煤层开采对底板突水的影响

?问题探讨?

煤层开采对底板突水的影响

陈　刚1,王　琼2,杜福荣3

(1.黑龙江科技学院,黑龙江哈尔滨150027;2.哈尔滨学院,黑龙江哈尔滨150080;

3.神东天龙集团,陕西榆林719316)

摘　要:本文通过对影响煤层底板突水的因素分析及开采矿压对煤层底板的破坏作用和破坏特征的研究,得出开采对底板水影响的一般规律。

关键词:开采动压;突水;“下三带”理论

中图分类号:TD163+.1 文献标识码:B 文章编号:1003-496X(2005)04-0034-03

底板水问题在我国煤矿生产过程中非常突出、非常普遍,涉及我国大部分煤田。包括华北、华南的在大部分晚古生代煤田及个别的中生代及新生代煤田。其涉及范围之广,水量之大,危害之重,世界罕见。影响煤层底板突水的因素很多,高压水头是引起突水的一个重要条件,位于煤层底板的含水层,采掘工作面一般不能直接揭露,其中间隔有不透水或弱透水的岩层承压水,要进入采掘空间必须要有一定的力来突破隔水层或冲刷弱水透水层的裂隙;地质构造,如断层和陷落柱等,这些会使岩体强度降低,阻水能力减弱,涌水通道发育;岩层结构与岩性特征,如岩体的强度、完整性和隔水与阻水性能;力学作用,如原岩应力大小、方向,开采活动引起的围岩应力重新分布和结构面再扩展;承压水对岩体的物理、力学和化学作用等。

1　控制煤层底板突水的主要作用力

影响煤层底板突水的主要作用力很多,从力学观点来看主要有:①煤层底板下伏含水层的水头压力,包括动压和静压;②矿山动压力和静压力;③地应力;④煤层底板与下伏含水层之间的相对隔水层的重力;⑤相对隔水层的岩体强度。

动压包括顶板冒落时岩块对底板的冲击力、采煤机械或放炮的震动力等,这些对底板突水起诱发作用。水头压力和矿山压力起到破坏隔水层底板,促使底板突水的作用力;而隔水底板的重力和强度则是维护底板完整、抑制底板突水的约束力。当约束力足以平衡作用力时,底板保持稳定,不致发生底鼓和突水;否则就可能发生灾害。

2　煤层开采对底板的破坏及突水的形成条件

2.1　采动对底板的破坏作用

(1)应力状态的改变。当工作面从开切眼开始回采之后,采面围岩应力将发生变化。随着工作面的推进,煤层底板前方处于支承压力作用而压缩。工作面推过后,应力释放,底板处于膨胀状态。随着顶板的冒落,采空区冒落矸石的压实,工作面后方一定距离的底板以恢复到原岩应力状态。由于工作面是在不断推进的过程中,所以,底板处于压缩——膨胀——再压缩的状态。而在压缩与膨胀变形的过渡区,底板最易发生破坏。在开切眼附近,竖向应力集中程度最高,底板容

该类型的打滑检测装置成本低廉,一个XSA-V型检测旋转物体的接近传感器价格1000元,运行后故障点查找和维修保养都比较简单。使用一年多来,该装置运行良好,没有发生过误动作故障停机,并成功地实现了3次因溜槽堵塞、2次因加煤量过大造成胶带打滑而停机,避免了胶带磨擦着火、拉断、撕裂等重大事故的发生,节约了更换胶带费用约70多万元。

作者简介:薛俊荣(1969-),男,工程师,陕西韩城人,现在神华集团神府东胜煤炭有限责任公司运销处工作。

(收稿日期:2004-10-09;责任编辑:金丽华)

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易发生变形及产生裂隙。在上、下出口附近煤层的底板不仅受到支承压力的影响,而且受静压力的影响,因此,沿上、下出口附近底板的采动裂隙比较发育,

易形成突水点。而在上、下出口与开切眼处,突水的几率则更大。在工作面停采线处,由于没有动压的影响,底板的变形及破坏程度较小。发生突水的可能性不大。

(2)结构面的再扩展。工程采动能够引发原结构面的再次扩展。由于结构面本身物理性状的差异性,其扩展后导水性能不尽相同,根据涌水量的变化情况,裂隙受采动的程度可划分为五种基本类型:①增大型,裂隙受到短轴方向拉伸、长轴方向压缩的矿压作用,充填物少,松散受力后裂隙逐渐张开,涌水量逐渐增大;②下降型,裂隙受到短轴方向压缩、长轴方向拉伸的矿压作用,充填物多;受力后裂隙压缩,涌水量逐渐减少;③裂隙走向与矿压作用方向成一定的角度,受力不均,充填物较多,涌水量时大时小,但总的趋势是下降型;④裂隙走向与矿压作用方向成一定的角度,受力不均,充填物较少,涌水量在工作面后方趋于稳定;⑤裂隙受到双向压缩的矿压作用,充填物少,受力后基本不产生变形,涌水量呈稳定型。

(3)采动裂隙带的形成。由于采动矿压和水的作用,在底板采动破坏深度范围内,底板岩层中一般产生3种裂隙:①竖向张裂隙,分布在紧靠煤层底板的最上部,是底板膨胀时层向张力破坏所形成的张裂隙;②层向裂隙,主要岩层面以离层形式出现,一般在底板浅部较发育,它是在采煤工作面推进过程中底板受矿压作用,反向位移沿层向薄弱结构面离层所致;③剪切裂隙,一般为两组,以60°左右分别反向交叉分布

。这是由于采空区与煤壁及采空区顶板冒落在受压区岩层反向受力剪切形成。

上述三种裂隙严重破坏了底板岩体的完整性,当它们与含水层(或承压水导升带或导水断层)沟通,可发生底板突水。底板岩体的破坏深度与程度主要与采场矿压大小和矿压显现剧烈程度以及底板特征有关。其中前者的影响因素有:开采深度、直接顶厚度及采高,煤层倾角,工作面尺寸大小以及顶板岩性与结构等;后者的影响因素有底板岩性、岩体结构与构造特征等。

