煤礦水害現(xiàn)狀及防治對(duì)策

1、科技部與山東省科技計(jì)劃與獎(jiǎng)勵(lì)評(píng)審專(zhuān)家科技部與山東省科技計(jì)劃與獎(jiǎng)勵(lì)評(píng)審專(zhuān)家教育部?jī)?yōu)秀博士論文評(píng)審專(zhuān)家教育部?jī)?yōu)秀博士論文評(píng)審專(zhuān)家國(guó)土部礦山地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)評(píng)審專(zhuān)家國(guó)土部礦山地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)評(píng)審專(zhuān)家山東科技大學(xué)水文學(xué)與水資源學(xué)科帶頭人山東科技大學(xué)水文學(xué)與水資源學(xué)科帶頭人山東省安全工程泰山學(xué)者學(xué)術(shù)骨干山東省安全工程泰山學(xué)者學(xué)術(shù)骨干國(guó)際巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)中國(guó)小組成員國(guó)際巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)中國(guó)小組成員山東巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)理事山東巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)理事 一一 我國(guó)煤礦水害現(xiàn)狀及特點(diǎn)我國(guó)煤礦水害現(xiàn)狀及特點(diǎn) 二二 我國(guó)煤礦水害的基本概念及理論我國(guó)煤礦水害的基本概念及理論 三三 煤礦水害防治水技術(shù)研究現(xiàn)狀煤

2、礦水害防治水技術(shù)研究現(xiàn)狀 四四 礦井水害防治技術(shù)工作內(nèi)容及對(duì)策礦井水害防治技術(shù)工作內(nèi)容及對(duì)策 五五 正在從事的煤礦水害防治新技術(shù)研究正在從事的煤礦水害防治新技術(shù)研究 工作工作 2000m深度深度5.57萬(wàn)億噸；萬(wàn)億噸；1000m深度深度2.8萬(wàn)億噸萬(wàn)億噸 當(dāng)前當(dāng)前67%；本世紀(jì)；本世紀(jì)50% 井工開(kāi)采比重井工開(kāi)采比重95%；開(kāi)采深度；開(kāi)采深度 400m 百萬(wàn)噸死亡率百萬(wàn)噸死亡率6人，居世界之首；人，居世界之首； 每年死亡總數(shù)每年死亡總數(shù)6000人，超過(guò)世界的總合。人，超過(guò)世界的總合。 川滇構(gòu)造帶川滇構(gòu)造帶陰山構(gòu)造帶陰山構(gòu)造帶賀蘭山構(gòu)造帶賀蘭山構(gòu)造帶昆侖昆侖秦嶺秦嶺構(gòu)造帶構(gòu)造帶1 12 23 3

3、4 45 56 61-華北石炭二疊紀(jì)煤田的巖溶華北石炭二疊紀(jì)煤田的巖溶-裂隙水水害區(qū)；裂隙水水害區(qū)； 2-華南晚二疊世煤田的巖溶水水害區(qū)；華南晚二疊世煤田的巖溶水水害區(qū)； 3-東北侏羅紀(jì)煤田的裂隙水水害區(qū)；東北侏羅紀(jì)煤田的裂隙水水害區(qū)； 4-西北侏羅紀(jì)煤田的裂隙水水害區(qū)；西北侏羅紀(jì)煤田的裂隙水水害區(qū)； 5-西藏西藏-滇西中滇西中生代煤田的裂隙水水害區(qū)；生代煤田的裂隙水水害區(qū)； 6-臺(tái)灣第三紀(jì)煤田的巖溶臺(tái)灣第三紀(jì)煤田的巖溶-裂隙水水害區(qū)；裂隙水水害區(qū)；年份 969798990001020304事故總數(shù) 150 120124123104109162137119死亡人數(shù) 488 4505074683

4、51432516551393重大事故 1310106599145死亡人數(shù) 193 14615914865168130231107下面的圖表反映了下面的圖表反映了19961996年年20042004年煤礦水害事故情況。年煤礦水害事故情況。37231319336050100150200250鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦國(guó)有重點(diǎn)煤礦國(guó)有地方煤礦突水次數(shù)死亡人數(shù)20042004年全國(guó)各類(lèi)煤礦水害事故及死亡人數(shù)統(tǒng)計(jì)年全國(guó)各類(lèi)煤礦水害事故及死亡人數(shù)統(tǒng)計(jì) 死亡總數(shù)死亡總數(shù)2864011121236929050100150200250老空水溶洞突水頂板水底板水死亡人數(shù)次數(shù)20042004年全國(guó)煤礦重大突水事故突水類(lèi)型分布年全國(guó)煤

5、礦重大突水事故突水類(lèi)型分布 20052005年全國(guó)煤礦重大突水事故年全國(guó)煤礦重大突水事故 死亡總數(shù)死亡總數(shù)593人廣東興寧廣東興寧123人人13188179050100150200123水害事故情況死亡人數(shù)同比增長(zhǎng)事故總數(shù)20052005年年7 78 8月份我國(guó)煤礦水害事故情況月份我國(guó)煤礦水害事故情況如震驚國(guó)內(nèi)外的如震驚國(guó)內(nèi)外的20052005年年“8.78.7”大興礦難就大興礦難就是水淹區(qū)下采煤發(fā)生的。大興煤礦埋深約是水淹區(qū)下采煤發(fā)生的。大興煤礦埋深約700m700m，地層傾角在地層傾角在4545至至7070之間。之間。160160至至260m260m標(biāo)高的范圍為水淹的采空區(qū)，蓄水量為標(biāo)高的

6、范圍為水淹的采空區(qū)，蓄水量為15001500至至20002000萬(wàn)立方米；礦井的生產(chǎn)區(qū)為萬(wàn)立方米；礦井的生產(chǎn)區(qū)為230m230m至至440m440m。防水煤柱高度為。防水煤柱高度為7070至至110m110m。20052005年年8 8月月7 7日發(fā)生淹井后，人員傷亡達(dá)日發(fā)生淹井后，人員傷亡達(dá)121121人，造成事故人，造成事故的原因一方面是急傾斜煤層不適宜留設(shè)防水煤的原因一方面是急傾斜煤層不適宜留設(shè)防水煤柱，另一方面是井下偷采了防水煤柱。再一方柱，另一方面是井下偷采了防水煤柱。再一方面可能是早期煤柱本身就不完整。雖然出水后面可能是早期煤柱本身就不完整。雖然出水后采用多種物探手段，但效果不理想

7、，未能查明采用多種物探手段，但效果不理想，未能查明煤柱厚度。煤柱厚度。20062006年年1 13 3月份我國(guó)煤礦水害事故情況月份我國(guó)煤礦水害事故情況89890 04949404001020304050607080901234國(guó)有重點(diǎn)國(guó)有地方鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦2007-2007-2002008 8 我國(guó)我國(guó)煤礦事故類(lèi)型分布統(tǒng)計(jì)煤礦事故類(lèi)型分布統(tǒng)計(jì)2.1 地表水體及大氣降水造成的水害我國(guó)煤礦水害的類(lèi)型我國(guó)煤礦水害的類(lèi)型2. 2 松散層水(沖積層水)水害2. 3 老窯水造成的水害2. 4 含水層突水水害2. 5 小煤窯造成的水害突水頻率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)突水頻率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)廢棄礦井與小窯誘發(fā)突水明顯廢棄礦井與小窯

8、誘發(fā)突水明顯上升上升礦井突水與礦井防治水管理水平密切相關(guān)礦井突水與礦井防治水管理水平密切相關(guān)突水頻率與生產(chǎn)發(fā)展速度關(guān)系密切突水頻率與生產(chǎn)發(fā)展速度關(guān)系密切新時(shí)期我國(guó)煤礦水害的新特點(diǎn)新時(shí)期我國(guó)煤礦水害的新特點(diǎn)突水引起的災(zāi)害和社會(huì)影響越來(lái)越大突水引起的災(zāi)害和社會(huì)影響越來(lái)越大相對(duì)落后的水害防治技術(shù)不能滿足新的生產(chǎn)條件相對(duì)落后的水害防治技術(shù)不能滿足新的生產(chǎn)條件隱蔽型導(dǎo)水構(gòu)造的精細(xì)探查技術(shù)與裝備不足隱蔽型導(dǎo)水構(gòu)造的精細(xì)探查技術(shù)與裝備不足對(duì)人類(lèi)活動(dòng)誘發(fā)的突水事故防范措施不到位對(duì)人類(lèi)活動(dòng)誘發(fā)的突水事故防范措施不到位缺乏專(zhuān)門(mén)的防治水隊(duì)伍和規(guī)范化的水害監(jiān)管體系缺乏專(zhuān)門(mén)的防治水隊(duì)伍和規(guī)范化的水害監(jiān)管體系現(xiàn)有防治水技

