1、矿井水害防治理论与技术侯恩科西安科技大学2018.5.28,励志图存 自强不息,目 录,矿井水害类型与特点 煤矿水文地质类型 矿井水害形成机理 矿井水害防治技术 矿井水害防治案例,一、矿井水害类型与特点,（一）概念 矿井充水形式：渗入、滴入、淋入、流入、涌入和溃入等等。当涌入溃入井巷的水量大、来势猛时，称为突水。 矿井突水：凡因井巷、工作面与含水层、被淹巷道、地表水体或含水的裂隙带、溶洞、洞穴、陷落柱、顶板冒落带、构造破碎带等接近或沟通而突然产生的出水事故。 透水、突水、涌水的区别：从以上的定义来看，涌水只是矿井充水的一种形式，强调的是流出，不强调水压；突水强调的是承压水，压力大，突然涌入，通
2、常指奥灰突水；透水主要指老窑水，地表水灌入井巷。顶板水？,一、矿井水害类型与特点,（一）概念 矿井水害：凡影响生产、威胁采掘工作面或矿井安全的、增加吨煤成本和使矿井局部或全部被淹没的矿井水，都称为矿井水害。 煤矿水害是指煤矿在建设开发过程中，不同形式、不同水源的水通过不同的途径进入矿井，并给矿井建设或生产带来影响或灾害的过程与结果。,（二）矿井充水条件,矿井充水水源 矿井充水通道 矿井充水强度,大气降水对矿井充水的影响,1 矿井充水水源,（1）大气降水水源,淄博洪山矿涌水量与降水量关系曲线图1-月降水量；2-月矿井涌水量,涌水量峰值滞后降水量峰值,降水量与矿井涌水量关系曲线图,1 矿井充水水源
3、,直接充水水源，间接充水水源 大气降水渗入量的影响因素 气候、地形、岩石性质、地质构造 当其成为矿井涌水的主要水源时，有如下三个特点： 矿井充水强度或涌水量与降水量大小、降水性质、延续时间有关，且具有区域性变化特点； 矿井涌水动态与当地降水动态相一致，具有季节性、多年周期性和滞后性特点； 降水对分水岭地段及地形低洼浅埋矿床的影响最明显，但随开采深度增加而影响程度减弱。,（1）大气降水水源,地表水对矿井充水的影响,1 矿井充水水源,（2）地表水水源,地表水渗入井下的途径 通过第四系松散层； 通过构造破碎带或古井； 通过井口洪水直接灌入； 通过冒裂带。,1 矿井充水水源,地表水充水矿床的涌水规律
4、矿井涌水动态随地表水的丰枯呈季节性变化，且涌水强度与地表水的类型、性质和规模有关； 矿井涌水强度与井巷到地表水体的距离、岩层的渗透性和构造条件有关； 矿井涌水强度与采矿方法有关。,1 矿井充水水源,（2）地表水水源,1 矿井充水水源,根据含水层空隙的性质分类：孔隙水、裂隙水、溶洞水 根据含水层水压力分类：潜水、承压水 根据煤层与充水岩层接触关系的分类 直接充水水源（含水层）； 间接充水水源（含水层） 。 顶板充水矿床； 底板充水矿床； 侧方充水矿床； 周边充水矿床。,（3）地下水水源,直接充水含水层和间接充水含水层,1 矿井充水水源,（3）地下水水源,各类含水层对矿井充水的影响,1 矿井充水水
5、源,（3）地下水水源,各类含水层对矿井充水的影响,各类含水层对矿井充水的影响,1 矿井充水水源,主要指煤层开采结束后，封存于采矿空间的地下水。 3个涌水特点 短时间内涌水量大，来势猛，有害气体含量高； 水中含有大量的硫酸根离子，具有腐蚀性，容易损坏井下设备； 与其它水源无联系时易于疏干，反之涌水量大而稳定。,（4）老空（窑）水源,老窑积水对矿井充水的影响,2 矿井充水通道,定义：矿井充水通道是指连接充水水源与矿井之间的流水通道。天然充水通道是人为充水通道的基础，人为充水通道会增强天然充水通道的导水性。 点状岩溶陷落柱通道 陷落柱的概念、基本特点、发育规律（至今研究不够）；导水性及其差异性、隐蔽
