专题-浅谈我国煤矿底板突水的机理及防治.doc

1、专题部分浅谈我国煤矿底板突水的机理及防治摘要：随着开采深度、开采强度、开采速度、开采规模的增加和扩大，矿井突水问题日益严重，矿井水害已成为制约我国煤矿安全生产的重大隐患。 本文针对煤炭底板突水的问题，分析了底板突水的影响因素、发生机理、类型。另外参考了国内外一些成功防治煤矿底板突水的工程实例，总结了在承压水上安全采煤的主要技术手段。关键词：底板突水；影响因素；机理；防治；工程实例The Analysis of Gob-side Entry Retaining Technology in Mechanized Mining FaceAbstract: With the increasing an

2、d expansion of the mining depth, the intensity of exploitation, the rate of exploitation and the scale of mining, the problem of the floor water inrush has become more and more serious, besides it has also become the major safety risks constraints the development of the coal mine production in china

3、. In this paper, some problem of floor water inrush has been analysised, such as the main factors affecting floor water inrush, The occurrence mechanism and the types of the floor water inrush in coal mining. Whats more, this paper references to a number of project examples which has successfully pr

4、evented the floor water inrush from happening, and also Summarized the main technical means of safety mining on the confined water.Keywords: Floor water inrush; Factors; Water inrush mechanism; Prevention; project examples 1 前言煤矿底板突水是指矿井在建设或开采的过程中，不同形式、不同水源、不同水压的水通过某种途径从底板突入矿井，给矿井建设和生产带来不利影响和灾害的过程。它

5、与瓦斯、冲击矿压等灾害并列，是矿井建设与矿井生产过程中的主要安全灾害之一，其巨大的破坏性给国家和人民带来了重大的人身伤害和经济损失。在我国，煤矿底板突水灾害具有以下几个特点：突水水源多样, 但以岩溶突水为主煤矿突水水源包括: 暴雨、地表水、地下水( 孔隙水、裂隙水、岩溶水) 、老空水。在各类水源中, 以地下岩溶水突水发生的次数最多，而且突水压力特别高，突发性特别强，造成的破坏损失最严重。不同区域煤矿突水水源构成特点不同。北方地区，矿井突水水源以地下水为主, 主要是奥陶系和寒武系灰岩岩溶水, 其次为石炭系薄层灰岩( 煤层直接底板) 裂隙岩溶水。例如，华北地区奥陶系中统灰岩和白云质灰岩分布广泛,

6、厚度达200800 m, 构造裂隙、溶蚀裂隙、溶孔、溶洞和岩溶陷落柱不仅十分发育, 而且彼此相通, 甚至局部还存在小型岩溶管道, 其富水性和透水性特强, 因此造成的突水灾害一般规模大、来势猛, 损失严重。如1935年5月13 日山东省淄博洪山煤矿突水灾害, 1960年6月4日河北省峰峰煤矿突水灾害, 1984年6月2日河北省开滦范各庄煤矿突水灾害，都是奥陶系灰岩岩溶裂隙水突出造成的严重突水灾害。南方和西南地区, 矿井突水水源除地下水外,还有地表水。地下水水源以晚二叠系碳酸盐岩岩溶裂隙水为主, 其次为泥盆系、石炭系、三叠系碳酸盐岩裂隙岩溶水。湖南涟邵煤田恩口、斗笠山、桥头河等煤矿的历次突水灾害,

7、 1967年四川省南桐红岩煤矿突水灾害, 1974年江西省云庄煤矿突水灾害, 1985年9月20日四川省李家沟煤矿突水灾害, 都是晚二叠系茅口灰岩、长兴灰岩岩溶裂隙水突出引起的事故。地表水水源主要是洪水。突水通道形式多样主要有含水导水断裂( 破碎) 带、构造裂隙带、采矿裂隙带、溶蚀裂隙、溶洞、岩溶管道、岩溶陷落柱，其次还有岩溶塌陷、地面裂缝、未封闭钻孔等。据调查统计资料，在北方地区损失百万元以上的大型突水灾害中，约80%是通过断裂带发生的岩溶突水事故。岩溶陷落柱的通道作用仅次于断裂带，其突水规模大、致灾严重。溶洞、暗河管道、岩溶塌陷突水，主要发生在南方和西南地区。突水部位和突水方式多样主要发生