2.2　突水形成条件

自20世纪80年代以来,多项突水机理的观点先后问世,其中较为流行的观点之一是“下三带”理论。“下三带”是指从煤层底面至含水层顶面分为: 底板采动破坏带(底板导水破坏带)h1; 保护带h2; 承压水导升带h3,如图1所示。

图1　底板“下三带”分布

、 带虽有一定的阻水作用,但起主要保护作用的是 带。如果由于开采矿压破坏和水压的导升作用,造成 带消失或变薄,或由于构造产生水力通道,或由于底板厚度很薄等,都会发生突水事故。

在开采矿压作用下,通常有以下4种型式形成突水通道:①在开采矿压作用下,底板破坏带h1涉及到承压水导升带h3,或h1涉及到承压含水层(无导升带h3时),矿压产生的底板破坏带使原岩裂隙结构面产生不同程度的扩张、延展,在底板中产生了具有连通性的裂隙结构面,具有一定压力的承压水沿着裂隙上升,冲刷结构面,使裂隙软化、蚀扩,逐渐形成较大的突水通道,造成突水。②在开采矿压作用下,底板破坏带h1与承压水导升带h3,或h1与承压含水层(无导升带h3时)之间的距离h2小于保护带的安全厚度(h2)时,随着开采跨度的增大,承压水将突破底板岩梁进入工作面。③在开采矿压作用下,所留断层隔离煤柱被压碎,通过断层面或断层破坏带的承压水突破煤柱进入工作面。因此,保留足够宽度的隔离煤柱,使之不被开采矿压破坏是防止承压水进入工作面的关键问题之一。④在开采矿压作用下,通过断层面或断层破坏带的承压水与底板h1连通发生突水。这一通道形成的条件将涉及煤层底板破坏深度和煤层支承压力高峰的位置及向底板延伸的方位。为了防止承压水从底板破坏区进入工作面,必须使破坏深度线和剪切破坏延伸线的交点与断层保持一个足够的安全距离。

3　开采对底板破坏深度计算

目前,我国普遍采用突水系数衡量承压开采时

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煤层底板突水的危险性,突水系数越大,突水危险性越大。突水系数可用公式表示为

T s=p (m-h p)

式中　T s——突水系数;

　p——承压水压力;

　d——底板保护层厚度;

　h p——采动破坏带深度。

其中p,d两个指标容易准确获取,而h p值不宜准确获取。h p值的确定通常采用现场实测、经验估算、理论计算等多种手段。一般情况下可分为下列三种情况。

(1)理论计算。采用下列理论公式,比较其结果,取其最大值。

h1=1.57Χ2H2L 4R2c,

h1=(n+1)H 2Π(cot50-Π 2+5)-

Ρ Χtan50-m H,

h1=0.015H co s50 2co s(Π 4+50 2)

exp〔Π 4+50 2〕tan50,

式中　h1——底板采动破坏深度,m;

　m——最大支承压力系数;

　Χ——底板岩体平均容重,kg m3;

　H——采深,m;

　L——工作面斜长,m;

　Ρ——底板岩体平均内聚力,M Pa;

　50——底板岩体平均内摩擦角,(°)。

(2)现场实测。现场实测通常采用钻孔抽(放)水试验及其它探测手段确定破坏深度。根据全国已有的工作面底板破坏深度的实测资料,通过对各种因素的对比分析,选取开采深度、煤层倾角、岩石强度和工作面斜长等4个主要因素,进行了多元回归分析,得到底板破坏深度的回归公式为(复相关系数为0.95):

h1=0.111L+0.006H+4.541Ρc

-0.009Α-2.40

式中　Ρc——岩石单轴轴抗压强度,M Pa;

　Α——煤层倾角(°)。

(3)经验估算。计算通常采用的经验公式为:

h1=0.7007+0.1079L

4　结　语

(1)从时间上看,突水多发生在采面初次来压期间,在正常推进中二次或周期来压前局部空顶距过大时也易突水。

(2)从位置上看,多数突水点离切眼的距离为初次来压的步距或周期来压步距附近,特别是在初次来压步距的附近。突水时工作面从切眼煤壁推进的距离一般为20～70m,而且绝大多数在40m以内。在工作面倾斜位置上,多发生在工作面下巷附近。

(3)从推进速度来看,采面推进速度慢较易突水,采面突然停止推进处也易形成突水。

(4)从隔水层厚度来看,一般为20～40m,而开采矿压对煤层底板的破坏深度一般为6～20m。

带压开采导致突水的原因是多方面的,而地质构造是突水的控制因素;矿山压力是触发与诱导因素,起到桥梁的作用;含水层的富水性和水压是前提条件(即物质基础),决定突水量的大小和速度;而底板隔水层对突水起抑制作用。在特定的水文地质条件下,对突水起关键作用的是开采矿压和地质构造。

参考文献:

