El volumen total de irrupción de agua de 10 minas de producción en el mundo es de 398 m3/min (agosto de 1981), excluyendo la mina inundada Yanmazhuang (el volumen de agua es de 123 m3/min). y minas locales.
El volumen de entrada de agua en la mina está relacionado con las condiciones de contorno hidrogeológico del depósito mineral, el grado de fragmentación estructural, la veta de carbón minera, la profundidad de extracción y el tiempo de extracción. El volumen de entrada de agua en cada mina varía mucho, oscilando entre 3,5 y 123 m3/min. El cambio en el volumen de entrada de agua generalmente se puede dividir en las siguientes tres etapas.
(1) Tiempo de construcción del pozo
El pozo excava principalmente agua aluvial y fisuras de arenisca pérmica. La entrada de agua aluvial puede alcanzar 1,6 m3/min y la entrada de agua de arenisca puede alcanzar 1,6. m3/minuto 1 ~ 2m3/minuto. Después del tratamiento de lechada de pozo, el volumen de agua restante general es de 1 m3/min. Al cavar el hoyo inferior, el volumen de agua es de 2 ~ 3m3/min. Durante el período de construcción, la capacidad de drenaje e impermeabilización de la mina es pequeña, su área es pequeña y su capacidad de prevención de desastres es débil. Por lo tanto, la ubicación del pozo se seleccionó en una capa de roca débil y portadora de agua para evitar capas de arenas movedizas, fallas e irrupciones de agua de piedra caliza para garantizar una construcción normal. Al mismo tiempo, se deben establecer capacidades confiables de drenaje e impermeabilización para consolidar la posición de producción subterránea. La mina Zhongmacun está ubicada en una zona de falla. En caso de que la capacidad de impermeabilización fuera insuficiente, se abrió el túnel del silo de agua temporal a un lugar a sólo 6 m de distancia del "Bahui" para soportar la presión del agua de 25,9 kg/cm2. Como resultado, se produjo una irrupción de agua a una velocidad de 1,05 m3/min, lo que provocó un accidente en el pozo.
(2) Etapa inicial de desarrollo
La distancia entre el carbón grande y las ocho cenizas en esta área es de 20 a 40 m, la presión del agua es de 20 a 30 kg/cm2 y el agua La presión por metro de columna de roca es de 0,5 a 1,5 kg/cm2, la mayoría de ellos se encuentran en una situación en la que es posible la irrupción de agua. Por lo tanto, es necesaria la deshidratación para reducir la presión del agua del acuífero de Bahui y alcanzar un valor de cabeza de agua segura. Con la excavación del túnel, el acuífero de Bahui quedó directamente expuesto y el agua de Bahui que se encontraba en la falla brotó. El volumen de entrada de agua en la mina es principalmente agua Bahui, y el volumen de agua alcanza 30 ~ 80 m3/min, lo que reduce en gran medida el nivel del agua. En algunas zonas, la distancia entre el carbón grande y las ocho cenizas es gruesa y la estructura es simple. La capa aislante de agua puede proteger la mina de la intrusión de agua durante un tiempo prolongado (por debajo de 5 m3/min).
(3) Período de minería tardía
En el período de minería tardía, debido a la extensión del límite del campo de pozos o la extensión horizontal a la minería del "segundo carbón" del Carbonífero, las condiciones hidrogeológicas son más complejos, y sus características son:
1) Ingresar al área estructural compleja. Al cruzar una falla, se produce una fuerte irrupción de agua "L2" u O2. Por ejemplo, la irrupción de agua en el frente de trabajo 13011 de la mina Fengying es de 103 m3/min, y la irrupción de agua en el área 117 de la mina Wangfeng es de 52 m3/min.
2) Cuando se mina el segundo nivel, el volumen de agua del primer nivel se transfiere a la profundidad. Por ejemplo, el flujo de agua en la parte occidental de la mina Yangyangma es de 54 ~ 66 m3/min, y la salida de agua durante el desarrollo del segundo nivel es de 40 m3/min, que es un 65% menos que en el primer nivel.