8、在掘进面和回采面，不同部位突水方式和强度不同。一个新开拓巷道掘进面上的突水，以突发式为主，突水来势猛、冲击力强、破坏性大；开拓已久的巷道掘进面上的突水， 大多为滞后式；回采面突水多为缓发式，多发生在老顶初次来压和周期性来压之前，突水强度和危害较小。不同地区矿井突水压力不同北方地区岩溶裂隙水静水压力和动水压力都很高，作用于矿层底板的突水压力一般高达21.031.2MPa。矿井的突水方式多为突发性底板岩溶水突水。南方和西南地区，矿井突水水源规模以及水源静水压力、动水压力都比较小，因此作用于煤层顶底板的突水压力较小，矿井突水方式多为缓发式突水。分布广、发生频次高、破坏损失严重据初步调查统计, 全国统

9、配煤矿的624对矿井中, 有272对矿井受水灾威胁。突水灾害广泛发生在十几个省( 市、自治区) 的70 多个煤矿。主要有河北省的井陉、邢台、邯郸、峰峰、开滦, 河南省的安阳、鹤壁、焦作、平顶山、新密、豫西, 山西省的霍县、轩岗, 陕西省的渭北, 江苏省的徐州、大屯, 安徽省的淮南、淮北, 辽宁省的本溪、南票, 吉林省的通化等煤矿( 田) 。19552000年, 全国煤矿发生较严重的突水灾害约1500次, 造成淹井事故260多次， 至少造成4600多人死亡, 减少出煤约1. 8 亿t。在煤矿生产中， 突水事故发生次数及其造成的人员死亡数量、直接经济损失、减少出煤数量, 分别占各类煤矿事故总数的1

10、1% 、18% 、22% 、76%。严重的突水灾害, 除了造成人员伤亡和经济损失之外， 还破坏矿区地下水、地表水系统, 甚至引起地面塌陷, 影响矿区及周围生态环境。近年来，随着开采深度和工作面开采空间尺度的不断变化，我国煤矿底板突水灾害的威胁显得越发频繁。因此，继续探求矿井底板突水的内在机理和寻求新的矿井底板突水防治技术与方法，对于现代矿井的建设与开采和科学、绿色采矿都具有更加重要的意义。2 煤矿底板突水的相关机理煤矿底板突水是指矿井在建设或开采的过程中，不同形式、不同水源的水通过某种途径从底板突入矿井，给矿山建设和生产带来不利影响和灾害的过程，其突水机理是: 一定条件下，在静水压力和矿山压力

11、的影响下底板岩层裂纹发育并延伸，使隔水层岩层聚集大量的能量，当集聚的能量超过隔水层岩层的承受能力，隔水层岩层从某一弱面破断，从而使含水层水在水压的作用下沿破断裂隙涌入矿井的过程。一般突水的大小主要取决于水压；突水的难易程度主要受隔水层的影响；突水的持续时间受周围水源和补给路径的控制。另外，煤层底板突水有两个必要条件，一是要有突水的水源条件，二是要有能形成突水的通道条件，两者缺一不可。2.1 主要突水因素分析含水层含水层的水量是底板突水的基本影响因素，是底板突水大小的物质基础，决定突水后水害的规模以及对矿井的威胁程度。含水层的水压是底板突水的动力，可分为静水压力和动水压力。突水前表现为静水压力，

