馮祥森

摘 要：本文通過分析采煤中發(fā)生突水現(xiàn)象的機(jī)理，并結(jié)合工作中的經(jīng)驗(yàn)在突水的防治措施方面做了一些探討。

關(guān)鍵詞：松散承壓；采煤突水機(jī)理；含水層

前言：在我國(guó)，華北、華東等許多煤礦上表土層的底部均有一層松散的承壓含水層，賦存到煤系基巖的頂部，從而對(duì)正常開采造成一定的影響。從近些年采煤事故分析來看，因松散承壓的含水層，導(dǎo)致采煤中多次發(fā)生突水災(zāi)害，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，威脅到了煤礦的安全生產(chǎn)。因此，探究松散承壓含水層的突水機(jī)理與防治具有實(shí)用價(jià)值。

一、采煤的突水機(jī)理

（一）實(shí)例概況。下面以年產(chǎn)量達(dá)到150萬噸的某礦井為例進(jìn)行機(jī)理分析，該礦中煤系的地層均被巨厚的松散層所覆蓋，而且煤系地層都屬于石炭二疊系。該松散層的平均厚度為375m，煤系上還直接覆蓋著第四含水層，厚度大約為0—60m，而所謂四含即為礫石，砂礫，黏土礫石，砂，黏土質(zhì)砂等所組成，其中夾有多層的砂質(zhì)黏土或者薄層黏土，是松散承壓的含水層，尤其是四含對(duì)采礦的安全造成了直接威脅。

（二）突水機(jī)理分析。如果不是斷層構(gòu)造所影響，采煤面的突水就是因?yàn)椴蓜?dòng)巖層發(fā)生破斷裂隙而出現(xiàn)四含，也就是頂板上導(dǎo)水裂隙中的發(fā)育高度延伸到基巖頂部含水層，影響到了裂隙上不會(huì)溝通四含并且沒有足夠安全系統(tǒng)，這樣就引發(fā)了四含突水，也就是從采煤面入手切開了一段距離而出現(xiàn)壓架突水事故，表明覆巖出現(xiàn)了破斷運(yùn)動(dòng)，影響到了導(dǎo)水裂隙的發(fā)育規(guī)律。

從各種研究可以發(fā)現(xiàn)，因松散承壓的含水層載荷上具有傳遞作用，在一定的覆巖條件下極易造成關(guān)鍵層發(fā)生復(fù)合破斷，造成含水層發(fā)生大范圍乃至全部巖層發(fā)生整體破斷，如果非通常情況所出現(xiàn)分層破斷，從而可知含水層環(huán)境下采煤覆巖具有破斷特征，就會(huì)造成覆巖上的關(guān)鍵層的位置下移，乃至形成了復(fù)合單一的關(guān)鍵層破斷，也就是覆巖發(fā)生整體破斷，如果頂板上導(dǎo)水裂隙的發(fā)育達(dá)到基巖頂部，從而溝通四含。也就是在各種情況影響下，覆巖上把那個(gè)沒有產(chǎn)生出關(guān)鍵層的破斷，按照文獻(xiàn)研究結(jié)果，一旦覆巖上關(guān)鍵層的位置因?yàn)殛P(guān)鍵層發(fā)生復(fù)合破斷，從而產(chǎn)生下移，一旦距離采煤層間距低于了采高的7—10倍時(shí)，頂板上導(dǎo)水裂隙就會(huì)伴隨著發(fā)育到了基巖頂部，從而溝通四含。

一旦在松散承壓的含水層上具有載荷傳遞作用，關(guān)鍵層發(fā)生復(fù)合破斷，當(dāng)兩個(gè)關(guān)鍵層發(fā)生了同步復(fù)合破斷，導(dǎo)水裂隙就出現(xiàn)上下貫通；如果不存在無松散承壓含水層，兩個(gè)關(guān)鍵層發(fā)生破斷不同步，某一個(gè)層先破斷另一個(gè)層后破斷，兩個(gè)關(guān)鍵層就不可能產(chǎn)生復(fù)合破斷，必然造成導(dǎo)水裂隙出現(xiàn)不貫通。這樣逐漸就會(huì)產(chǎn)生出采煤的突水現(xiàn)象，對(duì)正常采煤造成巨大影響，甚至還會(huì)威脅到人們的生命安全。

