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第61卷 增刊 地 REVIEW Vol. 61 Supp. 质 论 评 GEOLOGICAL
2015年 4月 Apr., 2015
西部高强度采煤矿井灾害新灾种——突水溃沙
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范立民1)，冀瑞君2)
1) 陕西省地质调查院，西安，710065；
2) 中国矿业大学（北京）煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京，100083
突水溃沙是在井下开采矿产资源时，裂隙或小断层导通富水且因风化等原因失去抗剪性的砂（沙）体，砂（沙）体原有平衡被打破，在重力作用下，水沙流加速流入井下，直至淹井，水沙重新达到平衡稳定状态的一种地质灾害，又称溃水溃沙。突水溃沙主要发生在以鄂尔多斯盆地北部矿区为代表的浅埋藏、薄基岩、古冲沟发育、厚松散含水层矿区。研究突水溃沙，一是为了保证煤矿安全生产，确保矿工生命安全，二是为了保护矿区环境，做到采煤与保水的统一（范立民，2005）。
（3）隆德煤矿突水溃沙灾害：2012年11月17日下午3时许，神木隆德煤矿在地面打钻，钻孔与采空区导通，发生突水溃沙事故，导致德隆煤矿大面积塌陷，井下巷道、作业面及设备淹埋，损失惨重，无人员伤亡，于2013年6月恢复生产。
鉴于此，在类似条件矿井工作面投产前，必须采取了严密措施，确保工作面安全。
2 突水溃沙地质灾害发生机理
突水溃沙发生的基本条件：一是高强度采煤（范立民，2014），只有高强度开采条件下，冒落带、裂隙带发育高度大，具有发生溃沙的空间条件和溃沙的通道；二是煤层顶板基岩厚度小（图1），煤层在高强度开采条件下，冒落带、裂隙带发育到顶板基岩面以上（许家林，2012），或者存在小断层的薄弱地段，断层成为突水溃沙通道，并快速扩大，导致水沙溃入矿井；三是富水性较强沙源，地下水是溃沙灾害发生的物质组成和动力条件（伍永平，2004）。
覆岩破坏形式较多（徐永圻，1999）（杨荣明，2012）将神东矿区覆岩破坏形式划分为弯曲、垮落、离层、层间错动、块体运动等，，其中垮落和层间错动往往更容易造成突水溃沙。如图2，在古冲沟处，覆岩厚度较小，高强度采煤导致顶板基岩垮落至萨拉乌苏含水层组底部，在重力作用下，水流溃入井下，进而带动沙层一起涌动，沙粒加剧了水沙流的动能，原有裂隙不断被扩大，水沙涌入采空区或巷道，直到井下井上水沙达到新的平衡，形成突水溃砂事故。范立民总结了榆神府区煤炭开采强度的指标划分体系，并探讨了高强度开采与地质灾害发育的关系（范立民，2014）。
1 突水溃沙地质灾害实例
突水溃沙在西部地区煤矿已经发生多次，造成重大经济损失，甚至给煤矿带来灭顶之灾！
（1）瓷窑湾煤矿突水溃沙灾害：1990年4月20日，开采2-2号煤，发生冒顶突水溃沙灾害，涌水量最初为50m3/h，后增至200 m3/h，溃沙量4000 m3，造成一采区304m长皮带巷被沙充填厚达2m（巷道高4.5m）；地面形成直径28m,深14m的圆锥形塌陷坑，地下水位迅速下降，附近的水库干涸。同年12月28日，又一次冒顶突水，涌水量只有50m3/h，溃沙量6000 m3，严重影响了煤矿安全（范立民，1996,1996,2005），两次事故，造成瓷窑湾煤矿基建搁浅。
