礦井突水預測

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的80％以上。也就是說，煤礦開采的突水事故主要是由構造原因引起的，而且滯后型突水多于突發型突水，工作面回采突水多于巷道掘進突水。

關鍵詞：煤礦開采突水事故

1、巷道掘進過程中突水預測

1.1 巷道掘進過程中的某些規律

凡進行地下采掘的地方，采掘工作面頂底部隔水層皆承受著礦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，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。巷道掘進突水，實質上是靜水壓力、礦山壓力與隔水層強度和重力消張關系的產物。掘進過程中一般有三種情況：一是巷道掘進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；二是巷道掘進至接近或揭露阻誰斷層、含水層時，立即突出或相隔一段時間突水，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度和重力；三是巷道掘進一段距離之后，產生礦壓現象和底鼓后突水，該情況表示作用于隔水層上的靜水壓力與巖層強度和重力達到極限狀態。

巷道掘進突水的發展過程可經歷三個階段：

隨掘進延伸，巷道開鑿壓力增大，產生頂板破碎，折梁斷柱現象；

隨后底板微鼓；

底板破裂，產生突水。該過程與巖石受力破壞經歷彈性變形、塑性變形、永久變形相對應。

1.2 巷道掘進突水預測

巷道掘進頂、底板突水預測

根據材料力學理論可以導出極限平衡狀態時的表達式：

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度，t/m2；

r——巷道的底寬，m；

t——巷道的頂底隔水層厚度，m。

式中正號用于底板，負號用于頂板。

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

t理=

若t實＞t理，則安全；若t實＜t理，則不安全，會突水。式中負號用于巷道底板；正號用于巷道頂板。

1.3 巷道掘進正前或側幫突水預測

根據材料力學理論可以導出極限平衡狀態時的表達式：

a理=0.5

式中a理——巷道正前或側幫隔水層（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。

其他符號同前。

若a實＞a理，巷道掘進安全；若a實＜a理，巷道掘進突水。

2、工作面采突水預測

2.1 回采工作面頂部突水預測

2.1.1 頂部突水的一些規律

當回采工作面上部隔水層冒裂帶高度達到地表、水體、含水層以及老窯積水區時，水砂就會通過冒裂帶潰入采區內。在正常地質條件下，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30m~40m，峰峰礦區15m~30m）或第二次來壓距離及臨近回采工作收尾的地段，由于采場頂部隔水層這時承受的礦山壓力達到最大值，相應其有效裂隙的發展和互相溝通、擴展也達到最大，若達到含水層或水體時，采場內水量顯著增大或發生突水。由此可見，采煤工作面頂部突水的時間或距離是老頂初次來壓或二次來壓及收尾地段的距離；至于突水點的位置，與每層傾角有關；緩傾斜每層突水部位多數見于工作面下平巷，少數上平巷。傾斜和急傾斜每層突水點多見于上平巷及采場中部；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，當老頂初次來壓后，大量涌水達到峰值，數日后水色澄清，涌水量趨于穩定。當繼續回采至周期來壓距離時，采場內的水量從穩定值達到最大，一般不超過老頂初次來壓時的水量；這樣周而復始地產生礦山壓力，從而工作面內涌水量出現多次峰值。

2.2 采煤工作面底板突水預測

2.2.1 采煤工作面底板突水的某些規律

（1）正常的地質條件下，多數突水事在工作面老頂第一、第二次來壓距離之間及采煤工作面收尾地區，這是由礦山壓力本身發展特點所決定的。

（2）突水特點。在正常地質條件下，采場頂板屬冒落型，其底板突水位置多在采場前方近煤幫下輸送機道附近，且距煤幫有一定距離，少數在上回風道處；若采場頂板屬緩慢下沉型，其突水點位置在工作面后方采空區的輸送機道內，也可因底鼓產生次一級裂隙系統，此時圖水電可不再上述位置。

（3）底板突水的發展過程。隨著采煤工作面的推進，礦山壓力增大，礦壓的傳遞使工作面底板巖層發生變形；在靜水壓力作用下，底鼓進一步發展，當超過底部隔水層的彈性極限時，在張力區產生裂隙；當頂壓持續增大至接近老頂來壓時，上述裂隙向下延伸、擴大、加多，互相溝通，所以先從裂隙系中出小水；當頂壓進一步溝通并伴隨有巖石破裂響聲，接著大量突水，這時的突水是渾的，并攜帶出大量物質，經一段時間時水色變清，水量由大變小趨于穩定。

（4）采煤工作面底板突水與地質構造關系。據統計，80%以上的突水發生在斷裂帶附近。在礦壓、靜水壓力作用下，特別在下列構造部位，突水機率最大：斷層交叉或匯合處；斷層尖滅或消失端一帶；兩條大斷層相互對扭地帶；褶曲軸部裂隙密集帶，背斜傾伏端；新構造活動強烈的斷裂帶等。

（5）底板突水類型。根據水量和動態，底板突水可分為一下三種類型：

①突發型。

②緩發型。

③滯后型。

2.2.2 底板突水預測

（1）突水系數。突水系數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，Pa/m；

p——隔水層承受的水壓，Pa;

M——底板隔水層厚度，m;

Cp——采礦對底板隔水層破壞厚度，m。

3、結語

煤礦突水事故所造成的經濟損失也是巨大的，還有待進一步實踐和完善。

參考文獻：

[1]鄧永平．《淺談礦井水害的防治》

[2]虎維岳．《新時期煤礦水害防治技術所面臨的基本問題》