6、性和难于探知性、点状导水特点及突水的突发性和难以防范性。 断裂（裂隙）带通道,（1）天然充水通道,2 矿井充水通道,岩溶陷落柱结构示意图,2 矿井充水通道,某矿7222工作面平面布置图,2 矿井充水通道,某矿7222工作面陷落柱及突水点位置图,2 矿井充水通道,断裂（裂隙）带通道断裂带具有导水性、隔水性、含水体特点； 隔水断层：一般为压性断层或断层带被粘土质充填，使两侧含水层不发生水力联系。隔水性也可转变，位置不同水文地质意义不同。 导水断层：一般为张性断层或断层带充填物未胶结，使两侧含水层发生水力联系。位置不同水文地质意义不同。 断层密集带、交叉点、端点等部位导水性强。,（1）天然充水通道,
7、I-断裂内带，由糜棱岩、糜棱化角砾岩、角砾岩及岩组成；II-断裂中带，由角砾岩等组成；III-断裂外带，为节理裂隙发育带,焦作矿区王封矿断层上盘的开采煤层与断层下盘的奥灰对接，因未留煤柱而发生了突水。,缓倾角30度，断层与含水层接触面积大，突水量大。,断层交叉点与突水点的关系图,2 矿井充水通道,窄条带状隐伏露头通道 隐伏露头概念：埋于地下，上覆松散层，面状、窄条带状、风化。 影响隐伏露头部位多层含水层地下水垂向交替的因素：基岩风化带的渗透能力大小（规律，压（抽）水试验方法）；松散层底部是否存在较厚的粘性隔水层（有，无，作用）。 天窗与越流上补、下补含水层，甚至沟通下伏的两个含水层。 面状裂隙
8、网络（局部面状隔水层变薄区）通道 隔水岩层发育较为密集的裂隙网络，随着其上下含水层水头差的增大，以面状越流形式的垂向水交换量也将增加。 天窗与越流上补、下补含水层，甚至沟通下伏的两个含水层。,（1）天然充水通道,2 矿井充水通道,顶板冒落裂隙带 冒裂带导水的特点：未导通含水层不涌水，导通含水层即涌水，且涌水来势猛，涌水量随着导通程度变化。导通地表水时，水势更加迅猛。,（2）人为充水通道,采空区上方覆岩破坏三带图,2 矿井充水通道,（2）人为充水通道,上三带与矿井充水关系图,底板破坏带 封闭不良钻孔：主要查封孔段是否大于导高,3 矿床充水强度分析,矿井充水单一充水水源和充水通道是少见的。煤层上部
9、和下部往往分布多个充水含水层组。究竟哪个是充水岩层？哪个不是充水岩层？哪个是强充水岩层？哪个是弱充水岩层？回答这些问题的方法称为矿井充水强度分析。 矿井充水强度除取决于充水含水层的富水性、导水性、厚度和分布面积外，还取决于三个条件： （1）充水含水层出露和接受补给的条件； （2）充水含水层侧向边界的导水与隔水条件； （3）煤层顶、底隔水岩层的隔水条件。,3 矿床充水强度分析,矿井充水强度才是矿井充水之果。充水水源贫乏和涌水通道不畅，只能形成不大的充水，不致引发矿井水害；充水水源丰富、涌水顺畅则会形成严重的矿井突水，引发重大至特大的矿井水害。 矿井充水强度的表示方法l.按矿井涌水量的大小矿井涌水
10、量是指单位时间内流入矿井的水量，常以Q表示。Q180m3/h（西北地区Q90 m3/h），小，简单；Q=180-600m3/h（西北地区Q=（90-180）m3/h），中等，中等；Q=（600-2100 m3/h（西北地区Q=1801200m3/h），大，复杂；Q2100m3/h（西北地区Q1200m3/h），很大，极复杂。,3 矿床充水强度分析,2按矿井突水量的大小以矿井发生突水时的最大突水量为准： 简单很少发生突水或突水量很小的矿井 突水量 1800m3/h 极复杂一个矿井如发生过多次突水，划分突水强度时以最大的一次突水为准。,3 矿床充水强度分析,3按富水系数（K）表示又称含水系数，是指
