礦井突水預(yù)測(cè)

摘要：在突水形式方面，由于斷層引起的采掘工作面的突水占突水總數(shù)的80％以上。也就是說，煤礦開采的突水事故主要是由構(gòu)造原因引起的，而且滯后型突水多于突發(fā)型突水，工作面回采突水多于巷道掘進(jìn)突水。

關(guān)鍵詞：煤礦開采突水事故

1、巷道掘進(jìn)過程中突水預(yù)測(cè)

1.1 巷道掘進(jìn)過程中的某些規(guī)律

凡進(jìn)行地下采掘的地方，采掘工作面頂?shù)撞扛羲畬咏猿惺苤V山壓力和靜水壓力的作用。由于巷道斷面小，加上巷道還有一定支護(hù)，使巷道頂部巖層的重力較為均一的傳給底部，可視為靜壓力為主的類型。巷道掘進(jìn)突水，實(shí)質(zhì)上是靜水壓力、礦山壓力與隔水層強(qiáng)度和重力消張關(guān)系的產(chǎn)物。掘進(jìn)過程中一般有三種情況：一是巷道掘進(jìn)過程及以后皆不出水，這是常見情況，表明巷道頂部隔水層的強(qiáng)度和重力大大超過作用于隔水層的靜水壓力；二是巷道掘進(jìn)至接近或揭露阻誰斷層、含水層時(shí)，立即突出或相隔一段時(shí)間突水，這表明作用于隔水層上的靜水壓力超過隔水層或接近斷層帶的強(qiáng)度和重力；三是巷道掘進(jìn)一段距離之后，產(chǎn)生礦壓現(xiàn)象和底鼓后突水，該情況表示作用于隔水層上的靜水壓力與巖層強(qiáng)度和重力達(dá)到極限狀態(tài)。

巷道掘進(jìn)突水的發(fā)展過程可經(jīng)歷三個(gè)階段：

隨掘進(jìn)延伸，巷道開鑿壓力增大，產(chǎn)生頂板破碎，折梁斷柱現(xiàn)象；

隨后底板微鼓；

底板破裂，產(chǎn)生突水。該過程與巖石受力破壞經(jīng)歷彈性變形、塑性變形、永久變形相對(duì)應(yīng)。

1.2 巷道掘進(jìn)突水預(yù)測(cè)

巷道掘進(jìn)頂、底板突水預(yù)測(cè)

根據(jù)材料力學(xué)理論可以導(dǎo)出極限平衡狀態(tài)時(shí)的表達(dá)式：

H理=2Kp ±rt

式中H理——巷道底板理論安全水壓值，由含水層頂面算起，t/m2；

Kp——隔水層的平均抗張強(qiáng)度，t/m2；

r——巷道的底寬，m；

t——巷道的頂?shù)赘羲畬雍穸龋琺。

式中正號(hào)用于底板，負(fù)號(hào)用于頂板。

若H實(shí)＞H理，巷道頂板或底板會(huì)被水鼓破突水；若H實(shí)＜H理，巷道掘進(jìn)安全。也可以通過隔水層厚度與在H實(shí)水壓作用下的理論安全隔水層厚度t理進(jìn)行比較，判斷是否安全。

t理=

若t實(shí)＞t理，則安全；若t實(shí)＜t理，則不安全，會(huì)突水。式中負(fù)號(hào)用于巷道底板；正號(hào)用于巷道頂板。

1.3 巷道掘進(jìn)正前或側(cè)幫突水預(yù)測(cè)

根據(jù)材料力學(xué)理論可以導(dǎo)出極限平衡狀態(tài)時(shí)的表達(dá)式：

a理=0.5

式中a理——巷道正前或側(cè)幫隔水層（或礦層）理論上的安全寬度，m；

p——靜水壓力，t/m2；

l——巷道高度，m。

其他符號(hào)同前。

若a實(shí)＞a理，巷道掘進(jìn)安全；若a實(shí)＜a理，巷道掘進(jìn)突水。

2、工作面采突水預(yù)測(cè)

2.1 回采工作面頂部突水預(yù)測(cè)