3) El punto de entrada de agua se desplaza hacia la dirección del suministro de agua. Por ejemplo, la falla F3 en la mina Yangyangma es la fuente de suministro de agua, y el volumen de entrada de agua en el frente de trabajo es 19610 101 15 m3/min en la punta de la falla F3, en septiembre de 1964, la intrusión de agua en el 12121; frente de trabajo fue de 89 m3/min y el agua en el frente de trabajo 101 desapareció. En febrero de 1966, 65438, la producción de agua de Xida Alley era de 58 m3/min, y la producción de agua del frente de trabajo 12121 se redujo a 22 m3/min. El 4 de agosto de 1977, el frente de trabajo 1441 encontró directamente la falla F3, con una irrupción de agua de 120 m3/min. El volumen de agua en los puntos de entrada de agua mencionados anteriormente se ha reducido considerablemente, los puntos de entrada de agua han seguido desarrollándose hacia la falla F3 y los puntos de entrada de agua nuevos y antiguos han disminuido.
4) Cuando se extrae la segunda pieza de carbón, el flujo de agua en la mina aumenta en 30 ~ 50 m3/min. En ese momento, el agua de los acuíferos L5 y L2 fluyó directamente hacia la mina y los niveles de agua en estos dos acuíferos también disminuyeron significativamente.
Además de las tendencias cambiantes relacionadas con las condiciones mineras mencionadas anteriormente, la dinámica de entrada de agua de la mina también tiene las siguientes características: ① Los cambios estacionales en la dinámica de entrada de agua son pequeños, con un rango de cambio anual de 1,05 a 1,3 veces; (2) Volumen de agua Los cambios obviamente se ven afectados por las fluctuaciones de la entrada de agua y aumentan de manera gradual.
Después de un cambio repentino en el volumen de agua, generalmente se estabiliza rápidamente; ③ La tendencia general del volumen de agua es aumentar (4) Sin exponer nuevas fuentes de agua, el punto de entrada de agua aumentará o cambiará, pero el volumen total de agua permanecerá sin cambios; .
Las características anteriores muestran que la fuente de suministro de agua subterránea en esta área es abundante, el volumen de agua tiene suficiente función de ajuste y equilibrio, está en un estado dinámico y estable y no es fácil de perder.
2. Características límite de la irrupción de agua en la mina
La cantidad de irrupción de agua en la mina depende principalmente de las condiciones límite de la irrupción de agua del depósito mineral. De acuerdo con las características hidrogeológicas del área minera de Jiaozuo, existen tres condiciones de límite de entrada de agua en el campo minado:
1) Límite de recarga fuerte, es decir, hay una fuerte recarga del acuífero (capa de grava que contiene agua y piedra caliza kárstica) en dirección horizontal o vertical. Los acuíferos que reciben recarga también son acuíferos fuertes. Por ejemplo, el afloramiento poco profundo de la veta de carbón en la mina Yanmazhuang está cubierto por una capa de grava que contiene agua, en la que las capas de piedra caliza del Ordovícico y de piedra caliza del Carbonífero están en contacto con la capa de grava, y los niveles de agua tienden a ser consistentes. Después de drenar la mina, el nivel del agua permanece alto, la altura del agua se repone y la conexión hidráulica está cerrada. Al mismo tiempo, hay una zona de falla F3 con tendencia noreste en la profundidad. Las ocho cenizas y dos cenizas están conectadas hidráulicamente con la piedra caliza del Ordovícico. La irrupción de agua es frecuente y el volumen de agua es grande, lo que da como resultado la mina Yanmazhuang20.
2) Límite de recarga débil, es decir, en contacto con acuífero débil o límite aislante de agua tanto en dirección horizontal como vertical. Por ejemplo, el afloramiento de la veta de carbón de Tianmenjing está cubierto por aluvión y no tiene agua. El fondo de la veta de carbón tiene una capa de aislamiento de agua completa de 40 m. Las dos fallas grandes y profundas son los límites de aislamiento de agua donde entran en contacto los estratos de la serie de carbón. El caudal de entrada de agua en la mina es de 4 ~ 5 m3/min.
