 制定和完善防治水措施。
4.6 探放水设备（钻机）与钻孔布置必须满足探放水的需要。
4.7 各级领导应高度重视煤矿防治水工作，制订详细的防治水工作岗位责任制及其他有关规章制度。
煤矿井下老空水的防治技术
1
老空水能量意外释放模型 2 老空水害发生的要素分析: a,小煤窑积水造成的水害; b 采空区积水: ①本煤层上部采空区积水，造成水害事故的原
因主要是前期下山开采，且没有进行地质填图，造成地质资料不明，下水平或区段煤上山掘进或采煤时，掘（采）通道上部积水的空区。②不同层位，煤层间距小，地质构造发生变化，采下层时，由于两层间的岩石冒落而沟通上;c 、导水断层造成的水害；d 、留设的防隔水煤（岩）柱承压力不足，承压力不足是防隔水煤（岩）柱设计不合理或防隔水煤（岩）柱遭受到破坏。煤层积水的采空区或巷道，造成透水事故。 3 老空水的防治技术：根据能量意外释放理论，预防事故就是控制、约束能量或危险物质，防止其意外释放。因此，防治老空水的主要技术措施是防止或查明采空区积水，安全地排放采空区积水或采取隔离措施。
3.1 防止采空区积水：a 、查明矿井水文地质等基本情况，查明矿井水源、导水通道、水害类型等水文地质基本情况，并编制《矿井综合水文地质图》、《矿井充水性图》等基础图纸，为布置采区巷道和采掘工作面提供技术依据。B 、合理布置采区巷道和采掘工作面，根据矿井水文地质基本情况， 特别是矿井含水层的数量、厚度、含水性和老空区积水及钻孔封孔等情况，按照《煤矿安全规程》要求，合理布置采区巷道和采掘工作面，使采区巷道和采掘工作面位置符合安全距离要求，隔断导水通道。
3.2 查明老空区积水情况：a 、开展安全技术论证。在采掘工作面开工前，组织采掘、地质、测量等工程技术人员，通
过收集查阅历史图纸资料，访问知情人员等，调查核实矿井及相邻煤矿的开采情况；查明采掘工作面周边老窑、采空区、废弃巷道积水情况；分析确定顶板冒落裂隙塌陷边界，查清导水通道；现场勘察井田范围内采空区地表塌陷情况，查清地表与井下的水力联系情况，并制定防治水技术措施，防止沟通邻近积水体，确保安全开采。B 、采用物探技术，可使用矿井直流电法、矿井瞬变电磁法和无线电透视法等物探方法，查明矿井裂隙带、含水构造、老空区积水等情况
3.3 探放老空水的若干关键技术：探放水时，要撤出探放水点附近可能受水害威胁的所有人员；探放水孔必须打中老空水体，并要监视放水全过程，直到老空水放完为止；探放水时，要认真检查瓦斯或其它有害气体，确保放水安全进行。
A 、探水线的确定，探水线，即开始探水的边界线。《矿井水文地质规程》规定，积水老空区探水线（警戒线）是采掘工程平面图上标注的积水区及其最洼点的具体位置和积水作面进入积水警戒线后，必须超前探放水，并在距积水实际边界20m 处停止采掘作业，进行打钻放水，在确认积水已被基本放净后，方可继续进行采掘作业。如图2 所示。
为了便于分析比较，将老窑、
采空区、废弃巷道积水位标高、积水量、积水区边界，以及根据积水区情况计算出的探水线、打钻放水线等绘制在矿井采掘工程平面图和井上下对照图上，如图2 所示。B 、超前距的确定，超前距计算公式、a=0.5AL根号（3P/KP） ≮20m a —超前距，m ；
A —安全系数，一般取2～5；
L —巷道跨度（宽或高，取大值），m ；
P —水头压力，MPa ；
KP —隔水层的平均抗张强度，MPa 。
煤矿水害事故教训证明，实践工作中，有的凭经验超前距取10-20 m，薄煤层不少于8 m，是不可取的；c 、探放水机具最小钻探长度的确定，探放水机具，是探放水的主要设备，其性能与探放水的效果密切相关。选择探放水机具，主要应考虑其最小钻探长度。探放水机具最小钻探长度的确定，应根据每循环采掘进尺和超前距而定。其计算公式是： Z=Z1+a
Z —探放水机具最小钻探长度，m ；
Z1—每循环采掘进尺，m ；
a —超前距，m 。
矿井实施“有疑必探、先探后掘”原则，必须配备并使用专用探放水机具，以满足最小探水钻孔长度的要求，有效实施探放水技术措施。但在实际工作中，有的矿井采用强力电煤钻代替专用探放水机具是不可取的。；d 、最后允许采掘距离的确定到最后一组探水钻孔时，因最小探水钻孔的长度Z 和超前距a 已定， 应采用倒算法， 计算出最后允许采掘的距离Z1，并在采掘工程平面图上标注，如图3，防止超掘超采。即：Z1=Z-a m；
3.4 防隔水煤（岩）柱的留设与维护：为防止老空水溃入井下采掘工作面，应在老空水四周和上、下水平留设防隔水煤（岩）柱。留设防隔水煤（岩）柱，应严格按照《煤矿安全规程》、《煤矿防治水工作条例》等有关规定进行设计。设计防隔水煤（岩）柱，应充分考虑矿井的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩的物理力学性质等自然因素和采煤方法、支护形式等人为因素。防隔水煤（岩）柱要加强维护，因为防隔水煤（岩）柱的任何一处被破坏，必将造成整个防隔水煤（岩）柱的失效。地质构造复杂区段，防隔水煤（岩）柱上帮应打上立柱，并背紧背牢煤（岩）帮，保护防隔水煤（岩）柱的完整性，防止煤（岩）帮跨落失去隔水作用。严禁在防隔水煤（岩）柱中进行采掘活动，已破坏的
防隔水煤（岩）柱应重新建立。
含水层水压差变化与煤矿突水关系分析
1 开采水文地质模型
