深部采煤底板岩层抗突水能力研究

摘 要 ：目前深部采煤 已经成为我 国煤 矿开采必然方向之一 ， 下仗 高压岩溶水突 出是深部采煤的最大威胁 ， 国在 多年生产实践 中， 我 发展 ． 应 ｌ 了多种理论和模 型对底板 岩层抗 突水能 力进行 研 究。 本文 总结 我 国在 煤矿底板 突水防治 中的实践经验 ， 鉴 国内外在岩石 力学 ． 用 借 地质 力学等领域的研 究成果 ， 综合分析深部 采煤底板 突水的影响 因素 ， 抓住 以往研 究中经常被 忽视 的地 应 力和 岩层组合特征等 因素 ， 讨论 不 同底板环境 下 ， 组合岩层对 下仗承压 水的抵抗 能 力，为深 部采煤底板 突水 防治依据指 明 了调查 方向 ， 免勘探 、设防等 的盲 目性 。 避 关 键 词 ： 部 采 煤 底 板 突水 地 应 力 深 岩层 组 合 中图分类号 ： ４１ ２ Ｆ １ ６． 文 献标 识码 ： Ａ 文章编号 ： ７ —０ ８ ２ ０ ） ７ ｃ一０ ７ —０ １ ４ ９ ｘ（ ０ ８ ０ （ ） ０ ２ ６ ４
得 到利 用 。
从各 种 理论 和 模 型来 看 ， 底板 突 水与 否 的判 断 ， 际上 是判 断 不 同地 质 条件 下 不 同 实 岩 层对 不 同 压力 承 压 水 的 阻抗 能 力 问题 。
２ 地应力对岩层抗水 能力的影响
２． 底板 岩层 受力状 态及 其破坏 １
底 板 岩 层 在 煤 层 未 采 时 ， 于 受 力 平 处 衡状 态 ， 顶 面 受到 上部 岩 层 自重 的压 力 ， 其 底 面 受 到 下部 岩 层 反 力 ， 平 方 向 也 受 到 水 平 衡 力 系 的 作 用 。 煤 层 开 采 前 ， 常 沉 积 正 地 层 中 ， 大 主 应 力 为垂 向 自重应 力 ， 平 最 水 方 向为 中 间 主 应 力 和 最 小 主 应 力 ， 造 发 构 育 地 区 ， 层 中 往 往 残余 较 大 的 水 平应 力 ， 地 从 而造 成底 板岩 层 最 大 、最 小 主 应 力 为 水 平 方 向 ， 向 自重 应 力 为 中 间主 应 力 ； 层 垂 煤 开 采后 ， 板 顶 面 应 力被 解 除 ， 底 内部 应 力 重 新 分 布 ， 作 面 底 板 前 方 处 于 支 承 压 力作 工 用 下 受 到 压 缩 ， 作 面 推 过 后 ， 力释 放 ， 工 应 底 板 处 于 膨 胀 状 态 ， 向 应 力 转 变 为最 小 垂 主应力 。
体 本 身 的 性 质 ， 具 体 煤 矿 简 我 国 科 技 人 员基 于 多 年 的 生 产 实 践 ， 提 出 了一 系 列适 合我 国煤 矿 生 产 特 点 的 底 板 突 水 理 论 与 模 型 ， 突 水 系数 理 论 和 下 如 三 带 理 论 等 。随 着 生 产 和 技 术 的 发 展 ， 一 些 较 新 的 理 论 如 ： 模 型 理 论 、 关 键 层 理 板 论 、 强 渗 通 道 理 论 等 ， 陆 续 在 不 同 矿 井 也
小 ， 应力 差 增大 ， 过 岩石 材 料 强 度时 产 主 超 生 破 坏ｌ。煤 层开 采 后 ， 板 顶面 附 近 垂 向 ２ ｌ 底 应 力为 零 ， 内部 垂 向 应 力 逐 步 增 大 并 最 向 终 与 原 岩 应 力 一 致 。 因 此 ， 板 的 破 坏 主 底 要 发 生 在 底板 上 部 主 应 力差 和 应 变 大 的部 位 ， 成底 板 的 采动 裂 隙 带 ， 形 向深 部 随 着最 小 主应 力 的 增 大 和 主 应 力 差 的 减 小 ， 变 应 减小 ， 形成 松 弛 带 ， 向深 部 底板 岩 层 成 整 再 体 状 态 ， 被破 坏 。 