矿井突水预测

摘要：在突水形式方面，由于断层引起的采掘工作面的突水占突水总数的80％以上。也就是说，煤矿开采的突水事故主要是由构造原因引起的，而且滞后型突水多于突发型突水，工作面回采突水多于巷道掘进突水。

关键词：煤矿开采突水事故

1、巷道掘进过程中突水预测

1.1 巷道掘进过程中的某些规律

凡进行地下采掘的地方，采掘工作面顶底部隔水层皆承受着矿山压力和静水压力的作用。由于巷道断面小，加上巷道还有一定支护，使巷道顶部岩层的重力较为均一的传给底部，可视为静压力为主的类型。巷道掘进突水，实质上是静水压力、矿山压力与隔水层强度和重力消张关系的产物。掘进过程中一般有三种情况：一是巷道掘进过程及以后皆不出水，这是常见情况，表明巷道顶部隔水层的强度和重力大大超过作用于隔水层的静水压力；二是巷道掘进至接近或揭露阻谁断层、含水层时，立即突出或相隔一段时间突水，这表明作用于隔水层上的静水压力超过隔水层或接近断层带的强度和重力；三是巷道掘进一段距离之后，产生矿压现象和底鼓后突水，该情况表示作用于隔水层上的静水压力与岩层强度和重力达到极限状态。

巷道掘进突水的发展过程可经历三个阶段：

随掘进延伸，巷道开凿压力增大，产生顶板破碎，折梁断柱现象；

随后底板微鼓；

底板破裂，产生突水。该过程与岩石受力破坏经历弹性变形、塑性变形、永久变形相对应。

1.2 巷道掘进突水预测

巷道掘进顶、底板突水预测

根据材料力学理论可以导出极限平衡状态时的表达式：

H理=2Kp ±rt

式中H理――巷道底板理论安全水压值，由含水层顶面算起，t/m2；

Kp――隔水层的平均抗张强度，t/m2；

r――巷道的底宽，m；

t――巷道的顶底隔水层厚度，m。

式中正号用于底板，负号用于顶板。

若H实＞H理，巷道顶板或底板会被水鼓破突水；若H实＜H理，巷道掘进安全。也可以通过隔水层厚度与在H实水压作用下的理论安全隔水层厚度t理进行比较，判断是否安全。

t理=

若t实＞t理，则安全；若t实＜t理，则不安全，会突水。式中负号用于巷道底板；正号用于巷道顶板。

1.3 巷道掘进正前或侧帮突水预测

根据材料力学理论可以导出极限平衡状态时的表达式：

a理=0.5

式中a理――巷道正前或侧帮隔水层（或矿层）理论上的安全宽度，m；

p――静水压力，t/m2；

l――巷道高度，m。

其他符号同前。

若a实＞a理，巷道掘进安全；若a实＜a理，巷道掘进突水。

2、工作面采突水预测

2.1 回采工作面顶部突水预测

2.1.1 顶部突水的一些规律

当回采工作面上部隔水层冒裂带高度达到地表、水体、含水层以及老窑积水区时，水砂就会通过冒裂带溃入采区内。在正常地质条件下，缓倾角的采煤工作面从开切眼开始回采至老顶首次来压（焦作矿区30m~40m,峰峰矿区15m~30m）或第二次来压距离及临近回采工作收尾的地段，由于采场顶部隔水层这时承受的矿山压力达到最大值，相应其有效裂隙的发展和互相沟通、扩展也达到最大，若达到含水层或水体时，采场内水量显著增大或发生突水。由此可见，采煤工作面顶部突水的时间或距离是老顶初次来压或二次来压及收尾地段的距离；至于突水点的位置，与每层倾角有关；缓倾斜每层突水部位多数见于工作面下平巷，少数上平巷。倾斜和急倾斜每层突水点多见于上平巷及采场中部；其涌水特征是受顶板矿山压力控制，顶板来压后，沿裂隙滴水、淋水，水呈乳白色，当老顶初次来压后，大量涌水达到峰值，数日后水色澄清，涌水量趋于稳定。当继续回采至周期来压距离时，采场内的水量从稳定值达到最大，一般不超过老顶初次来压时的水量；这样周而复始地产生矿山压力，从而工作面内涌水量出现多次峰值。

2.2 采煤工作面底板突水预测

2.2.1 采煤工作面底板突水的某些规律

（1）正常的地质条件下，多数突水事在工作面老顶第一、第二次来压距离之间及采煤工作面收尾地区，这是由矿山压力本身发展特点所决定的。

（2）突水特点。在正常地质条件下，采场顶板属冒落型，其底板突水位置多在采场前方近煤帮下输送机道附近，且距煤帮有一定距离，少数在上回风道处；若采场顶板属缓慢下沉型，其突水点位置在工作面后方采空区的输送机道内，也可因底鼓产生次一级裂隙系统，此时图水电可不再上述位置。

（3）底板突水的发展过程。随着采煤工作面的推进，矿山压力增大，矿压的传递使工作面底板岩层发生变形；在静水压力作用下，底鼓进一步发展，当超过底部隔水层的弹性极限时，在张力区产生裂隙；当顶压持续增大至接近老顶来压时，上述裂隙向下延伸、扩大、加多，互相沟通，所以先从裂隙系中出小水；当顶压进一步沟通并伴随有岩石破裂响声，接着大量突水，这时的突水是浑的，并携带出大量物质，经一段时间时水色变清，水量由大变小趋于稳定。

（4）采煤工作面底板突水与地质构造关系。据统计，80%以上的突水发生在断裂带附近。在矿压、静水压力作用下，特别在下列构造部位，突水机率最大：断层交叉或汇合处；断层尖灭或消失端一带；两条大断层相互对扭地带；褶曲轴部裂隙密集带，背斜倾伏端；新构造活动强烈的断裂带等。

（5）底板突水类型。根据水量和动态，底板突水可分为一下三种类型：

①突发型。

②缓发型。

③滞后型。

2.2.2 底板突水预测

（1）突水系数。突水系数Ts是指每一米底板隔水层厚度所能承受的最大水压值。

式中 Ts――突水系数，Pa/m；

p――隔水层承受的水压，Pa;

M――底板隔水层厚度，m;

Cp――采矿对底板隔水层破坏厚度，m。

3、结语

煤矿突水事故所造成的经济损失也是巨大的，还有待进一步实践和完善。

参考文献：

[1]邓永平．《浅谈矿井水害的防治》

[2]虎维岳．《新时期煤矿水害防治技术所面临的基本问题》