煤層工采對底板突水的影響

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1、煤層工采對底板突水的影響底板水問題在我國煤礦產(chǎn)生過程中非常突出、非常普遍，涉及我國大部分煤田。包括華北、華南的大部分晚古生代煤田及個別的中生代及新生代煤田。其涉及范圍之廣，水量之大，危害之重，世界罕見。影響煤層底板突水的因素很多，高壓水頭是引起突水的一個重要條件，位于煤層底板的含水層，采掘工作面一般不能直接揭露，其中間隔有不透水或弱透水的巖層承壓水，要進(jìn)入采掘空間必須要有一定的力來突破隔水層或沖刷弱水透水層的裂隙；地質(zhì)構(gòu)造，如斷層和陷落柱等，這些會使巖體強(qiáng)度降低，阻水能力減弱，涌水通道發(fā)育；巖層結(jié)構(gòu)與巖性特征，如巖體的強(qiáng)度、完整性和隔水與阻水性能；力學(xué)作用，如原巖

2、應(yīng)力大小、方向，開采活動引起的圍巖應(yīng)力重新分布和結(jié)構(gòu)面再擴(kuò)展；承壓水對巖體的物理、力學(xué)和化學(xué)作用等。1控制煤層底板突水的主要作用力影響煤層底板突水的主要作用力很多，從力學(xué)觀點(diǎn)來看主要有：①煤層底板下伏含水層的水頭壓力，包括動壓和靜壓；②礦山動壓力和靜壓力；③地應(yīng)力；④煤層底板與下伏含水層之間的相對隔水層的重力；⑤相對隔水層的巖體強(qiáng)度。動壓包括頂板冒落時巖塊對底板的沖擊力、采煤機(jī)械或放炮的震動力等，這些對底板突水起誘發(fā)作用。水頭壓力和礦山壓力起到破壞隔水層底板，促使底板突水的作用力；而隔水底板的策略和強(qiáng)度則是維護(hù)底板完整、抑制底板突水的約束力。當(dāng)約束力足以平衡作用力

3、時，底板保持穩(wěn)定，不致發(fā)生底鼓和突水；否則不可能發(fā)生災(zāi)害。2煤層開采對底板的破壞及突水的形成條件2.1采動對底板破壞作用（1）應(yīng)力狀態(tài)的改變。當(dāng)工作面從開切眼開始回采之后，采面圍巖應(yīng)力將發(fā)生變化。隨著工作面的推進(jìn)，煤層底板前方處于支承壓力作用而壓縮。工作面推過后，應(yīng)力釋放，底板處于膨脹狀態(tài)。隨著頂板的冒落，采空區(qū)冒落矸石的壓實(shí)，工作面后方一定距離的底板以恢復(fù)到原巖應(yīng)力狀態(tài)。由于工作面是在不斷推進(jìn)的過程中，所以，底板處于壓縮——膨脹——再壓縮的狀態(tài)。而在壓縮與膨脹變形的過渡區(qū)，底板最易發(fā)生破壞。在開切眼附近，豎向應(yīng)力集中程度最高，底板容易發(fā)生變形及產(chǎn)生裂隙。在上、下

4、出口附近煤層的底板不僅受到支承壓力的影響，而且受靜壓力的影響，因此，沿上、下出口附近底板的采動裂隙比較發(fā)育，易形成突水點(diǎn)。而在上、下出口與開切眼處，突水的幾率則更大。在工作面停采線處，由于沒有動壓的影響，底板的變形及破壞程度較小。發(fā)生突水的可能性不大。（2）結(jié)構(gòu)面的再擴(kuò)展。工程采動能夠引發(fā)原結(jié)構(gòu)面的再次擴(kuò)展。由于結(jié)構(gòu)面本身物理性狀的差異性，其擴(kuò)展后導(dǎo)水性能不盡相同，根據(jù)涌水量的變化情況，裂隙受采動的程度可劃分為五種基本類型：①增大型，裂隙受到短軸方向拉伸、長軸方向壓縮的礦壓作用，充填物少；松散受力后裂隙逐漸張開，涌水量逐漸增大；②下降型，裂隙受到短軸方向壓縮、長軸

5、方向拉伸拉礦壓作用，充填物多；受力后裂隙壓縮，涌水量逐漸減少；③裂隙走向與礦壓作用方向成一定的角度，受力不均，充填物較多，涌水量時大時小，但總的趨勢是下降型；④裂隙走向與礦壓作用方向成一定的角度，受力不均，充填物較少，涌水量在工作面后方趨于穩(wěn)定；⑤裂隙受到雙向壓縮的礦壓作用，充填物少，受力后基本不產(chǎn)生變形，涌水量呈穩(wěn)定型。（3）采動裂隙帶的形成。由于采動礦壓和水的作用，在底板采動破壞深度范圍內(nèi)，底板巖層中一般產(chǎn)生3種裂隙：①豎向張裂隙，分布在緊靠煤層底板的最上部，是底板膨脹時層向張力破壞所形成的張裂隙；②層向裂隙，主要巖層面以離層形式出現(xiàn)，一般在底板淺部較發(fā)育，它

6、是在采煤工作面推進(jìn)過程中底板受礦壓作用，反向位移沿層向薄弱結(jié)構(gòu)面離層所致；③剪切裂隙，一般為兩組，以60°左右分別反向交叉分布。這是由于采空區(qū)與煤壁及采空區(qū)頂板冒落在受壓區(qū)巖層反向受力剪切形成。上述三種裂隙嚴(yán)重破壞了底板巖體的完整性，當(dāng)它們與含水層（或承壓水導(dǎo)升帶或?qū)當(dāng)鄬樱贤?，要發(fā)生底板突水。底板巖體的破壞深度與程度主要與采場礦壓大小和礦壓顯現(xiàn)劇烈程度以及底板特征有關(guān)。其中前者的影響因素有：開采深度、直接頂厚度及采高，煤層傾角，工作面尺寸大小以及頂板巖性與結(jié)構(gòu)等；后者的影響因素有底板巖性、巖體結(jié)構(gòu)與構(gòu)造特征等。2.2突水形成條件自20世紀(jì)80年代以來，多項(xiàng)突水

7、機(jī)理的觀點(diǎn)先后問世，其中較為流行的觀點(diǎn)之一是“下三帶”理論。Ⅱ、Ⅲ帶雖有一定的阻水作用，但起主要保護(hù)作用的是Ⅱ帶。如果由于開采礦壓破壞和水壓的導(dǎo)升作用，造成Ⅱ帶消失或變薄，或由于構(gòu)造產(chǎn)生水力通道，或由于底板厚度很薄等，都會發(fā)生突水事故。在開采礦壓作用下，通常有以下4種型式形成突水通道：①在開采礦壓作用下，底板破壞帶h1涉及到承壓水導(dǎo)升帶h3，或h1涉及到承壓含水層（無導(dǎo)升帶h3時），礦壓產(chǎn)生的底板破壞帶使原巖裂隙結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生不同程度的擴(kuò)張、延展，在底板中產(chǎn)生了具有連通性的裂隙結(jié)構(gòu)面，具有一定壓力的承壓水沿著裂隙上升，沖刷結(jié)構(gòu)面，使裂隙軟化、蝕擴(kuò)，逐漸形成較大的突水通

8、道，造成突