〔1〕　中国煤田地质总局.中国煤田水文地质学〔M〕.北京:煤工业出版社,2001

〔2〕　张渊.开采矿压对底板的损伤破坏及其对突水的诱发作用〔J〕.太原理工大学学报.2002,(5):33-3

〔3〕　旋龙青,宋振骐.采场底板突水条件及位置分析〔J〕.煤田地质与勘探,1999,(5):49-52

〔4〕　刘听成.采场矿山压力讲义〔Z〕.西安:西安矿业学院, 1992

〔5〕　邵爱军,等.矿坑底板突水的突变模型研究〔J〕.岩土工程学报,2001

〔6〕　白晨光,等.承压水底板关键层失稳的尖端突变模型〔J〕.煤炭学报,1997

作者简介:陈　刚(1979-),硕士研究生,主要从事采矿工程及水资源研究。

(收稿日期:2004-05-26;责任编辑:梁绍权

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注浆加固技术在陈四楼煤矿防治煤层底板突水中的应用

收稿日期:2012－06－19 作者简介:段李宏(1986—)，男，山西临汾人，助理工程师，2007年毕业于中国矿业大学，现从事煤矿防治水工作。 注浆加固技术在陈四楼煤矿防治煤层底板 突水中的应用 段李宏 (河南煤业化工集团永煤公司陈四楼煤矿，河南永城476600) 摘要:陈四楼煤矿在开采过程中受到煤层底板承压充水含水层的水害威胁，针对该情况，陈四楼煤矿应用不同注浆材料对该矿某区进行注浆加固。阐述了研究区注浆试验钻孔设计，并应用不同的注浆材料对研究区进行注浆加固。结果证明，注纯水泥浆液岩心及注蒙脱石和水泥等混合浆液岩心的抗压强度均较大，加固煤层底板强度的效果较好，而且注蒙脱石与水泥混合浆液扩散半径较大，相同情况下，一次注浆可以节省人力、物力，且蒙脱石的价格也比水泥低，更经济实用。关键词:注浆加固;底板突水;钻孔设计中图分类号:TD745．2 文献标志码:A 文章编号:1003－0506(2012)09－0059－03 Applications of Grouting Reinforcement Technology in Floor Water-inrush Prevention in Chensilou Coal Mine Duan Lihong (Chensilou Coal Mine ，Yongcheng Coal Industry Co．，Ltd．，Henan Coal and Chemical Industry Group Co．，Ltd．，Yongcheng 476600，China )Abstract :Chensilou Coal Mine is under water hazard threats of floor confined aquifer when mining coal seam．Aiming at this situation ，different grouting materials were used to reinforce some region．Introduced the design of the boreholes for grouting in survey region ，dif-ferent grouting materials were used to reinforce survey region ， too．Results show that ，core from grouting by pure cement and core from grouting by mixing fluid with montmorillonite and cement both have the big compressive strength．It has reached good effects after coal seam floor grouted by pure cement or mixing fluid with montmorillonite and cement．Especially ，grout diffusion radius of grouting by mix-ing fluid with montmorillonite and cement is bigger than other methods．Mixing fluid with montmorillonite and cement for one time can save manpower and material resources ， and the price of montmorillonite is lower than cement ，and is more economic and more suitable．Keywords :reinforce by grouting ;floor water-inrush ;borehole design 陈四楼煤矿位于豫、皖两省交界的河南省永城市北部，自1997年投产以来，该矿已发生过多次突 水，最大突水量1.046?103m 3/h ，其中5次为断层构造导通太原组灰岩出水。突水一度造成巨大的经 济损失，严重影响了矿井安全生产。随着煤层开采 深度的增加，煤层底板承压充水含水层发生水害的可能性也在增大。必须对煤层底板进行注浆加固，以保证矿井安全生产。 1矿井水文地质条件分析 近年来生产实践证实，矿井在开采过程中受顶 底板砂岩水影响较小，矿井直接充水水源为煤层顶 底板砂岩水，巷道掘进时涌水量可达25m 3 /h ，但涌水随着时间的推移逐渐减小成滴水，最后无水。在褶曲发育处，工作面顶、底板砂岩多数出水，水量可 达35m 3 /h ，工作面采后短期内水量变化一般在5 40m 3/h ，对生产影响不大。在开采过程中，间接充 水水源为太原组上段灰岩岩溶裂隙承压水 ［1-2］ 。回采过程中，在构造条件简单地段，太原组灰岩水对回采无影响;在构造条件复杂地段，太原组灰岩岩溶裂隙水通过断层溃入采场，其涌水量一般在60 120m 3/h ，建井初期对煤层开采有一定影响。 －720m 辅助水平块段位于陈四楼矿井南翼，北至南三采区下部天然焦边界，南至南十五采区及矿井边界保护煤柱，西至矿井边界保护煤柱，东至－440m 轨道大巷保护煤柱，上限标高为－420m ，下限标高为 · 95·2012年第9期中州煤炭总第201期

矿井突水预兆汇总

矿井突水预兆 1）一般预兆. (1)煤层变潮湿、松软；煤帮出现滴水、淋水现象，且淋水由小变大；有时煤帮出现铁锈色水迹。 (2)工作面气温降低，或出现雾气或硫化氢气味(即臭鸡蛋味)。 (3)有时可闻到水的“嘶嘶”声。 (4)矿压增大，发生片帮、冒顶及底肢。 2）工作面底板灰岩含水层突水预兆 (1)工作面压力增大，底板股起，底殿量有时可达500mm以上。 (2)工作面底板产生裂隙，并逐渐增大。 (3)沿裂隙或煤帮向外渗水，随着裂隙的增大，水量增加，当底板渗水量增大到一定程度时，煤帮渗水可能停止，此时水色时清时浊：底板活动时水变浑浊，底板稳定时水色变清。 (4)底板破裂，沿裂缝有高压水喷出，并伴有"嘶嘶"声或刺耳水声。 (5)底板发生"底爆",伴有巨响，地下水大量涌出，水色呈乳白或黄色。 3）松散孔隙含水层水突水预兆 (1)突水部位发潮、滴水、且滴水现象逐渐增大，仔细观察发现水中含有少量细砂。 (2)发生局部冒顶，水量突增并出现流沙，流沙常呈间歇性，水色时清时浊，总的趋势是水量、沙量增加，直至流沙大量涌出。 (3)顶板发生溃水、溃沙，这种现象可能影响到地表，致使地表出现塌陷坑。