未 工 作 面 条 件 相 同 的 情 况 下 ， 岩 水 平 原 应 力 的 大 小 ， 定 了煤 层 开 采 前 后 底 板 岩 决 层 应 力 状 态 的 变 化 幅 度 ， 际上 影 响 了裂 实 隙 带 的 分 布 范 围 ， 为 底 板 破 坏 深 度 的 最 成 主 要 因 素 。在 同一 地 区 ， 平 地 应 力 总 是 水 随深 度 增 加 而 增加 ， 此 ， 部 采 煤底 板 破 因 深 坏深 度 要 大 于 浅部 采 煤 ， 同深 度 采 煤 ， 相 高 构 造 应 力 区 底 板 裂 隙 带 理 论 分 布 范 围 比 正 常 应 力 区大 ， 底 板 破 坏深 度 同 时 受 岩 性 但 及其组合特征的影响 。 ２ ２ 地应 力对渗 透性 的影响 底 板 岩 层 的 破 坏 ， 不 代 表 底 板 以 下 并 含 水 层 的 承 压 水 就 直 接 涌 入 巷 道 或 工 作 面 ， 使底 板 裂 隙带 出现 渗 水 ， 不 代表 底 即 也 板 突 水 成 灾 。深 部 采 煤 底板 突 水 成 灾 的必 要 条件 是 ： 板 以 下 承 压 水 向巷 道 或 工 作 底 面 的 渗 流量 超 过 矿 井 的 排 水能 力 。受 井 下 空 间 、排水 设施 功 率 以 及投 资 产 出 比 的 影响 ， 矿井 排 水 能 力都 是 有 限 的 ， 因此 必须 严 格 控 制 工作 面 涌 水量 ， 保 障安 全 生 产 。 以 承 压 水 向 工作 面 或 巷 道 渗 流 问 题 是 裂 隙 岩体 结 构 面 及 其 网络 的 渗 流 问题 ， 体 总 渗 流方 向 为 自下 向上 ， 透 过 程 可 以 概 化 渗 为垂 向 裂 隙 网的 渗 透过 程 ， 种情 况下 ， 此 水 平 地应 力 成 为 裂 隙 渗 流 的 法 向 应 力 ， 裂 对 隙 网 的 渗 透 能 力起 限 制 作 用 ， 着 裂 隙 渗 随
维普资讯
Ｑ：
Ｓｃ ｅ ｉ ｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈ ｎｏＩ ｙ ｎ ｏｇ Ｉ ｎｏｖａ ｉ ｎ Ｈｅｒ ｌ ｔｏ ａｄ
深 部 采 煤 底板 岩 层 抗 突 水 能 力研 究
王厚柱 ’ 鞠远 江
工业技术
（． １ 国投新集能源股份有 限公司新 集二矿 安徽凤 台 ２ ２ ０ ２ 中国矿业大学资源学 院 江苏徐 州 ２ １ ０ ） ３１ ； ． ０ ２ ８ ０
１ 底板突水机理
对 承 压水 上 开 采 煤 层 底板 突 水 问题 的 研 究 ， 内 外 学 者 都 进 行 了 一 些 有 益 的摸 国 索 和 尝 试 。 国 际 上 ， 板 突 水 问 题 的 理 论 底 发 展 分 为 三 个 阶 段 。２ ０世 纪 四 五 十 年 代 ， 以静 力 学 理 论 为 基 础对 煤 层 底 板 在 承 压 水 作用 下 的 破 坏 机 制 进 行研 究 。这 种 模 型 忽 略 的 因素 过 多 ， 与实 际 情 况 有 较大 出入 ， 自 上世纪 ６ ０年代 以后 就 很少 使 用 了。２ ０世纪 ６ ０～７ 年 代 ， 出 了相 对 隔 水 层 厚度 的概 ０ 提 念 ， 即以 泥 岩抗 水压 的 能 力 作 为标 准 ， 将其 他 不 同 岩 性 的岩 层 换 算 成 泥岩 的 厚 度 ， 并 以 其 作 为承 压 水 上 开 采 煤 层 底板 突水 与 否 的 判断 标 准 。２ 世 纪 ７ ～８ ０ ０ ０年 代末 期 ， 岩 体 强 度 概 念 被 引 入 底 板 破 坏机 理 的 研 究 ， 提 出 了综 合考 虑 岩 体 性 质 、 岩 体 结 构 面 发 育 情 况 后 提 出 的 底 板 承 载 能 力 理 论 ， 实 但 际 工 程 中 底板 破 坏 与 否 并 不 完 全 决定 于岩