假设开采煤层底板有含水层L 1和含水层L2, 两含水层之间存在发生水力联系的通道, 其结构如图1所示。其中L1、L2层间距为x, O 是L1、L2之间通道上的的一点(可能成为导水通道的构造部位。这种水文地质模型结构为我国华北型煤田所常见, 如这些煤田的石炭系太原组灰岩和奥陶系灰岩含水层, 石炭系本溪组灰岩
和奥陶系灰岩含水层组成的含水层组。
图1 开采水文地质模型
2 含水层间水压差计算
设含水层L1、L2 压力分别为P1、P2, L1、L2 之间隔水层阻水系数均视为为R (MPa /m )。对O 点, 来自L1、L2 的水压力分别为: P1 - Rx 1 和P 2- Rx2 ( 注: 此处将含水层至O 点的水柱压力忽略不计) 。在未突水之前, O 点水压力应保持平衡, 即有:P 1 - Rx1 = P 2 - Rx2
将x 1 = x - x 2 代入上式, 可以得到:x2 =(P2 - P1)/2R+1/2x ( 1)
令p= p2 - p1得:P = 2Rx2 -1/2x ( 2)
其中, P 为O 点上的含水层水压差, 式( 2) 表明, 两含水层之间任一点所承受的水压差与隔水层阻水系数及该点位置密切相关。
3 含水层水压差变化与煤矿突水关系
1) 平衡点O 的位置随上下含水层水压差变化而变化。从式( 1)可以看出, 当P2 保持不变的情况下, P 1 越小, 含水层水压差P 越大, x2 值越大, 即两含水层间水压平衡点向L 1靠近, 反之亦然。R 的意义为单位厚度的岩层削减水头的能力, 与R 密切相关, R越大, 表明岩层完整程度越高, 对完整岩层而言, 含水层水压差变化与开采突水无更多联系。实际上O 点通常为构造部位上的一点, 其构造可以是断层、裂隙、原始导水裂隙带、陷落柱、褶皱等, 在这些部位, R 值较小, 当有一定的驱动力时, 往往形成导水通道。
2) 煤层开采过程中, L1 含水层首先涌入工作面, 并使得L1 含水层水位下降, L1 与L2 水压差增大, 平衡点O 必然向上移动, 当x 2 = x 时, L1 与L2 发生水力联系, L2 含水层成为L1 的补给水源, L2 含水层也成为突水水源, 工作面通常表现为滞后突水。
3) 滞后突水需要一个时间过程, 首先L1 含水层水位降低, 其次O 点应不断上移, 移到L1 含水层后, 还有充盈L1 的过程, 第三, L2 含水层补给L 1 含水层后, 沿L 1 向工作面涌水的既有突水通道涌向工作面。若L 2 为高压强富水含水层, 由于水压水量巨大, 对突水通道不断冲刷扩大, 致使导水通道越来越通畅。这就是滞后突水的作用机理。 4 结 论
1) 含水层水压差的变化将打破突水之前水力平衡, 水压差加大是强含水层参与突水的驱动力, 而采矿活动是改变导水通道的阻水系数外力所在。
2) 强含水层参与突水需要一个时间过程, 这个过程受地
质、采矿等因素影响, 时间难以预测, 动态变化, 分析工作面底板异常区的变化等, 从而预测滞后突水的可能性
神东矿区煤矿水害类型及水文地质
特征分析 浅埋藏、薄基岩、厚松散层矿井防治突水与溃砂的主要措施有以大采高、强力掩护式电液伺服液压支架平衡诱发老顶滑落失稳的顶板强度不足，以及配套松散层富水区精细勘探、井下提前放水和井上强输强排等措施。
神东矿区矿井水文地质条件可概化为两种基本类型：一类是浅埋的下侏罗统延安组煤层及顶部弱含水层直接覆盖厚层中~强富水的第四系松散孔隙含水层，主要分布与先期重点开发的大柳塔等矿区南部井田；另一类是中至埋深的下侏罗统延安组煤层和直落组(局部发育安定组) 上覆厚层中~强富水的白垩系含水层，该类型覆盖矿区西部和北部。在第
一类中，分布于乌兰木伦河中游东岸，主要含水层属于鄂尔多斯盆地北部第四系孔隙水系统。上更新统萨拉乌苏组既是鄂尔多斯盆地北部第四系孔隙水系统的主要含水层（乌兰木伦河东岸萨拉乌苏组水源地有考考赖沟水源地、公捏尔盖沟水源地、哈拉沟水源地等），又是薄基岩区大柳塔等矿主要突水和溃砂含水层。中侏罗统直罗组为河湖相沉积，岩性以灰绿色泥质砂岩为主，为延安组煤层顶部主要隔水层。下侏罗统延安组为一套河流-湖泊相为主的含煤地层，主要由灰色至灰白色粉砂岩、泥质岩、油页岩及煤层组成，其延安组裂隙承压含水层为矿井主要直接冲水含水层，不具有供水意义。第二类型分布于乌兰木伦河中游西岸，含水层属于白垩系孔隙裂隙水系统，与东岸相比其地层特点为：1、第四系零星分布；2、下白垩统志丹群洛河组发育；3、直落组保存较完整。洛河组中-强富水，与零星分布的全新统风积砂层和上更新统萨拉乌苏组冲湖积沙层构成统一潜水含水层。直罗组为延安组顶部煤层重要的隔水层和白垩系保水开采屏障。其底部“直罗组砂岩”也称“七里镇砂岩”，为裂隙弱承压含水层，也为延安组上部直接冲水含水层。
其矿区突水与溃砂水文地质条件
A 、 浅埋藏、薄基岩、厚松散层突水
突水条件：1）工作面上方或附近存在现在或古河床洼地，厚层第四系冲砂层和底部砂砾石层饱和富水；2）煤层埋藏
较浅；3）顶板煤层弱-半坚硬，基岩结构强度和稳定性较差；
4）导水裂隙带高度大于薄基岩厚度。 突水特点：1）主要发生在顶板初次来压时的切眼附近；2）突水伴有少量泥沙；3）一般突水量60-150m ³/h，最大突水量200-400m ³/h；
4）当松散层部黄土隔水层较厚且连续分布时，突水危险性
降低。（该类型突水水域导水裂隙诱发的孔隙水突水）