11、排出水量Q与煤炭生产量P之比，即矿井每采1t煤时需从矿井中排出的水量。充水弱的矿井： K 10m3/t;由于K值既受自然因素影响，又受人为因素（如矿井机械化程度等）的影响，现已较少使用。使用时应注意统计时间要尽可能长些，以使计算的值具有代表性。,影响矿井充水强度的主要因素,3 矿床充水强度分析,影响矿井充水强度的主要因素,（三）矿井水害类型,侧方水害,（三）矿井水害类型,根据水源的类型，把我国矿井水害分成五种类型 地表水水害：大气降水、地表水体（江河湖泊等） 老空水水害：古井、小窑、废巷及采空区积水 孔隙水水害：第三、四系松散含水层孔隙水、流沙水或泥沙等，有时为地表水补给。 裂隙水水害：砂岩、
12、砾岩等裂隙含水层的水，常受地表水或其它含水层补给。 岩溶水水害： 薄层灰岩水水害：太原群薄层灰岩水，往往得到奥灰水补给。 厚层灰岩水水害：煤层间接顶板、煤层底板厚层灰岩。,需要注意： （1）矿井水害往往是多源的； （2）顶板水或底板水只反映含水层与开采煤层所处的相对位置，与水源丰富与否，水害大小无关。同一含水层的水，既可是上覆煤层的底板水，也可是下伏煤层的顶板水。 （3）断层、钻孔、陷落柱等都可以成为地表水或地下水进入矿井的通道，它们可以含水或导水；但是，以它们命名水害，既不能反映水源的丰富程度，又不能表明对矿井安全危害和威胁的严重性。因此，由它们导水造成的矿井水害有大有小，其危害或威胁程度，
13、决定于水源是否丰富。,（三）矿井水害类型,1.我国煤矿水害分区特征,（四）矿井水害特点,（四）矿井水害特点,1.我国煤矿水害分区特征,2.水害事故特点,（四）矿井水害特点,（四）矿井水害特点,全国煤矿灾害事故起数和死亡人数变化图,2.水害事故特点,一是水害事故多发，总体呈下降趋势,全国煤矿百万吨死亡率变化图,（四）矿井水害特点,2.水害事故特点,一是水害事故多发，总体呈下降趋势,全国煤矿灾害事故总体死亡人数和水害死亡人数（1/10）变化图,（四）矿井水害特点,2.水害事故特点,一是水害事故多发，总体呈下降趋势,全国煤矿灾害总体事故起数和水害事故次数变化图,（四）矿井水害特点,2.水害事故特点,
14、一是水害事故多发，总体呈下降趋势,2.水害事故特点,一是水害事故多发，总体呈下降趋势,2.水害事故特点,2.水害事故特点,2.水害事故特点,2.水害事故特点,2.水害事故特点,2.水害事故特点,2008-2012年,目 录,矿井水害类型与特点 煤矿水文地质类型 矿井水害形成机理 矿井水害防治技术 矿井水害防治案例,二、煤矿水文地质类型,煤矿水文地质类型划分标准简要解读 我国煤矿水文地质类型,二、煤矿水文地质类型,煤矿防治水规定，2009,（一）煤矿水文地质类型划分标准,煤矿水文地质类型划分,二、煤矿水文地质类型,二、煤矿水文地质类型,二、煤矿水文地质类型,二、煤矿水文地质类型,煤矿水文地质类型
15、划分中常见的问题（1）对指标理解不准。如如何确定当前正常、最大涌水量，如何预计未来涌水量，如何把握涌水量的预计范围、煤层。（2）依据不足。缺乏矿井涌水量观测资料，缺乏抽水试验资料，缺采空区调查资料等。（3）划分结果与矿方认识不一致。（4）常见的变通办法：未来三年及其开采范围。,二、煤矿水文地质类型,对复杂和极复杂类型矿井防治水的特殊要求（1）应当按照本单位的水害情况，配备满足工作需要的防治水专业技术人员（不少于3人，以满足工作需要为标准），配齐专用探放水设备，装备必要的防治水抢险救灾设备，建立专门的探放水作业队伍，还应当设立专门的防治水机构（可与地测部门合署办公，专业技术人员担任防治水机构负责