9、術(shù)手段利用不夠，防治水工作規(guī)范化程度低現(xiàn)有防治水技術(shù)手段利用不夠，防治水工作規(guī)范化程度低煤礦水害新特點(diǎn)產(chǎn)生的原因煤礦水害新特點(diǎn)產(chǎn)生的原因新的采礦條件下礦井突水機(jī)理研究新的采礦條件下礦井突水機(jī)理研究煤層底板隔水層采動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)研究煤層底板隔水層采動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)研究突水條件適時(shí)監(jiān)控與預(yù)警技術(shù)研究突水條件適時(shí)監(jiān)控與預(yù)警技術(shù)研究廢棄礦井誘發(fā)突水條件及防范技術(shù)研究廢棄礦井誘發(fā)突水條件及防范技術(shù)研究隱伏導(dǎo)水構(gòu)造精細(xì)探查技術(shù)與裝備研究隱伏導(dǎo)水構(gòu)造精細(xì)探查技術(shù)與裝備研究新形式下煤礦水害防治技術(shù)面臨的研究問(wèn)題新形式下煤礦水害防治技術(shù)面臨的研究問(wèn)題高壓強(qiáng)含水層水文地質(zhì)條件勘探技術(shù)研究高壓強(qiáng)含水層水文地質(zhì)條件勘探技術(shù)研究復(fù)合

10、含水層分層富水性定量評(píng)價(jià)技術(shù)研究復(fù)合含水層分層富水性定量評(píng)價(jià)技術(shù)研究礦井水文地質(zhì)條件探查和水文地質(zhì)信息分析管理技術(shù)礦井水文地質(zhì)條件探查和水文地質(zhì)信息分析管理技術(shù)要能滿足高產(chǎn)高效礦井建設(shè)與生產(chǎn)的時(shí)間與空間要求要能滿足高產(chǎn)高效礦井建設(shè)與生產(chǎn)的時(shí)間與空間要求礦井含導(dǎo)水構(gòu)造的探查精度和探查深度要能滿足礦井巷道礦井含導(dǎo)水構(gòu)造的探查精度和探查深度要能滿足礦井巷道掘進(jìn)與工作面回采速度和空間尺度的要求掘進(jìn)與工作面回采速度和空間尺度的要求礦井水害條件的監(jiān)測(cè)與預(yù)警分析要具備實(shí)時(shí)性和定量性礦井水害條件的監(jiān)測(cè)與預(yù)警分析要具備實(shí)時(shí)性和定量性新形式下礦井生產(chǎn)對(duì)水害防治技術(shù)的基本要求新形式下礦井生產(chǎn)對(duì)水害防治技術(shù)的基本要求

11、 煤礦水害煤礦水害充水水源充水水源充水途徑充水途徑充水水量充水水量充水方式充水方式間接充水水源間接充水水源直接充水水源直接充水水源自身充水水源自身充水水源間接頂板水間接頂板水間接底板水間接底板水直接頂板水直接頂板水直接底板水直接底板水工作面位于工作面位于含水層之中含水層之中常見(jiàn)的充水途徑常見(jiàn)的充水途徑天然通道天然通道人工通道人工通道導(dǎo)水裂隙導(dǎo)水裂隙導(dǎo)水?dāng)鄬訉?dǎo)水?dāng)鄬酉菹?落落 柱柱巖溶塌洞巖溶塌洞頂板三帶頂板三帶底板三帶底板三帶防水煤巖柱防水煤巖柱不良鉆孔不良鉆孔點(diǎn)狀通道點(diǎn)狀通道線狀通道線狀通道面狀通道面狀通道常見(jiàn)礦井充水途徑常見(jiàn)礦井充水途徑正常水量正常水量最大水量最大水量災(zāi)害水量災(zāi)害水量常見(jiàn)的

12、水量類(lèi)型常見(jiàn)的水量類(lèi)型礦井充水因素的不同組合會(huì)形成不同類(lèi)礦井充水因素的不同組合會(huì)形成不同類(lèi)型的礦井水文地質(zhì)條件和礦井水害類(lèi)型型的礦井水文地質(zhì)條件和礦井水害類(lèi)型常見(jiàn)的礦井涌水量類(lèi)型常見(jiàn)的礦井涌水量類(lèi)型開(kāi)采活動(dòng)行進(jìn)過(guò)程中，開(kāi)采活動(dòng)行進(jìn)過(guò)程中，覆巖逐漸轉(zhuǎn)化的三種巖層結(jié)構(gòu)，覆巖逐漸轉(zhuǎn)化的三種巖層結(jié)構(gòu)，作者稱(chēng)之為作者稱(chēng)之為覆巖運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)覆巖運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)工作面開(kāi)采覆巖拱形冒落對(duì)采場(chǎng)圍巖的影響示意 1 1、李毅中、王顯政、趙鐵錘在全國(guó)煤礦、李毅中、王顯政、趙鐵錘在全國(guó)煤礦 防治水會(huì)議上的講話防治水會(huì)議上的講話2 2、關(guān)于加強(qiáng)煤礦水害防治工作的指導(dǎo)意見(jiàn)、關(guān)于加強(qiáng)煤礦水害防治工作的指導(dǎo)意見(jiàn) （安監(jiān)總煤礦（安監(jiān)總煤礦2

13、00698200698號(hào)）號(hào)）3 3、煤礦水害防治工作規(guī)范（討論稿）、煤礦水害防治工作規(guī)范（討論稿）4 4、煤礦安全規(guī)程、煤礦安全規(guī)程十六字原則：十六字原則：預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，有疑必探，先探后掘，先治后采。預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，有疑必探，先探后掘，先治后采。五字措施五字措施：防、堵、疏、排、截防、堵、疏、排、截基本要求：基本要求：責(zé)任落實(shí)到位，人員落實(shí)到位，資金落實(shí)到位，責(zé)任落實(shí)到位，人員落實(shí)到位，資金落實(shí)到位，規(guī)劃預(yù)案到位，制度措施到位。規(guī)劃預(yù)案到位，制度措施到位。工作面推進(jìn)斷裂破壞的巖層波及到含水巖層，特別是原有工作面推進(jìn)斷裂破壞的巖層波及到含水巖層，特別是原有構(gòu)造破壞的富水區(qū)域。構(gòu)造破壞的富水區(qū)域。頂板存在

14、富水區(qū)間；頂板存在富水區(qū)間； 采場(chǎng)推進(jìn)裂斷破壞巖層溝通富水區(qū)；采場(chǎng)推進(jìn)裂斷破壞巖層溝通富水區(qū)； 透水量超限透水量超限 透水時(shí)間超限透水時(shí)間超限BL0HHL0BLL( a )( b )ETOpiTiQdtqq排QQTBd3e3d3e2d2d2e1d1d1L0hHhhLHLLBL0LiBHyLiBL0LiLhLBhh0HHh 即：hKHL hBLLhBLLHyLiBL0LiLB=Lhh0Hh 即：HKLhhBLL HLh0hLBLiL0LiyBHh 即：HKLhhABBLLLA0LBL0LiyLhAHhHh 即：HKLhBLLABBLLAB模型工作面條件判別準(zhǔn)則 不透水 不透水 透 水 不透水 透

15、 水 不透水控制關(guān)鍵（開(kāi)切眼相對(duì)富水區(qū)位置和工作面長(zhǎng)度）xBBxdxxyfyy00 xhhxdxxyfyy00BLLABminBLBLHLB22max)(244222HhhLARm0m0COHLHLdL0H0m0RmmmRm0eoLoHoMOHCoHLfL 透水量預(yù)計(jì)式中：為煤層傾角 K滲透系數(shù)。滲透系數(shù)。)(221QQQtgmkCQRmCIkQQooHoHc120112近水平煤層；傾斜煤層。tgmkLQRmkLQQoHH220222近水平煤層；傾斜煤層。其中。Q；Q工作面長(zhǎng)度方向透水量推進(jìn)方向透水量流量21 2022HLLoHiioRmmR 0RRimim0miioRmmR 滲透層分類(lèi)滲透層