B 、 浅埋藏、薄基岩、厚砂层溃砂。溃砂原理：1）工作面上方或附近存在现在或股河床洼地，第四系厚松散砂层以中、细砂为主，饱和，松散-中等密实；2）采动动载作用使砂层孔隙水压力增大，导水裂隙带淋水使饱和砂层水力坡度达临界溃砂水力梯度；3）砂层底部缺失砾石层做阻砂层；4）煤层埋藏浅，基岩薄，冒落带向上发育突破基岩面。
C 、 薄松散层、厚基岩、白垩系突水 突水条件：1) 第四系松散层较薄，白垩系（k1zh ）与直罗组（j2z ）构成煤层顶板厚基岩；2）白垩系洛河组为主要富水含水层；3) 由于直落组顶部风化或延安组上部冲刷等原因，煤层与白垩系含水层间距减小；4）煤层顶板导水裂隙达白垩系含水层底板；5）断层等因素增加厚基岩突水危险性。 突水特点：突水量可达50-400m ³/h；当裂隙联通地表水体时突水量增大。该类型突水属于倒水裂隙引起的孔隙水裂隙水突水
突水征兆
采掘过程中能及时发现异常情况围岩温度升高, 围岩挂红、挂汗, 底板渗水、顶板淋水水量增加等出水征兆时要停止掘进, 迅速向矿调度室汇报并采取相应措施进行处理。矿井地质及水文地质技术人员接到汇报后应及时进行调查分析, 为领导决策提供技术方案。
针对井田奥灰含水层富水性强、煤层底板隔水层薄、水文地质条件复杂等特点, 在严格落实“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采” 的防治水原则的基础上, 采用各种先进的物探、钻探手段分采掘工程进行阶段探查水文地质条件, 然后根据不同的水文地质情况, 采取含导水断层超前预注浆处理、工作面底板预注浆加固改造、疏水降压等方法结合建筑防水闸门加大矿井排水能力, 加强矿井防灾抗灾能力等措
施, 最后实现在奥灰含水层突水威胁条件下安全采煤, 以及最大限度减少矿井突水及避免淹井事故的发生。
煤矿水害预测物探方法
1、直流电法
由于高阻异常体对电流有排斥作用，低阻异常体对电流有吸收作用，因此，通过测量、分析全空间视电阻率的相对变化可以推断出介质电性变化情况，这就是矿井直流电法勘探的物理实质。直流电法勘探是以煤、岩层的导电性差异为基础，通过人工向地下供入稳定电流，观测大地电流场的分布规律，从而确定岩、矿体物性 （如贫、富水区域） 的分布规律或地质构造 （如断层、裂隙发育区） 的特征，达到解决问题的目的。由于岩石电阻率大小主要取决于空隙内的富水性和孔隙空间特性，所以电阻率成像对于识别采煤工作面隐伏断层、破碎带、陷落柱、尤其含水、导水破碎带，甚至潜在的突水点都有明显的地质效果。直流电法与瞬变电磁法相比浅部盲区可以调整, 缺点是劳动强度大, 附属设备(如电极、导线) 一般不防爆, 施工条件受巷道空间的影响大, 巷道表层电性不均一。适用于巷道长度不受限制、探测角度变化小的巷道超前探。
根据不同探测目的，直流电法可以采用多种工作装置形式。井下探测通常应用对称四极测深装置、三极测深装置和三点三极超前探装置。三点三极超前探装置主要用于巷道掘
进工作面超前探测；四极和三极测深装置应用较广，可对巷道顶底板的及左右两邦进行探测。注意布极位置，让电极尽量远离金属等干扰体。
2、瞬变电磁探测法
工作时, 首先给发射线框供一直流电流, 然后突然切断电源, 线框内的电流将发生一个突变, 这种瞬态变化的电流将
在空间产生一个瞬态的磁场, 瞬态的磁场引起地下形成涡流, 涡流随时间的推移不断向地下扩散, 扩散的速度与地下岩层的电阻率有关, 不同时间扩散到不同深度。通过记录地下涡流变化(即磁场变化率dB /dT)的情况来达到了解地下电阻率的目的。地下低电阻异常的地方一般是含水的地方, 根据测得的介质电阻率, 结合矿井地质资料综合分析来圈定可疑区。矿井瞬变电磁影响范围为全空间电磁场; 回线
圈尺寸小, 受井下轨道、锚杆、管道、电缆等设备影
响, 矿井的瞬变电磁探测与资料解释显得非常复杂。所以现场金属堆积物如溜煤槽板、局扇等金属物对电磁场具有吸收和导引作用, 尤其是带电电缆产生的附加磁场对发射机人工源磁场影响较大。为尽量减少这些干扰, 现场观测过程中采取了以下技术措施:
(1)观测时切断了煤电钻电源, 把安全监控系统传感器电源线移至影响范围外, 工作面停止了作业;
(2)接收和发射线圈放置时, 尽量远离溜煤槽板、局扇等金
属物, 最大限度地减少金属体对电磁波的吸收。
瞬变电磁法具有下列优点:无高阻煤层屏蔽影响, 能反映顶底板内地质情况; 工作效率高; 劳动强度小; 指向性好; 能够灵活探测不同方向在一定深度内含水异常体垂向和横向发育的规律; 成本低等。该法适合其他矿井物探方法无法施工的巷道(巷道长度有限, 需探测角度发生变化的巷道超前探) 。但由于受关断时间的影响, 具有浅部盲区, 与其他探测方法相比无法探测到更浅部的异常体；受巷道内金属物影响较大, 具有双向性, 电阻率值比勘探目标体的真电阻率低。
从事煤田地质勘探工作，在工作中常采用《矿区水文地质工程地质勘探规范》附录 F 的经验公式计算煤层开采后导水裂隙带高度。5（3－5）号煤层顶板至大同组最下部可采煤层之间由永定庄组、上下石盒子组及山西组地层组成，其岩性为砂岩、砂质泥岩及泥岩，其中东部厚度在 300 m ～400 m 之间，西部厚度在 400 m～500 m 之间，5（3－5）号煤层厚度则呈东厚西薄之趋势。能否产生顶板突水取决于大同组下部可采煤层与5（3－5）号煤层顶板之间的距离（H ）与 5（3－5）号煤层采后产生的导水裂隙带（Hf ）两者之间的当 Hf＞H 时则会产生突水，Hf ＜H 时则不会。其中 Hf可由《矿区水文地质工程地质勘探规范》附录 F 来确定。
