突水因素范文（精选7篇）
突水因素 第1篇
某矿水文地质条件极其复杂, 煤底板分布有石炭系薄层灰岩和寒武系灰岩, 裂隙岩溶发育, 富含承压水, 且井田内断层发育, 断层垂向导水使太原组簿层灰岩岩溶水与寒武系岩溶水有密切水力联系。底板因采动破坏或存在自然导水通道, 难以承受岩溶水水压, 自建井投产以来, 在采掘生产过程中深受岩溶水突水威胁, 时常发生以煤层底板岩溶水为水源的突水事故, 最大突水量1 996 m3/h, 水害问题一直是制约矿井安全开采的主要问题之一。随着开采深度的深度的增加, 目前采深已达到500 m左右, 作用在煤层底板的岩溶水水压更大, 防治水任务更加艰巨, 因此对矿井深部的水文地质条件及突水机理进行分析研究, 提出相应的防治水技术, 对该矿的安全、高效生产具有重要的意义。
1 矿井水文地质条件
该矿区岩溶水是一个相对独立的水文地质单元, 具有独立的补给、迳流和排泄条件[1]。矿区岩溶水系统四周边界基本清楚, 北部为岩溶含水层深埋边界, 岩溶不发育, 属于不导水边界;东南部为寒武系灰岩条带状露头区边界, 接受大气降水入渗补给, 属于开放性边界;南部为石炭系灰岩和寒武系灰岩隐伏露头边界, 接受第四系孔隙水的越流补给;东部为Fl断层, 属于导水边界。张村井田靠近西南部的补给区, 在区域岩溶水补给迳流带上, 三里寨井田 (主要是一井、二井、三井) 远离西部的补给区, 属于矿井排水的排泄区, 牛庄井田处于岩溶水深部迳流的滞缓区。地下水总体上由西向东、由南向北迳流, 在张村井田、牛庄井田以及三里寨井田以矿井排水的形式被排出地表。
2 矿井突水规律分析
2.1 突水水源
2.1.1 大气降水与地表水
矿区西南部寒武系灰岩露头出露面积为15 km2, 区内地表岩溶裂隙发育, 露头带上分布多个露天开采灰岩造成的采坑, 大气降水通过地表岩溶裂隙入渗补给岩溶水;石炭系薄层灰岩露头区与朝川河道交切, 矿井灰岩裸露区建有朝川水库, 其附近地表及地下岩溶都十分发育, 且有较大溶洞, 河水及水库水可通过露头区渗漏补给岩溶水, 通过对矿井涌水量年内动态的分析, 雨季涌水量比旱季涌水量一般增加30%~50%左右, 充分证明大气降水与地表水是矿井充水的重要来源, 根据计算:目前由于河道迳流量不足100 m3/h, 岩溶水补给量在625 m3/h左右, 该矿岩溶水排水量在1 000 m3/h左右, 超过岩溶水补给量, 岩溶水位下降。
2.1.2 水层充水
太原组薄层灰岩岩溶承压水为矿井的直接含水层, 至二1煤底板之间赋存有泥岩、砂质泥岩及粉砂岩, 沉积不稳定, 厚度变化大, 厚度0~17.27 m, 平均厚度8.37 m, 加之断层发育或受采动影响, 对太原组灰岩水并不能起到完全隔水作用, 太灰水可通过岩溶裂隙或构造裂隙充入矿井;寒武系中上统灰岩白云岩岩溶裂隙含水层可通过矿区内的断层构造裂隙垂向或侧向向太灰水进行补给或直接通过岩溶裂隙和封闭不好的钻孔等造成矿井突水, 太原组薄层灰岩与寒武系灰岩岩溶裂隙含水是某矿发生突水的主要水源。
2.2 底板破坏深度
煤层底板突水通常是含水层富水性、水压、隔水层厚度、构造、采动矿压等因素综合作用的结果[3]。根据“下三带理论”在采动矿压作用下, 煤层底板隔水层发生变形甚至破坏, 在自然条件不变的情况下, 采动矿压越大, 底板破坏深度就大[4]。底板破坏深度与开采深度、煤层倾角、采煤厚度、工作面斜长、煤层底板岩层强度、开采方法及顶板管理方法等因素有关。经过对全国实测底板破坏深度资料回归分析, 底板破坏深度h与工作面斜长L、采深H、煤层倾角α之间的回归方程为:
h=0.0085H+0.1665α+0.1079L-4.3579
目前, 某矿二1水平采煤工作面斜长一般为80~160 m, 煤层倾角15°~18°, 开采深度达450~525 m, 根据上式计算, 底板破坏深度在10~20 m之间。而二1煤底板隔水层厚度变化大, 平均厚度为8.37 m, 局部甚至缺失。在采动影响下, 当采煤工作面底板岩溶水水压较大, 隔水层实际不能起到隔水作用。采掘过程中即使没有遇到岩溶裂隙, 只要煤层底板灰岩富水, 岩溶水就可通过底板采动破坏裂隙, 越过隔水层可以进入采掘工作面, 发生突水事故。
2.3 断层及岩溶裂隙导水性分析
该矿区断裂构造发育, 根据三维地震勘探结果, 矿井范围内二1煤层共解释落差大于20 m的断层有近10条, 断层因其断层力学性质、地层的岩性、富水性, 以及断层两盘含水层或隔水层的对接关系, 对矿井充水起到不同的作用。根据断层两侧钻孔进行的连通试验和水文观测孔动态特征分析判断其是否导水, 如根据区内杨山逆断层 (F3) , 在张村井田20~23孔内投放氯化钠示踪剂, 在该矿东翼和西翼涌水点均能接收到示踪剂, 经过计算, 地下水流速分别为87.1 m/h和63.96 m/h, 此外, 位于断层两盘的井田寒武系地下水位动态与裸露区降水动态一致, 同步升降, 升降幅大致相同, 说明其间的水力联系密切, 杨山逆断层是一条导水断层。区内导水断层在破坏了二1煤层各个隔水层的完整性的同时, 加速了岩溶裂隙的发育, 形成突水通道, 使得主要含水层发生水力联系造成矿井突水。
太原组薄层灰岩岩溶发育, -10水平东大巷在穿越82F1断层时揭露过直径超过4 m的溶洞, 并发生突水。根据-150水平和-250水平东西泄水巷和泄水孔直接揭露, 岩溶形态以岩溶裂隙为主, 岩溶裂隙是矿井突水的主要通道。
3-250水平灰岩水防治与利用实践
根据某矿建井以来煤层底板承压岩溶水突水灾害和在复杂水文地质条件下实现了安全开采正反两方面的经验证明, 在薄弱隔水层条件下, 疏水降压是治理煤层底板高承压岩溶水水害威胁的最根本途径。故在-250水平西翼设立充足的防排水设施, 对底部石炭系岩溶承压水进行疏水降压, 以使采煤工作面处在安全水位以下, 保证工作面正常开采。