矿井突水征兆 1．与承压水有关断层水突水征兆 （1）工作面顶板来压、掉渣、冒顶、支架倾倒或断柱现象。 （2）底软膨胀、底鼓张裂。 （3）先出小水后出大水也是较常见的征兆。 （4）采场或巷道内瓦斯量显著增大。这是因裂隙沟通增多所致。 2．冲积层水突水征兆 （1）突水部位岩层发潮、滴水、且逐渐增大，仔细观察可发现水中有少量细砂。 （2）发生局部冒顶，水量突增并出现流砂，流砂常呈间歇性，水色时清时混，总的趋势是水量砂量增加，直到流砂大量涌出。 （3）发生大量溃水、溃砂，这种现象可能影响至地表，导致地表出现塌陷坑。 3．老空水突水征兆 （1）煤层发潮、色暗无光。 （2）煤层“挂汗”。 （3）采掘面、煤层和岩层内温度低，“发凉”。 （4）在采掘面内若在煤壁、岩层内听到“吱吱”的水呼声时，表明因水压大，水向裂隙中挤发出的响声，说明离水体不远了，有突水危险。 （5）老空水呈红色，含有铁，水面泛油花和臭鸡蛋味，口尝时发涩；若水甜且清，则是“流砂”水或断层水。

14-关于富水构造型底板突水系数计算方法的探讨

第24卷第1期(总第146期)煤一矿一开一采Vol．24No．1(Series No．146) 2019年2月COAL MINING TECHNOLOGY February一2019 关于富水构造型底板突水系数计算方法的探讨 樊振丽1,2 (1．天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京100013;2．煤炭科学研究总院开采研究分院,北京100013) [摘一要]一为了反映底板突水主控因素对评价结果的作用,将承压含水层富水性和地质构造因素引入到改进型突水系数计算公式中,提出含水层富水性影响系数(Kω)和底板完整性系数 (K c),并提出了富水构造型突水系数计算公式三通过原始突水系数和富水构造系数计算公式评价结 果对比,改进的全要素突水系数计算公式可解决富水性和地质构造发育程度不一区域的底板突水评价 不准确的问题三 [关键词]一构造突水;底板突水;突水系数;主控因素 [中图分类号]TD745．2一[文献标识码]A一[文章编号]1006-6225(2019)01-0035-05 Calculation Method of Water Bursting Coefficient of Water-rich Tectonic Floor FAN Zhen-li1,2 (1．Coal Mining&Designing Department,Tiandi Science&Technology Co．,Ltd．,Beijing100013,China; 2．Mining Institute,China Coal Research Institute,Beijing100013,China) Abstract:In order to illustrated the function of the main control coefficient of floor water bursting to evaluation results,confined aqui-fer watery and geological tectonic were introduced to improving water bursting coefficient formula,and confined aquifer watery coeffi-cient Kωand floor integrity coefficient K were all proposed,the formula of watery tectonic water bursting coefficient was put forward, c and compared with two different formula of original water bursting coefficient and watery tectonic coefficient,the inaccurate question of floor water bursting evaluation for the region by the formula,which was about watery and geological different． Key words:tectonic water bursting;floor water bursting;water bursting coefficient;main control factors 一一随着我国煤矿开采水平的不断延伸二开采深度及强度的增大,许多矿井将面临更加复杂的水文地 质条件,特别是华北型煤田下组煤开采受灰岩岩溶承压含水层的威胁日益严重[1-3]三目前,对底板水害的评价方法主要有突水系数法二脆弱性指数法及五图双系数法等,其中,突水系数法以其简单二实用的优点被广泛应用于煤层底板突水危险性评价以及矿井的生产实践中三 众所周知,突水系数法是以典型大水矿区底板突水资料为基础,经统计分析于1964年焦作水文 地质大会提出的,计算式为T=P(水压)/M s (底板隔水层厚度)三煤炭科技及现场工程人员经几十年的实践和研究,认为煤层底板突水是受含水层水压二富水性及渗透性二底板隔水层厚度二矿山压力二底板岩层组合以及地质构造等多种因素综合作用的结果,且初始的突水系数计算公式评价结果在不同矿井出现了不适用等情况,因而国内相关科研机构及学者在实践中不断深入研究探讨,使突水[收稿日期]2019-01-04系数计算公式不断得以改进,所考虑的引发底板突水的各项影响因素逐渐接近客观实际[4-5]三2018年6月4日,国家煤矿安全监察局印发的‘煤矿防治 水细则“将初始公式作为评价底板突水危险性的计算公式,即仅以含水层水压和底板隔水层厚度作为计算要素获取突水系数值三笔者认为初始突水系数计算式作为统计意义的经验公式是底板突水综合要素的量值反映,具有相对较好的适用性,但是,该公式毕竟在一些矿区出现了小于突水系数临界值突水或者大于甚至远大于突水系数临界值未突水的情况,鉴于此,从学术角度探讨矿山压力(对应计算要素为底板破坏带深度)二底板岩层组合(对应计算要素为等效隔水层厚度)二奥灰原始导升带二含水层富水性二地质构造等作为突水系数计算要素,从而解决特定煤层水文地质条件下的底板突水评价问题是有意义的三 国内许多学者和科研机构在将底板突水主控因素作为突水系数计算要素方面做了大量工作[6-8]三[DOI]10．13532/j．cnki．cn11-3677/td．2019．01．008 [基金项目]国家科技重大专项大型油气田开发项目(2016ZX05045007-003,2016ZX05043005);国家自然科学基金资助项目(51704161) [作者简介]樊振丽(1983-),男,河南郑州人,博士,副研究员,主要从事煤矿水害防治二 三下 采煤二矿山环境治理等方面的技术应用和研究工作三 [引用格式]樊振丽．关于富水构造型底板突水系数计算方法的探讨[J].煤矿开采,2019,24(1):35-39． 35