预防顶板突水的工作主要应放井田东部与在封闭不良的钻孔和断层、陷落柱方面，防止导水裂隙带与充水通道沟通引起顶板突水事故发生。
井筒涌水突变特征
井筒涌水突变过程中围岩垂直位移特征为:松散层得压缩变形主要集中在三含以上的土层内，并首先在二含和三含交界处现压缩变形；随着涌水量的不断增大，松散层压缩变形区域及上覆土层固结沉降范围不断扩大，同时地表沉降速度也不断加快；最终主副井间形成沉降盆地结构，福井井壁周围的土层沉降更厉害。地表位移在井筒涌水突变前期受立井井筒影响明显，其分布规律为以立井井筒为中心沿径向逐渐增大，最后趋于稳定；在突水后期，这种影响逐渐减小，说明井筒发生部分破坏。井壁的非均匀沉降是由含水层疏水导致上覆土层非均匀下沉引起的。 两井筒之间的三含是涌水初期的主要水源，相邻含水层的强补给是涌水量急剧增大至峰值以及较长时间保持残余涌水量的主要原因。涌水峰值大约出现在井壁发生透水一天左右的时间，之后的3h 内涌水量骤降至最大涌水量的一半。
中国煤矿水害基本特征及其主要影响因素 1 中国煤矿床水文地质基本特征
A 、西北区的新疆、青海、甘肃西部以及宁夏和内蒙的西部地区, 主要开采侏罗系煤层, 。矿区地下水的补给和水交替能力差, 矿坑涌水量小。但这一地区煤层埋藏浅, 煤炭资源开采后, 工作面顶板采动破坏带容易扩展至地面。矿井主要充水含水层为煤层顶板砂岩裂隙弱含水层水和浅部第四系潜水;
B 、北方区的辽、冀、鲁、晋、豫、陕6 省及苏、皖两省北部地区 , 气候多属中温带或暖温带亚湿润、亚干旱类型, 平均降水量多为400~800 mma, 主采石炭- 二叠系煤层。。本区煤层埋藏深度较大, 开采煤层与顶板第四系潜水含水层之间存在较厚的隔水层, 。奥陶系石灰岩含水层水往往处于高承压状态, 并经常通过构造裂隙、断层或陷落柱与上部的太原群薄层灰岩含水层组产生水力联系。矿井主要充水水源为煤层底板灰岩岩溶含水层;
C 、 粤、闽、赣、浙、台湾及苏、皖南部和鄂、湘、桂三省的东部地区本区主, 要可采煤层为二叠系龙潭组和龙岩组煤层, 其次为三叠系煤层。本区的煤矿水害主要以灰岩充水为主, 其主要岩溶含水层有泥盆纪融县灰岩, 石炭纪黄龙灰岩、船山灰岩、壶天灰岩, 二叠系茅口灰岩、长兴灰岩和三
叠纪大冶灰岩, 而茅口灰岩是厚度最大, 富水性最强的含水层, 。矿井主要充水水源为岩溶含水层水及溶洞导通的地表水和大气降水。
D 、西南的黔、川、滇东、湘西及桂西地区, 本区主要开采二叠系煤层, 其顶板发育长兴灰岩和阳新灰岩, 底板发育茅口灰岩。由于地形强烈上升, 致使地形起伏较大, 地下水水力梯度大, 水循环和水交替速度较快, 地下水侵蚀能力较强, 往往在灰岩的裂隙发育带或断层带形成地下水优先溶蚀和集中径流, 大范围形成岩溶暗河管道。所以岩溶暗河管道突水成为本区矿井岩溶水突入的特有标志。在黔西、滇东地区龙潭组与茅口灰岩之间有厚层峨眉山玄武岩隔水层, 煤田水文地质条件比较简单。
煤矿水害发生发展的基本规律
就主要矿井水害的突水源而言, 采空区及废弃的淹没小煤窑水成为主要突水水源。其次为岩溶含水层水, 其他类型水源所占比例较少。就主要矿井水害所发生采掘位置而言, 主要突水灾害发生在矿井采掘巷道的迎头。其次是采煤工作面突水, 主要是回采过程中遇到工作面内部隐伏的点状导水构造( 陷落柱、封闭不良钻孔等) 和顶底板采矿扰动诱发的导水破裂带导通不同水源水突入矿井。目前中国煤矿水害发生的基本规律与特点主要表现为: a. 突水频率与水害伤亡人数居高不下, 矿井水害仍然是威胁矿井安全生产的重大隐患; b. 废弃矿井与小窑积水所诱发的突水事故明显上升, 底板高压岩溶水对矿井安全生产的威胁越来越大; c. 矿井突水水害主要出自采掘过程中遇到的未知隐伏导水构造; d. 矿井突水与矿井防治水技术水平、装备水平及管理水平密切相关。
3、 煤矿水害成因与致灾机理
煤矿水害频发的主要原因表现在:
a. 由于采矿工程活动所诱发的突水事故防范措施不到位, 特别是对于采空区积水和关闭废弃的小煤窑积水特征及其潜在的突水危险性认识不足, 矿井关闭过程中的水文地质工作及其关闭后地下水活动条件的监测监控不到位, 导致对废弃矿井采掘空间分布及其积水淹没情况不清楚, 加之防
水煤岩柱留设不足或缺乏必要的防水煤岩柱, 从而形成了巷道掘进过程中直接或间接揭露采空区积水造成矿井突水灾害
b. 现有的针对隐蔽型导水构造的精细探查预测技术落后, 装备不足。隐蔽型导水构造主要包括隐伏断层、局部构造破碎带、岩溶陷落柱及岩溶塌落洞等, 它们是沟通矿区充水水源与矿井采掘工程之间的主要导水通道。
c. 煤矿防治水技术、水害防治装备及水害安全管理水平薄弱, 许多矿井特别是乡镇煤矿缺乏专门的矿井水文地质专业人员和必需的矿井水害探测防治装备, 对矿井水害防治的重要性和管理不到位, 矿井水文地质条件不清。
d. 防水煤岩柱的留设不合理, 造成断层或其他含水体水突入矿井。
4、 煤矿水害防治面临的科学问题与基本对策
a. 加强对现代采矿条件下矿井底板水突出机理研究：防治矿井水突水系数理论的全面研究，如果沿用原有的突水系数理论来指导大埋深、高水压、高应力、综合机械化大范围开采条件下的矿井水害防治工作, 必然会给生产和安全带来误导。