-250水平西翼泄水钻孔布置在-250井底车场东、西两个水闸门之间分两期共布置6个泄水点, 共计21个泄水钻孔, 钻探进尺累计1 079.39 m。一期工程三个泄水点13个泄水钻孔施工后, 最大泄水量600 m3/h, 水压由施工前的1.3 MPa降至1.1 MPa。西翼二期泄水钻孔工程结束时, 最大泄水量达到900 m3/h, 稳定泄水量为600 m3/h, 水压由泄水前的1.1 MPa降至0.45 MPa, 煤层底板的隔水层取9 m, 则煤层突水系数Ts为0.05 MPa/m。对比全国实际统计资料, 构造复杂区域安全回采时的突水系数Ts<0.06 MPa/m[5], 表明-250水平西翼经过疏水降压措施工作面实现了不带压开采。
该矿井下正常涌水量在800~1 000 m3/h之间, 矿井水的大量外排不但造成矿井生产成本的增加, 且造成大量水资源的浪费。为提高矿井排水利用水平, 结合该矿-250水平疏放水工程, 将矿井的“疏水降压”和“矿井排水的资源化利用”结合在一起, 在井下实施了矿井水分类外排, 实现途径是:
1) 将来自-250水平泄水钻孔的洁净岩溶水通过专用管道送至-250徘水系统中的清水仓, 经清水泵房及清水管路抽至地面, 经过水处理厂简单处理后, 供矿区居民生活使用, 这部分水量在160 m3/h左右, 占矿井排水量的20%左右。
2) 把混有煤岩粉的普通矿井水通过-250排水泵房及-10排水泵房排至地面静压水池, 作为煤矿生产用水, 供地面和井下洒水降尘使用, 这部分利用量为160 m3/h, 剩余400 m3/h矿井正常排水则通过管道排至地面焦化公司水处理厂, 经净化处理供洗煤、焦化、化产、发电等生产使用。
在目前某矿800 m3/h的矿井排水中, 生活用水、矿井生产用水和焦化厂生产用水直接利用量达到720 m3/h, 直接利用率达到90%, 实现矿井的“疏水降压”和“矿井排水的资源化利用”的有机结合。
4 结论
1) 该矿水文地质条件复杂, 煤层开采受煤层底板岩溶承压水突水威胁。石炭系灰岩和寒武系灰岩岩溶水是矿井主要突水水源, 导水裂隙、采动裂隙和小断层是矿井主要突水通道。煤层底板隔水层厚度空间变化较大, 厚薄不均, 在水压、构造、采动矿压等因素综合作用下, 容易发生底板突水。
2) 矿井岩溶水补给量有限, 可疏放性好, 且随着开采深度的加大, 岩溶裂隙含水层富水性变差, 更易于疏放。因此, 以疏水降压为主, 疏堵结合应作为该矿防治岩溶水水害重要措施。对该矿-250水平煤层底板岩溶水成功进行了疏放, 深部实现了不带压或安全带压开采, 将该矿疏水降压技术提升到一个更高水平。
摘要：某矿水文地质条件极其复杂, 随着开采深度的增加, 在采掘生产过程中深受岩溶水突水威胁, 时常发生以煤层底板岩溶水为水源的突水事故。通过分析认为:该矿南部及东南部条带状灰岩露头区是岩溶水的补给区, 接受大气降水和地表水渗漏补给;石炭系灰岩和寒武系灰岩岩溶水是矿井主要突水水源, 岩溶裂隙、采动裂隙和小断层是矿井主要突水通道, 煤层底板隔水层厚度空间变化较大, 厚薄不均, 在水压、构造、采动矿压等因素综合作用下, 容易发生底板突水;随着开采深度的加大, 岩溶裂隙含水层富水性变差, 更易于疏放;通过矿井的“疏水降压”和“矿井排水的资源化利用”的有机结合, 在实现工作面不带压要开采的同时, 提高了矿井排水的利用水平。
突水因素 第2篇
随着我国工农业生产的迅速发展,对煤炭的需求量日益增长。矿山安全是煤矿生产永恒的话题,而防治地下水害则是煤矿安全生产所面临的一个迫切的重大课题,煤矿水害防治反映了一个国家或地区的科技水平和经济能力。我国是一个能源消耗大国,煤炭能源在能源结构中占据了很大的比重,并且在很长一段时间内这样的格局都不会发生改变。然而,由于我国煤矿水文地质的复杂性,煤矿开采过程中会遇到很多水害的威胁。据统计,在过去的50年中,我国发生各类矿井突水事故近2000次,造成人员死亡1600余人,直接经济损失超百亿。
1 我国煤矿水害现状研究
我国煤炭工业发展受到众多因素的制约,除资金短缺、设备陈旧、煤价过低等国家政策性因素外,水、火、瓦斯、顶板等地质灾害是主要自然限制因素,尤其是地下水害对煤矿的生产和建设构成极大威胁。据统计资料显示,从新中国成立以来,全国岩溶类矿井突水量大于10m3/min的突水共发生200余次,大于50m3/min的突水20余次。由此可见,我国产煤区的水文地质条件均比较复杂,与国外其他主要产煤国家相比,无论从受水威胁的面积上还是从类型上或者严重程度上都是罕见的,而且随着开采程度的增加,水害威胁越来越大,防治水的工作也越来越困难。
2 矿井水害形成机理分析
矿井水害的形成机理主要可分为地下热水型、机械潜蚀型、裂隙型、岩溶型及构造型五种。
2.1 地下热水型水害形成机理分析
矿区地热异常的实质就是地下热水在地下做深循环运动,即地下水在重力作用下由补给区向地壳深部地温等值线增值方向流动,在一定条件下携带着热量又向着地温等值线减值的地壳浅部方向流动。地下热水深循环的过程便是地下水不断降温,而围岩不断增温的过程。这种过程主要出现在排泄区和地下水交替十分强烈的地区,其结果是形成一定范围的正异常。
2.2 机械潜蚀型水害形成机理分析
岩层中由于渗透水流的冲刷作用,将其中的细小颗粒带出冲走,岩层变的结构松散、孔隙度增大、强度降低,甚至形成空洞,最后可导致地下洞室围岩坍塌和大规模碎屑流事故。碎屑流多发生在颗粒不均的砂层中,但在坚硬岩石中的软弱夹层、泥化夹层、断层破碎带、含泥沙节理以及全、强风化带和由可溶盐类物质胶结的软弱岩石,也可能发生。
3 我国矿井突水的控制因素
3.1 含水层对矿井突水的控制作用
我国煤系地层、煤系岩溶基底及其煤系覆盖层的沉积特征,尤其是可溶性岩石的岩溶发育规律具有区域特点,常常成为控制煤矿床水文地质条件和地下水害的一个重要因素。
3.2 地质构造对矿井突水的控制作用
地质构造对矿井突水的影响主要体现在褶皱构造、断层构造和重力滑动构造这三个方面。