16、分類(lèi)透水系數(shù)透水系數(shù)相關(guān)巖層類(lèi)別相關(guān)巖層類(lèi)別強(qiáng)透水巖層k10m/d 粗砂巖，礫巖，巖溶發(fā)育巖層透水巖層K=（10-1）m/d 砂，裂隙發(fā)育的巖層微透水巖層K=（1-0.01）m/d 亞砂土，裂隙微弱巖層極弱透水巖層K=（0.01-0.001）m/d 亞粘土，粘土，淤泥不透水巖層K0.001m/d 致密堅(jiān)硬巖層（包括堅(jiān)硬沉積巖，巖漿巖，變質(zhì)巖）、粘土、淤泥、泥巖u頂板透水事故預(yù)測(cè)和控制的信息基礎(chǔ)頂板透水事故預(yù)測(cè)和控制的信息基礎(chǔ) 頂板透水事故預(yù)測(cè)控制的信息，包括水源信息、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)破壞情況、采動(dòng)頂板運(yùn)動(dòng)破壞信息及采動(dòng)支承壓力分布信息四個(gè)方面。 (1)(1)水源信息，包括：水源信息，包括： 頂板含水層

17、數(shù)目位置，厚度含水特征（包括含水性質(zhì)、面積、富水區(qū)域分布、水壓力及補(bǔ)給水源情況等）。 頂板隔水層位置、厚度； 頂板褶曲、斷層。 (2)(2)構(gòu)造破壞情況，包括：構(gòu)造破壞情況，包括： 褶曲破壞情況； 斷層破壞情況。 正是構(gòu)造破壞溝通了各含水層及補(bǔ)給水源的聯(lián)系，形成富水區(qū)域。 (3)(3)采動(dòng)頂板運(yùn)動(dòng)破壞信息，包括在不同工作面長(zhǎng)度條件下，上覆巖層運(yùn)動(dòng)破采動(dòng)頂板運(yùn)動(dòng)破壞信息，包括在不同工作面長(zhǎng)度條件下，上覆巖層運(yùn)動(dòng)破壞情況及隨采場(chǎng)推進(jìn)的發(fā)展變化規(guī)律等。關(guān)鍵的信息有：壞情況及隨采場(chǎng)推進(jìn)的發(fā)展變化規(guī)律等。關(guān)鍵的信息有： 在既定工作面長(zhǎng)度下，進(jìn)入破壞的上覆巖層范圍，包括直接頂厚度、老頂厚度導(dǎo)水裂隙帶高度等

18、。 直接頂導(dǎo)水裂隙帶各巖梁，在重力作用下的運(yùn)動(dòng)步距，特別是第一次裂斷步距等。 可能進(jìn)入導(dǎo)水裂隙帶的含水層,在重力作用下第一次裂斷和周期性裂斷步距。 (4)(4)采動(dòng)支承壓力分布信息的重點(diǎn)是采場(chǎng)四周煤壁進(jìn)入破壞的采動(dòng)支承壓力分布信息的重點(diǎn)是采場(chǎng)四周煤壁進(jìn)入破壞的“內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)”寬寬度。度。保導(dǎo)水HHH水H導(dǎo)H保H為了使導(dǎo)水裂縫帶不波及水體，防水安全礦（巖）柱最小尺寸為了使導(dǎo)水裂縫帶不波及水體，防水安全礦（巖）柱最小尺寸應(yīng)當(dāng)?shù)扔趯?dǎo)水裂縫帶的最大高度加上保護(hù)層的高度，即：應(yīng)當(dāng)?shù)扔趯?dǎo)水裂縫帶的最大高度加上保護(hù)層的高度，即： (5-1)式中 防水安全礦（巖）柱高度； 導(dǎo)水裂隙帶的最大高度； 保護(hù)層厚

19、度。采動(dòng)（采掘工作面推進(jìn)）支承壓力及圍巖破壞波及承壓水源。采動(dòng)（采掘工作面推進(jìn)）支承壓力及圍巖破壞波及承壓水源。煤層底板存在富集儲(chǔ)水溶洞的巨厚灰?guī)r層。煤層底板存在富集儲(chǔ)水溶洞的巨厚灰?guī)r層。 采動(dòng)圍巖破壞溝通水源。采動(dòng)圍巖破壞溝通水源。 礦井排水能力不足，安全撤離時(shí)間不夠。礦井排水能力不足，安全撤離時(shí)間不夠。其中：其中：dtqqQoTopTE)(iiTSq11,niniiiiRPRPf 3niiiPPfS第一節(jié)第一節(jié) 底板突水事故概述底板突水事故概述 80年代與50年代相比，突水頻率增長(zhǎng)2.572.57倍倍。5060年代突水量一般為5 520m20m3 3/min/min，個(gè)別達(dá)50m50m3

20、3/min/min，60年代突水涌水量一般上升至202040m40m3 3/min/min，1956195619861986年年3030年間年間，其發(fā)生淹井222222起，突水起，突水16001600次，次，13181318人喪生人喪生，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)3030億元億元。特別嚴(yán)重的是是19841984年到年到19851985年一年間年一年間，全國(guó)共發(fā)生因底板突水而淹井事故2222起起，僅開(kāi)灤、焦作、肥城開(kāi)灤、焦作、肥城等三個(gè)大水礦務(wù)局就有6 6對(duì)礦井被淹對(duì)礦井被淹，峰值水量高達(dá)2050m2050m3 3/min/min，形成世界之最，直接經(jīng)濟(jì)損失約8 8億元億元。目前受水威脅的礦井約30030

21、0處，約占大礦總數(shù)近處，約占大礦總數(shù)近50%50%，受水威脅儲(chǔ)量威脅儲(chǔ)量近百億噸近百億噸。 1 1、按突水地點(diǎn)、按突水地點(diǎn) （1 1）巷道突水）巷道突水 多以構(gòu)造破壞為主，承壓水通過(guò)斷裂或構(gòu)造破碎帶進(jìn)入底板，形成多以構(gòu)造破壞為主，承壓水通過(guò)斷裂或構(gòu)造破碎帶進(jìn)入底板，形成充水，一旦巷道揭露出來(lái)后，承壓水就迅速涌入。充水，一旦巷道揭露出來(lái)后，承壓水就迅速涌入。第二節(jié)第二節(jié) “下三帶下三帶”理論的概念理論的概念 一、底板突水類(lèi)型一、底板突水類(lèi)型多以采礦破壞為主，礦山壓力破壞和削弱了底板隔水層的厚度和多以采礦破壞為主，礦山壓力破壞和削弱了底板隔水層的厚度和強(qiáng)度，造成與含水層的密切水力聯(lián)系。強(qiáng)度，造成與

22、含水層的密切水力聯(lián)系。巷道突水和采場(chǎng)突水的比例幾乎相等巷道突水和采場(chǎng)突水的比例幾乎相等 （2 2）采場(chǎng)突水）采場(chǎng)突水但目前，我國(guó)煤礦底板突水類(lèi)型的劃分尚沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，早在1987年李白英等就對(duì)我國(guó)底板突水進(jìn)行過(guò)綜合分類(lèi)，較有代表性的單因素分類(lèi)方案有：巖溶陷落柱導(dǎo)水隔水層強(qiáng)度不夠突水非斷層突水?dāng)鄬与[伏較遠(yuǎn)突水?dāng)鄬咏咏簩油凰當(dāng)鄬忧写┟簩油凰當(dāng)鄬油凰簩拥装逋凰甿in/20min/5min/50min/20min/5033333mQmmQmmQ小型突水大型突水特大型突水底板突水（1 1）按突水與斷層的關(guān)系分）按突水與斷層的關(guān)系分 （2 2）按突水量的大小分：）按突水量的大小分： 滯后型突水緩

23、沖型突水爆發(fā)型突水底板突水量補(bǔ)給的巖層突水有松散層或地表水動(dòng)儲(chǔ)砂巖含水層突水薄層灰?guī)r突水厚層灰?guī)r突水底板突水（3 3）按突水動(dòng)態(tài)特征劃分）按突水動(dòng)態(tài)特征劃分 （4 4）按含水層性質(zhì)劃分）按含水層性質(zhì)劃分 陷落柱通道型突水裂隙通道型突水回采底板破壞型突水回采影響斷層型突水掘進(jìn)勾通陷落柱型突水掘進(jìn)勾通斷層型突水型陷落柱斷層掘進(jìn)勾通煤礦突水)/(突水其他構(gòu)造影響下的底板水有斷層影響下的底板突水無(wú)斷層影響下的底板突采動(dòng)影響型突水裂隙滲透型突水導(dǎo)水陷落柱突水導(dǎo)水?dāng)鄬油凰遣蓜?dòng)影響型突水采場(chǎng)底板突水 高延法教授研究了底板突水的條件和特點(diǎn)，高延法教授研究了底板突水的條件和特點(diǎn)，按采掘關(guān)系將底板突水劃分為三大