b. 加强对现代采矿条件下煤层隔水底板的防突水效应研究： 矿井突水应具备三个基本要素即水量、水源和导水通道。随着现代深部开采, 疏降难度加大和对水资源保护日益
重视, 深入认识和研究煤层底板隔水层的防突水效应进而有效利用隔水层的自然防突水能力, 显得尤为重要。因此有必要通过对煤层底板隔水层的地质构造和岩石力学结构、采矿扰动破坏机理、水岩相互作用机理及它们之间相互关系的研究。
c. 加强对隐伏导水构造精细探查技术与装备研发：针对目前矿井水文地质条件,
特别是隐伏导水构造大距离、高精度探查方面存在的问题, 研究、开发新的隐伏导水构造精细探查技术与装备。
d. 加强对矿井底板水害监控预警技术与装备研究：利用突水信息原位采集技术、突水
因素适时检测技术、突水因素远程监控技术、突水信息动态分析和人工智能判别技术, 直接从矿井突水的前兆因素入手, 借助现代信号检测、数据传输和模式识别技术, 通过适当的传感器直接监测突水前兆因素的各项参数变化, 研究确定矿井突水的发生条件和预报方法, 建立矿井水害自动监测预报预警系统, 开发相应装备, 实现矿井水害的临突预报。
e. 加强对矿井采空区及关闭废弃矿井的研究：加强矿井采空区及关闭废弃矿井空间结构、分布及其充水条件的探测与预测预报研究。重视对废弃矿井关井前后的水文地质演化规律与发展趋势预测研究, 建立矿井关闭后地下水恢复及其
淹没过程与充水特征的监测监控系统, 动态掌握废弃矿井的水文地质动态。
煤矿防治水工作的重要性
矿井防治水工作在矿山建设、生产过程中起着重要作用，做好矿井防治水工作，是减少矿井水害事故发生，特别是减少重特大事故发生的前提；是保障职工安全，保护国家资源和财产，保证煤炭生产持续稳定发展的基础
1 矿井生产阶段煤矿防治水工作的任务
1.1 首先查明矿井的各种充水因素，分析研究地下水的规律，写出水文地质情况分析报告，为防治水工作提供技术依据。矿井充水因素分析应从以下几方面入手：大气降水，地下水，老窑积水
1.2 查清矿井及附近地面水流系统的汇水情况、疏水能力和有关水利工程的情况，掌握当地历年降雨量等资料，以便结合矿井具体条件建立地面防治水系统。按照“防、堵、疏、排、截”的综合治理原则，常见的防排水方法主要包括如下：填塞漏水的通道，挖排洪沟
1.3 建立健全地下水动态观测系统，在受水害威胁的地区，必须坚持“有疑必探、先探后掘”的原则。
1.4 建立健全井下防排水设施，根据矿井可能发生水害事故实施水害防治工程和增加排水能
力。
2 煤矿水文地质资料对矿井生产的影响水文地质资料准确与否直接影响到矿井的生产安全。如矿井充水性图是综合记录井下实测水文地质资料的图纸，是分析矿井充水规律、开展水预测、制定防治水措施的重要依据，其资料的准确性将对矿井的安全生产产生重要的影响。水文地质资料直接影响到采区设计、采掘巷道布置，并对生产造成重大影响。水文预测预报是指导煤矿井巷施工和生产的一种重要手段，主要表现在：可避免重大透水事故的发生；为制定安全技术措施提供依据，指导安全生产。
3 矿井防治水工作存在的主要问题
3.1 水文地质工作程度低，水文地质基础资料缺乏。
3.2 煤矿矿井水文地质工作开展不力，水文地质编录及观测资料缺乏，无矿井水文地质台帐或台帐内容不全。绝大部分矿井未进行矿井涌水量观测。
3.3 可能发生水害的地点、水害类型和水灾隐患底数不清，采掘工作面水害预测预报不及时，对有突水危险的地方监测不够或无监测制度，防治水措施与防探水措施不完善，甚至突发矿井突水事故，造成不必要的损失。
3.4 各类防隔水煤（岩）柱未留设或留设不规范。少数煤矿甚至越界超深跨界开采，破坏了井田边界防隔水煤（岩）柱，使水文地质条件复杂化。
3.5 矿井排水设备（包括水泵、水管、配电设备）和水仓不完善，满足不了排水工作的要求。
4 煤矿防治水工作的相关要求和改进意见
4.1 编制和修改煤矿防治水规划和计划，加强水害预测工作。
4.2 补充开展水文地质工作，进一步查清矿井水文地质条件。
4.3 逐步开展和规范井下水文地质观测工作。
4.4 完善各项水文地质台帐和水文地质图纸。
4.5 制定和完善防治水措施。
4.6 探放水设备（钻机）与钻孔布置必须满足探放水的需要。
4.7 各级领导应高度重视煤矿防治水工作，制订详细的防治水工作岗位责任制及其他有关规章制度。
煤矿井下老空水的防治技术
1
老空水能量意外释放模型 2 老空水害发生的要素分析: a,小煤窑积水造成的水害; b 采空区积水: ①本煤层上部采空区积水，造成水害事故的原
因主要是前期下山开采，且没有进行地质填图，造成地质资料不明，下水平或区段煤上山掘进或采煤时，掘（采）通道上部积水的空区。②不同层位，煤层间距小，地质构造发生变化，采下层时，由于两层间的岩石冒落而沟通上;c 、导水断层造成的水害；d 、留设的防隔水煤（岩）柱承压力不足，承压力不足是防隔水煤（岩）柱设计不合理或防隔水煤（岩）柱遭受到破坏。煤层积水的采空区或巷道，造成透水事故。 3 老空水的防治技术：根据能量意外释放理论，预防事故就是控制、约束能量或危险物质，防止其意外释放。因此，防治老空水的主要技术措施是防止或查明采空区积水，安全地排放采空区积水或采取隔离措施。