褶皱构造对矿井突水的控制作用首先表现为:褶曲两翼地层倾角的大小决定了含水层的出露面积和分布范围。两翼地层的倾角越缓,出露的面积越大,地下水大气补给量越大,矿井突水就越严重。其次,一定规模的褶皱构造可以在一定范围内形成一个完整的水文地质单元,它包括地下水的补给区、径流区和排泄区。
断层构造往往是各种水源进入矿井的直接通道,它能引发矿坑突然涌水甚至大规模淹井事故。断层的透水性主要受断层的力学性质、两盘的岩性条件、构造岩胶结程度、构造岩抗压强度、断层带静水力与动水力的大小及采矿活动等因素的影响。
重力滑动构造的滑动面发育层位不同,水文地质特征也相应发生变化。如滑面发育在塑性岩体中,滑动带基本不富水,滑动面发育在可溶性刚性岩体中,滑动带则裂隙发育,富水性强。
3.3 自然地理条件对矿井突水的控制作用
自然地理条件对地下潜水赋存的影响最为显著。由于我国新生界潜水往往是矿区隐伏充水含水层的总补给源,所以潜水的地质水文条件对矿井突水有着间接的控制作用。另外,特殊地理条件即建筑物下、地表水体下和道路下采煤,也能引起矿区水文地质条件的重大变化,从而导致矿井突水。
4 矿井突水的综合防治
国外自20世纪70年代开始研究矿井突水的综合防治以来已经在这个方面取得了较大的成就,国外学者围绕疏干降压防治水方法,发展了相应的钻探、排水新技术,并正逐渐将此技术采用计算机自动控制,这使得疏干技术水平大大的提高。另外,矿井排水成本越来越高,一些国家开始试用堵水截流的防治水措施。
我国矿井防治水方法多种多样,有疏有堵,在一定条件下可疏、堵结合。疏干降压的方式有地表疏干,也有井下疏干。在某些条件下,地表、井下可联合疏干降压。在注浆堵水方面,既有矿山局部工程处理和淹井事故处理,也有大型防渗帷幕注浆工程。根据近几年研究成果,排水、供水、环境保护三位一体结合不仅可以解决排、供、环保三者之间日益严重的矛盾和冲突,而且也是一项十分有效的矿井防治水技术。
目前,国内主要采用的防止矿井突水的方法有带压开采、疏水降压、底板注浆加固等。带压开采就是指充分利用煤层底板和承压含水层之间的隔水区而实现安全开采的一种综合防治技术。而对于疏水降压来说,底板高承压水是底板含水层破坏的重要因素,水压越高,导升含水层破坏带的高度越大,因此,降低底板承压水是许多矿井采取的防止突水的综合措施。一般来说,为了工作面的安全回采,可以对底板进行注浆加固,阻止底板高承压水进入工作面。
5 矿井突水综合利用展望
在矿井水涌水量大、突水事故严重的大水矿区进行矿井水资源综合利用研究,必须与矿井水害防治结合起来,它是一个涉及煤炭、水利、环保和农业等多方面的系统工程。为了最有效第开发利用矿井水,促进资源开采与环境保护的良性循环,各部门特别是煤矿生产部门必须做好以下几项配套工作。
(1)矿井控排。即在井下采取适当措施控制矿井排水。可采取砌筑水闸墙、水闸门将各处水点构成通道,并通过打钻等方法,以水管、闸阀控制出水,从而达到集中管理矿井排水量的目的。
(2)清污分离。将矿井污水与大出水点的清水分开,分别按两套排水系统将它们排出矿井。
(3)矿井水回灌。在煤矿区利用有利地段或布置大口径群孔将矿井清水多余排放量回灌到地下含水层中。
(4)帷幕截流。在查清矿区水文地质条件的基础上,选择适宜的补给通道段进行帷幕注浆,将地下水截到井田以外,达到减少矿井排水的效果。
摘要：矿井水害防治反映了一个国家的科技水平和经济能力,这个问题仍然是当今世界地质届的一个难题。本文在已有工作的基础上,结合我国目前对矿井突水的研究现状与成果,对矿井水害的形成机理进行了分析,并对我国矿井突水的控制作用进行了简单的描述。最后,在总结了国内外对矿井突水综合防治方法的基础上对未来的矿井突水综合利用进行了展望。
关键词：矿井突水,形成机理,控制因素,综合防治
参考文献
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突水因素 第3篇
基于统计学方法提出的突水系数理论, 伴随着煤层底板水害的研究, 其计算方法经历了多次变化和修正, 而判别是否突水的突水系数阀值 (临界值) 则是依据大量的突水实测资料统计计算得到的。突水系数 (Ts) 的计算方法是煤层底板承受的水压除以底板有效隔水层厚度。长期以来, 我国煤炭系统一直将判别是否突水的突水系数阀值确定为0.06 MPa/m, 并以此作为划分煤炭资源是否为受底板水害威胁的标准。
1 突水系数临界值的特点
20世纪60年代初期, 我国开始使用突水系数概念, 并一直选用0.06 MPa/m为突水系数临界值, 藉以确定煤层底板水压的安全水头值。
但在实际的应用中发现, 突水系数临界值并不是一个常数, 它有随着开采深度不同而变化的特点。临界突水系数随采深的增加, 在浅部是一条直线, 深部变为曲线, 且Ts的增量随采深增加而增大[1]。如:焦作矿区, 当开采水平在±0时, 突水临界值为0.05 MPa/m, 在-100水平时为0.1 MPa/m, 在-200水平为0.13 MPa/m, 有随深度而增加的趋势。这说明:突水系数临界值在不同矿区是不同的, 而且跟开采深度有关系。
另一方面, 由于已知突水点的80%~90%发生在断层带及其附近, 由这些突水资料总结出的临界突水系数值用于评价和预测构造破坏地段的底板突水较为可靠, 评价或预测正常块段底板突水则偏于保守[2]。
因此, 用一个固定的突水系数临界值作为判断是否突水的标准是不科学的。到现在, 突水临界值的确定还没有精确的计算方法, 只能通过经验判断或概率统计求得。
2 突水系数临界值的统计分析
根据“峰峰煤田王凤矿等实验区带压开采综合治水解放下三层煤研究报告”[3,4]附表中所收集到的196个巷道和工作面的突水资料进行了突水系数计算统计, 如表1所示, 以及154个安全工作面资料进行了突水系数计算统计, 如表2所示。