矿井(区)底板突水临界水系数的确定

矿井（区）底板突水临界水系数的确定 一、|问题提出 我国广大华北型、华南型石炭=迭系煤田，煤系假整合于原层石灰岩之上，在其上煤层开拓与回探过程中，频频发生底板薄层石灰岩和原层石灰岩透水事故，造成众多淹井事故，为探究其突水原因，掌握规律，做好底板突水预测、预报工作，保证煤矿安全生产，1964年煤炭部在焦作开展矿井水文地质会战，研讨了上述众多议题。大量突水资料表明矿井底板突水是与该处的隔水层厚度、强度、隔水层的岩性及其组合方式、构造发育程度、水压大小、采动过程中的矿压等众多因素有关。但主导因素为是含水层作用于隔水层上的水压力，它起着破坏作用，另一是隔水层的厚度及强度，它起着阻止水压力的破坏作用，而其它因素均可隐含于隔水层的厚度中，它们或是减弱隔水层的强度，或是减少隔水层的厚度。故可以用它们的比值来刻划，隔水层的稳定程度即采场或巷道的平衡状态，帮以下式来表征： T V= 式中，T V：称突水系数或阻力系数（Pa/m） P：作用于隔水层底界面上的水压力（P M：煤层底板至含水层顶界面间的隔水层厚度 该比值即表征，巷道或采面下单位厚度隔水层所能承受的水压力。岩体（隔水层）受力之后，依力的大小，所表现出来的变形与破坏有三个阶段，即弹性变形，塑性变形至永久变形。当水压力值较小，隔水层厚度、强度较大时，该比值的数值较小，表现为处于弹性变形阶段，则反映在巷道掘进，工作面回采是处于安全状态，若比值大时，变形发展至破裂永久性变形阶段，则巷道掘进、采场回采时会出现突水事件。该两种状态之间存在有塑性变形阶段，即处于极限平衡状态，则在工作面上会出底鼓现象。上述诸现象在矿井（区）均可见，为此，我们可以把矿井（区）内、巷道掘进、工作面回采安全与不安全和极限状态的资料取各点上的水压力和隔水层原度值，分别标示于P——M图中，从中找出其临界点（线），该即为该矿井的临界突水系数值（线）以T V临示之。 二、具体做法 选取一定数量的安全点和不安全点，将其数据展示在纵坐标表示隔水层原度（M）：横坐标表示含水层水压力（pa或kg/cm2）计算纸上，且对掘进、回采不安全分别用符号□、○表示；安全点以符号表示。展示后的图上可以看出安全点汇集在左下铡，不安全点汇集在图的右上侧，两区之间存在一条自然界线称P——M经验曲线。可以为突出水与否的标志，并可用方程式表示。（如图） 1、据一些矿区绘制出来的P——M经验曲线图可知：1、P——M关系曲线的形态可以是直线，也可以是曲线。 2、P——M曲线共同的特点是该曲线与OM轴相交有一个交距，表明该部份隔水层已失去了隔水作用，称之为矿区在破坏的导水厚度。交点往下，随着隔水层的变厚，水压也变大，显示出隔水层的阻水能力。表明采矿活动仅有隔水层上部破坏严重，对下部影响较小。隔水层上部由采矿破坏的导水厚度在8～12M之间。 3、依突出水系数的定义，它即相当于P——M图中曲线的斜率，若从地下水动力学角度即相当于临界水力梯度。为此，我们可以利用临界突出系数值来判断工作面回采时能否突水的标志，即，采面实际突水系数T V临界则安全。 4、若P——M关系曲线呈直线，则可用斜截式方程表示，在已知采面底板隔水层厚度时，代入方程，则可求出该采面的临界水压力值。若实际水压力高于临界水压力时则工作面回采时会产生突水，反之则安全。 若P——M关系曲线呈抛物线时，则可取对数，使其线性化后，用费歇准则下的两组线性判别模型来判别：

矿井突水原因

科技信息 水害是影响矿井安全生产的主要因素之一，为保证煤层的正常开采，在煤层开采之前对煤矿开采区内进行水文地质勘探，查明煤层顶、底板围岩的富水情况，采空区的积水情况和主要断层的含水及导水性等问题具有十分重要的意义。 一、突水原因分析 采掘过程中，造成底板突水的因素是多方面的，是多种因素综台作用的结果。根据现场实际观测及有关理论分析，笔者认为影响底板突水的因素主要有以下几个方面： 1、矿压 采矿过程中的矿山压力，对工作面底板具有严重的破坏作用，产生新裂隙，并“活化”原有断裂，导致底板突水。随着采煤工面的推进，底板任一断面总是经历超前支撑压力压缩破坏，采后悬顶卸压膨胀破坏，采空区周边剪切破坏，最后顶板冒落压实的再受压过程。矿压对底板的破坏程度是不一样的，其中采空区卸压膨胀及其周边剪切对底板破坏最严重，产生的裂隙最多。工作面初压及周期来压时顶板悬顶面积最大，工作面周围煤体的支撑压力及煤壁处的剪切力达到最大值，煤层底板最易造成破坏，底板最易突水。因此，突水点多在初压及周压地段或煤壁处。 2、断裂 断裂构造是突水的主要因素之一，综台分析其作用主要有：(1)断裂构造的存在破坏了底板完整性，降低了底板的强度。