3.1 防止采空区积水：a 、查明矿井水文地质等基本情况，查明矿井水源、导水通道、水害类型等水文地质基本情况，并编制《矿井综合水文地质图》、《矿井充水性图》等基础图纸，为布置采区巷道和采掘工作面提供技术依据。B 、合理布置采区巷道和采掘工作面，根据矿井水文地质基本情况， 特别是矿井含水层的数量、厚度、含水性和老空区积水及钻孔封孔等情况，按照《煤矿安全规程》要求，合理布置采区巷道和采掘工作面，使采区巷道和采掘工作面位置符合安全距离要求，隔断导水通道。
3.2 查明老空区积水情况：a 、开展安全技术论证。在采掘工作面开工前，组织采掘、地质、测量等工程技术人员，通
过收集查阅历史图纸资料，访问知情人员等，调查核实矿井及相邻煤矿的开采情况；查明采掘工作面周边老窑、采空区、废弃巷道积水情况；分析确定顶板冒落裂隙塌陷边界，查清导水通道；现场勘察井田范围内采空区地表塌陷情况，查清地表与井下的水力联系情况，并制定防治水技术措施，防止沟通邻近积水体，确保安全开采。B 、采用物探技术，可使用矿井直流电法、矿井瞬变电磁法和无线电透视法等物探方法，查明矿井裂隙带、含水构造、老空区积水等情况
3.3 探放老空水的若干关键技术：探放水时，要撤出探放水点附近可能受水害威胁的所有人员；探放水孔必须打中老空水体，并要监视放水全过程，直到老空水放完为止；探放水时，要认真检查瓦斯或其它有害气体，确保放水安全进行。
A 、探水线的确定，探水线，即开始探水的边界线。《矿井水文地质规程》规定，积水老空区探水线（警戒线）是采掘工程平面图上标注的积水区及其最洼点的具体位置和积水作面进入积水警戒线后，必须超前探放水，并在距积水实际边界20m 处停止采掘作业，进行打钻放水，在确认积水已被基本放净后，方可继续进行采掘作业。如图2 所示。
为了便于分析比较，将老窑、
采空区、废弃巷道积水位标高、积水量、积水区边界，以及根据积水区情况计算出的探水线、打钻放水线等绘制在矿井采掘工程平面图和井上下对照图上，如图2 所示。B 、超前距的确定，超前距计算公式、a=0.5AL根号（3P/KP） ≮20m a —超前距，m ；
A —安全系数，一般取2～5；
L —巷道跨度（宽或高，取大值），m ；
P —水头压力，MPa ；
KP —隔水层的平均抗张强度，MPa 。
煤矿水害事故教训证明，实践工作中，有的凭经验超前距取10-20 m，薄煤层不少于8 m，是不可取的；c 、探放水机具最小钻探长度的确定，探放水机具，是探放水的主要设备，其性能与探放水的效果密切相关。选择探放水机具，主要应考虑其最小钻探长度。探放水机具最小钻探长度的确定，应根据每循环采掘进尺和超前距而定。其计算公式是： Z=Z1+a
Z —探放水机具最小钻探长度，m ；
Z1—每循环采掘进尺，m ；
a —超前距，m 。
矿井实施“有疑必探、先探后掘”原则，必须配备并使用专用探放水机具，以满足最小探水钻孔长度的要求，有效实施探放水技术措施。但在实际工作中，有的矿井采用强力电煤钻代替专用探放水机具是不可取的。；d 、最后允许采掘距离的确定到最后一组探水钻孔时，因最小探水钻孔的长度Z 和超前距a 已定， 应采用倒算法， 计算出最后允许采掘的距离Z1，并在采掘工程平面图上标注，如图3，防止超掘超采。即：Z1=Z-a m；
3.4 防隔水煤（岩）柱的留设与维护：为防止老空水溃入井下采掘工作面，应在老空水四周和上、下水平留设防隔水煤（岩）柱。留设防隔水煤（岩）柱，应严格按照《煤矿安全规程》、《煤矿防治水工作条例》等有关规定进行设计。设计防隔水煤（岩）柱，应充分考虑矿井的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩的物理力学性质等自然因素和采煤方法、支护形式等人为因素。防隔水煤（岩）柱要加强维护，因为防隔水煤（岩）柱的任何一处被破坏，必将造成整个防隔水煤（岩）柱的失效。地质构造复杂区段，防隔水煤（岩）柱上帮应打上立柱，并背紧背牢煤（岩）帮，保护防隔水煤（岩）柱的完整性，防止煤（岩）帮跨落失去隔水作用。严禁在防隔水煤（岩）柱中进行采掘活动，已破坏的
防隔水煤（岩）柱应重新建立。
含水层水压差变化与煤矿突水关系分析
1 开采水文地质模型
假设开采煤层底板有含水层L 1和含水层L2, 两含水层之间存在发生水力联系的通道, 其结构如图1所示。其中L1、L2层间距为x, O 是L1、L2之间通道上的的一点(可能成为导水通道的构造部位。这种水文地质模型结构为我国华北型煤田所常见, 如这些煤田的石炭系太原组灰岩和奥陶系灰岩含水层, 石炭系本溪组灰岩
和奥陶系灰岩含水层组成的含水层组。
图1 开采水文地质模型
2 含水层间水压差计算
设含水层L1、L2 压力分别为P1、P2, L1、L2 之间隔水层阻水系数均视为为R (MPa /m )。对O 点, 来自L1、L2 的水压力分别为: P1 - Rx 1 和P 2- Rx2 ( 注: 此处将含水层至O 点的水柱压力忽略不计) 。在未突水之前, O 点水压力应保持平衡, 即有:P 1 - Rx1 = P 2 - Rx2
将x 1 = x - x 2 代入上式, 可以得到:x2 =(P2 - P1)/2R+1/2x ( 1)
令p= p2 - p1得:P = 2Rx2 -1/2x ( 2)
其中, P 为O 点上的含水层水压差, 式( 2) 表明, 两含水层之间任一点所承受的水压差与隔水层阻水系数及该点位置密切相关。
3 含水层水压差变化与煤矿突水关系