表1、2中突水系数计算公式为:Ts1=P/M, Ts2=P/ (M-h1) 。式中, Ts1、Ts2为突水系数, MPa/m;P为作用于工作面底板上的水压值, MPa;M为煤层底板至含水层顶板距离, m;h1为底板矿压破坏深度, m。
表1、2中Ts1次数表示突水系数Ts1计算值落在某个区间的次数, Ts1频率表示其对应频率。例如, Ts1次数为11, 说明按照Ts1=P/M计算的突水系数值有11个落在0.021~0.30区间, 其对应的频率为5.61%;Ts2次数及Ts2频率意义同上。
根据表1、2的统计数据作出突水系数临界值变化对突水点以及安全工作面评价预测准确率的影响趋势图, 如图1、2所示。
对于Ts1=P/M计算的结果, 由图1可知, 以0.04作为突水系数临界值时, 突水点预测准确率达86.68%, 安全工作面预测准确率为64%;若以0.05作为突水系数临界值, 突水点预测准确率降低, 约为65.82%, 而安全工作面预测准确率却增加, 约为84.4%。突水系数临界值取0.04~0.05之间某值时, 突水点和安全工作面综合预测准确率能达到75%左右。此时取0.045左右是最合适的。
对于Ts2=P/ (M-h1) 的计算结果, 由图2可知:以0.06作为突水系数临界值时, 突水点预测准确率达88.25%, 安全工作面预测准确率为72.1%;若以0.07作为突水系数临界值, 突水点预测准确率降为73.47%, 而安全工作面预测准确率增加为81.15%。突水系数临界值0.06~0.07之间某值时, 突水点和安全工作面综合预测准确率能达到最佳为79%左右。图2显示, 此时临界值大约为0.067。
综合上面的分析可知:无论突水系数计算公式如何修正, 伴随突水系数临界值的同步修正, 突水点预测准确率降低, 而安全工作面预测准确率却随之增加。因此合理的确定突水系数临界值是应用突水公式预测的基础。
3 杨村井田应用实例
杨村煤矿位于兖州煤田的西北边缘, 北邻杨庄煤矿, 东邻兴隆庄煤矿, 东南邻鲍店煤矿, 南邻田庄井田和横河井田, 西为煤系露头兖州煤田地跨兖州、邹城、曲阜三个市。煤田东至峄山断层, 南、北、西均为煤层露头, 南北长24 km, 东西宽16 km, 面积384 km2。区内含煤岩系全被第四系覆盖, 为一全隐蔽的石炭~二叠系煤田。
杨村井田已经开采下组煤多年, 发生底板透水事故多起。因此, 可以收集杨村井田的透水事故资料建立适合杨村的突水系数临界值。
杨村井田下组煤突水点资料的收集如表3、4所示。
表3、4中突水系数计算公式采用公式Ts=P/ (M-h1-h2) , 式中, h2为底板岩溶化灰岩厚度。底板矿压破坏深度以现场实测值为准。
分析突水点和安全工作面的突水系数值, 作随临界值变化预测准确率走势图如图3所示。从图3可知, 15个突水点中只有XT-22点底板突水系数Ts为0.07<0.09;而安全工作面的突水系数除了3704工作面和2603工作面均小于0.09。根据概率统计学方法, 当以Ts=0.09作为临界值时, 对于突水点的突水预测准确率为93.3%;对安全工作面的预测准确率为86.7%。若按新的煤矿防治水规定上取0.06作为临界值, 则突水点的预测准确率为100%;而本来安全的工作面却全部处于危险区, 需要增加防治措施, 将极大的增加煤矿开采的投资[5]。此外收集到的资料中突水点最大突水系数值为2003年3月10日, 2702工作面回采底板突水, 突水系数Ts为0.148;安全工作面最大突水系数值为3704工作面和2603工作面突水系数Ts为0.092, 为此, 参考新的煤矿防治水规定, 杨村井田突水系数临界值的上限值设为0.150比较合适。
4 结论
通过统计分析得出, 随着突水系数临界值的增大, 突水点的评价预测准确率降低, 而安全工作面的评价预测准确率增加。在确定一个矿区突水系数临界值时, 要有适当的实测数据作为分析的依据, 或者临近相似条件的矿区要有足够的突水资料, 对突水点和安全工作面做对比统计分析, 最后得出临界值。
摘要：突水系数法因其数据易得、操作简便等优点在我国各地煤矿评价底板突水危险性中被广泛使用, 很多学者也对其计算公式进行了深入研究和优化。而突水系数临界值研究尚不够深入, 多是凭经验获得。本文从数理统计的角度出发, 收集一些突水工作面和安全工作面的突水资料, 对其进行数理统计分析, 得出突水系数临界值越大, 而突水工作面预测准确率越低、安全工作面预测准确率越高的关系, 为煤矿防治水工作提供了一个研究思路。
关键词：突水系数,临界值,数理统计
参考文献
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[4]杨善安.“阻水系数”及其应用[J].煤田地质与勘探, 1986 (3) :41-46
突水因素 第4篇
突水系数即单位隔水层厚度所承受的水压, 而临界突水系数则为单位隔水厚度所能承受的最大水压。用突水系数法预测煤层底板突水, 公式易于理解, 计算简单, 基本能反映底板突水因素的综合作用。其数学表达式如下:T=P/M
式中:T-突水系数, MPa/m;p-隔水层底板承受的水压, MPa;M-底板隔水层厚度, m。根据《煤矿防治水规定》, 就全国实际资料看, 底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.06MPa/m, 正常块段不大于0.1MPa/m。
2 研究区概况
山西柳林王家沟煤业有限公司煤矿位于柳林县县城340°方向直距约22km的王家沟村附近, 属大陆性半干旱气候, 春季干旱无雨, 夏季炎热多雨, 秋季温度适中, 冬季寒冷干燥, 井田内无常年性河流, 担水沟等沟谷中有季节性水流, 由东向西汇入黄河, 井田位于河东煤田三交详查区南部, 井田内地表大部分被上第三系上新统 (N2) 和第四系上更新统 (Q3) 所覆盖, 基岩仅在沟谷中出露。井田内发育的地层由下至上有:奥陶系中统峰峰组;石炭系中统本溪组、上统太原组;二叠系下统山西组、下石盒子组, 上统上石盒子组;上第三系上新统;第四系上更新统。该区目前未揭露构造破坏。