24、類(lèi)按采掘關(guān)系將底板突水劃分為三大類(lèi) 黎良杰博士按采動(dòng)影響將長(zhǎng)壁工作面黎良杰博士按采動(dòng)影響將長(zhǎng)壁工作面底板突水劃分為二大類(lèi)六小類(lèi)底板突水劃分為二大類(lèi)六小類(lèi) 王作宇、劉鴻泉根據(jù)突水發(fā)生部位和突水形式的不同，將斷裂突王作宇、劉鴻泉根據(jù)突水發(fā)生部位和突水形式的不同，將斷裂突水分為水分為4 4種類(lèi)型，即突發(fā)型、跳躍型、緩沖型、滯后型。并總結(jié)出各種類(lèi)型，即突發(fā)型、跳躍型、緩沖型、滯后型。并總結(jié)出各型斷裂的突水過(guò)程和斷裂發(fā)育特點(diǎn)（見(jiàn)表型斷裂的突水過(guò)程和斷裂發(fā)育特點(diǎn)（見(jiàn)表1 1）。）。 突水類(lèi)型突水過(guò)程及形式斷裂發(fā)育特點(diǎn)突發(fā)型突水時(shí)，水量瞬時(shí)達(dá)到峰值，水勢(shì)猛、速度快，沖擊力與水壓一致，水量達(dá)到峰值后持續(xù)穩(wěn)定或

25、逐漸減小無(wú)充填斷裂貫穿性斷裂斷裂與工作面剪切帶相交處居多跳躍型突水量跳躍式增長(zhǎng)，有泥沙沖出，水量達(dá)到最大值需要較短時(shí)間，隨后逐漸穩(wěn)定，減小趨勢(shì)不明顯斷裂充填性不好，大多為貫穿性斷裂緩沖型突水時(shí)，水量由小到大需要較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定，長(zhǎng)者可達(dá)1-2年充填較好的斷裂，臨空型斷裂滯后型工作面回采數(shù)日，數(shù)月甚至數(shù)年后才發(fā)生突水，水量變化很難掌握。斷裂充填好、臨空型斷裂。一般在回采中隱伏存在。表表1 1 斷裂突水統(tǒng)計(jì)表斷裂突水統(tǒng)計(jì)表Tab.1 The statistical table of rupturing water-inrushingTab.1 The statistical table of

26、rupturing water-inrushing 我在參考前人分類(lèi)的基礎(chǔ)上，根據(jù)采場(chǎng)覆巖開(kāi)采過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)結(jié)我在參考前人分類(lèi)的基礎(chǔ)上，根據(jù)采場(chǎng)覆巖開(kāi)采過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)特征，從底板突水的途徑與機(jī)理角度，提出以下的突水類(lèi)型劃構(gòu)特征，從底板突水的途徑與機(jī)理角度，提出以下的突水類(lèi)型劃方案。方案。 采動(dòng)破壞導(dǎo)通型型薄隔水層完整底板采動(dòng)破壞導(dǎo)通型斷續(xù)節(jié)理底板型采動(dòng)破壞導(dǎo)通型采動(dòng)影響導(dǎo)通型原始通道溝通型陷落柱構(gòu)造型采動(dòng)破壞導(dǎo)通型采動(dòng)影響導(dǎo)通型原始通道溝通型斷裂構(gòu)造型底板突水類(lèi)型)( 煤層底板巖層經(jīng)歷長(zhǎng)期、多次的地質(zhì)作用，經(jīng)煤層底板巖層經(jīng)歷長(zhǎng)期、多次的地質(zhì)作用，經(jīng)受過(guò)變形，遭受過(guò)破壞，不僅存在大量構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，

27、受過(guò)變形，遭受過(guò)破壞，不僅存在大量構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，而且?guī)r體中一般都存在大量巖體節(jié)理裂隙，真正均而且?guī)r體中一般都存在大量巖體節(jié)理裂隙，真正均質(zhì)的完整底板是不存在的（只有在薄隔水層條件下，質(zhì)的完整底板是不存在的（只有在薄隔水層條件下，局部可能存在單一巖性巖層，其節(jié)理很小，分布密局部可能存在單一巖性巖層，其節(jié)理很小，分布密度又少，可近似視為均質(zhì)正常底板），這就是煤層度又少，可近似視為均質(zhì)正常底板），這就是煤層底板巖層的基本結(jié)構(gòu)特征，也是底板突水的主要通底板巖層的基本結(jié)構(gòu)特征，也是底板突水的主要通道和影響底板巖層阻抗突水性能的主要因素。據(jù)文道和影響底板巖層阻抗突水性能的主要因素。據(jù)文獻(xiàn)和的資料，斷層型底板

28、突水占總突水次數(shù)的獻(xiàn)和的資料，斷層型底板突水占總突水次數(shù)的75%75%（其中導(dǎo)水?dāng)鄬有驼紨鄬有屯凰模ㄆ渲袑?dǎo)水?dāng)鄬有驼紨鄬有屯凰?3%53%，采動(dòng)影響，采動(dòng)影響型占型占47%47%），陷落柱型占），陷落柱型占5%5%，底板裂隙型，底板裂隙型17%17%，薄隔，薄隔水層型占水層型占3%3%。 較大的構(gòu)造（斷層與巖溶陷落柱）和裂隙一般大都較大的構(gòu)造（斷層與巖溶陷落柱）和裂隙一般大都切穿煤系地層，張開(kāi)性的構(gòu)造和裂隙，則容易造成原切穿煤系地層，張開(kāi)性的構(gòu)造和裂隙，則容易造成原始通道直接溝通型突水，閉合性的構(gòu)造和裂隙，則容始通道直接溝通型突水，閉合性的構(gòu)造和裂隙，則容易造成構(gòu)造和裂隙活化導(dǎo)通型突水，而

29、部分隱伏的構(gòu)易造成構(gòu)造和裂隙活化導(dǎo)通型突水，而部分隱伏的構(gòu)造裂隙，則可能與底板上部采動(dòng)破壞產(chǎn)生的裂隙造成造裂隙，則可能與底板上部采動(dòng)破壞產(chǎn)生的裂隙造成采動(dòng)破壞導(dǎo)通型突水。含有較小和非穿透斷續(xù)性節(jié)理采動(dòng)破壞導(dǎo)通型突水。含有較小和非穿透斷續(xù)性節(jié)理裂隙（這里為了區(qū)分明確，以下統(tǒng)稱(chēng)為節(jié)理）的底板裂隙（這里為了區(qū)分明確，以下統(tǒng)稱(chēng)為節(jié)理）的底板巖層，其突水的產(chǎn)生則是由于采動(dòng)影響下斷續(xù)性節(jié)理巖層，其突水的產(chǎn)生則是由于采動(dòng)影響下斷續(xù)性節(jié)理斷裂擴(kuò)展，形成裂縫溝通承壓水造成采動(dòng)破壞導(dǎo)通型斷裂擴(kuò)展，形成裂縫溝通承壓水造成采動(dòng)破壞導(dǎo)通型突水。完整底板（薄隔水層）則是在礦山壓力作用或突水。完整底板（薄隔水層）則是在礦山

30、壓力作用或承壓水水力聯(lián)合作用下，產(chǎn)生采動(dòng)破壞裂縫直接溝通承壓水水力聯(lián)合作用下，產(chǎn)生采動(dòng)破壞裂縫直接溝通承壓水造成采動(dòng)破壞導(dǎo)通型突水。以上分析正是本分承壓水造成采動(dòng)破壞導(dǎo)通型突水。以上分析正是本分類(lèi)方案的依據(jù)。類(lèi)方案的依據(jù)。GK33EFVC0241M3oV2D0H23N1L圖圖6-1 6-1 開(kāi)采影響范圍內(nèi)各影響帶的劃分開(kāi)采影響范圍內(nèi)各影響帶的劃分二、底板突水機(jī)理研究二、底板突水機(jī)理研究1 1地表下沉曲線；地表下沉曲線；2 2支承壓力分布曲支承壓力分布曲線；線；3 3沿層面法向巖石沿層面法向巖石變形曲線；變形曲線；4 4垮落帶垮落帶充分采動(dòng)區(qū)；充分采動(dòng)區(qū)；、最大彎曲最大彎曲區(qū)；區(qū)；、頂板壓縮頂板