(2)断层上下两盘错动的结果，缩短了煤层与含水层的距离，甚至使煤层与含水层直接对口。 (3)断裂带破碎、软弱，易形成导水通道。 (4)断层带充水成为充水带，更使水文地质条件复杂化。 3、隔水层 隔水层对突水起阻挡作用，其阻水能力是由其厚度、岩性组合及力学强度决定的厚度越大，越不易出。其岩性组合及力学强度是控制底板岩层受采动影响的重要因素。当煤层底板岩软硬相间时，不易形成裂隙；当底板岩层自近(煤层)而远，强度由弱到强时，岩层间易形成采动裂隙。 煤层到底板含水层之间的距离由采矿破坏深度、有效隔水层厚度及导高三部分组成。起阻水作用的主要是有效隔水层厚度。如果矿压对底板破坏深度大，导高又大，则有效塥水层厚度相对减小，工作面底板就容易出水。 4、含水层 含水层的富水性及水压对工作面底板突水具有重要作用。含水层的富水性是突水大小的物质基础，它决定着突水后水害的规模及对矿井的威胁程度。富水性与其岩溶裂隙发育程度、径流条件、构造发育情况及埋藏深度等因素有关。 含水层的水压是工作面底板突水的动力，表现为静水压力及动水压力两种形式。未突水前表现为静水压力，静水压力对隔水层裂隙具有顶劈扩大作用，水压愈高，作用愈显著；出后承压水头降

矿井突水原因及其防治

矿井突水原因及其防治 尹万才尹增德施龙青 摘要根据现场工作的实际及有关理论分析，将突水原因归纳为矿压、断裂、隔水层、含水层4个方面，在分析突水因素的基础上，提出了针对不同的水文地质条件，采取不同的防治水措施，减少突水因素的影响，预防突水，保证矿井安全生产． 关键词工作面突水因素防治 中图法分类号TD 745 Analysis on Water Inrush and the Prevention of Mine Water Yin Wancai (Feicheng Mine Industry Group，Shandong, Feicheng 271600) Yin Zengde Shi Longqing (Shangdong Institute of Mining & Technology) Abstract According to practical field work and some data, the causes of water inrush to underground pressure, fault, water resisting layer, water bearing layer are discussed. Some suggestion about adopting different ways of prevention and control of water inrush in different hydrological condition have been put forward so as to decrease the influence of water inrush factors, prevent water inrush and ensure mine safety. Keywords working face; water inrush factor; prevention and control 0 引言 肥城煤田水文地质条件极为复杂，全局可采煤层储量中受水威胁的达69%，水患已成为威胁肥城矿区安全生产的重要灾害．分析突水原因，研究突水因素，针对不同的水文地质条件采取相应的防治水措施，减少或消除某些突水因素的影响，预防工作面底板突水，保证矿井安全生产，是广大工程技术人员正在不断探索的问题． 1 突水因素分析 采掘过程中，造成底板突水的因素是多方面的，是多种因素综合作用的结果．根据现场实际观测及有关理论分析，认为影响底板突水的因素主要有以下几个方面． 1.1 矿压 采矿过程中的矿山压力，对工作面底板具有严重的破坏作用，产生

底板突水理论

“国家大学生创新性实验计划项目”大学生科技创新基金（091029001）中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室2007年开放基金 （07KF04） 煤矿底板突水机理及“五带”理论 摘要：通过分析我国煤矿底板突水的基本特点，探讨了其底板突水机理，将煤矿底板突水划分为两大类型，即构造底板突水、工程扰动底板突水。从底板受力和破坏形式的差异出发，将底板分为“三区”和“五带”。运用箱体模型解释了地下水不同储水带、导水带间的径流、补给及排泄现象。 关键词：底板突水五带理论防治方法 Mechanism of water inrush from coal seam floor and the theory of five bands Cao Weikang Zhang Haijun Gao Pengfei Li Zhenlei (China University of Mining and technology, college Mining Engineering, Xuzhou Jiangsu Province China 221008) Abstract: Through the analysis of basic characteristics of water inrush from coal seam floor and the discussion of mechanism of water inrush from coal seam floor, water-inrush is divided into two types : water inrush from coal seam floor led by geologic structure and water inrush from coal seam floor led by engineering disturbence. According to the difference of the force of coal floor and failure forms, coal seam floor is divided into Three Districts and Five Bands. The Box Model can be established to explain the phenomenon of runoff ,supply and