1) 平衡点O 的位置随上下含水层水压差变化而变化。从式( 1)可以看出, 当P2 保持不变的情况下, P 1 越小, 含水层水压差P 越大, x2 值越大, 即两含水层间水压平衡点向L 1靠近, 反之亦然。R 的意义为单位厚度的岩层削减水头的能力, 与R 密切相关, R越大, 表明岩层完整程度越高, 对完整岩层而言, 含水层水压差变化与开采突水无更多联系。实际上O 点通常为构造部位上的一点, 其构造可以是断层、裂隙、原始导水裂隙带、陷落柱、褶皱等, 在这些部位, R 值较小, 当有一定的驱动力时, 往往形成导水通道。
2) 煤层开采过程中, L1 含水层首先涌入工作面, 并使得L1 含水层水位下降, L1 与L2 水压差增大, 平衡点O 必然向上移动, 当x 2 = x 时, L1 与L2 发生水力联系, L2 含水层成为L1 的补给水源, L2 含水层也成为突水水源, 工作面通常表现为滞后突水。
3) 滞后突水需要一个时间过程, 首先L1 含水层水位降低, 其次O 点应不断上移, 移到L1 含水层后, 还有充盈L1 的过程, 第三, L2 含水层补给L 1 含水层后, 沿L 1 向工作面涌水的既有突水通道涌向工作面。若L 2 为高压强富水含水层, 由于水压水量巨大, 对突水通道不断冲刷扩大, 致使导水通道越来越通畅。这就是滞后突水的作用机理。 4 结 论
1) 含水层水压差的变化将打破突水之前水力平衡, 水压差加大是强含水层参与突水的驱动力, 而采矿活动是改变导水通道的阻水系数外力所在。
2) 强含水层参与突水需要一个时间过程, 这个过程受地
质、采矿等因素影响, 时间难以预测, 动态变化, 分析工作面底板异常区的变化等, 从而预测滞后突水的可能性
神东矿区煤矿水害类型及水文地质
特征分析 浅埋藏、薄基岩、厚松散层矿井防治突水与溃砂的主要措施有以大采高、强力掩护式电液伺服液压支架平衡诱发老顶滑落失稳的顶板强度不足，以及配套松散层富水区精细勘探、井下提前放水和井上强输强排等措施。
神东矿区矿井水文地质条件可概化为两种基本类型：一类是浅埋的下侏罗统延安组煤层及顶部弱含水层直接覆盖厚层中~强富水的第四系松散孔隙含水层，主要分布与先期重点开发的大柳塔等矿区南部井田；另一类是中至埋深的下侏罗统延安组煤层和直落组(局部发育安定组) 上覆厚层中~强富水的白垩系含水层，该类型覆盖矿区西部和北部。在第
一类中，分布于乌兰木伦河中游东岸，主要含水层属于鄂尔多斯盆地北部第四系孔隙水系统。上更新统萨拉乌苏组既是鄂尔多斯盆地北部第四系孔隙水系统的主要含水层（乌兰木伦河东岸萨拉乌苏组水源地有考考赖沟水源地、公捏尔盖沟水源地、哈拉沟水源地等），又是薄基岩区大柳塔等矿主要突水和溃砂含水层。中侏罗统直罗组为河湖相沉积，岩性以灰绿色泥质砂岩为主，为延安组煤层顶部主要隔水层。下侏罗统延安组为一套河流-湖泊相为主的含煤地层，主要由灰色至灰白色粉砂岩、泥质岩、油页岩及煤层组成，其延安组裂隙承压含水层为矿井主要直接冲水含水层，不具有供水意义。第二类型分布于乌兰木伦河中游西岸，含水层属于白垩系孔隙裂隙水系统，与东岸相比其地层特点为：1、第四系零星分布；2、下白垩统志丹群洛河组发育；3、直落组保存较完整。洛河组中-强富水，与零星分布的全新统风积砂层和上更新统萨拉乌苏组冲湖积沙层构成统一潜水含水层。直罗组为延安组顶部煤层重要的隔水层和白垩系保水开采屏障。其底部“直罗组砂岩”也称“七里镇砂岩”，为裂隙弱承压含水层，也为延安组上部直接冲水含水层。
其矿区突水与溃砂水文地质条件
A 、 浅埋藏、薄基岩、厚松散层突水
突水条件：1）工作面上方或附近存在现在或古河床洼地，厚层第四系冲砂层和底部砂砾石层饱和富水；2）煤层埋藏
较浅；3）顶板煤层弱-半坚硬，基岩结构强度和稳定性较差；
4）导水裂隙带高度大于薄基岩厚度。 突水特点：1）主要发生在顶板初次来压时的切眼附近；2）突水伴有少量泥沙；3）一般突水量60-150m ³/h，最大突水量200-400m ³/h；
4）当松散层部黄土隔水层较厚且连续分布时，突水危险性
降低。（该类型突水水域导水裂隙诱发的孔隙水突水）
B 、 浅埋藏、薄基岩、厚砂层溃砂。溃砂原理：1）工作面上方或附近存在现在或股河床洼地，第四系厚松散砂层以中、细砂为主，饱和，松散-中等密实；2）采动动载作用使砂层孔隙水压力增大，导水裂隙带淋水使饱和砂层水力坡度达临界溃砂水力梯度；3）砂层底部缺失砾石层做阻砂层；4）煤层埋藏浅，基岩薄，冒落带向上发育突破基岩面。
C 、 薄松散层、厚基岩、白垩系突水 突水条件：1) 第四系松散层较薄，白垩系（k1zh ）与直罗组（j2z ）构成煤层顶板厚基岩；2）白垩系洛河组为主要富水含水层；3) 由于直落组顶部风化或延安组上部冲刷等原因，煤层与白垩系含水层间距减小；4）煤层顶板导水裂隙达白垩系含水层底板；5）断层等因素增加厚基岩突水危险性。 突水特点：突水量可达50-400m ³/h；当裂隙联通地表水体时突水量增大。该类型突水属于倒水裂隙引起的孔隙水裂隙水突水
突水征兆
采掘过程中能及时发现异常情况围岩温度升高, 围岩挂红、挂汗, 底板渗水、顶板淋水水量增加等出水征兆时要停止掘进, 迅速向矿调度室汇报并采取相应措施进行处理。矿井地质及水文地质技术人员接到汇报后应及时进行调查分析, 为领导决策提供技术方案。