31、壓縮區(qū)；區(qū)；、地板壓縮地板壓縮區(qū)；區(qū)；、底板不均底板不均勻隆起區(qū)；勻隆起區(qū)；底板均勻隆起底板均勻隆起區(qū)區(qū) 1.1.巖層移動(dòng)和變形分區(qū)巖層移動(dòng)和變形分區(qū) 充分采動(dòng)區(qū)充分采動(dòng)區(qū) 最大彎曲區(qū)：最大彎曲區(qū)：巖層向下彎曲的程度最大巖層向下彎曲的程度最大 頂板壓縮區(qū)頂板壓縮區(qū) 底板壓縮區(qū)底板壓縮區(qū): :支承壓力引起沿垂直方向壓縮支承壓力引起沿垂直方向壓縮, ,工作面區(qū)域以工作面區(qū)域以外地層下沉外地層下沉 不均勻隆起區(qū)不均勻隆起區(qū) 應(yīng)力降低應(yīng)力降低 均勻隆起區(qū)均勻隆起區(qū) 底鼓底鼓 水平擠壓水平擠壓2 2、煤層底板應(yīng)力及變形分區(qū)、煤層底板應(yīng)力及變形分區(qū)h =k Hvh h 0v Hv圖圖13-1 13-1 煤

32、層底板應(yīng)力及變形分區(qū)煤層底板應(yīng)力及變形分區(qū)底板破壞帶底板破壞帶底板突水的通道底板突水的通道3 3、煤層底板巖層中的下三帶、煤層底板巖層中的下三帶圖圖13-2 13-2 下三帶示意圖下三帶示意圖 底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶；底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶；底板阻水帶；底板阻水帶；底板承壓水導(dǎo)升帶底板承壓水導(dǎo)升帶a a傾斜的正常巖層情況傾斜的正常巖層情況b b水平巖層并有斷層切割情況水平巖層并有斷層切割情況c c底板含水層頂部存在充填隔水底板含水層頂部存在充填隔水帶情況帶情況 底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶是煤層底板巖層受采動(dòng)影響而產(chǎn)生的采動(dòng)導(dǎo)水?dāng)嗍敲簩拥装鍘r層受采動(dòng)影響而產(chǎn)生的采動(dòng)導(dǎo)水?dāng)嗔逊秶逊秶?，由沿層

33、面和垂直于層面的裂縫形成。，由沿層面和垂直于層面的裂縫形成。采煤工作面長(zhǎng)度、采煤方法、煤層厚度、開(kāi)采深度、頂?shù)装鍘r性及結(jié)采煤工作面長(zhǎng)度、采煤方法、煤層厚度、開(kāi)采深度、頂?shù)装鍘r性及結(jié)構(gòu)通過(guò)影響前支承壓力而影響底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶深度。構(gòu)通過(guò)影響前支承壓力而影響底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶深度。影響底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶深度的因素：影響底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶深度的因素： 工作面長(zhǎng)度愈大，礦山壓力顯現(xiàn)工作面長(zhǎng)度愈大，礦山壓力顯現(xiàn)愈充分，底板破壞深度愈大愈充分，底板破壞深度愈大 頂板懸頂愈大，前支承壓力峰值頂板懸頂愈大，前支承壓力峰值愈大，對(duì)底板破壞愈嚴(yán)重。愈大，對(duì)底板破壞愈嚴(yán)重。 采深加大后前支承壓力的絕對(duì)量采深加大后

34、前支承壓力的絕對(duì)量隨采深加大而加大隨采深加大而加大 3 2 0底板破壞深度1 604 0841 2L ( m )工 作 面 斜 長(zhǎng)1 2 08 0p 5 - 31 6 0 2 0 0 2 4 0 2 8 0h(m)2 02 42 83 2圖圖13-3 13-3 工作面底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶工作面底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶深度與工作面斜長(zhǎng)的關(guān)系深度與工作面斜長(zhǎng)的關(guān)系表表13-1 13-1 不同采煤方法的底板破壞深度不同采煤方法的底板破壞深度采煤方法及面長(zhǎng)采煤方法及面長(zhǎng)長(zhǎng)壁長(zhǎng)壁8080100100m m短壁短壁5050m m條帶條帶2020m m房柱房柱1515m m15m15m底板破壞深度底板破壞深度( (

35、m)m)101017173.53.57 72.52.53 33 35 5注：根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果注：根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果（IIII）底板阻水帶）底板阻水帶 位于煤層底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶以下、底部含水體以上具有阻水能力位于煤層底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶以下、底部含水體以上具有阻水能力的巖層范圍的巖層范圍 。 此帶內(nèi)巖層仍然能保持連續(xù)性，一定厚度的底板阻水帶可以阻止底此帶內(nèi)巖層仍然能保持連續(xù)性，一定厚度的底板阻水帶可以阻止底板突水，也稱(chēng)為保護(hù)層帶或完整巖層帶。板突水，也稱(chēng)為保護(hù)層帶或完整巖層帶。 底板阻水帶的厚度可能大小不一，甚至可能不存在。底板阻水帶的厚度可能大小不一，甚至可能不存在。頂板初次來(lái)壓之前煤層底板內(nèi)應(yīng)

36、力及破壞區(qū)計(jì)算頂板初次來(lái)壓之前煤層底板內(nèi)應(yīng)力及破壞區(qū)計(jì)算 43K - 12 L21SOS- P 0K - 1頂板初次來(lái)壓之前煤層底板應(yīng)力增量計(jì)算簡(jiǎn)化圖頂板初次來(lái)壓之前煤層底板應(yīng)力增量計(jì)算簡(jiǎn)化圖 第一、二、三階段應(yīng)力計(jì)算公式第一、二、三階段應(yīng)力計(jì)算公式底板阻水帶厚度底板阻水帶厚度h h2 2 的計(jì)算方法：的計(jì)算方法：實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)法 h h2 2=p/Z =p/Z p p底板上的水壓力，底板上的水壓力，MPaMPa；Z Z阻水系數(shù)，阻水系數(shù)，MPa/mMPa/m。鉆孔水力壓裂法鉆孔水力壓裂法實(shí)測(cè)單位底板隔水巖層平均阻水能力的系數(shù)實(shí)測(cè)單位底板隔水巖層平均阻水能力的系數(shù) Z=Pb / R Z=Pb /

37、RPbPb使巖體破裂時(shí)的臨界水壓力，使巖體破裂時(shí)的臨界水壓力，MPaMPa；R R裂縫擴(kuò)展半徑，一般取裂縫擴(kuò)展半徑，一般取40405050m m表表13-2 13-2 巖層阻水系數(shù)巖層阻水系數(shù)Z Z巖性巖性中、粗粒中、粗粒砂巖砂巖細(xì)砂巖細(xì)砂巖粉砂巖粉砂巖泥巖泥巖石灰?guī)r石灰?guī)r斷層帶斷層帶阻水系數(shù)阻水系數(shù)/MPa.m/MPa.m-1-10.3-0.50.3-0.50.30.30.20.20.1-0.30.1-0.30.40.40.05-0.100.05-0.10（）底板承壓水導(dǎo)升帶）底板承壓水導(dǎo)升帶與石灰?guī)r鄰接的巖層中原始就存在著節(jié)理和裂隙，巖溶承壓水進(jìn)入后與石灰?guī)r鄰接的巖層中原始就存在著節(jié)理和裂

38、隙，巖溶承壓水進(jìn)入后成為導(dǎo)水層。成為導(dǎo)水層。底板承壓水導(dǎo)升帶底板承壓水導(dǎo)升帶指煤層底板承壓含水層的水在水壓力和礦壓作用下指煤層底板承壓含水層的水在水壓力和礦壓作用下上升到其頂板巖層中的范圍。上升到其頂板巖層中的范圍。底板承壓水導(dǎo)升帶上界參差不齊，斷層附近的承壓水導(dǎo)升帶高度一般底板承壓水導(dǎo)升帶上界參差不齊，斷層附近的承壓水導(dǎo)升帶高度一般較大，有些礦區(qū)可能無(wú)底板承壓水導(dǎo)升帶。較大，有些礦區(qū)可能無(wú)底板承壓水導(dǎo)升帶。還有的礦區(qū)含水層頂部有厚度不等的巖溶充填帶，不含水，并起隔水還有的礦區(qū)含水層頂部有厚度不等的巖溶充填帶，不含水，并起隔水作用，若其厚度分布穩(wěn)定則可與底板隔水層合并看待。因此有人將此現(xiàn)象作用