本次研究的4煤、5煤位于二叠系下统山西组, 4煤平均厚度0.91m, 属局部可采, 5煤平均厚度2.18m, 全区可采。4煤、5煤煤底板充水含水层主要为石炭系灰岩含水层, 石炭系灰岩与上覆山西组地层整合接触, 是威胁煤层开采的主要充水含水层。
3 突水系数法的应用
依据现有的研究资料和钻孔数据, 我们可以统计得到4煤、5煤的底板标高, 含水层顶板标高, 得到隔水层厚度, 再根据该区水文钻孔提供的数据, 得出区内含水层水压等值线图。用含水层水压等值线图, 插入该区地质钻孔坐标, 利用surfer的残差功能, 得出该区内地质钻孔所对应的太灰含水层水压。根据数据可以得出4煤、5煤底板突水系数等值线图 (见图1、图2) 。
从突水系数等值线图可以看出:4煤的突水系数值由南向北逐渐增大, 意味着底板突水的可能性也就相应的增高;5煤的突水系数值由东南向西北递增, 说明沿着该方向的突水可能性也相应增大。但是由于王家沟矿区目前尚未揭露构造破坏, 根据《煤矿防治水规定》, 只要突水系数值小于0.1MPa, 就属于安全区域, 所以通过突水系数法论证, 在理论上该区4煤、5煤在开采中不会发生突水事件。但是如果开采中揭露构造破坏带, 那么突水系数值需小于0.06MPa, 理论上才可以称之为安全区域。
4 结论
通过对王家沟煤矿4煤、5煤基础资料分析, 应用突水系数法对4煤、5煤底板进行分析, 得出4煤、5煤底板突水系数等值线图, 结合《煤矿防治水规定》, 由于该区未揭露构造破坏, 整体突水系数都小于0.1MPa, 所以理论上全区处于安全区域。但如果开采中揭露构造, 应及时反馈, 重新制定防治水措施。
摘要：为解决王家沟煤矿4煤、5煤开采中底板突水评价难题, 采用突水系数法对其底板突水危险性进行评价, 即通过突水系数法生成底板突水系数等值线图, 并结合该区构造情况, 参照最新《煤矿防治水规定》, 对4煤、5煤底板突水危险性进行评价, 为煤矿安全生产提供安全保障。
关键词：突水系数法,脆弱性指数法,底板突水
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矿井突水防治措施 第5篇
1 突出水的类型
根据地下水埋藏条件、储水空间特征以及水理性质分为四个含水层组。 (1) 松散的第三系、第四系冲积层含水岩组, 由中更新统、上更新统及全新统地层组成, 主要分布于山前平原地带和山间沟谷之中, 从山前到冲积平原, 含水层的颗粒由粗到细, 富水性由强到弱。 (2) 砂岩裂隙含水岩组, 由二叠系的砂岩、泥岩互层, 主要隐伏与第三、第四系松散岩组之下, 为构造裂隙和风化裂隙含水层, 对建井生产期间矿井涌水影响较大, 但突水量较小。 (3) 碳酸岩类裂隙岩溶含水层, 岩性为石炭系太原群和本溪群的砂泥岩夹灰岩多层组成, 是矿井主要冲水含水层。 (4) 碳酸盐类岩溶裂隙含水岩组, 由奥陶系中下统及寒武系中上统的厚层灰岩、白云质灰岩及泥灰岩组成, 富水性极强, 是主要含水层组, 其中中奥陶统上马家沟灰岩, 层厚质纯, 岩溶发育, 常对矿井开采造成严重水害。
2 突水条件及影响因素
矿井在采掘工程中产生突水, 是采掘活动破坏了采场原始状态下力的平衡。原先隔水层的厚度与强度起着阻止静水压力的作用, 采掘活动使隔水层遭到破坏、强度降低, 不能抵抗静水压力, 从而引起矿层周围地下水向矿井涌入或溃入, 称之突水。
矿井突水即与矿层距含水层的远近、含水层的厚度、富水性有关, 又与矿层与含水层间的隔水层厚度、岩性有关, 还与矿层开采高程、水压大小、采掘方法等众多因素有关。不同矿区矿井突水频率和强度有着显著的不同, 这与它们所处的沉积环境, 富水含水层的分布、出露面积、自然地理条件都有着密切关系。
3 矿井突水征兆
通过十几年的矿井突水的调查分析对突水前的征兆进行了总结, 井下采掘工作面透水前比较明显的预兆有以下几种 (1) 本来是干燥光亮的煤, 变得发暗潮湿, 无光泽, 空气变冷。 (2) 出现雾气, 井下空气中含有大量的水蒸气, 湿度较大, 水蒸气凝成雾气。 (3) 挂“汗”, 当采掘工作面接近积水区时, 水在自身压力下, 通过煤岩裂隙在煤壁、岩壁上聚成许多水珠。 (4) 挂红, 煤壁浸出的水发涩, 有硫化氢臭味, 附着在裂隙表面有暗红色氧化铁水锈, 表明掘进已经接近老窑积水区。 (5) 煤层里发出“嘶嘶”水叫, 这是由于井下高压积水向煤岩裂缝强烈挤压, 与裂缝壁摩擦而发出的声音, 如果煤巷掘进, 说明透水即将发生。 (6) 地板鼓起, 有时出现压力射流水, 水有甜味, 可能是层间水、断层水。如果水体在地板以下, 水量大而压力高, 再加上矿压作用就会出现底鼓甚至有压力水喷射出来。 (7) 顶板来压, 产生裂缝, 出现淋水。其中主要的采掘工作面先出小水、后出大水, 占48.8%;地板鼓起占33%;裂隙出水占29.7%。
4 矿井突水预测措施
煤矿井下的地质水文条件是复杂的, 在我们还无法确保疑问地区没有突水威胁的情况下, 只有坚持“有疑必探, 先探后掘”的方针, 才能确保安全生产。
4.1 采掘前的突水预测
(1) 矿区或采区底板突水预测图。利用矿区已有的地质构造、突水水量、突水点位置、岩溶发育程度、放水试验数据、观测孔数据、水质等资料进行综合整理分析, 编制出不同块段的富水程度分布图, 并划出相对安全区和突水危险区。
(2) 导水陷落柱预测。将矿区采上层煤见到的陷落柱编绘到陷落柱分布图上, 再将煤系砂岩水或薄层灰岩水和煤层底板厚层含水层的等水压线, 综合制成导水陷落柱预测图。图上可以划出高水压区和低水压区。
4.2 采掘过程中的突水预测
在上面两条预测的基础上, 对突水危险地段、易于突水的构造部位, 可采用下述方法进行预测。
