煤礦底板突水問題的防治(圖文)

1、安全技術(shù)煤礦底板突水問題的防治(圖文) 底板水問題在我國煤礦產(chǎn)生過程中特別突出、特別普遍，涉及我國大部分煤田。包括華北、華南的大部分晚古生代煤田及個(gè)別的中生代及新生代煤田。其涉及范圍之廣，水量之大，危害之重，世界罕見。影響煤層底板突水的因素許多，高壓水頭是引起突水的一個(gè)重要條件，位于煤層底板的含水層，采掘工作面一般不能直接揭露，其中間隔有不透水或弱透水的巖層承壓水，要進(jìn)入采掘空間必需要有肯定的力來突破隔水層或沖刷弱水透水層的裂隙;地質(zhì)構(gòu)造，如斷層和陷落柱等，這些會(huì)使巖體強(qiáng)度降低，阻水力量減弱，涌水通道發(fā)育;巖層結(jié)構(gòu)與巖性特征，如巖體的強(qiáng)度、完整性和隔水與阻水性能;力學(xué)作用，如原巖應(yīng)力大小、方向

2、，開采活動(dòng)引起的圍巖應(yīng)力重新分布和結(jié)構(gòu)面再擴(kuò)展;承壓水對(duì)巖體的物理、力學(xué)和化學(xué)作用等。 1掌握煤層底板突水的主要作用力 影響煤層底板突水的主要作用力許多，從力學(xué)觀點(diǎn)來看主要有：煤層底板下伏含水層的水頭壓力，包括動(dòng)壓和靜壓;礦山動(dòng)壓力和靜壓力;地應(yīng)力;煤層底板與下伏含水層之間的相對(duì)隔水層的重力;相對(duì)隔水層的巖體強(qiáng)度。 動(dòng)壓包括頂板冒落時(shí)巖塊對(duì)底板的沖擊力、采煤機(jī)械或放炮的震驚力等，這些對(duì)底板突水起誘發(fā)作用。水頭壓力和礦山壓力起到破壞隔水層底板，促使底板突水的作用力;而隔水底板的策略和強(qiáng)度則是維護(hù)底板完整、抑制底板突水的約束力。當(dāng)約束力足以平衡作用力時(shí)，底板保持穩(wěn)定，不致發(fā)生底鼓和突水;否則不行能

3、發(fā)生災(zāi)難。 2煤層開采對(duì)底板的破壞及突水的形成條件 2.1采動(dòng)對(duì)底板破壞作用 (1)應(yīng)力狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。當(dāng)工作面從開切眼開頭回采之后，采面圍巖應(yīng)力將發(fā)生變化。隨著工作面的推動(dòng)，煤層底板前方處于支承壓力作用而壓縮。工作面推過后，應(yīng)力釋放，底板處于膨脹狀態(tài)。隨著頂板的冒落，采空區(qū)冒落矸石的壓實(shí)，工作面后方肯定距離的底板以恢復(fù)到原巖應(yīng)力狀態(tài)。由于工作面是在不斷推動(dòng)的過程中，所以，底板處于壓縮膨脹再壓縮的狀態(tài)。而在壓縮與膨脹變形的過渡區(qū)，底板最易發(fā)生破壞。在開切眼四周，豎向應(yīng)力集中程度最高，底板簡(jiǎn)單發(fā)生變形及產(chǎn)生裂隙。在上、下出口四周煤層的底板不僅受到支承壓力的影響，而且受靜壓力的影響，因此，沿上、下出口