二、松散承壓含水層下采煤突水的防治

從采煤突水機(jī)理來看，對(duì)于這種災(zāi)害重要手段就是要形成有效防治措施，只有這樣才能夠真正預(yù)防突水災(zāi)害一次又一次的發(fā)生。制定防范措施不能夠憑空想象，必須要預(yù)測(cè)采煤范圍中具有突水災(zāi)害的危險(xiǎn)區(qū)。對(duì)于危險(xiǎn)區(qū)盡可能不形成工作面，初期設(shè)計(jì)礦井之時(shí)就要避開危險(xiǎn)區(qū)域，也可以先將沒有危險(xiǎn)地方開采出來，直到采動(dòng)降低后含水層的水壓降低再對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行開采。在現(xiàn)實(shí)中，對(duì)突水防治的有效措施就是預(yù)測(cè)，預(yù)警以及實(shí)時(shí)調(diào)控幾個(gè)途徑。

（一）對(duì)突水危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)。在采煤之前就應(yīng)該預(yù)測(cè)突水危險(xiǎn)區(qū)域，便于后期開拓設(shè)計(jì)礦井以及布置工作面。一旦預(yù)測(cè)到了危險(xiǎn)區(qū)，就要盡可能避開危險(xiǎn)區(qū)域，或者采煤之時(shí)有針對(duì)性采取防治措施。但是在實(shí)際操作中，因?yàn)殂@孔的疏密存在差異，所以判斷區(qū)域中是不是存在突水危險(xiǎn)之時(shí)，就應(yīng)該將某一個(gè)鉆孔作為中心，朝著相應(yīng)的范圍逐漸擴(kuò)展。但是忽略地質(zhì)構(gòu)造所造成的影響，鉆孔周圍相應(yīng)范圍中巖層的柱狀相同的，從而就能夠劃分出危險(xiǎn)區(qū)域。依據(jù)發(fā)生突水災(zāi)害條件，預(yù)測(cè)突水危險(xiǎn)區(qū)域的方法如下：

（1）對(duì)含水層的賦存情況進(jìn)行分析；如果設(shè)計(jì)區(qū)域中沒有含水層，一般就不會(huì)發(fā)生突水災(zāi)害危險(xiǎn)；如果存在含水層就要依據(jù)含水層的特征，分析傳遞荷載作用大小確定出傳遞系數(shù)。一旦荷載的傳遞系數(shù)超過了0.8時(shí)，增加了覆巖關(guān)鍵層發(fā)生破斷的可能性，也增大了發(fā)生突水災(zāi)害的可能性。一旦降低了傳遞系數(shù)，發(fā)生突水危險(xiǎn)性隨之降低。（2）分析關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)類型；這種方法就是采用判別關(guān)鍵層的軟件，對(duì)基巖的厚度低于

125m的鉆孔所處關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)和位置進(jìn)行判別。一旦煤層上方第一層的厚度比較大，極易在上面形成單位的關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)，造成關(guān)鍵層發(fā)生復(fù)合破斷，從而發(fā)生突水事故。（3）對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行劃分；分析統(tǒng)計(jì)了鉆孔柱狀及關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)類型之后，就要依據(jù)發(fā)生復(fù)合破斷的條件，對(duì)采煤區(qū)域平面圖進(jìn)行布置，依照鉆孔的附近所有巖性大致相同原則，對(duì)可能發(fā)生突水災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行劃分。將鉆孔設(shè)為中心，把周圍一百米的范圍巖層柱狀都視為鉆孔相同，判別危險(xiǎn)性的結(jié)果自然也相同。其精確程度是由分布鉆孔的密度與編錄鉆孔柱狀的準(zhǔn)確程度所確定。在此基礎(chǔ)上要提升預(yù)測(cè)精確程度，就能夠采取補(bǔ)孔方式提升分布鉆孔的密度。