22-突变级数法在底板突水预测中的应用

突变级数法在底板突水预测中的应用 李建朋，母焕胜 （河北省交通规划设计院，河北石家庄050032） ［摘要］基于突变级数法基本原理，提出了一种新的煤层底板突水危险性多指标综合预测方 法。该方法选用含水层水压和富水性、断裂导水特性、隔水层层厚和构造发育情况作为评判指标，通过计算煤层底板突水实例的突变级数，并与其实际突水情况对照分析划分了突变级数的分类区间。依据此分类区间即可对煤层底板的突水危险性等级进行预测评判。最后，将该方法应用于样本外实例的突水预测中，并与实际情况对比分析，证明了其可行性与有效性。研究表明，该方法不需对指标赋权，可减少主观因素干扰，计算过程简单且预测结果较为准确可靠。 ［关键词］ 突变级数法；底板突水；危险性等级；预测方法 ［中图分类号］TD745.2 ［文献标识码］A ［文章编号］1006-6225（2018）03-0092-04Application of Catastrophe Progression Method on Forecast Floor Water Inrush LI Jian-peng ，MU Huan-sheng （Hebei Province Transportation Planning ＆Designing Institute ，Shijiazhuang 050032，China ） Abstract ：Based on fundamental of catastrophe progression method ，one new multi-index synthesis forecast method was put forward ，which is for coal seam floor water inrush hazard.The following indexes as aquifer water pressure and watery ，fractures water diversion ，thickness of water proof layer and tectonic distribution were applied as evaluation indexes.According catastrophe progression of practical example of floor water inrush ，classification of catastrophe progression on the basis of practical inrush situation was divided.So water inrush hazard class in coal seam floor could be forecast and evaluation.At the last ，the method was applied on other examples ，and contrast to the practical situation ，its feasibility and effectiveness were verified.The results showed that the method did not need to be empowered ，so subjective factors could be decreased in some degree ，calculation process simple and forecast results was precision.Key words ：catastrophe progression method ；floor water inrush ；hazards class ；forecast method ［收稿日期］2018－03－05 ［DOI ］10.13532/https://www.wendangku.net/doc/5f9099507.html,11－3677/td.2018.03.023［基金项目］河北省交通运输厅科技项目（20130012）［作者简介］李建朋（1982－），男，河北石家庄人，博士，工程师，主要从事岩石力学与地质灾害勘察、评价方面的研究工作。［引用格式］李建朋，母焕胜.突变级数法在底板突水预测中的应用［J ］．煤矿开采，2018，23（3）：92－95. 矿井突水是煤矿生产中的重大灾害之一，严重 威胁着矿井的安全生产，而对突水危险性的预测评判是防治突水灾害的前提，因而一直受到工程界的关心和重视。 为预测突水灾害，国内外学者开展了大量研究工作，提出了很多理论和方法。突水系数法是众多突水预测理论与方法中被广泛采用的一种突水预测方法，然而，由于各种原因，该方法在实际防治突 水工作中还存在一些值得探讨和研究的问题［1］ 。 近年来，人们探索了灰色聚类法［2］ 、模糊理 论 ［3］ 、可拓学理论［4］、距离判别分析［5］、Fisher 判别分析［6］、神经网络［7］、支持向量机［8］ 等方法应 用于突水预测的可行性，这些成果对突水灾害防治产生了积极影响，但在应用过程中也遇到了一些困难，如缺乏合理可靠的指标客观赋权方法、评价过程复杂繁琐难以推广、内部计算过程暗箱化等。 为此，本文基于突变级数法基本原理，提出了 一种新的突水危险性等级预测方法。该方法选取了具有代表性的评判指标，无需事先给定指标权重，减少了评判过程中主观因素的干扰，且计算过程简单，方便实用。通过将该方法应用于样本外实例的突水预测中，证明了其可行性与有效性。1 突变级数法基本原理 突变级数法，是一种在多层次分解评价目标的基础上，利用归一公式求出总隶属函数值，即突变级数，从而进行决策评价的多指标综合评价方法［9］ 。该方法的应用需经历如下步骤： （1）确定突变模型采用倒树状结构分解评价目标，分解可以是多层次的，直到可以计量的子指标，分解示意见图1。进而根据评价目标的分解形式选择突变模型。尖点突变、燕尾突变和蝴蝶突变是3种常用的基本突变模型，其数学公式可表达为： 2 9第23卷第3期（总第142期） 2018年6月煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY Vol.23No.3（Series No.142） June 2018

矿井突水的预测方法和识别

矿井突水的预测方法和识别 [摘要]本文阐述了矿井突水征兆和突水水源的识别方法， 并总结了近年来矿井突水预测的理论方法及监测技术。 [关键词] 突水征兆预测识别 【ABSTRACT】This paper expounds the mine water inrush signs and water inrush identification methods, and summarizes the mine water inrush prediction theory method and monitoring technology. 【KEY WORDS:】Water bursting omen Forecast Distinguish 1.引言当巷道底板下有间接充水层时，便会在地下水压 力和矿山压力作用下，破坏底板隔水层，形成人工裂隙通道，导 致下部高压地下水涌入井巷造成突水。我国经济持续高速发展与国 家安全战略离不开能源和矿产资源的强有力支撑，而地下开采方式是 目前我国获得多种能源资源与矿产资源的重要途径。随着开采深度、 开采强度、开采速度、开采规模的增加和扩大，矿井突水问题日益严重，尤其是近几年，矿井突水事故频繁发生，给人民生命财产造成 重大损失，严重影响和制约着矿山的安全生产。因此，开展采动条件 下矿井突水预测预报理论及监测技术研究，对于采动岩体突水预测与 防治、开采方法的改进、安全度的评价具有重大理论意义和实际价值。 2.矿井突水征兆

从开拓工作面开始，发展到突水的期间内，在工作面及其附近往往会出现一些征兆。 a. 承压水与承压水有关断层水突水征兆：①工作面顶板来压、掉渣、冒顶、支架倾倒或折梁断柱现象；②底软膨胀、底膨张裂。这种征兆多随顶板来压之后发生，且较普遍，在采掘面围岩内出现裂缝，当突水量大、来势猛时，会伴有“底爆”响声；③先出小水后出大水也是较常见的征兆；④采场或巷道内瓦斯量显著增大。 b.冲积层水突水征兆：①突水部位岩层发潮、滴水，且逐渐增大，仔细观察可发现水中有少量细砂；②发生局部冒顶，水量突增并出现流砂，流砂常呈间歇性，水色时清、时混；③发生大量溃水、溃砂，这种现象可能影响至地表，导致地表出现塌陷坑。 c.老窑水突水征兆：①煤层发潮、色暗无光；②煤层“挂汗”； ③采掘面、煤层和岩层内温度低“发凉”；④在采掘面内若在煤壁、岩层内听到“吱吱”的水呼声时，表征因水压大，水向裂隙中挤压发出的响声，说明离水体不远了，有突水危险；⑤老窑水一般呈红色，含有铁，水面泛油花和臭鸡蛋味。 3.矿井水源的识别 采掘过程中发现突水征兆，及时告诫并采取必要防范措施，以减缓或防止突水事故发生。矿井突水后，如何查清水源，达到有针对性的治理，则是矿井出现突水后的一个重要问题。水源识别主要有以下方法： 3.1 地质、水文地质分析法