39、，若其厚度分布穩(wěn)定則可與底板隔水層合并看待。因此有人將此現(xiàn)象比喻為比喻為“負(fù)導(dǎo)高負(fù)導(dǎo)高” h h4 4。 底板承壓水導(dǎo)升帶高度底板承壓水導(dǎo)升帶高度h h3 3可用物探和鉆探方法確定，可用物探和鉆探方法確定，一般可在井下巷一般可在井下巷道中用電測(cè)方法進(jìn)行探測(cè)，必要時(shí)采用鉆探試驗(yàn)。道中用電測(cè)方法進(jìn)行探測(cè)，必要時(shí)采用鉆探試驗(yàn)。1 1、水源條件、水源條件 煤層底板煤層底板是突水的物質(zhì)基礎(chǔ)，其富水程度和初給條件是突水的物質(zhì)基礎(chǔ)，其富水程度和初給條件決定了底板突水的水量大小和突水點(diǎn)能否持久涌水。決定了底板突水的水量大小和突水點(diǎn)能否持久涌水。水量愈豐富，突水量水量愈豐富，突水量愈大，危害也愈大。愈大，危害也

40、愈大。但由于巖溶發(fā)育的不均一性，其富水性無(wú)論在水平方向上或垂直方向但由于巖溶發(fā)育的不均一性，其富水性無(wú)論在水平方向上或垂直方向上均具有較大的差異。水平方向上，在巖溶發(fā)育的主要徑流帶，富水性強(qiáng)上均具有較大的差異。水平方向上，在巖溶發(fā)育的主要徑流帶，富水性強(qiáng)且動(dòng)儲(chǔ)量豐富，位于該處的采區(qū)易出大水。在垂直方向上，往往在某一標(biāo)且動(dòng)儲(chǔ)量豐富，位于該處的采區(qū)易出大水。在垂直方向上，往往在某一標(biāo)高和范圍內(nèi)，巖溶發(fā)育，含水豐富，位于此深度的采區(qū)突水頻率及突水量高和范圍內(nèi)，巖溶發(fā)育，含水豐富，位于此深度的采區(qū)突水頻率及突水量均較高。均較高。 水壓是突水的動(dòng)力，水壓是突水的動(dòng)力，底板含水層具有的底板含水層具有的是底

41、板發(fā)生突水的力是底板發(fā)生突水的力學(xué)前提條件。學(xué)前提條件。處于封閉狀態(tài)的巖溶水不斷溶蝕、沖刷裂隙，形成通道，由處于封閉狀態(tài)的巖溶水不斷溶蝕、沖刷裂隙，形成通道，由含水層進(jìn)入底板隔水層，水壓愈大，破壞愈嚴(yán)重。含水層進(jìn)入底板隔水層，水壓愈大，破壞愈嚴(yán)重。在煤層底板地質(zhì)條件相在煤層底板地質(zhì)條件相似的情況下，承壓水水壓越高，越容易突水。煤層底板突水過(guò)程中的水頭似的情況下，承壓水水壓越高，越容易突水。煤層底板突水過(guò)程中的水頭壓力作用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：壓力作用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 三、影響底板突水的主要因素三、影響底板突水的主要因素（1）具有較高水頭壓力的地下水容易克服上覆隔水層內(nèi)部的軟弱）具有較

42、高水頭壓力的地下水容易克服上覆隔水層內(nèi)部的軟弱結(jié)構(gòu)面中的阻力和面上的摩擦力，沿結(jié)構(gòu)面上升，使承壓水的勢(shì)能變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)面中的阻力和面上的摩擦力，沿結(jié)構(gòu)面上升，使承壓水的勢(shì)能變?yōu)閯?dòng)能，成為底板突水的動(dòng)力源之一。動(dòng)能，成為底板突水的動(dòng)力源之一。（2）水在動(dòng)態(tài)滲流條件下不斷潛蝕、沖刷，破壞隔水層的結(jié)構(gòu)面，）水在動(dòng)態(tài)滲流條件下不斷潛蝕、沖刷，破壞隔水層的結(jié)構(gòu)面，降低隔水層的完整性，減弱巖層的抵抗強(qiáng)度并擴(kuò)大隔水層內(nèi)部的裂縫，降低隔水層的完整性，減弱巖層的抵抗強(qiáng)度并擴(kuò)大隔水層內(nèi)部的裂縫，形成貯水空間，一旦與回采空間連通，即可引發(fā)突水。形成貯水空間，一旦與回采空間連通，即可引發(fā)突水。（3）水壓、礦壓聯(lián)合作用，加速

43、了底板巖體的破壞，使底板隔水）水壓、礦壓聯(lián)合作用，加速了底板巖體的破壞，使底板隔水層中的原生裂隙重新活動(dòng)并形成新的裂隙，使底板隔水層阻水能力下降，層中的原生裂隙重新活動(dòng)并形成新的裂隙，使底板隔水層阻水能力下降，底板承壓水容易通過(guò)破壞裂隙進(jìn)入回采工作面造成突水。底板承壓水容易通過(guò)破壞裂隙進(jìn)入回采工作面造成突水。有關(guān)研究表明，單純的水壓作用對(duì)完整底板巖體的突破是有限的。有關(guān)研究表明，單純的水壓作用對(duì)完整底板巖體的突破是有限的。水壓的作用是在多種因素綜合作用中體現(xiàn)出來(lái)的，尤其與地質(zhì)構(gòu)造條件、水壓的作用是在多種因素綜合作用中體現(xiàn)出來(lái)的，尤其與地質(zhì)構(gòu)造條件、礦壓作用相結(jié)合，就顯示出其巨大的能動(dòng)作用。礦壓

44、作用相結(jié)合，就顯示出其巨大的能動(dòng)作用。因此，研究底板含水層的巖溶裂隙發(fā)育狀況及地下水網(wǎng)絡(luò)的分布規(guī)因此，研究底板含水層的巖溶裂隙發(fā)育狀況及地下水網(wǎng)絡(luò)的分布規(guī)律，正確認(rèn)識(shí)底板含水層的富水程度，進(jìn)行富水區(qū)劃分，對(duì)底板突水預(yù)律，正確認(rèn)識(shí)底板含水層的富水程度，進(jìn)行富水區(qū)劃分，對(duì)底板突水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)至關(guān)重要。測(cè)預(yù)報(bào)至關(guān)重要。 )圖圖13-4 13-4 斷層改變了煤層與含水層的相對(duì)位置斷層改變了煤層與含水層的相對(duì)位置2 2、地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)構(gòu)造 底板突水事故的底板突水事故的80%80%以上發(fā)生在斷裂構(gòu)造附近，這些構(gòu)造既可以充水，以上發(fā)生在斷裂構(gòu)造附近，這些構(gòu)造既可以充水，又可以導(dǎo)水，大大降低了有效厚度和實(shí)際強(qiáng)度。

45、斷層改變了煤層與含水層又可以導(dǎo)水，大大降低了有效厚度和實(shí)際強(qiáng)度。斷層改變了煤層與含水層之間的相對(duì)位置變化。之間的相對(duì)位置變化。所以，從某種意義上也可稱(chēng)其為所以，從某種意義上也可稱(chēng)其為。 斷裂構(gòu)造在突水中的作用表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：斷裂帶是巖體內(nèi)的薄弱帶，易形成突斷裂構(gòu)造在突水中的作用表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：斷裂帶是巖體內(nèi)的薄弱帶，易形成突水通道，尤其是導(dǎo)水?dāng)鄬?，本身就是突水通道；斷裂?gòu)造（包括斷層和裂隙）破壞底板的水通道，尤其是導(dǎo)水?dāng)鄬?，本身就是突水通道；斷裂?gòu)造（包括斷層和裂隙）破壞底板的完整性，降低了巖體的強(qiáng)度，使之更易于受到礦壓和水壓的破壞；斷層縮短了煤層和含水完整性，降低了巖體的強(qiáng)度，使之更

46、易于受到礦壓和水壓的破壞；斷層縮短了煤層和含水層的距離，甚至造成含水層與煤層的對(duì)接，工作面靠近斷層時(shí)易發(fā)生突水；構(gòu)造的控水作層的距離，甚至造成含水層與煤層的對(duì)接，工作面靠近斷層時(shí)易發(fā)生突水；構(gòu)造的控水作用，尤其是新構(gòu)造對(duì)地下水的賦存和運(yùn)移起控制作用。用，尤其是新構(gòu)造對(duì)地下水的賦存和運(yùn)移起控制作用。 因此，查明開(kāi)采地段的地質(zhì)構(gòu)造，包括斷層發(fā)育狀況、性質(zhì)及導(dǎo)水性，裂隙的發(fā)育規(guī)律、因此，查明開(kāi)采地段的地質(zhì)構(gòu)造，包括斷層發(fā)育狀況、性質(zhì)及導(dǎo)水性，裂隙的發(fā)育規(guī)律、成因、密度等采取適當(dāng)?shù)拇胧╊A(yù)防底板突水，是承壓水上采煤的關(guān)鍵內(nèi)容之一。成因、密度等采取適當(dāng)?shù)拇胧╊A(yù)防底板突水，是承壓水上采煤的關(guān)鍵內(nèi)容之一。 巖

