水文地质论文

矿井水害预测及防治摘要：突水是煤矿生产安全的主要灾害之一，在煤矿生产实践过程中，提出一套合理的防治水措施，对预防和消除矿井水影响，保证煤矿的安全生产具有非常重要的意义。

本文概括了岩溶水害的类型及其特征，对岩溶区矿井在采掘阶段的可能突水进行了预测，并对常见的突水预兆进行了总结，提出了不同类型岩溶突水的防治措施，为矿井安全生产提供了前提保障。

关键词：岩溶水害预测合理防治一、研究的必要性我国是世界上主要的产煤国，但同时也是受水害危害最为严重的国家之一。

据新中国成立以来的资料统计，1955~1985年30年内全国统配煤矿工发生突水769次，淹井事故218次，且有逐年增长的趋势。

20实际80年代与50年代相比，突水频率增长25.7%，淹井事故增长96%，同时突水水量的规模也越来越大。

矿井突水事故造成的经济损失是巨大的，已经严重影响生产、威胁采掘工作面的安全、增加吨煤成本，对我国经济的发展形成较大的障碍。

深入研究矿井突水理论对抑制煤矿水害事故的发生，保证煤炭安全生产、减少经济损失、消除不良的社会影响，实现水害防治由被动防水变为主动治水的战略转变并降低矿井大量排水而导致的环境污染程度，开展矿区水防治技术及水资源综合利用的研究，具有十分重要的意义。

二、矿井水害类型及特征造成矿井水害的水源有大气降水、地表水、地下水和老窑水。

其中地下水按储水空隙特征又分为空隙水、裂隙水和岩溶水等。

由于多数矿井水害往往是由2~3种水源造成的，单一充水水源的矿井水害很少，故矿井水害类型是按某一种水源或某一种水源为主命名的。

按水源分类，把我国的矿井水害分为地表水、老窑水、空隙水、裂隙水和岩溶水水害五大类，其中岩溶水又按含水层分为薄层灰岩和厚层灰岩水害两类。

本文主要介绍岩溶裂隙型水害1、薄层灰岩岩溶水水害水源主要是华北石炭二叠纪煤田的太原群薄层灰岩岩溶水，以河南、河北、山东、江苏居多。

这些地区太原群煤层的顶底板均有薄层灰岩含水层存在，在开采中必须要揭露这些含水层并疏干。

在一般情况下，这些含水层是可以疏干的。

但是，这些薄层含水层与地表水发生水体联系时，或被地质构造切割、造成垂向的导水通路和横向与厚层灰岩含水层对接水力联系时，这些汗水层的富水性便大大增加。

因此，在具有强水源补给和接近导水通道的部位，常发生较大的灾害性突水事故。

典型的矿井有徐州青山泉矿二号井、淮南谢一矿、肥城大封矿、新密芦沟矿等。

2、厚层灰岩岩溶水水害厚层灰岩岩溶水水害可分为南方型和北方型两种。

南方型厚层灰岩赋存与主采煤层顶底板，几乎无隔水保护层可以利用，但一旦发生溶洞突水、突泥，往往来势凶猛。

此种厚层灰岩含水层岩溶系统发育与当地侵蚀基准面的高低有关，其充水水源亦与大气降水和地表水系有关。

当于当地侵蚀基准面一下时，随深度的增加，岩溶发育程度明显减弱。

北方型煤田厚层灰岩主要是奥陶系灰岩含水层，一般构造正常地区均赋存与主采煤层之下，主采煤层与厚层灰岩含水层之间，常有不同厚度的煤系隔水保护层和灰岩顶面；常有一定厚度的风化残积铝土存在，亦起着隔水保护层的作用。

所以此类奥灰突水常与构造有关，常见的主要有以下四种情况：（1）断层使开采煤层与厚层灰岩对接，当巷道掘进至断层带或断层附近时，断层另一侧奥灰含水层水便大量溃入矿井；（2）小断层带垂向导水裂隙使主采煤层之下的隔水保护层失隔水作用而转化为通道，使下伏奥灰含水层突水进入矿井；（3）个别在无构造破坏的地区也有因隔水层经采动破坏后，由于含水层水压高而发生突水；（4）奥灰岩溶陷落柱造成突水。

前两种情况是常见的，约占此类水害的80%，后两种情况随少见，但危害很大，难于预测预防。

3、裂隙水水害水源为砂岩、砾岩等裂隙含水层的水。

这种水害发生在开采北方二叠机山西组煤层和侏罗纪没层，以及开采南方侏罗纪的煤层中。

这些煤层顶部常有厚层砂岩和砾岩，其中裂隙发育，如与上覆第四系冲积层和下伏奥陶系含水层有水力联系时，可导致大面积突水事故，以及建井时期发生淹井事故。

若砂岩层缺乏补给水源时，则涌水很快变小甚至疏干。

发生过此类水害的狂井有徐州大黄山煤矿、韩桥煤矿等。

三、岩溶裂隙型矿井的突水预测1、巷道掘进中的突水预测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上压力和静水压力的作用，由于巷道断面小，加上巷道还有一定的支护，使巷道顶部岩层的重力较为均一地传给底部，可视为静水压力为主的类型。

巷道掘进突水实质是静水压力、矿山压力与隔水层强度和重力，两者消长关系的产物。

掘进过程中一般有三种情况：（1）巷道掘进过程及以后皆不出水，这是常见的情况，表明巷道顶底部隔水层的强度和重力大大超过作用于隔水层上的静水压力；（2）巷道掘进接近或揭露阻水断层、含水层时，立即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了隔水层或接近断层带物质的强度和重力；（3）巷道掘进一段距离后，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要经历以下三个阶段：1）巷道开凿，随掘进延伸，压力增大，产生顶板破碎、折梁断柱的现象；2）底板微鼓，逐渐加大至极值；3）地板破裂，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。