针对井田奥灰含水层富水性强、煤层底板隔水层薄、水文地质条件复杂等特点, 在严格落实“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采” 的防治水原则的基础上, 采用各种先进的物探、钻探手段分采掘工程进行阶段探查水文地质条件, 然后根据不同的水文地质情况, 采取含导水断层超前预注浆处理、工作面底板预注浆加固改造、疏水降压等方法结合建筑防水闸门加大矿井排水能力, 加强矿井防灾抗灾能力等措
施, 最后实现在奥灰含水层突水威胁条件下安全采煤, 以及最大限度减少矿井突水及避免淹井事故的发生。
煤矿水害预测物探方法
1、直流电法
由于高阻异常体对电流有排斥作用，低阻异常体对电流有吸收作用，因此，通过测量、分析全空间视电阻率的相对变化可以推断出介质电性变化情况，这就是矿井直流电法勘探的物理实质。直流电法勘探是以煤、岩层的导电性差异为基础，通过人工向地下供入稳定电流，观测大地电流场的分布规律，从而确定岩、矿体物性 （如贫、富水区域） 的分布规律或地质构造 （如断层、裂隙发育区） 的特征，达到解决问题的目的。由于岩石电阻率大小主要取决于空隙内的富水性和孔隙空间特性，所以电阻率成像对于识别采煤工作面隐伏断层、破碎带、陷落柱、尤其含水、导水破碎带，甚至潜在的突水点都有明显的地质效果。直流电法与瞬变电磁法相比浅部盲区可以调整, 缺点是劳动强度大, 附属设备(如电极、导线) 一般不防爆, 施工条件受巷道空间的影响大, 巷道表层电性不均一。适用于巷道长度不受限制、探测角度变化小的巷道超前探。
根据不同探测目的，直流电法可以采用多种工作装置形式。井下探测通常应用对称四极测深装置、三极测深装置和三点三极超前探装置。三点三极超前探装置主要用于巷道掘
进工作面超前探测；四极和三极测深装置应用较广，可对巷道顶底板的及左右两邦进行探测。注意布极位置，让电极尽量远离金属等干扰体。
2、瞬变电磁探测法
工作时, 首先给发射线框供一直流电流, 然后突然切断电源, 线框内的电流将发生一个突变, 这种瞬态变化的电流将
在空间产生一个瞬态的磁场, 瞬态的磁场引起地下形成涡流, 涡流随时间的推移不断向地下扩散, 扩散的速度与地下岩层的电阻率有关, 不同时间扩散到不同深度。通过记录地下涡流变化(即磁场变化率dB /dT)的情况来达到了解地下电阻率的目的。地下低电阻异常的地方一般是含水的地方, 根据测得的介质电阻率, 结合矿井地质资料综合分析来圈定可疑区。矿井瞬变电磁影响范围为全空间电磁场; 回线
圈尺寸小, 受井下轨道、锚杆、管道、电缆等设备影
响, 矿井的瞬变电磁探测与资料解释显得非常复杂。所以现场金属堆积物如溜煤槽板、局扇等金属物对电磁场具有吸收和导引作用, 尤其是带电电缆产生的附加磁场对发射机人工源磁场影响较大。为尽量减少这些干扰, 现场观测过程中采取了以下技术措施:
(1)观测时切断了煤电钻电源, 把安全监控系统传感器电源线移至影响范围外, 工作面停止了作业;
(2)接收和发射线圈放置时, 尽量远离溜煤槽板、局扇等金
属物, 最大限度地减少金属体对电磁波的吸收。
瞬变电磁法具有下列优点:无高阻煤层屏蔽影响, 能反映顶底板内地质情况; 工作效率高; 劳动强度小; 指向性好; 能够灵活探测不同方向在一定深度内含水异常体垂向和横向发育的规律; 成本低等。该法适合其他矿井物探方法无法施工的巷道(巷道长度有限, 需探测角度发生变化的巷道超前探) 。但由于受关断时间的影响, 具有浅部盲区, 与其他探测方法相比无法探测到更浅部的异常体；受巷道内金属物影响较大, 具有双向性, 电阻率值比勘探目标体的真电阻率低。
从事煤田地质勘探工作，在工作中常采用《矿区水文地质工程地质勘探规范》附录 F 的经验公式计算煤层开采后导水裂隙带高度。5（3－5）号煤层顶板至大同组最下部可采煤层之间由永定庄组、上下石盒子组及山西组地层组成，其岩性为砂岩、砂质泥岩及泥岩，其中东部厚度在 300 m ～400 m 之间，西部厚度在 400 m～500 m 之间，5（3－5）号煤层厚度则呈东厚西薄之趋势。能否产生顶板突水取决于大同组下部可采煤层与5（3－5）号煤层顶板之间的距离（H ）与 5（3－5）号煤层采后产生的导水裂隙带（Hf ）两者之间的当 Hf＞H 时则会产生突水，Hf ＜H 时则不会。其中 Hf可由《矿区水文地质工程地质勘探规范》附录 F 来确定。
预防顶板突水的工作主要应放井田东部与在封闭不良的钻孔和断层、陷落柱方面，防止导水裂隙带与充水通道沟通引起顶板突水事故发生。
井筒涌水突变特征
井筒涌水突变过程中围岩垂直位移特征为:松散层得压缩变形主要集中在三含以上的土层内，并首先在二含和三含交界处现压缩变形；随着涌水量的不断增大，松散层压缩变形区域及上覆土层固结沉降范围不断扩大，同时地表沉降速度也不断加快；最终主副井间形成沉降盆地结构，福井井壁周围的土层沉降更厉害。地表位移在井筒涌水突变前期受立井井筒影响明显，其分布规律为以立井井筒为中心沿径向逐渐增大，最后趋于稳定；在突水后期，这种影响逐渐减小，说明井筒发生部分破坏。井壁的非均匀沉降是由含水层疏水导致上覆土层非均匀下沉引起的。 两井筒之间的三含是涌水初期的主要水源，相邻含水层的强补给是涌水量急剧增大至峰值以及较长时间保持残余涌水量的主要原因。涌水峰值大约出现在井壁发生透水一天左右的时间，之后的3h 内涌水量骤降至最大涌水量的一半。