（二）留設(shè)采煤的安全煤巖柱。留設(shè)方法；從發(fā)生突水機(jī)理可知，發(fā)生突水災(zāi)害不但和含水層自身載荷的傳遞性質(zhì)相關(guān)，還由覆巖的關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)類型所確定。如果含水層的顆粒粒徑比較大，那么含水層的流動(dòng)補(bǔ)給性就比較好，也就具有較好的傳遞荷載性能，極易發(fā)生關(guān)鍵層整體破斷，發(fā)生采煤突水幾率也就越大。當(dāng)含水層的載荷作用不變，硬巖層與基巖厚度組合就會(huì)影響到工作面而確定是發(fā)生突水災(zāi)害；基巖的厚度越小，硬巖的層數(shù)就比較少，那么極易出現(xiàn)復(fù)合單一的關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)，也就很容易出現(xiàn)突水事故。

所以針對(duì)含水層的采煤工作面，就要留設(shè)出安全煤巖柱。其一要依據(jù)含水層中賦存情況及覆巖結(jié)構(gòu)條件，從而判斷出是不是存在突水危險(xiǎn)性，如果沒有存在突水危險(xiǎn)，就應(yīng)該按照傳統(tǒng)計(jì)算公式，計(jì)算出導(dǎo)水裂隙區(qū)域上最大的高度，并設(shè)置一定的保護(hù)厚度當(dāng)成安全煤巖柱；如果通過分析發(fā)現(xiàn)存在突水危險(xiǎn)，表明這個(gè)區(qū)域中煤巖柱的厚度是不夠的，盡可能不要布置采煤。所以如果沒有設(shè)計(jì)任何的防治措施，就一定要對(duì)煤巖柱的厚度進(jìn)行增加。采用這種方法不但能夠全面考慮到覆巖的結(jié)構(gòu)特殊性影響工作面，還能夠防止因?yàn)榱粼O(shè)煤柱而發(fā)生資源浪費(fèi)，所以采用這種方法比較適合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況，比過去所用方法更加合理與科學(xué)。

（三）預(yù)裂爆破關(guān)鍵層位置頂板。從發(fā)生采煤突水機(jī)理可以看出來，當(dāng)含水層的載荷傳遞情況下也不是所有的區(qū)域都發(fā)生突水災(zāi)害，是不是發(fā)生突水災(zāi)難不但和含水層賦存特征有關(guān)，還和覆巖結(jié)構(gòu)存在一定關(guān)系。如果覆巖和煤層距離在采高范圍的7—10倍，在該范圍中出現(xiàn)了厚硬巖層，該巖層大多屬于工作面的老頂，也就是關(guān)鍵層，如果發(fā)生塌落就可能造成一些范圍覆巖發(fā)生整體垮落，導(dǎo)致關(guān)鍵層發(fā)生復(fù)合破斷，對(duì)工作面產(chǎn)生巨大壓力可能發(fā)生突水災(zāi)害。，隨著采煤而垮落，并且及時(shí)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填，防止懸露的面積過大，降低頂板發(fā)生整體破斷所產(chǎn)生危險(xiǎn)性。

其實(shí)對(duì)硬巖層采取爆破弱化，讓該巖石不再成為硬巖，將關(guān)鍵層的位置上移到超出采高10倍，對(duì)發(fā)生復(fù)合破斷的條件進(jìn)行破壞。事實(shí)上，采用預(yù)裂爆破就能夠降低主關(guān)鍵層發(fā)生破斷前懸空高度，降低因?yàn)槠茢喽绊懝ぷ髅?。采用這種方式就能夠有效預(yù)防破斷，有效預(yù)防采煤突水。

結(jié)束語：通過以上分析可以告訴我們，在采煤工作中必須對(duì)突水災(zāi)害的預(yù)防予以高度重視，因?yàn)檫@種災(zāi)害一旦發(fā)生不但會(huì)影響到正常采煤作業(yè)，還可能威脅到井下作業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，所以在實(shí)際工作中我們要不斷的探究松散承壓含水層下采煤突水的防治措施，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)預(yù)防為主、防治結(jié)合的目的，才能夠真正預(yù)防突水災(zāi)害的發(fā)生，從而，也才能夠確保煤礦生產(chǎn)作業(yè)的安全運(yùn)行。

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