2、工作面回采的突水预测（1）顶板突水预测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，水砂机会通过冒裂带溃入采区之内。

在正常的地质条件下，缓倾角的采面从开切眼开始回采质老顶首次来压或第二次来压的距离时，或者临近回采工作收尾的地段，采场顶部隔水层破坏达到最大值时，相应其有效裂隙往上发展和相互沟通、扩展也达到最大值，若达到含水层或水体，这时采场内水量显著增大或突水。

由此可见，回采工作面顶部突水时间或距离是在老顶初次来压或二次来压及收尾地段；突水点的位置与煤层的倾角有关，煤层倾角不同，则其破坏最高值的位置各不相同，破坏的形态也有变化；（2）底板突水预测①突水时间在正常的地址条件下，多数突水实在工作面老顶第一、第二来压距离及回采工作面收尾地区，这是由矿山压力本身发展特点所决定的。

在周期压力作用下，若工作面内存在薄弱带，也可能发生突水。

②突水地点在正常的地质条件下，采场顶板属于冒落型，其底板突水位置多数在采场方近煤帮下溜子道附近，且据煤帮有一定的距离，少数在上回风道处；若采场顶板属于缓慢下沉型，其突水点位置在工作面后方采空区的溜子道内，也可因底鼓产生次一级裂隙系统，进一步破坏。

此时，突水点也可不再上述位置，应从采场隔水层岩性、厚度、采场内构造展布等方面考虑矿上压力作用下的薄弱地段。

③底板突水的发展过程随着回采工作面的推进，矿上压力增大。

矿压的传地，使工作面底板岩层发生变形，在静水压力的作用下，促使底鼓进一步发展，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，相互沟通，所以先从裂隙进一步沟通并伴随有延时破裂响声，接着大量突水，这时的突水是浑的，并携带大量物质，经一段时间以后水色变清，水量由大变下趋于稳定。

④底板突水类型很据水量和动态底板突水可以分为三种类型：突发型。

采掘遇到充水断层，或含水层错动接近煤层时，随着采掘面放炮水立即涌出，一般水压高、水量大、来势猛，瞬间达到峰值，常伴有响声和岩屑碎块冲出。

这种突水常形成大型或特大型突水，若排水能力不足有淹井的危险。

缓发型。

当采掘工作面接近导水断层时，由于隔水层薄、水压高，常伴有底鼓，开始涌水量小，随矿压增大底鼓达到高峰，水突破底板大量涌出。

这种突水类型比较普遍，多发于采煤工作面，由于有一段缓冲时间，可采取应急措施限制事故的发展。

滞后型。

含水层距煤层较远，通道不畅，在矿压及水压长时间的作用下，沟通断层或裂隙而突水，突水前伴有底鼓和渗水，水由小渐大，最后突破。

突水之后采掘时间可由数天或数月，这种突水多为中小型突水。

四、矿井突水预兆矿井突水是因为井下采掘活动破坏岩体天然平衡，采掘工作面周围水体在静水压力和矿山压力的作用下，通过断层、隔水层和矿层的薄弱地带进入采掘共作面。

这一现象的发生于发展是一个逐渐变化的过程，有的表现的很快，有的表现的叫慢，这与采掘工作面的具体位置、采场地质情况、水压力、矿上压力的大小有关。

从开拓工作面开始到突水前的时间内，在工作面及其附近常显示异常现象，这些现象就称为突水预兆。

常见的突水预兆有：1、煤壁挂红。

这是因为水中含有铁的氧化物，再通过煤层或岩层裂隙时，附着在裂隙表面的暗红色水锈，一般认为巷道接近积水区。

2、煤壁挂汗。

当采掘工作面接近积水区时，因水在自身压力作用下，通过煤岩裂隙缝透过煤岩壁，聚成水珠。

3、空气变冷。

工作面接近积水区时，气温邹然下降，煤壁发冷，人一进去有阴冷的感觉，时间越长就越感到阴凉。

但有地热问题的矿井，地下水温高，当掘进面接近时，温度反而升高。

4、发生雾气。

当巷道内温度很高时，积水渗到煤壁后，引起蒸发而形成雾气。

5、在采掘工作面若在煤壁、煤岩内听到‘吱吱’的水呼声时，表征因水压过大，水向裂隙中挤压发出的响声，说明离水体不远，即将突水，这时必须立即发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。

6、底板鼓起。

底鼓有两种原因，一种是底板承压含水体静水压力和矿山压力共同作用的结果，这是突水预兆；另一种是受矿山压力单方面的作用而产生底鼓，一般不突水。

当发生底鼓时，要监视底鼓的发展变化，并报告矿井调度室。

经技术人员调查核实确定底鼓的原因。

若是前一种原因，必须采取紧急措施，先在底鼓地段铺设密集地梁，打木跺控制底鼓的发展。

在底鼓基本被控制之后，可在底鼓的地段外侧打钻孔放水泄压。

7、涌水，即水已经涌出五、矿井突水的防治措施对于矿区的防治工作，应该本着“以防为主，防治结合”的原则，要花大力气把工作放在“防”上，因为与“治”比较起来，“防”不仅能最大限度的节省大量的人力物力财力，而且能大大的降低重特大事故的发生率，减少死亡率。

针对。