2.1.1 頂部突水的一些規(guī)律

當(dāng)回采工作面上部隔水層冒裂帶高度達(dá)到地表、水體、含水層以及老窯積水區(qū)時(shí)，水砂就會(huì)通過冒裂帶潰入采區(qū)內(nèi)。在正常地質(zhì)條件下，緩傾角的采煤工作面從開切眼開始回采至老頂首次來壓（焦作礦區(qū)30m~40m，峰峰礦區(qū)15m~30m）或第二次來壓距離及臨近回采工作收尾的地段，由于采場(chǎng)頂部隔水層這時(shí)承受的礦山壓力達(dá)到最大值，相應(yīng)其有效裂隙的發(fā)展和互相溝通、擴(kuò)展也達(dá)到最大，若達(dá)到含水層或水體時(shí)，采場(chǎng)內(nèi)水量顯著增大或發(fā)生突水。由此可見，采煤工作面頂部突水的時(shí)間或距離是老頂初次來壓或二次來壓及收尾地段的距離；至于突水點(diǎn)的位置，與每層傾角有關(guān)；緩傾斜每層突水部位多數(shù)見于工作面下平巷，少數(shù)上平巷。傾斜和急傾斜每層突水點(diǎn)多見于上平巷及采場(chǎng)中部；其涌水特征是受頂板礦山壓力控制，頂板來壓后，沿裂隙滴水、淋水，水呈乳白色，當(dāng)老頂初次來壓后，大量涌水達(dá)到峰值，數(shù)日后水色澄清，涌水量趨于穩(wěn)定。當(dāng)繼續(xù)回采至周期來壓距離時(shí)，采場(chǎng)內(nèi)的水量從穩(wěn)定值達(dá)到最大，一般不超過老頂初次來壓時(shí)的水量；這樣周而復(fù)始地產(chǎn)生礦山壓力，從而工作面內(nèi)涌水量出現(xiàn)多次峰值。

2.2 采煤工作面底板突水預(yù)測(cè)

2.2.1 采煤工作面底板突水的某些規(guī)律

（1）正常的地質(zhì)條件下，多數(shù)突水事在工作面老頂?shù)谝弧⒌诙蝸韷壕嚯x之間及采煤工作面收尾地區(qū)，這是由礦山壓力本身發(fā)展特點(diǎn)所決定的。

（2）突水特點(diǎn)。在正常地質(zhì)條件下，采場(chǎng)頂板屬冒落型，其底板突水位置多在采場(chǎng)前方近煤幫下輸送機(jī)道附近，且距煤幫有一定距離，少數(shù)在上回風(fēng)道處；若采場(chǎng)頂板屬緩慢下沉型，其突水點(diǎn)位置在工作面后方采空區(qū)的輸送機(jī)道內(nèi)，也可因底鼓產(chǎn)生次一級(jí)裂隙系統(tǒng)，此時(shí)圖水電可不再上述位置。

（3）底板突水的發(fā)展過程。隨著采煤工作面的推進(jìn)，礦山壓力增大，礦壓的傳遞使工作面底板巖層發(fā)生變形；在靜水壓力作用下，底鼓進(jìn)一步發(fā)展，當(dāng)超過底部隔水層的彈性極限時(shí)，在張力區(qū)產(chǎn)生裂隙；當(dāng)頂壓持續(xù)增大至接近老頂來壓時(shí)，上述裂隙向下延伸、擴(kuò)大、加多，互相溝通，所以先從裂隙系中出小水；當(dāng)頂壓進(jìn)一步溝通并伴隨有巖石破裂響聲，接著大量突水，這時(shí)的突水是渾的，并攜帶出大量物質(zhì)，經(jīng)一段時(shí)間時(shí)水色變清，水量由大變小趨于穩(wěn)定。

（4）采煤工作面底板突水與地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%以上的突水發(fā)生在斷裂帶附近。在礦壓、靜水壓力作用下，特別在下列構(gòu)造部位，突水機(jī)率最大：斷層交叉或匯合處；斷層尖滅或消失端一帶；兩條大斷層相互對(duì)扭地帶；褶曲軸部裂隙密集帶，背斜傾伏端；新構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的斷裂帶等。

（5）底板突水類型。根據(jù)水量和動(dòng)態(tài)，底板突水可分為一下三種類型：

①突發(fā)型。

②緩發(fā)型。

③滯后型。

2.2.2 底板突水預(yù)測(cè)

（1）突水系數(shù)。突水系數(shù)Ts是指每一米底板隔水層厚度所能承受的最大水壓值。

式中 Ts——突水系數(shù)，Pa/m；

p——隔水層承受的水壓，Pa;

M——底板隔水層厚度，m;

Cp——采礦對(duì)底板隔水層破壞厚度，m。

3、結(jié)語

煤礦突水事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失也是巨大的，還有待進(jìn)一步實(shí)踐和完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧永平．《淺談礦井水害的防治》

[2]虎維岳．《新時(shí)期煤礦水害防治技術(shù)所面臨的基本問題》