(1) 钻探方法。探测高水压区, 在安全的超前距内布设探水孔, 探测各薄层含水层的水压值与下伏厚层含水层的水压值进行比较, 如薄层水压值与厚层水压值接近, 则有突水危险。
(2) 放射性测量。主要是用测氡仪测量氧气含量来确定底板的导升高度及隔水层含水性。当底板有裂隙且富水性强时, 氡气含量增高。
(3) 物探方法。当采掘工作面的迎头或巷道底板接近含水、导水和富水性的破碎带时, 其工作面周围的气温降低、湿度大, 据此可用仪器监测工作面气温和湿度, 来预测突水。
5 突水防治措施
(1) 查明水文地质条件, 认识客观, 这是做好矿井防治水工作的基础。 (2) 全面规划, 把防治水和矿井的长远发展、采掘安排等作为一个整体来考虑。 (3) 实行规范化科学化管理, 严格报批制度和各项规章制度, 消除工作“漏洞”和失误, 保障安全生产。 (4) 坚持预防为主, 防治结合的原则, 有针对性的探查。既可以保障安全生产, 又可以做到有的放矢, 达到省时、省力、省钱的效果。 (5) 水源是根本, 地层、地质构造是条件, 水压是关键, 采掘引起的重新平衡是起因, 水动态变化既是突水的前奏, 也反映其结果。五者的关系不能颠倒、混淆, 这是正确分析、预报水情、防止水害事故的经济和有效的技术途径。 (6) 坚持生产和科研相结合。生产建设中遇到的防治水问题, 既是生产问题, 也带有很强的科学研究性质, 应该理论和实践结合, 深人研究, 得出结论, 为今后的防治水工作提供依据。 (7) 在生产实践中既要执行规程, 又要创造条件, 积极进行各项实验、探索。
6 结语
矿井突水的防治措施:、防治措施概括起来主要六个字:一是清, 采用钻探、物探、化探、水文地质试验等方法和手段查清水文地质资料;二是排, 按照《煤矿安全生产》规定安装和建造足够的排水设施和排水系统, 排出矿井和突出水的涌点;三是防, 搞好地面防洪, 建设井下各种防水煤柱及防水闸门、水闸墙等防水建筑物;四是堵, 用注浆办法封存对矿井建设和生产无用的水;五是疏, 有计划地疏水降压, 避免超压开采;六是用, 将矿井排出的水进行去污取净, 为工农业和人民的生活所用, 逐渐使井下排出的水成为可利用资源。
摘要：我国是一个煤炭资源丰富的国家, 但矿井水害一直制约着煤炭工业的健康发展, 尤以矿井突水问题最为严重, 文章以突出水的类型及突水的条件开始, 分析了突水机理、影响因素以及矿井突水征兆, 最后在水害预防和治理方面提出针对性的措施。
关键词：矿井安全,突水,防治措施
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谈岩溶隧道突水与防治 第6篇
我国的碳酸盐层分布较广, 仅露出地表就接近我国国土面积的1/10, 若再加地下熔岩所占面积, 则能达到我国国土面积的1/3。据统计, 我国已建成的岩溶隧道中, 几乎不同程度的遭受了恶劣地下水的危害, 因此对岩溶隧道突水的原因与防治的研究具有重要意义。
1 岩溶的定义与涌突水的类型
1. 1 岩溶的定义
岩溶是地表水和地下水对可溶性岩层 ( 硫酸盐石、碳酸盐石、卤酸物类等) 进行化学侵蚀、冲蚀、崩解和机械破坏、搬运、堆积与沉积等作用所形成的各种地表和地下溶蚀现象的总称。
1. 2 涌突水的类型
通过相关理论、工程实例和岩溶涌突水现象观察分析后知, 岩溶地下水的运动具有一定规律。隧道突水可分为五种类型, 为溶系型、脉管型、管道型、溶洞型、暗河型。一般情况下, 前两种类型的宽度、水量及水压较小, 发生涌突水的几率和危害性都较小。后三种类型的出水量和水压一般较高, 容易发生突水且危害性很大。
2 影响岩溶突水的主要因素
2. 1 地质原因
岩溶在满足一定的发育条件时, 即会发生岩溶作用。具有溶蚀能力的水, 首先沿缝隙进入岩石的内部, 不断的进行溶蚀循环, 这导致缝隙逐步扩大进而转变为裂隙, 裂隙继续发展会形成岩溶管道, 再继续发展会形成溶洞。岩溶水具有流量大、分布不均和流速快等特点。由地质因素导致发生突水现象的地形一般包括以下四种类型: 1) 可溶性岩石向斜核部及背斜翼部; 2) 断层破碎处; 3) 可溶岩与非可溶岩接触面, 以及碳酸盐岩层间滑动带; 4) 其他各类含水或水体的构造围岩。
2. 2 气象原因
岩溶作用可涉及到气、液、固三相体系的化学平衡, 气温、降雨量及降雨强度等气象原因可轻易的改变三者的平衡, 从而发生突水现象。一般来说, 当温度较低时, 具有溶蚀能力的水与岩层反应较慢, 岩溶作用不明显。当温度升高时, 水的溶蚀性增强、水流速度加快, 导致岩溶作用加强。当降雨量突增时, 水的渗透量及水的运动交替受到影响, 大量地表水转化为岩溶水, 水位上升, 水压变大, 而且水中形成游离的CO2, 这些因素都极易造成隧道发生突水。
2. 3 施工原因
隧道施工影响了岩层的自然平衡状态, 形成了临空面, 改变了隧道周边的水流梯度并形成松散圈, 这加剧了原有裂隙的扩大、新裂隙的形成以及水循环速度的加快, 当围岩应力达到极限后, 就会发生突水现象。一般来说, 因施工原因导致的涌突水现象包括以下三个方面: 隧道开挖直接导致的涌突水、隧道开挖间接导致的涌突水以及隧道开挖后的涌突水。
3 岩溶隧道突水的危害
隧道突水灾害严重危及隧道的施工安全 ( 如图1 所示) , 减缓施工的进度, 给人们的生产、生活带来重大影响, 并且常常造成重大人员伤亡事故。
3. 1 造成重大人员伤亡事故
尽管国内外进行了大量的研究, 但由于岩溶问题的复杂性及相关技术依旧比较滞后的原因, 在隧道施工中, 经常造成人员伤亡 (如图2所示) 。如现存最大的陆地铁路隧道———勒奇山隧道, 其因塌方造成了人员伤亡。
3. 2 造成财产损失