16、人）。（第5、10条）（2） 应当建立健全水害防治岗位责任制、水害防治技术管理制度、水害预测预报制度和水害隐患排查治理制度等，还应建立探放水制度、重大水患停产撤人制度等。（第6条）,对复杂和极复杂类型矿井防治水的特殊要求,（3）除按照规定编制矿井充水性图、矿井涌水量与各种相关因素动态曲线图、矿井综合水文地质图、矿井综合水文地质柱状图、矿井水文地质剖面图外，还应根据受水害威胁的情况，编制专门图件，如带压开采评价图、注浆堵水平面及剖面图和水化学分析图等。（第15条）（4）除建立矿井涌水量观测成果台账、气象资料台账、地表水文观测成果台账、抽放水实验成果台账等15种台账外，还应根据防治水的需要，建立专
17、门的基础台账，每半年修正1次。（第16条）（5）生产矿井水文地质补充勘探时，当用小口径抽水不能查明水文地质、工程地质条件时，可进行井下放水实验，井下条件不具备时，则应进行大口径、大流量群孔抽水试验。（第32条）,对复杂和极复杂类型矿井防治水的特殊要求,（6）应当分水平或分采区实行隔离开采，特别是有突水历史或带压开采的矿井，必须实行隔离开采。（第56条）（7）矿井井下排水设备应当符合矿井排水要求，在原有排水能力的基础上，可以在主泵房内预留一定数量水泵的位置（特别在不具备建立防水闸门条件的矿井），或增加相应的排水能力。（第58条）（8）在水文地质条件复杂、极复杂矿区建立新井的，应当在井筒底留设潜水
18、泵窝，老矿井也应当改建增设潜水泵窝。井筒开凿到底后，井底附近应当设置具有一定能力的临时排水设施，保证施工安全。（第63条）,对复杂和极复杂类型矿井防治水的特殊要求,（9）应当在井底车场周围设置防水闸门，或者在正常排水系统基础上安装配备排水能力不小于最大涌水量的潜水电泵排水系统。（第66条）（10）在地面无法查明矿井水文地质条件和充水原因时，应当坚持有掘必有探的原则，加强探放水工作。（第89条）（11）在水文地质条件复杂和水头压力、水量大的情况下安装钻机进行探水前，应安装孔口承压套管和控制闸阀进行钻进。（第96条）,二、煤矿水文地质类型,对复杂和极复杂类型矿井防治水的特殊要求（1）第5条（2）（
19、3）（4）,（二）我国煤矿水文地质类型,二、煤矿水文地质类型,我国复杂极复杂类型煤矿数量及分布,山西最多93个，青海广东等最少0个，陕西27个。,目 录,矿井水害类型与特点 煤矿水文地质类型 矿井水害形成机理 矿井水害防治技术 矿井水害防治案例,三、矿井水害形成机理,顶板水害形成机理 顶板离层水害形成机理 底板水害形成机理,（一）顶板水害发生机理,顶板水害发生主要是由于开采煤层顶板运动产生。上覆岩层的移动和破坏，形成了充水通道，使上部水体中的水渗入或溃入井下，形成灾害。上三带理论： 开采煤层之上存在三带：冒落带、导水裂缝带、弯曲带。 冒落带和导水裂缝带统称冒裂带。,冒裂带、导水裂缝带,冒落带、
20、裂隙带、弯曲沉降带,冒落带：指采矿工作面放顶后引起的直接垮落破坏。该带不仅透水而且透砂。裂隙带：指冒落带之上，大量出现的切层、离层和断裂隙或裂隙发育带。该带不会透砂但能透水。弯曲带：指裂隙带以上至地表的整个范围内岩体发生弯曲下沉的整体变形和沉降移动区。访带一般不具备导水能力。,水经覆岩涌入矿井机理,开采煤层距离含水层（水体）较远，冒裂带触及不到含水层（水体），且含水层水压不足以破坏冒裂带之上的隔水层，弯曲带内的岩层虽然也可能存在伸张裂隙或离层，但这些裂隙互不连通。不会发生溃水。开采煤层距离含水体近，冒裂带直接进入含水层，则含水层水会溃入井下。如果是裂隙带达到含水层，含水层中水会溃入工作面，发生