矿井突水水源判别方法概述

矿井突水水源判别方法概述 收稿日期:2010-03-05;修订日期:2010-08-02 基金项目：国家重点基础研究发展计划（“973”计划）（2007CB209401）资助;中国矿业大学青年科研基金项目（2007A025）资助。作者简介:李燕（1984-），女，黑龙江逊克人，中国矿业大学水文学与水资源专业硕士研究生，主要从事矿井水害防治技术、水文地质工程地质、水资源评价等方面的研究。E-mail ：liyanxw@https://www.wendangku.net/doc/5f9099507.html, 。 李 燕，徐志敏，刘勇 (中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221116) 摘要:矿井突水灾害造成巨大的经济损失和人员伤亡，严重阻碍着我国煤炭行业的发展。一旦发生突水，及时准确地查明突水水源是解决和进一步预防突水灾害的前提，因此选择合适的判别方法是快速高效判别突水水源的关键，本文对近些年来判别矿井突水水源的各种方法进行探讨，概述各种方法的原理、应用现状及其适用条件，为保障矿井安全生产的防治水工作提供决策依据。关键词:突水水源；判别方法；水化学；防治水中图分类号:TD74文献标识码:A 文章编号:1008-8725（2010）11-0087-03 Summary on Methods of Distinguishing Sources of Mine Water-invasion LI Yan,XU Zhi-min,LIU Yong （School of Resources and Earth Science ，China University of Mining &Technology ，Xuzhou 221116,China ） Abstract:Mine water bursting causes serious economic loss and casualties ，preventing the development of coal industry to a great extent.Once water bursted,timely and accurately discriminating the sources of mine water bursting is the precondition of solving and preventing water inrush disaster,so,how to select the appropriate method is the key to fast and high efficient discriminating the sources of water -invasion.This paper sketches the principle,application status and applicable conditions for various methods of identifying sources of water-rush,which can provide the decision to adopt effective method for the prevention of the water inrush and the safety production of coal mine. Key words:source of mine water bursting;method of discrimination;hydrochemistry;water control 0前言 矿井突水是煤矿生产过程最具威胁的灾害之一，人员伤 亡大，经济损失列于煤矿三大事故的榜首。一旦矿井发生突水,如何及时准确地判断突水成因,查找突水水源,是解决和进一步预防突水灾害的关键问题[1]。 判别矿井突水水源，要充分考虑矿区的水文地质条件和构造条件，结合相应的水位、水温、水化学资料予以综合分析判断。其中，水化学数据是地下水最本质的特征,用水质资料判别水源具有快速、准确、经济的特点。依据水化学数据判别矿井突水水源的方法，从以往的简单水质类型对比分析、特征组分判别、同位素分析法等，逐渐发展到今天的多元统计学方法（聚类分析、判别分析）和非线性分析方法（灰色系统理论、模糊数学、人工神经网络、GIS 、M M H 支持向量机法、可拓识别法等）多种方法相互补充验证，水源判别方法理论日趋成熟。本文主要对上述方法做适当的分析和简述。 1水位、水温判别法 在水文地质条件简单的地区，水位和水温可以作为初步 判断突水水源的依据。目前的用于判别矿井突水水源的 “QLT ”法即为水质、水位和水温的简称。 受低温梯度的影响，不同含水层的水温会有一定的差距，因此，可以依据突水点的水温与突水危险的含水层水温对比，来初步预测矿井突水水源。袁文华[2]等人在任楼煤矿突水水源判别中采用了此方法，结果表明依靠含水层水温来判别矿井突水水源的方法是可行的。 当矿井发生突水时，相应含水层的水量变化必然导致水位发生变化，如河南某矿综采工作面突然发生突水事故，根据水位监测资料发现煤层下伏四灰水位急剧下降，下部奥灰含水层水位保持不变，因此可初步判断此次突水水源是四灰含水层，且奥灰含水层没有补给四灰含水层。说明两者没有发生水力联系。 2简易水化学分析 2.1突水水源特点 矿井突水水源按其来源可以分为大气降水、地表水体、地下水体和老空水。大气降水一般为矿化度较小、硬度较低的软水。地表水一般均带泥沙悬浮物而有浑浊度。此外，大气 第29卷第11期2010年11期 煤 炭技术 Coal Technology Vol.29,No.11November,2010

矿井突水预测理论方法及监测技术总结

矿井突水预测理论方法及监测技术总结 摘要：本文详细阐述了矿井突水征兆和突水水源的识别方法，并总结了近年来矿井突水推测的理论方法及监测技术。 关键词：矿井突水突水征兆突水推测监测 我国经济连续高速进展与国家安全战略离不开能源和矿产资源的强有力支撑，而地下开采方式是目前我国获得多种能源资源与矿产资源的重要途径。随着开采深度、开采强度、开采速度、开采规模的增加和扩大，矿井突水问题日益严峻，专门是近几年，矿井突水事故频繁发生，给人民生命财产造成重大缺失，严峻阻碍和制约着矿山的安全生产。因此，开展采动条件下矿井突水推测预报理论及监测技术研究，关于采动岩体突水推测与防治、开采方法的改进、安全度的评判具有重大理论意义和实际价值。 1 矿井突水征兆 从开拓工作面开始，进展到突水的期间内，在工作面及其邻近往往会显现一些征兆。 a. 承压水与承压水有关断层水突水征兆：①工作面顶板来压、掉渣、冒顶、支架倾倒或折梁断柱现象；②底软膨胀、底膨张裂。这种征兆多随顶板来压之后发生，且较普遍，在采掘面围岩内显现裂缝，当突水量大、来势猛时，会伴有“底爆”响声；③先出小水后出大水也是较常见的征兆；④采场或巷道内瓦斯量显著增大。 b.冲积层水突水征兆：①突水部位岩层发潮、滴水，且逐步增大，认真观看可发觉水中有少量细砂；②发生局部冒顶，水量突增并显现流砂，流砂常呈间歇性，水色时清、时混；③发生大量溃水、溃砂，这种现象可能阻碍至地表，导致地表显现塌陷坑。 c.老窑水突水征兆：①煤层发潮、色暗无光；②煤层“挂汗”；③采掘面、煤层和岩层内温度低“发凉”；④在采掘面内若在煤壁、岩层内听到“吱吱”的水呼声时，表征因水压大，水向裂隙中挤压发出的响声，说明离水体不远了，有