3) Límite de recarga fuerte local, es decir, hay una fuerte recarga del acuífero a lo largo de la dirección horizontal o vertical del límite del campo del pozo, pero el contenido de agua del acuífero de recarga es débil, lo que no favorece la recarga de aguas subterráneas. Por ejemplo, en la zona minera de Mazhong, la principal fuente de recarga de agua subterránea es parte de la falla poco profunda de Lihe. La falla profunda de Jiulishan tiene una gran caída (300 m), por lo que la piedra caliza del Ordovícico está en contacto con la serie de carbón. La piedra caliza profunda tiene pequeñas grietas y no forma un límite de recarga fuerte. Después de drenar la mina, la diferencia de nivel de agua entre las dos placas de la falla de Jiulishan fue de más de 200 metros y el volumen de entrada de agua en la mina fue de 80 ~ 40 m3/min.
3. Características de la irrupción de agua en la mina
La irrupción de agua en la mina es el problema más importante en la hidrogeología del depósito de carbón y amenaza la producción segura de la mina. Según estadísticas incompletas (Tabla 1-7), hasta 1981**, habían ocurrido un total de 707 accidentes por irrupción de agua, de los cuales 51 fueron irrupciones de agua superiores a 1 m3/min y 13 fueron irrupciones de agua superiores a 30 m3/min. Las explosiones de agua ocurren en promedio entre 20 y 30 veces al año. Generalmente, en años con mucho metraje (como 1958, 1962 ~ 1965, 1977 ~ 1978), hay más irrupciones de agua, 30 ~ 40 veces al año. Después de 1973, debido al desarrollo y extensión horizontal del carbón Carbonífero, aumentó la frecuencia e intensidad de la irrupción de agua.
Tabla 1-7 Tabla de estadísticas de clasificación de irrupción de agua
La principal fuente de irrupción de agua es el "Bahui" del gran piso de carbón, con 253 tiempos de irrupción de agua, lo que representa 36. La entrada de agua desde la arenisca del techo y el aluvión del pozo representa el 40%, y la cantidad de entrada de agua es pequeña. El agua procedente de pozos y pequeñas minas de carbón representa el 13%. La irrupción de agua desde el suelo de una gran veta de carbón es una irrupción de agua a una distancia de 20 a 40 metros de la gran veta de carbón. Atraviesa el suelo a través de la zona de fractura de la roca y es inducida por la minería.
(1) Características precursoras de la irrupción de agua
En general, existen precursores del proceso de irrupción de agua, que se pueden resumir de la siguiente manera: ① Tambor inferior, como la mina Zhongmacun- 65438 Tanque de agua temporal de 2~3 m, de repente escuché un sonido de "hula" a las 7:00 del 27 de marzo, el tambor inferior estaba aproximadamente a 1 m de la superficie de trabajo, el agua brota, el volumen de entrada de agua es 0,67 m3/min, 65438 . (2) La cara de trabajo está mojada y goteando agua, como la segunda vía (1) de la mina Mazhuang. El 8 de marzo de 1979, se descubrió que la formación rocosa se había ablandado durante la excavación a las 14:30 de marzo; 9, se encontraron dos manchas de agua del tamaño de una palma en la cara de trabajo. 14:45, se escuchó un sonido de "plop" que fluía desde la pared de roca. Los volúmenes de entrada de agua en las 15 ubicaciones son 138 m3/min y 15 respectivamente. (3) El frente de trabajo está frío. Por ejemplo, el frente de trabajo 1441 de la mina de carbón de Mazhuang tuvo una entrada de agua de 120 m3/min el 20 de agosto de 1977. Los trabajadores sintieron frío después de trabajar durante 1 o 2 días antes de la entrada de agua. Además, también son precursores fenómenos como el aumento de la presión sobre el suelo, vigas rotas, columnas rotas, fragmentos, mayor densidad de las fisuras de las formaciones rocosas, óxido rojo en las superficies de las grietas, cambios en la formación de las formaciones rocosas, fallas y caídas repentinas en el contenido de gas de las vetas de carbón. a la liberación de agua.