4、四周底板的采動(dòng)裂隙比較發(fā)育，易形成突水點(diǎn)。而在上、下出口與開切眼處，突水的幾率則更大。在工作面停采線處，由于沒有動(dòng)壓的影響，底板的變形及破壞程度較小。發(fā)生突水的可能性不大。 (2)結(jié)構(gòu)面的再擴(kuò)展。工程采動(dòng)能夠引發(fā)原結(jié)構(gòu)面的再次擴(kuò)展。由于結(jié)構(gòu)面本身物理性狀的差異性，其擴(kuò)展后導(dǎo)水性能不盡相同，依據(jù)涌水量的變化狀況，裂隙受采動(dòng)的程度可劃分為五種基本類型：增大型，裂隙受到短軸方向拉伸、長軸方向壓縮的礦壓作用，充填物少;松散受力后裂隙漸漸張開，涌水量漸漸增大;下降型，裂隙受到短軸方向壓縮、長軸方向拉伸拉礦壓作用，充填物多;受力后裂隙壓縮，涌水量漸漸削減;裂隙走向與礦壓作用方向成肯定的角度，受力不均，充填

5、物較多，涌水量時(shí)大時(shí)小，但總的趨勢(shì)是下降型;裂隙走向與礦壓作用方向成肯定的角度，受力不均，充填物較少，涌水量在工作面后方趨于穩(wěn)定;裂隙受到雙向壓縮的礦壓作用，充填物少，受力后基本不產(chǎn)生變形，涌水量呈穩(wěn)定型。 (3)采動(dòng)裂隙帶的形成。由于采動(dòng)礦壓和水的作用，在底板采動(dòng)破壞深度范圍內(nèi)，底板巖層中一般產(chǎn)生3種裂隙：豎向張裂隙，分布在緊靠煤層底板的最上部，是底板膨脹時(shí)層向張力破壞所形成的張裂隙;層向裂隙，主要巖層面以離層形式消失，一般在底板淺部較發(fā)育，它是在采煤工作面推動(dòng)過程中底板受礦壓作用，反向位移沿層向薄弱結(jié)構(gòu)面離層所致;剪切裂隙，一般為兩組，以60左右分別反向交叉分布。這是由于采空區(qū)與煤壁及采空

6、區(qū)頂板冒落在受壓區(qū)巖層反向受力剪切形成。 上述三種裂隙嚴(yán)峻破壞了底板巖體的完整性，當(dāng)它們與含水層(或承壓水導(dǎo)升帶或?qū)當(dāng)鄬?溝通，要發(fā)生底板突水。底板巖體的破壞深度與程度主要與采場(chǎng)礦壓大小和礦壓顯現(xiàn)猛烈程度以及底板特征有關(guān)。其中前者的影響因素有：開采深度、直接頂厚度及采高，煤層傾角，工作面尺寸大小以及頂板巖性與結(jié)構(gòu)等;后者的影響因素有底板巖性、巖體結(jié)構(gòu)與構(gòu)造特征等。 2.2突水形成條件 自20世紀(jì)80年月以來，多項(xiàng)突水機(jī)理的觀點(diǎn)先后問世，其中較為流行的觀點(diǎn)之一是"下三帶'理論。"下三帶'是指從煤層底面至含水層頂面分為：底板采動(dòng)破壞帶(底板導(dǎo)水破壞帶)h1;愛

7、護(hù)帶h2;承壓水導(dǎo)升帶h3，如圖1所示。 圖1 底板"下三帶'的分布 、帶雖有肯定的阻水作用，但起主要愛護(hù)作用的是帶。假如由于開采礦壓破壞和水壓的導(dǎo)升作用，造成帶消逝或變薄，或由于構(gòu)造產(chǎn)生水力通道，或由于底板厚度很薄等，都會(huì)發(fā)生突水事故。 在開采礦壓作用下，通常有以下4種型式形成突水通道：在開采礦壓作用下，底板破壞帶h1涉及到承壓水導(dǎo)升帶h3，或h1涉及到承壓含水層(無導(dǎo)升帶h3時(shí))，礦壓產(chǎn)生的底板破壞帶使原巖裂隙結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生不同程度的擴(kuò)張、延展，在底板中產(chǎn)生了具有連通性的裂隙結(jié)構(gòu)面，具有肯定壓力的承壓水沿著裂隙上升，沖刷結(jié)構(gòu)面，使裂隙軟化、蝕擴(kuò)，漸漸形成較大的突水通道，造成突