隧道发生突水灾害, 无论是在施工中造成的事故或在完工后隧道的治理与维护时都会浪费大量的财富。如马鹿箐隧道 ( 见图3) , 由于其地质极为复杂, 岩溶发育强烈, 地下暗河、岩溶高压富水溶腔等不良地质, 施工中发生突水灾害, 虽然由于及时的预警和抢救, 洞内140 人安全撤离, 但仍然导致大量器械损毁, 财产损失严重。再如沙马拉达隧道, 仅后期的维护治理就花费近千万元。
3. 3 造成工期延长
隧道突水肯定会影响施工的进度, 甚至造成长期停工, 使隧道建设无法按时完工。如日本的旧丹那隧道, 1918 年开工, 因不断发生突水灾害导致其1934 年才完工。我国青函隧道, 因四次大量突水使工期延长近10 年。
4 岩溶突水的预防与治理
4. 1 岩溶突水的预防
在隧道施工过程中, 应十分重视隧道突水的预防工作, 采用合理的地质超前预报技术, 避开高富水、破碎断层等一些不良区段, 能有效的减少甚至避免岩溶隧道突水带来的危害。超前地质预报一般有以下三种形式。
4. 1. 1 长距离超前地质预报
长距离超前地质预报一般探测掌子面前方100 m ~ 150 m, 目前主要采用TSP法。TSP系统是利用一个小型的爆破装置发出地震波, 当地震波在岩体中传播时, 遇到不同的断面会不同程度的反射一部分地震波, 被检波器接受分析, 从而探测出前方的地质构造。由于TSP系统探测距离远, 探测结果准确且费用不高, 从而受到国内外的推崇。我国从1996 年首次引进并多次实验性预报到之后的云南元磨高速公路隧道的实际应用都取得了较好的效果, 到如今TSP系统的应用已经比较完善。
4. 1. 2 短距离地质预报
短距离地质预报精度较高, 但预测距离较短, 一般包括以下两种方法: 1) 红外线法, 这种方法主要根据隧道围岩发出的红外线的不同从而确定围岩内部及表面性质。因此方法速度快、效率高、准确性好, 所以受到广泛应用。2) 地质素描法, 此方法以施工时掌子面前方已探测出的地质情况为依据, 来推测前方有无不良地质体, 其费用较低, 预测效果较好。
4. 1. 3 超前水平钻探
超前水平钻探主要通过分析钻进速度、钻孔回水颜色及岩体结构等信息来进行预测。因其探测方法直接, 预测结果非常准确而成为隧道施工中的常用方法。
4. 2 岩溶突水的治理原则
4. 2. 1 排堵结合
在我国隧道建设发展的过程中, 是“排”还是“堵”一直是人们争议的话题。无限制的排水虽然简单、快捷、成本低, 但是往往不能从根本上解决岩溶隧道突水, 若遇到连续暴雨天气, 隧道容易再次发生突水, 而且无节制的排水会造成地表塌陷、水资源减少与污染、破坏周围环境。单纯的堵水不仅费用很高, 而且往往不能解决问题。所以, 应采用排堵结合的治理方案, 综合考虑突水量大小、所含泥沙程度及对隧道运营安全和环境的影响, 将排水和堵水结合起来。
4. 2. 2 分区治理
根据隧道周边的地质情况、突水原因、突水量大小等因素, 将岩溶隧道分成不同的区段, 从而进行更加针对性的治理。如遇到富水的破碎围岩或位置较浅的断层破碎带的区段, 因其地下水量和地下水压力较小, 而采用以排为主、局部封堵的治理方案。当遇到对环境反应敏感的区段, 则采用全断面帷幕注浆等方法来减少地下水的排放。
4. 2. 3 信息化施工、重视监测
随着科技的发展, 一些便捷、高效率的仪器不断投入应用, 利用这些先进技术可轻松的对隧道内的情况进行监测, 尤其是封堵段, 应不断对其进行跟踪监测, 防止其再次发生突水。
5 结语
我国的岩溶分布面积很大, 岩溶隧道突水的研究对人们的生产生活及社会发展具有重要意义。在岩溶隧道施工中, 突水灾害的预防工作及其重要, 准确的探测结果可以避免人员的伤亡、财产的损失及施工延期等危害。发生突水灾害后, 应坚持排堵结合、分区治理和信息化施工、重视监测等原则。
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干河井田断层突水机理研究 第7篇
断层突水一般有以下3种形式:断层破碎带垂向导水[1,2,3];断层错动造成煤层与强含水层的直接对接, 高压水突破煤柱造成突水[4,5,6];断层错动造成煤层顶底板含水层与深部强含水层的直接对接, 高压水通过砂岩裂隙导入采掘工作面造成突水。上述3种形式的突水在干河井田均有发生, 鉴于此, 本研究从实际案例入手, 深入分析研究断层的突水机理, 以期为类似矿井断层水害防治提供借鉴。
1 井田断层及含水层赋水特征
断层呈组发育, 断层组范围内地层破碎, 走向上呈平缓的弧形或平缓的“S”形变化。在断层落差变化大的地段, 两盘地层产状急剧变化。多数断层为高角度正断层, 其结构面内破碎充填物多为角砾岩及糜棱岩, 胶结较紧密。次一级断层为走向NW或NNE向以共扼组合出现, 落差一般小于10 m, 延伸距离较短, 属压扭性正断层, 破碎带宽度小, 一般不导水。
井田内充水含水层主要有:奥陶系峰峰组灰岩含水层, 厚30 m, 距2号煤底板120 m, 该含水层中等及强富水, 富水区集中于断层发育部位;太原组K2+K3灰岩含水层, 厚11 m, 距2号煤底板70 m, 富水性较弱, 在大断层发育部位与奥灰存在水力联系;山西组K7砂岩含水层, 位于2号煤底板下7~15 m, 岩性、厚度变化大, 厚3 m;下石盒子组K8砂岩含水层, 位于2号煤顶板0~10 m, 岩性、厚度变化大, 厚5 m;下石盒子组K9砂岩含水层, 位于2号煤顶板20~35 m, 岩性、厚度变化大, 厚8 m。奥灰、太灰两个含水层之间的水力联系较强。K7、K8、K9砂岩含水层, 裂隙沟通性差、富水性较弱。
2 断层破碎带垂向导水
2.1 突水过程
总回风巷在掘进过程中揭露落差为20 m的F3断层, 断层走向与巷道方向基本一致, 破碎带宽0.5~0.8 m。刚揭露时沿底板断层破碎带出水, 涌水量3 m3/h, 后因断层带裂隙充填闭合涌水量减小, 最后减为0。继续沿该断层下山施工300 m, 断层落差增至25 m, 承受底板水压3.4 MPa, 在前方探查孔出水后 (涌水量为30 m3/h) , 诱发距端头15 m处的巷道底板断层破碎带突水, 水量很快增大并稳定在250 m3/h。水质类型由太灰水 (HCO3SO4-Na Ca型) 逐渐接近于奥灰水 (SO4HCO3-Ca Mg型) 。