21、突水事故；若冒落带达到含水层，不仅会发生突水事件，还会发生溃沙事件。,含水层,导水裂缝带高度发生变化，但未沟通含水层。,导水裂隙带高度研究,一些学者基于研究矿山压力的需要，对工作面顶板的“两带”主要是冒落带进行了研究。中国矿业大学的钱鸣高院士和山东科技 大学的宋振琪院士分别发展了“砌体梁”理论、和“铰接岩梁”理论。这些理论从理论上分析了冒落带的高度，为煤层顶板突水研究提供了理论基础。 冒落带公式：式中，H为采高，L为弯曲带下降距离，为碎胀系数，h为冒落带高度,导水裂隙带高度研究,上覆岩层岩性及组合是覆岩破坏的物质基础,导水裂隙带高度研究,岩体结构特征是覆岩破坏的控制因素层状完整结构体层状断续结
22、构体层状板裂结构体层状碎裂结构体散体结构岩体,导水裂隙带高度研究,地层倾角水平和缓倾斜煤层：（035）：整个工作面冒落带高度基本为同一层位，并呈两端高中间低的马鞍形中等倾斜的煤层（3654 ）：冒裂带下山部位低，上山部位高。急倾斜煤层（5590 ）：上山部位极易发生抽冒现象。地质构造 断层尤其是张断层附近：易形成抽冒现象，冒裂带发育较高节理密集带、褶曲轴部冒裂带发育较高,导水裂隙带高度研究,地应力地应力高的区域冒裂带较高开采条件是覆岩破坏的根本原因 综采垮落法管理顶板 房柱式开采 综放开采 采高大小,导水裂隙带高度研究,三下规程集中反映了各矿区的冒裂带的观测成果：冒裂带发育的影响因素：采高覆岩
23、的岩性冒裂带的公式,导水裂隙带高度研究,建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程（简称规程，其中，上冒落带，下导水裂隙带） 缓倾斜及中倾斜（0-54度）,矿井水文地质工程地质勘探规范（简称规范）,导水裂隙带高度研究,关于规模化综采工作面导高研究 陕北侏罗纪煤田18-36倍采高，大多认可26倍采高关于规模化综采放顶煤工作面导高研究 彬长侏罗纪煤田18-36倍采高，大多认可26倍采高,综放导水裂隙带高度研究,中国矿业大学（北京）,导水裂隙带高度研究,（二）顶板离层水害发生机理,顶板离层水害是一种较典型的顶板水害类型，是顶板含水层地下水先汇集在覆岩离层变形空间中而后突然溃入井下形成水害。
24、出水特征：初期瞬时流量大（约为正常涌水量的数十倍）、持续时间较短衰减快（多持续数小时，个别持续数天）、总出水量有限。 形成的基本条件：煤层顶板覆岩为下软上硬组合结构，且下部软弱层厚度稳定。 目前对其涌水机理、形成条件及发育规律研究程度不足，无法预计水害发生的地段及水量，并缺乏有效的防治水对策。,顶板离层水害是一种较典型的顶板水害类型，是顶板含水层地下水先汇集在覆岩离层变形空间中而后突然溃入井下形成水害。 出水特征：初期瞬时流量大（约为正常涌水量的数十倍）、持续时间较短衰减快（多持续数小时，个别持续数天）、总出水量有限。 形成的基本条件：煤层顶板覆岩为下软上硬组合结构，且下部软弱层厚度稳定。 目
25、前对其涌水机理、形成条件及发育规律研究程度不足，无法预计水害发生的地段及水量，并缺乏有效的防治水对策。,（二）顶板离层水害发生机理,离层,最小高度144m（裂采比为12），最大高度159m（裂采比13.25）。平均高度151.5，裂采比为12.625,离层模拟,采高12m,采高18m,最小高度216m（裂采比为12）破断岩层已波及关键层,地下煤矿开采过程中, 随着开采工作面的推移,破坏了上覆岩体的自然应力平衡状态, 采空区上覆岩层内应力发生重分布, 并达到新的平衡。上覆岩层发生断裂、冒落、弯曲和下沉, 由下向上逐步发展,直至地表并形成地面沉陷。 上覆岩层中由于岩性、厚度、距离采空区位置等不同,