El mecanismo de entrada de agua desde el suelo es que el espesor de la capa impermeable del suelo está estrechamente relacionado con la presión del agua, y la presión del suelo es el fusible.
El valor empírico del coeficiente crítico de irrupción de agua (la relación entre la presión del agua y el espesor del acuífero) en el área minera de Jiaozuo es 0,5 (la mayoría de las cuales son zonas de fractura por falla). La irrupción de agua en el suelo es una liberación de energía del nivel del agua. El cambio en el volumen de entrada de agua está relacionado con la estructura de la formación de la irrupción de agua y se puede dividir en tres categorías:
La primera categoría: irrupción de agua fuerte. tipo. Durante la irrupción de agua, el volumen de agua alcanza rápidamente el valor máximo y luego disminuye de manera constante. Se encuentra principalmente en estratos duros, cerca de fuentes de agua y ubicados en zonas de falla. Por ejemplo, en el caso de la irrupción de agua en la vía 1 de la mina Mazhuang, se descubrió que el precursor de la irrupción de agua (salpicaduras de agua) aumentó repentinamente a 240 m3/min después de aproximadamente 20 a 30 minutos.
El segundo tipo: tipo salto. La cantidad de agua cambia repentinamente de pequeña a grande, con mayor frecuencia e intensidad. La mayoría de ellas se ubican en zonas de falla, un poco más alejadas de la fuente de agua, y los canales de agua se expanden. Por ejemplo, en el frente de trabajo 13011 de la mina Fengying, el agua comenzó a fluir a 1 m3/min, y un día después aumentó a 15 ~ 85 m3/min; después de otras 30 horas, aumentó repentinamente a más de 89 m3/min; , provocando inundaciones. Este tipo de agua es muy peligrosa y empieza a paralizar a la gente, por lo que llegamos a la conclusión de que "si no tienes miedo a las cosas grandes, tienes miedo a saltar".
La tercera categoría: tipo lento. Cuando se excava el acuífero o generalmente se rompe la capa de roca del suelo, la cantidad de agua aumenta gradualmente con el área expuesta, y luego se extiende hacia el límite con el radio de influencia, alcanzando la estabilidad del agua o reduciéndose y drenando gradualmente debido a condiciones de recarga insuficientes. . Por ejemplo, el área 117 de la mina Wangfeng es la zona de fractura del piso, donde el agua se acumula en un área grande, como agua hirviendo, y el volumen de agua se mantiene a 15 m3/min.
La entrada máxima de agua incluye agua en movimiento y algo de agua estancada. Según los datos de medición reales en el área minera, el volumen de agua estable es del 50 al 70% del volumen de agua máximo, y algunos alcanzan el 80%.
(2) Características espaciales de la distribución de los puntos de entrada de agua
La distribución espacial de los puntos de entrada de agua tiene ciertas reglas. Los puntos de entrada de agua, las zonas de entrada de agua y las áreas de entrada de agua a menudo están relacionados. a fallas (Especialmente relacionado con la distribución de fallas tensionales. Esta zona se puede dividir en los siguientes tipos:
1) Zona densa de fracturas a lo largo del eje del anticlinal. Hay suaves pliegues ondulados a lo largo de la dirección de la veta de carbón en esta área (N60°E), y aparece un eje anticlinal a una distancia de aproximadamente 4 a 5 km. Hay muchas estructuras pequeñas en esta área, la densidad de fisuras es alta y con frecuencia se produce una irrupción de agua. Como el oeste de la mina de carbón Wangfeng, la mina de carbón Macunjing y la mina de carbón Yangyangma.