47、溶陷落柱是容易引起底板突水另外的一種地質(zhì)構(gòu)造。少數(shù)巖溶陷落巖溶陷落柱是容易引起底板突水另外的一種地質(zhì)構(gòu)造。少數(shù)巖溶陷落柱既充水，又導(dǎo)水，在與強(qiáng)含水層溝通的條件下，對(duì)安全生產(chǎn)威脅極大。柱既充水，又導(dǎo)水，在與強(qiáng)含水層溝通的條件下，對(duì)安全生產(chǎn)威脅極大。 開(kāi)灤范各莊礦開(kāi)灤范各莊礦12711271工作面推進(jìn)到陰存的陷落柱附近時(shí)，高壓水突破煤工作面推進(jìn)到陰存的陷落柱附近時(shí)，高壓水突破煤壁，壁，2121小時(shí)后將年產(chǎn)小時(shí)后將年產(chǎn)300300萬(wàn)萬(wàn)t t的大型礦井淹沒(méi)，突水峰期平均涌水量為的大型礦井淹沒(méi)，突水峰期平均涌水量為20532053m m3 3/min/min。 s- 6 0 0- 5 0 0- 4 0

48、0KO231 4ss1 29s7+ 2 7- 3 0 05s圖圖13-5 217113-5 2171工作面陷落柱剖面圖工作面陷落柱剖面圖3 3、隔水層的阻水能力、隔水層的阻水能力底板隔水層是阻抗突水的因素。其阻抗能力取決于底板隔水層的巖性、厚底板隔水層是阻抗突水的因素。其阻抗能力取決于底板隔水層的巖性、厚度、組合特征及地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育程度等。評(píng)價(jià)底板隔水層的阻抗水能力是一個(gè)非度、組合特征及地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育程度等。評(píng)價(jià)底板隔水層的阻抗水能力是一個(gè)非常復(fù)雜的工程巖體水力學(xué)問(wèn)題，任何突水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法都不能脫開(kāi)這項(xiàng)內(nèi)容。常復(fù)雜的工程巖體水力學(xué)問(wèn)題，任何突水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法都不能脫開(kāi)這項(xiàng)內(nèi)容。底板隔水層阻抗能力主要

49、與下列因素有關(guān)：底板隔水層阻抗能力主要與下列因素有關(guān)：（1 1）隔水層的厚度、巖性及組合特征：隔水層厚度越大，阻抗水能力越強(qiáng)。不同巖性具）隔水層的厚度、巖性及組合特征：隔水層厚度越大，阻抗水能力越強(qiáng)。不同巖性具有不同的力學(xué)強(qiáng)度。阻抗水能力也各不相同。不同巖石力學(xué)性質(zhì)巖層的組合其總體力學(xué)效應(yīng)不有不同的力學(xué)強(qiáng)度。阻抗水能力也各不相同。不同巖石力學(xué)性質(zhì)巖層的組合其總體力學(xué)效應(yīng)不同，同時(shí)也影響到裂隙的擴(kuò)展。同，同時(shí)也影響到裂隙的擴(kuò)展。（2 2）地質(zhì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)：從巖層的沉積成巖到后期的構(gòu)造變動(dòng)決定了現(xiàn)在的隔水層從微細(xì)觀）地質(zhì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)：從巖層的沉積成巖到后期的構(gòu)造變動(dòng)決定了現(xiàn)在的隔水層從微細(xì)觀上看已不是一個(gè)

50、完整的、連續(xù)的巖體，但從宏觀上可將隔水層劃分為兩種基本類(lèi)型：完整型和上看已不是一個(gè)完整的、連續(xù)的巖體，但從宏觀上可將隔水層劃分為兩種基本類(lèi)型：完整型和斷裂型，完整型又分為均質(zhì)完整型和斷續(xù)節(jié)理加權(quán)平均弱化強(qiáng)度完整型兩個(gè)亞型；斷裂型又分?jǐn)嗔研?，完整型又分為均質(zhì)完整型和斷續(xù)節(jié)理加權(quán)平均弱化強(qiáng)度完整型兩個(gè)亞型；斷裂型又分為貫通性斷裂結(jié)構(gòu)型和斷續(xù)節(jié)理結(jié)構(gòu)型兩個(gè)亞型。顯然，在相同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件下，完整型阻為貫通性斷裂結(jié)構(gòu)型和斷續(xù)節(jié)理結(jié)構(gòu)型兩個(gè)亞型。顯然，在相同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件下，完整型阻抗水能力較強(qiáng)，貫通性斷裂結(jié)構(gòu)型易形成集中的突水通道，而斷續(xù)節(jié)理結(jié)構(gòu)型易形成滯后突水。抗水能力較強(qiáng)，貫通性斷裂結(jié)構(gòu)型易形成集

51、中的突水通道，而斷續(xù)節(jié)理結(jié)構(gòu)型易形成滯后突水。（3 3）水的物理化學(xué)作用效應(yīng)：水巖作用可使結(jié)構(gòu)面和巖體的力學(xué)性質(zhì)惡化。）水的物理化學(xué)作用效應(yīng)：水巖作用可使結(jié)構(gòu)面和巖體的力學(xué)性質(zhì)惡化。（4 4）應(yīng)力作用效應(yīng)：底板的失穩(wěn)破壞是在礦壓、承壓水及地應(yīng)力作用共同作用下發(fā)生的。）應(yīng)力作用效應(yīng)：底板的失穩(wěn)破壞是在礦壓、承壓水及地應(yīng)力作用共同作用下發(fā)生的。（5 5）時(shí)間效應(yīng)：巖體的流變、突水通道的擴(kuò)展暢通，底板的破壞等等隨著時(shí)間發(fā)生質(zhì)的）時(shí)間效應(yīng)：巖體的流變、突水通道的擴(kuò)展暢通，底板的破壞等等隨著時(shí)間發(fā)生質(zhì)的變化。工作面快速推進(jìn)使突水減小的概率，就是使時(shí)間效應(yīng)不能充分發(fā)揮作用的緣故。變化。工作面快速推進(jìn)使突水

52、減小的概率，就是使時(shí)間效應(yīng)不能充分發(fā)揮作用的緣故。4、礦山壓力、礦山壓力 礦山壓力的作用強(qiáng)度與開(kāi)采空間的大小，如采面長(zhǎng)度、開(kāi)采厚度等，頂板礦山壓力的作用強(qiáng)度與開(kāi)采空間的大小，如采面長(zhǎng)度、開(kāi)采厚度等，頂板管理方式，上覆巖層狀況，煤層傾角等因素有關(guān)。管理方式，上覆巖層狀況，煤層傾角等因素有關(guān)。開(kāi)采方法主要包括頂板管理方法、充填非充填、留煤柱與無(wú)煤柱、機(jī)采與開(kāi)采方法主要包括頂板管理方法、充填非充填、留煤柱與無(wú)煤柱、機(jī)采與炮采、單層與分層開(kāi)采、長(zhǎng)壁或短壁（沿走向或傾向），支護(hù)方式及控頂面積炮采、單層與分層開(kāi)采、長(zhǎng)壁或短壁（沿走向或傾向），支護(hù)方式及控頂面積等方面的影響?？偠灾?，開(kāi)采方法的影響主要表現(xiàn)

53、在是否有利于增大或減小等方面的影響。總而言之，開(kāi)采方法的影響主要表現(xiàn)在是否有利于增大或減小懸頂及冒落的面積和是否有利于增大、集中或減小、分散礦壓的作用。礦壓增懸頂及冒落的面積和是否有利于增大、集中或減小、分散礦壓的作用。礦壓增大和集中，有利于底板破壞，減小和分散則反之。大和集中，有利于底板破壞，減小和分散則反之。 （1）初次來(lái)壓或周期來(lái)壓期間易突水）初次來(lái)壓或周期來(lái)壓期間易突水 ； （2）工作面后部采空區(qū)邊緣附近易突水；）工作面后部采空區(qū)邊緣附近易突水； （3）開(kāi)切眼附近是底板易突水；）開(kāi)切眼附近是底板易突水； （4）工作面推進(jìn)速度慢，工作面突然停止推進(jìn)或在停采線處易突水；）工作面推進(jìn)速度慢，