26、 导致岩层的运动并不是完全同步一致, 特别软硬岩层，从而出现了上覆各岩层在垂直方向的位移差, 形成离层空间, 这种分离现象称之为离层。 离层为离层水发育的先决条件, 采场覆岩中发育离层, 但并不一定能形成离层水, 即使形成离层水而能否对下部采场造成充水影响及影响程度, 都还受其他因素的影响。,（二）顶板离层水害发生机理,（1）可积水离层发育位置 离层注浆经验表明, 离层注浆减沉仅能用于“封闭的离层空间” ，而若离层空间发育于煤层采后的裂隙带或与裂隙带相连通时（导水裂隙带范围内） ，该离层空间则不具备离层注浆减沉的效应， 且该离层空间注浆时浆液易于下渗至工作面或井下，危及工作面的安全。 对于可积
27、水离层而言， 其离层空间也必须是相对封闭的，尤其是在采场一侧，不能与下部采场相导通. 即形成离层水的离层空间不能发育于采场冒裂带中， 而应分布于整体移动带中， 且不能与下部的裂隙带相导通(即在离层空间下部分布有一定厚度、较为完整的相对隔水层) ， 即可积水离层的位置应满足(图)。,（二）顶板离层水害发生机理,可积水离层发育位置示意图,H H 裂.,可积水离层发育位置,否则进入离层空间内的水体将直接下渗至下部采场, 无法积水而形成离层水积水。,（二）顶板离层水害发生机理,（2）离层补给水源,在离层满足相对封闭要求后，离层需接受周边含水层或水体的补给充水方可实现积水， 才可发育形成离层水，因而，离
28、层周边发育离层补给水源也是离层水形成的基本条件之一。,若采场顶板离层为可积水离层，并具备离层补给水源，则表明该离层可发育离层水，具备离层水形成的基本条件.,（二）顶板离层水害发生机理,（3）离层持续时间,随着煤层开采，采空区面积增大，采场顶板离层在横向上离层最大值不断向前移动，竖向上离层发育高度不断抬高，上部离层逐渐发育而下部离层则逐渐闭合。而对于每一层位离层而言，在层面上均存在一个由起始、发展、稳定直至闭合的动态过程; 即当某一层位离层发育(岩层悬露) 长度较小时，随着工作面推进，该层离层逐渐发育，离层长度增加; 而当达到该离层上位岩层的极限破断距时，离层发育到极限长度，离层上位岩层板发生断
29、裂， 整体下沉，使其下方离层迅速减小甚至闭合，将该离层由起始发育至闭合消失的这一时间段称为该离层持续时间。,（二）顶板离层水害发生机理,（3）离层持续时间,显然对于离层积水而言， 煤层采动过程后上覆岩层中发育的离层量越大， 持续时间越长，则离层裂隙接受周边含水层的补给时间也就越长， 离层水水量就越大，发生离层水涌突水的危险性越大；而离层持续的时间则又主要由离层上位岩层的结构、力学性质及煤层开采情况决定，具体分析如下。,（二）顶板离层水害发生机理,（3）离层持续时间,离层的持续时间与煤层开采速度成反比， 即工作面推进速度越快， 则不利于离层积水， 或在回采期间离层水涌突水几率相对较小。 离层上位
30、岩层厚度越大，抗张拉强度越高， 离层持续时间越长， 则越有利于离层积水形成离层水，相应的采场顶板离层水涌突水危险性增大。 采场覆岩岩性也是覆岩离层持续时间的影响因素之一， 在软弱覆岩条件下， 采场覆岩由于移动与变形速度较快，开采空间很快到达地表, 不易形成持续稳定的离层空间，也就不利于离层积水。,（3）离层持续时间,显然对于离层积水而言， 煤层采动过程后上覆岩层中发育的离层量越大， 持续时间越长，则离层裂隙接受周边含水层的补给时间也就越长， 离层水水量就越大，发生离层水涌突水的危险性越大；而离层持续的时间则又主要由离层上位岩层的结构、力学性质及煤层开采情况决定，具体分析如下。,（二）顶板离层水