12、静水压力对隔水层裂隙具有顶劈扩大作用，静水压力愈高，作用愈显著；突水后承压水头降低，含水层中水的位能转化为动能，这时主要以动水压力为主。其影响主要表现在突水后，裂隙被冲刷扩大，充填物质流失，通道逐渐畅通，出水量越来越大。工作面开采只有在底板岩层中的隔水层处于带压条件下才有可能发生突水。我国一些矿区开采水平位于岩溶含水层静水位之上，不存在底板隔水层带压的情况，虽然岩石巷道布置在灰岩底层中，但矿井的开采仍是安全的。隔水层隔水层是突水的隔、阻水因素，其阻水能力主要取决于隔水层的厚度、底板的破坏程度、岩层的矿物成分、岩性组合、力学强度等。隔水层厚度越大，抗水压能力越强，越不容易出水；底板破坏深度大，有

13、效隔水层厚度就相对减小，底板就容易出水。隔水层的岩性组合、力学强度是控制底板岩层受采动影响的主要因素。除此之外，由于断裂构造、岩层厚度变化和褶曲的存在，不同区域的隔水层或底板往往具有不同的阻隔睡的能力，这点值得重视。地应力向斜轴部、褶皱倾末端及其转折点等处，皆有利于残余构造力应的集中，在其它力的诱发下，这些地应力集中的部位在其他条件满足的前提下易发生突水。矿山压力煤层开采过程中的矿山压力，对底板具有严重的破坏作用，其破坏范围与开采范围及采空区周围的支承压力分布有关。在工作面正常推进过程中，底板任一断面总是经历超前支撑压力的压缩区，采后悬顶卸压的膨胀，采空区周边剪切破坏，继后顶板冒落压实再受压过

14、程。其中采空区卸压膨胀及其周边剪切对底板破坏最严重，产生的裂隙最多。矿山压力主要以两种方式引起煤层底板突水：一是引起构造“活化”，形成导水通道，导致底板承压水进入工作面；二是引起底板产生破坏，降低隔水层的阻水能力，导致承压水突入工作面。地质构造地质构造是煤矿底板突水的主要通道之一。在煤层分布范围内，地质构造直接影响着矿井涌水量的大小。引起突水的地质构造主要是断裂构造和岩溶陷落柱，断层是构造裂隙中最易造成灾害性事故的进水通道。断层影响是底板突水的控制因素，大多数底板突水事故发生在断层附近。一般来讲，隔水层的岩体强度要比底板岩溶水的压力大几倍到几十倍，但是由于断层既可以导水也可以充水，大大降低了底

15、板隔水层的有效厚度和实际强度。所以为了防止底板承压水沿着断层面进入煤层，断层两侧需留设断层防水煤柱。煤系地层之下的厚层可溶性岩层，在岩溶水作用下形成大溶洞，当溶洞顶部的自燃拱不能支撑其上覆岩层是，则上覆岩层相继垮落，并逐步向上发展，其顶部可能切割煤系地层，形成几十米至几百米的柱状陷落柱。华北地区揭露的岩溶陷落柱多数导水性和充水性不强，对突水影响不大，少数岩溶陷落柱既可以充水也可以导水，在与强含水层沟通的条件下，对安全生产威胁极大。如开滦范各庄矿2171工作面推进到隐伏的陷落柱附近时，高压水突破煤壁，突水峰期平均涌水量为2053 m3/min，在21小时后将年产300完t的大型矿井淹没。2.2 底板突水类型通过分析我国煤矿底板突水的基本特点和底板突水的机理，可以将煤矿底板突水划分为两大类型，即构造底板突水、工程扰动底板突水。从底板受力和破坏形式的差异出发，又可以将底板分为“三区”和“五带”。2.2.1 地质构造底板突水断裂和断层底板突水断裂是岩石受到某一力的作用而发生的大变形，按其受力分为拉、扭、压三类，一般张性断裂突水性大于压性断裂突水性，扭性断裂突水性居于两者之间。断层是断裂的一种特殊形式，它的突水性远远大于一般的断裂，因为断层既是一个含水体又是一个导水通道。由于其导储水性在空间上的复杂性，通常以断层两盘的岩性来判断其底板突水性的