2.2 突水分析
原始地质条件下的非导水断层, 在开挖扰动引起断层活化下发生突水。开挖的高度与宽度以及开挖空间至断裂带的距离、开挖空间与断层位置关系、开挖空间的埋藏深度及地应力条件都会对附加应力的分布有显著影响, 从而引起断层活化[7,8,9]。总回风巷断面较大 (宽5 m、高4 m) , 揭露断层空间大, 围岩附加应力也增大。开挖巷道方向与断层走向一致, 易引起断层活化。巷道埋深400 m, 构造发育, 地应力较大, 维护困难, 也易引起断层活化。加之高压水对断层破碎带软性糜棱岩的渗透侵蚀, 前方探查钻孔出水的诱导等一系列内外因素导致底板高压水突破断层破碎带的阻水临界, 造成断层滞后突水。水质特征分析说明更深部的奥灰水也通过断层破碎带直接涌出。总回风巷断层突水点见图1。
3 含水层与煤层对接导水
3.1 突水过程
2-1081巷与F13正断层平行掘进, 断层落差为60~80 m, 2-1081巷位于上盘。断层上盘2号煤与对盘K2灰岩对接。突水点距断层面垂直距离15~20 m。巷道突水量开始为50 m3/h, 随后衰减至10 m3/h。由于对突水危险程度估计不足, 巷道继续向前掘进30 m后发生第2次突水, 主要表现形式为沿巷道靠断层侧煤壁与顶板相交处以高压水流的形式喷出, 最大涌水量600 m3/h, 随后衰减至300 m3/h, 见图2。
3.2 突水分析
初次突水时, 距突水点2.5 km的K2灰岩长观孔BK8水位小幅下降, 历时9.5 d累计下降0.85 m, 其他长观孔水位无变化。当突水量为600 m3/h时, K2灰岩长观孔BK8、BK3水位下降明显, BK8孔累计下降8.20 m;距突水点约525 m的奥灰长观孔GK5水位在K2长观孔水位下降后也随之下降, 累计下降4.09 m;距突水点较远的奥灰长观孔BK7水位也有小幅度下降, 见图3。巷道初次突水时水质特征与区域K2灰岩相近, 第2次突水后SO42-、Ca2+、Mg2+等离子含量增加, 水质特征逐渐与奥灰水接近。
综合判断初始突水主要补给源为K2灰岩水, 后期主要动水补给源为奥灰水。突水通道为与巷道相邻的F13断层下盘的K2灰岩水突破煤柱涌入巷道空间。该处断层下盘的奥灰通过对接补给上盘的K2灰岩含水层。由于F13断层落差变化快, 向两侧延伸很快减小、尖灭, 上盘K2灰岩水又通过绕流的方式, 由本层补给到对盘K2灰岩含水层, 形成奥灰水的间接突出。2-1081返掘巷突水点位置平、剖面图如图4所示。
4 含水层对接导水
4.1 突水经过
2-112工作面推进856 m时工作面中部采空区出现涌水, 初始水量20 m3/h, 随后增至180 m3/h, 72 h后衰减至100 m3/h。工作面向前推进17 m时, 随着基本顶垮落, 顶板周期来压, 涌水量增大到150 m3/h, 出水颜色浑浊。继续推进17 m, 随着顶板再次周期来压, 工作面出水量又一次明显增大, 整个工作面采场采空区均出水, 出水量由原来的150 m3/h逐渐增大并稳定至350 m3/h。
4.2 突水分析
2-112工作面初始涌水中Na+含量较高, 呈现典型砂岩水特征, 而SO42-、Ca2+、Mg2+含量也较高, 呈现典型灰岩水特征, 因此推断工作面涌水为砂岩、灰岩混合水。后期涌水中Na+含量减少, Ca2+、Mg2+含量增高, 为SO4HCO3-Ca Mg型, 与奥灰水质一致。太灰、奥灰含水层水位随之下降, 说明工作面涌水与太灰和奥灰含水层存在一定关联。初次出水时K2灰岩水位下降幅度较大, 奥灰水位下降幅度较小, 推断该时段工作面涌水的主要补给水源为K2灰岩水;第2次工作面涌水再次增大时, K2灰岩水位变化不大, 而奥灰水位下降趋势较明显, 推断该时段工作面涌水的主要补给水源为奥灰水。K2水文孔、O2水文孔水位动态变化曲线见图5~6。
通过对巷道揭露地质资料的分析和对断层的探查, 基本查明了断层的位置、落差及其导水性能。该断层为一断层组, 落差达100 m, 主断层面距2-112正巷约100 m。断层上盘 (2-112工作面一侧) 2号煤顶、底板砂岩含水层直接与对盘太灰、奥灰含水层对接。
2-112工作面在开采的前850 m, 涌水量约5~10 m3/h, 为顶板砂岩水, 通过采动裂隙涌入工作面, 该范围内, 砂岩含水层与太灰、奥灰含水层不沟通。当推进至856 m时, 工作面中部采空区出现较大涌水。随着顶板周期性垮落, 涌水量也出现周期性变化, 且每次水量的增加, 都出现在顶板周期来压期间, 由此进一步证实了工作面奥灰水突水机理为断层上盘的2号煤顶、底板砂岩含水层通过断层接受下盘太灰和奥灰直接侧向补给, 通过砂岩内发育的导水裂隙以及采动裂隙进入工作面采空区。而此时, 在最靠近断层的工作面正巷并未发生突水, 且2-112回采工作面出水点多位于采空区中部, 因此分析断层直接突破煤壁突水可能性不大。
综上推断工作面上部的砂岩含水层通过导水断层和砂岩内发育的导水裂隙接受太灰和奥灰含水层侧向补给, 煤层开采时产生的采动裂隙沟通顶板砂岩而导致工作面突水。2013年6月17日涌水的水源为顶板砂岩、太灰和奥灰混合水, 主要为太灰水;7月11日工作面涌水量增大时, 涌水的主要补给源为奥灰水。2-112工作面突水位置平、剖面图见图7。
5 结语
在总结干河井田范围内断层发育规律、各个含水层赋水特征的基础之上, 分析了干河矿几次典型的断层突水过程、突水机理等, 对干河井田断层的突水规律有了较为清晰的认识。干河井田的断层突水主要表现为高压奥灰水突破断层破碎带的垂向导水、突破煤柱直接突水及通过含水层对接间接突水。
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