31、害发生机理,案例,（二）顶板离层水害发生机理,案例,（二）顶板离层水害发生机理,案例,玉华煤矿1412、1418工作面顶板“离层”透水统计表,案例,表4.6 玉华煤矿1412、1418工作面顶板“离层”透水统计表,1412工作面位于一盘区生产系统左翼，1410采空区下侧， 1412工作面2009年9月投产，自切眼推采至1270m，此段一直为水平推采，工作面未出现顶板淋水、老空出水现象。2010年12月8日工作面推采至1270m处顶板出现淋水，涌水量约10m3/h，3日后淋水基本消失，13日15点40分顶板淋水突然增大，随之大量水从工作面前端头30m范围内涌出，涌水量最大时达300 m3/h以上
32、，至23时，7小时20分涌水量总计6000 m3，平均涌水量822 m3/h，最大涌水量达到1000 m3/h左右，后逐步减小，17日19时水量减少至30m3/h。,案例,表4.6 玉华煤矿1412、1418工作面顶板“离层”透水统计表,2011年5月5日凌晨2点，运顺推采至1645m处，工作面前端头30m范围内出现涌水，2点20分突然增大，至6时10分，3小时40分涌水量总计6000 m3，平均涌水量1600 m3/h，最大涌水量达到2000 m3/h左右，后逐步减小，到10时水量减小至300 m3/h ，7日15时水量减小至40 m3/h。2011年7月9日推采至1800m处时，8点到13
33、点35分水量由180 m3/h增大至900 m3/h，18点40分时运顺全部被淹，水量900 m3/h持续到晚21点，22点时水量又增大至1400 m3/h，回顺、灌抽巷基本全被淹没，之后水量开始减小，至10日凌晨1点30分水量下降至300 m3/h。此次出水约24000 m3。,案例,表4.6 玉华煤矿1412、1418工作面顶板“离层”透水统计表,1418工作面与1412工作面毗邻（位于1412深部），自2011年回采至今，已发生2次较大规模的顶板出水。2012年3月31日，推采至725m, 早6点30分之后，出水量50m3/h；8点至9点，水量最大至500600 m3/h；4月3日后水量
34、稳定至3545 m3/h。2012年5月26日，推采至883m时，顶板出水量最大为500 m3/h，三日后稳定在40 m3/h。,案例,表4.6 玉华煤矿1412、1418工作面顶板“离层”透水统计表,离层水发育示意图,1412、1418工作面毗邻，地质与水文地质条件相似。初步得出：在4-2号煤顶板上约170m，在宜君砾岩（硬岩，厚度约20m）与下伏泥岩（软岩，厚度大于14m，为良好的隔水层）之间发育离层空间的可能性大；宜君砾岩及上覆的洛河砂岩含水层组构成了离层空间主要充水含水层。,研究历史及现状早在20世纪初，国外就有人注意到底板隔水层的作用 40年代至50年代，匈牙利韦格弗伦斯第一次提出底
35、板相对隔水层的概念。 60年代至70年代，匈牙利国家矿业技术鉴定委员会将相对隔水层厚度的概念列入矿业安全规程,我国引入该概念.,（三）底板水害发生机理,我国在底板突水规律研究方面起始于60年代，70年代中期，国家派科技人员去匈牙利考察，70年代后期，修改了原有的突水系数概念，并应用于实践。80年代开始，以煤炭科学研究总院西安分院、山东矿业学院及煤炭科学研究总院特采所为代表，不仅各自独特的理论，而且具有一个完整的研究梯队。目前，我国防治水的研究工作处于世界领先地位。,（三）底板水害发生机理,关于突水理论,“下三带”理论 “下三带”的理论观点最早是由山东矿业学院、井陉矿务局、峰峰矿务局等一批科技人