54、工作面突然停止推進(jìn)或在停采線處易突水； （5）區(qū)段或分帶煤柱附近易突水。）區(qū)段或分帶煤柱附近易突水。5、地應(yīng)力、地應(yīng)力 （1 1）導(dǎo)致突水的附加力源，主要是指構(gòu)造應(yīng)力，構(gòu)造應(yīng)力是地）導(dǎo)致突水的附加力源，主要是指構(gòu)造應(yīng)力，構(gòu)造應(yīng)力是地殼中巖層發(fā)生斷裂和褶皺作用的主要驅(qū)動(dòng)力。古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)及其更迭殼中巖層發(fā)生斷裂和褶皺作用的主要驅(qū)動(dòng)力。古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)及其更迭形成了各煤田的基本構(gòu)造特征，新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)迭加其上，對(duì)其進(jìn)行改形成了各煤田的基本構(gòu)造特征，新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)迭加其上，對(duì)其進(jìn)行改造并形成新的構(gòu)造。在應(yīng)力集中區(qū)，地應(yīng)力加劇了煤層底板變形和破造并形成新的構(gòu)造。在應(yīng)力集中區(qū)，地應(yīng)力加劇了煤層底板變形和破壞，成為

55、導(dǎo)致煤層底板突水的附加力源。突水發(fā)生頻率與地震發(fā)生頻壞，成為導(dǎo)致煤層底板突水的附加力源。突水發(fā)生頻率與地震發(fā)生頻率一致性就是很好的說(shuō)明。率一致性就是很好的說(shuō)明。（2 2）阻抗突水的附加力源：主要指自重應(yīng)力。隨埋深增加，自）阻抗突水的附加力源：主要指自重應(yīng)力。隨埋深增加，自重應(yīng)力增大，斷裂的閉合性變好，對(duì)底板突水起抑制作用。承壓水要重應(yīng)力增大，斷裂的閉合性變好，對(duì)底板突水起抑制作用。承壓水要突破隔水層，除需克服巖體的抗張能力外，還要克服地應(yīng)力的作用。突破隔水層，除需克服巖體的抗張能力外，還要克服地應(yīng)力的作用。目前，對(duì)地應(yīng)力與底板突水關(guān)系的定量研究尚顯不足。目前，對(duì)地應(yīng)力與底板突水關(guān)系的定量研究尚

56、顯不足。四、中間巖層帶的進(jìn)一步劃分四、中間巖層帶的進(jìn)一步劃分 在經(jīng)典在經(jīng)典“下三帶下三帶”理論中的第理論中的第帶，即完整巖層帶或稱(chēng)其帶，即完整巖層帶或稱(chēng)其為保護(hù)層帶。在大厚度的底板隔水層中，由于地質(zhì)沉積和構(gòu)造為保護(hù)層帶。在大厚度的底板隔水層中，由于地質(zhì)沉積和構(gòu)造的不均質(zhì)性決定其不可能是絕對(duì)完整巖層。因此，在的不均質(zhì)性決定其不可能是絕對(duì)完整巖層。因此，在“下三帶下三帶”理論中將完整巖層帶或保護(hù)層帶定義為中間巖層帶（）更為嚴(yán)理論中將完整巖層帶或保護(hù)層帶定義為中間巖層帶（）更為嚴(yán)謹(jǐn)合理，其阻水性能與保護(hù)作用的程度尚需視其原始地質(zhì)結(jié)構(gòu)、謹(jǐn)合理，其阻水性能與保護(hù)作用的程度尚需視其原始地質(zhì)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與采動(dòng)

57、礦壓作用等具體條件分析確定。結(jié)構(gòu)與采動(dòng)礦壓作用等具體條件分析確定。 我們認(rèn)為：厚度較大的保護(hù)層帶其內(nèi)部巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造我們認(rèn)為：厚度較大的保護(hù)層帶其內(nèi)部巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等可能有所不同，對(duì)其中若有一定厚度的巖層，關(guān)鍵是判斷裂等可能有所不同，對(duì)其中若有一定厚度的巖層，關(guān)鍵是判斷裂隙是否發(fā)育、導(dǎo)通？是否充水？且其水壓水量是否對(duì)煤層開(kāi)采隙是否發(fā)育、導(dǎo)通？是否充水？且其水壓水量是否對(duì)煤層開(kāi)采有威脅？是否可能與下部主要含水層有水力聯(lián)系？若有威脅或有威脅？是否可能與下部主要含水層有水力聯(lián)系？若有威脅或有聯(lián)系，則應(yīng)把它作為含水層看待，有聯(lián)系，則應(yīng)把它作為含水層看待，“下三帶下三帶”劃分則不包括劃分則不包括此層

58、。若不含水、無(wú)威脅，則仍看作保護(hù)層中的一部分，但在此層。若不含水、無(wú)威脅，則仍看作保護(hù)層中的一部分，但在阻水強(qiáng)度計(jì)算時(shí)可據(jù)實(shí)際情況予以扣除考慮。阻水強(qiáng)度計(jì)算時(shí)可據(jù)實(shí)際情況予以扣除考慮。 4.1 礦壓損傷帶（礦壓損傷帶（ ） 大量底板研究資料表明采動(dòng)附加支承壓力影響深度可達(dá)大量底板研究資料表明采動(dòng)附加支承壓力影響深度可達(dá)80100m左右，采動(dòng)底板導(dǎo)水破壞帶深度僅為其一小部分，該帶裂隙已左右，采動(dòng)底板導(dǎo)水破壞帶深度僅為其一小部分，該帶裂隙已基本貫通，滲透性明顯增加，基本失去了阻水隔水能力。但在其下基本貫通，滲透性明顯增加，基本失去了阻水隔水能力。但在其下的中間巖層帶中，其上部存在一個(gè)裂隙起裂甚至擴(kuò)

59、展的亞臨界帶，的中間巖層帶中，其上部存在一個(gè)裂隙起裂甚至擴(kuò)展的亞臨界帶，可進(jìn)一步定義為礦壓損傷帶，礦壓損傷帶在工作面正常推進(jìn)的情況可進(jìn)一步定義為礦壓損傷帶，礦壓損傷帶在工作面正常推進(jìn)的情況下，裂隙沒(méi)有足夠的時(shí)間擴(kuò)展貫通，其滲透性無(wú)顯著變化，故暫時(shí)下，裂隙沒(méi)有足夠的時(shí)間擴(kuò)展貫通，其滲透性無(wú)顯著變化，故暫時(shí)對(duì)承壓水尚有一定的阻隔作用，但在礦壓及承壓水的長(zhǎng)期耦合作用對(duì)承壓水尚有一定的阻隔作用，但在礦壓及承壓水的長(zhǎng)期耦合作用下亞臨界狀態(tài)的礦壓損傷帶的裂隙就可進(jìn)一步起裂和擴(kuò)展。有時(shí)即下亞臨界狀態(tài)的礦壓損傷帶的裂隙就可進(jìn)一步起裂和擴(kuò)展。有時(shí)即使礦壓不增加，其分支裂隙的擴(kuò)展仍能繼續(xù)，只是擴(kuò)展較慢，如果使礦壓

60、不增加，其分支裂隙的擴(kuò)展仍能繼續(xù)，只是擴(kuò)展較慢，如果時(shí)間允許，也可發(fā)展貫通，從而引發(fā)滯后突水（數(shù)天、數(shù)月、甚至?xí)r間允許，也可發(fā)展貫通，從而引發(fā)滯后突水（數(shù)天、數(shù)月、甚至數(shù)年）。數(shù)年）。2h4.2 未損傷巖層帶（未損傷巖層帶（ ） 一般中間巖層帶中損傷巖層帶之下為未損傷巖層帶。當(dāng)?shù)V壓影一般中間巖層帶中損傷巖層帶之下為未損傷巖層帶。當(dāng)?shù)V壓影響很小不足以引起完整巖層損傷，該層巖體即為未損傷帶，其為相響很小不足以引起完整巖層損傷，該層巖體即為未損傷帶，其為相對(duì)長(zhǎng)期阻隔水的主要層段。對(duì)長(zhǎng)期阻隔水的主要層段。4.3采動(dòng)破壞（裂隙貫通）帶（采動(dòng)破壞（裂隙貫通）帶（ ） 實(shí)際由于巖層的非均勻性，無(wú)論是原生或原