8、水。在開采礦壓作用下，底板破壞帶h1與承壓水導(dǎo)升帶h3，或h1與承壓含水層(無導(dǎo)升帶h3時(shí))之間的距離h2小于愛護(hù)帶的平安厚度(h2)時(shí)，隨著開采跨度的增大，承壓水將突破底板巖梁進(jìn)入工作面。在開采礦壓作用下，所留斷層隔離煤柱被壓碎，通過斷層面或斷層破壞帶的壓水突破煤柱進(jìn)入工作面。因此，保留足夠?qū)挾鹊母綦x煤柱，使之不被開采礦壓破壞是防止承壓水進(jìn)入工作面的關(guān)鍵問題之一。在開采礦壓作用下，通過斷層面或斷層破壞帶的承壓水與底板h1連能發(fā)生突水。這一通道形成的條件將涉及煤層底板破壞深度和煤層支承壓力高峰的位置及向底板延長的方位。為了防止承壓水從底板破壞區(qū)進(jìn)入工作面，必需使破壞深度線和剪切破壞延長線的交點(diǎn)

9、與斷層保持一個(gè)足夠平安的的距離。 3開采對(duì)底板破壞深度計(jì)算 目前，我國普遍采納突水系數(shù)衡量承壓開采時(shí)煤層底板突水的危急性，突水系數(shù)越大，突水危急性越大。突水系數(shù)可用公式表示為 T s=p /(m- hp) 式中 T s突水系數(shù); p承壓水壓力; m底板愛護(hù)層厚度; hp采動(dòng)破壞帶深度。 其中p,d兩個(gè)指標(biāo)簡(jiǎn)單精確獵取，而hp值不宜精確獵取。hp值的確定通常采納現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、閱歷估算、理論計(jì)算等多種手段。一般狀況下可分為下列三種狀況。 (1)理論計(jì)算。采納下列理論公式，比較其結(jié)果，取其最大值。 式中 h1底板采動(dòng)破壞深度，m; m最大支承壓力系數(shù); 底板巖體平均容重，kg/m3; H采深，m; L工

10、作面斜長，m; 底板巖體平均內(nèi)聚力，MPa; 0底板巖體平均內(nèi)摩擦角，() (2)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)通常采納鉆孔抽(放)水試驗(yàn)及其它探測(cè)手段確定破壞深度。依據(jù)全國已有的工作面底板破壞深度的實(shí)測(cè)資料，通過對(duì)各種因素的對(duì)比分析，選取開采深度、煤層傾角、巖石強(qiáng)度和工作面斜長等4個(gè)主要因素，進(jìn)行了多元回歸分析，得究竟板破壞深度的回歸公式為(復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.95)： h1=0.111L+0.006H+4.541c -0.009-2.40 式中 c 巖石單軸軸抗壓強(qiáng)度，MPa; 煤層傾角() (3)閱歷估算。計(jì)算通常采納的閱歷公式為： h1=0.7007+0.1079L 4 結(jié) 語 (1)從時(shí)間上看，突水多發(fā)生在采面初次來壓期間，在正常推動(dòng)中二次或周期來壓前局部空頂距過大時(shí)也易突水。 (2)從位置上看，多數(shù)突水點(diǎn)離切眼的距離為初次來壓的步距或周期來壓步距四周，特殊是在初次來壓步距的四周。突水時(shí)工作面從切眼煤壁推動(dòng)的距離一般為2070m。而且決大多在40m以內(nèi)。在工作面傾斜位置上，多發(fā)生在工作面上巷四周。 (3)從推動(dòng)速度來看，采面推動(dòng)速度慢較易突水，采面突然停止推動(dòng)處也易形成突水。 (4)從隔水層厚度來看，一般為2040m，而