（2）哈拉沟煤矿突水溃沙灾害：2010年7月28日8时，哈拉沟煤矿22402工作面在推进到离切眼38m时，发生突水溃沙事故。该工作面开采2-2煤层，煤厚平均5.54m，萨拉乌苏组含水层厚度15-30m，煤层顶板基岩厚度29.5~64.70m，突水溃沙事故发生后，对应的地面形成了一个直径47m、深12m的塌陷漏斗坑（宋亚新，2012）。 注：本文为国家重点基础研究发展“973”计划（编号 2013CB227900）资助的成果。 收稿日期：2015-02-03；改回日期：2015-03-01；责任编辑：周健。
作者简介：范立民，男，1965年生，教授级高级工程师。Email：498518851@qq.com。
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突水溃沙发生的必要物质条件为松散沙层，主要来源为地表风积沙、萨拉乌苏组松散弱胶结砂岩，以及白垩系等弱胶结基岩中风化弱抗剪切的砂岩。主要动因是重力失衡或水流诱发；但在新疆等地有时尽管没有水流诱发，松散的沙流在重力作用下也会溃入井下造成淹井事故。突水溃沙的特点是突发性强、过程缓慢、难治理，一般不会造成人员伤亡，
但是事故后期恢复治理难度大，成本高。
图1 瓷窑湾煤矿突水溃沙地段水文地质剖面图
图2突水溃沙灾害发生过程示意图
我国西北地区侏罗系煤田浅埋深、薄基岩、厚松散层、大采高、潜水含水层富水性强，在基岩采厚比小于30的条件下，裂隙带直接沟通松散沙层含水层。在重力作用下，水流溃入井下，进而带动沙层一起涌动，沙粒加剧了水沙流的动能，原有裂隙不断被扩大，直到井下井上水沙达到新的平衡。
3 突水溃沙地质灾害的防治对策
目前，国内主要策略以防为主、以治为辅。预防方面，目前以探放水工程为主，采用“上抽下泄”的原则对松散沙层实施地面钻探工程和井下钻探工程，并设置长期水文观测孔。1995年作者在大柳塔煤矿开展了首次突水溃沙地质灾害防治工程（范立民，1996，2005），神东矿区第一个高强度工作面——20601工作面投产前，在工作面开切眼附近施工了多个钻孔，进行强抽水（抽出的地下水转移储存到母河沟泉域补给区），当地下水水位下降到基岩面后，工作面开始安全回采。这种手段尽管解决了突水溃沙的启动诱因，但是加剧了生态水位的下降，会影响生态环境。从沙源角度出发，采用冒落带注浆加固工程，使松散沙层固结，加强沙层整体性和抗剪切能力。神东上湾煤矿51208开采1-2煤时，切眼处基岩厚16~42m ，且风化严重，完整性差；导水裂隙带发育高度48.7m，含水层厚度20.3m，松散层厚度17~33m，实施了井上井下联合疏放水，地面注浆加固，顶板加强支护，工作面回采期间未发生突水溃沙和较大冒顶事故。但是这两种预防手段对沙层孔隙度和渗透性依赖较大。
治理方面，突水溃沙一旦形成，切忌使用强排抽水工程，否则只会加剧潜水降深漏斗的进一步扩大，从而加剧突水溃沙强度，隆德煤矿突水溃沙发生初期，曾经强排井下沙、水，从而诱发二次溃沙，
这时主要从加大沙层抗剪强度着手，缪协兴、白海波、许家林教授建议，采用地面塌陷坑投掷石料的方法，增大沙层的内摩擦系数，形成沙层骨架，从而使水沙尽快平衡减少突水溃沙量，为科学救灾找到了有效途径。
突水溃沙地质灾害已经得到国内科技界的广泛关注，发表了系列论著，并作为2013年国家973计划的核心研究内容，我们相信，通过科学家的长期研究，一定会破解突水溃沙机理，找到“价廉物
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美”的防控技术，为占我国原煤产量35%以上的鄂尔多斯盆地煤炭资源安全高效绿色开采提供技术支撑。
参 考 文 献 / References
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