2) Zona de rotura por tracción noroeste. La zona de fractura por tracción con tendencia noroeste suele ser un pequeño graben, dispuesto en paralelo a intervalos iguales, a una distancia de aproximadamente 600 a 800 m. A menudo hay un grupo de zonas de irrupción de agua, por ejemplo, los puntos de irrupción de agua en la segunda zona de carbón. La mina Jiaoxi se distribuye en esta zona de fractura por tracción. Dentro de la zona, la irrupción de agua es frecuente.
3) Zona de fractura por tracción transversal en la dirección de la veta de carbón. Por ejemplo, un grupo de puntos de irrupción de agua en la segunda área de carbón de la mina de carbón Li Feng está ubicado a 60 ° E de latitud norte, y en el lado oeste está la falla de tracción a 60 ° E de latitud norte. bloqueó el agua en la intersección del punto de entrada de agua y el pequeño anticlinal, y pronto toda la sección quedó bloqueada.
4) Pequeñas fracturas en forma de "cheng" cercanas a grandes fallas. Los puntos de entrada de agua a menudo ocurren en las sartas de tuberías. Por ejemplo, hay cuatro fallas en zigzag paralelas y equidistantes (aproximadamente 120 m) en el lado noreste de la falla Fenghuangling en el área de carbón Jizhazhang No. 2 de la mina Lifeng, y los puntos de irrupción de agua aparecen en grupos a ambos lados de la falla. fallas.
5) El área donde dos fallas grandes se tuercen entre sí, es decir, la zona de torsión. Por ejemplo, la falla de Lihe en la sección suroeste de la mina Zhongmacun se eleva de norte a sur, mientras que la falla de Lizhuang en la sección oriental se eleva de norte a sur, formando un estado retorcido, lo que hace que el área esté densamente poblada con estructuras pequeñas, frecuentes irrupciones de agua y difícil drenaje de aguas subterráneas.
6) Intersección de fallas. Por ejemplo, la falla F3 en la parte occidental de la mina Yanmazhuang es la intersección de una falla con tendencia noreste y aparecen tres pequeñas fallas de este a oeste en el área de intersección. El punto de entrada de agua es de 1441 120 m3/min y. el punto de entrada de agua es de 57 m3/min. El punto de entrada de agua del carril oeste es de 121,89 m3/min.
7) Zona de pellizco de falla. Por ejemplo, en el frente de trabajo 101 de la mina Yanmazhuang, el punto de entrada de agua está ubicado en el punto de salida de la falla F4, y el volumen de entrada de agua es de 15 m3/min.
8) La pared colgante (pared móvil) de la falla normal. La mayor entrada de agua ocurre en esta área, como la entrada de agua Fengying 1301 de 84 m3/min.
En resumen, la distribución de los puntos de irrupción de agua está relacionada con las líneas de falla. En áreas estructurales con uso intensivo de líneas y áreas estructurales ricas en agua, los puntos, líneas y superficies de entrada de agua se combinan regularmente.
La migración de los puntos de entrada de agua es muy común. La regla es que después de la aparición de nuevos puntos de entrada de agua, el volumen de agua de los puntos de entrada de agua antiguos disminuye o desaparece.
Otra característica importante es que el punto de entrada de agua se desplaza hacia la fuente de suministro de agua. Por ejemplo, un punto de entrada de agua horizontal en la mina Yanmazhuang está ubicado cerca de la falla F3. El punto de entrada de agua se acerca a la fuente de agua de lejos a cerca (101:15). m3/min; 89 metros cúbicos/min; la salida de agua es de 1212; 53 metros cúbicos/min se descarga del agua del callejón oeste en 1441 es de 120 m3/min), que está estrechamente relacionada con la hidráulica de cada uno; punto de agua. Después de que surgió el nuevo punto de entrada de agua, el volumen de agua en el antiguo punto de salida de agua disminuyó significativamente, lo que indica que la fuente de suministro de agua era la misma hasta que F3 quedó expuesto como un canal de suministro de agua vertical. En la actualidad, mediante la inyección de fallas, el volumen total de entrada de agua en la mina se ha reducido de 90 m3/min a 71 m3/min, lo que confirma la opinión de que el punto de salida de agua se ha trasladado a la fuente de agua.