36、员在实践中提出的，并在实践中进行应用和发展，最后由山东矿业学院的一批科研人员提出。 底板破坏带；完整岩层带；承压水导高带。,分析突水与三个带的关系,断层突水在煤层底板突水中占绝大多数。因此对断层突水机理的研究也较多。据统计，由断裂引起的底板突水次数占总突水次数的50%以上。掘进引起的断裂突水占总突水次数的50%以上，回采引起的断裂突水相对较少，而且突水大部分是由中、小型断层引起的。,断层突水类型：一种是导水断层引发的突水，第二种是断层本身并不导水，由于采动影响，断裂带再扩展而导致突水。前者在掘进或回采中遇到就会发生突水，后者则往往导致滞后突水，两种类型断裂突水具有不同的机制和特点。,断层型底板
37、突水,采掘工程一旦揭露含水，导水断层即可引发突水。如果断层富水性和导水性都很好，则可能引发爆发型突水。这种突水的特点是：一旦揭露突水，在很短时间内就会达到最大突水量，然后有所回落，如果补给水源充足，则突水量稳定于一个较大值 。,（1）导水断层引起的突水,在采动作用影响下，采场断层会发生重新活动，有人将这种过程形象地称为“断层的活化”。 断层活动使断层带及其附近的岩体中的裂隙发生再扩展作用，致使其渗透性发生改变。原来的非导水断层可能转变为导水断层而引发突水。 断层新活动也会使附近伴生裂隙的性状改变同样会引发突水。采掘工程直接揭露断层面会引发突水，但也有大量的底板突水并非发生在揭露断层面（带）后造
38、成的，而是靠近断层时发生的。这与断层再活动导致的伴生节理扩展作用有直接关系。,（2）采动引起的断层突水,底板突水实质是承压水沿煤层底板中的裂隙网络渗流进入工作面或采掘巷道。突水过程实质是一个渗流过程。研究煤层底板突水机理，应在考虑原岩应力场、地质构造、地下水、采动影响等因素的基础上，从应力场与渗流场共同作用的角度出发，研究底板岩体的变形与破坏。,裂隙型底板突水,采动扰动后应力状态的变化，在隔水层上部原有裂隙发生贯通性破坏，同时产生新裂隙，形成矿压破坏带。 隔水层下部岩体受矿压扰动影响，裂隙发生扩展，承压水随之渗入，由于承压水的劈裂作用和软化作用，使裂隙更易于发生扩展。 岩体的变形影响到其中水的
39、渗流状态，压力水又反过来影响岩体变形。如此相互作用，相互影响，直到形成某种平衡。采动产生的周期性应力变化不断打破这种平衡，使其向新的状态发展，结果造成隔水层下部岩体内的裂隙不断向上扩展、延伸，含水层的承压水渗流场不断上移。 当隔水层上、下部裂隙贯通时，渗流场快速上移到采掘工作面，承压水渗流出来，从而出现底板的发潮“冒汗”现象。这是突水的前兆。随裂隙水对裂隙通道的冲刷、扩径、挤入破坏，通道不断扩大，渗流速度加快，渗流水量不断增大，从而形成突水。,裂隙型底板突水,在薄隔水层条件下，矿压破坏带与承压水导升带连通，可直接引发突水。 如果隔水层较厚，但保护层带处于矿压扰动带内，则矿压扰动带内的裂隙随时间
40、发生亚临界扩展，在一定时间后发生连通并与导升水相连，从而形成滞后突水。滞后突水多发生于靠近开切眼或停采线附近的采空区内，就是由于矿压长期作用裂隙发生流变扩展的结果。 在具有原始贯通性裂隙条件下，采动矿压使裂隙发生滑动变形，承压水挤入裂隙，对裂隙产生挤入、劈裂破坏，使裂隙不断扩大而引发突水。,裂隙型底板突水,老空、老窑水害及其他水害发生机理,老空、老窑水害：长期或短期积水，水压增大到一定程度，突破或人为破坏阻挡物（煤柱或煤岩块体），积水快速溃下，造成灾害。导水构造沟通含水层与开采煤层破坏区；防水设施，强度不足，施工质量差，达不到要求；围岩长期渗流，变形破坏；煤柱尺寸不足，强度不足以抵抗水压等引起水害,
