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

excretion between different Water belts and water flowing fracture of groundwater.

Keywords: water inrush from coal seam floor ; the theory of Five Bands; Preventive method

0 引言

煤矿水与瓦斯、冲击矿压等灾害并列，是矿山建设与矿山生产过程中上的主要安全灾害之一，其破坏性给国家和人民带来了重大的人身伤害和经济损失。煤矿底板突水主要受含水层的富水性和透水性、隔水层的隔水性、地下裂隙的导通性、地下水系的连通性、静水压力和矿山压力等因素的共同影响。根据突水原因可将其分为两类，即地质构造底板破坏性突水和采矿扰动底板破坏性突水。近年来随着开采深度和工作面开采空间尺度的不断变化，底板突水形成机理及其破坏性都与过去有了很大的不同。因此，寻求新的矿井底板突水防治技术与方法，对于现代矿井的建设与开采具有更加重要的意义。

1 煤矿底板突水机理

煤矿底板突水是指矿山在建设开发过程中。不同形式、不同水源的水通过某种途径从地板突入矿井，给矿山建设和生产带来不利影响和灾害的过程，其突水机理是：一定条件下，在静水压力和矿山压力的影响下地板岩层裂纹发育并延伸，使隔水层岩层聚集大量的能量，当集聚的能量超过隔水层岩层的承受能力，隔水层岩层从某一弱面破断，从而使含水层水在水压的作用下沿破断裂隙涌入矿井的过程。一般突水的大小主要取决于水压；突水的难易程度主要受隔水层的影响；突水的持续时间受周围水源和补给路径的控

制[5]。

2 地质构造底板突水

2.1断裂和断层底板突水

断裂是岩石受到某一力的作用而发生的大变形，按其受力分为拉、扭、压三类，一般张性断裂突水性大于压性断裂突水性，扭性断裂突水性居于两者之间。断层是断裂的一种特殊形式，它的突水性远远大于一般的断裂，因为断层既是一个含水体又是一个导水通道。由于其导储水性在空间上的复杂性，通常以断层两盘的岩性来判断其突水性的大小，如图1所示。

断层突水的特点：水量大，破坏性强，突发性强，一般突水后矿井无法恢复。断层产状、规模及其水文条件在空间上的差异，使断层突水研究高度复杂化，所以，对于断层的研究不能以局部特性代替整体性质[2]。

图1

2.2裂隙——岩溶底板破坏突水

裂隙是岩石在成岩过程中或是后期受到外力而产生的一些裂痕、缝隙，

其含水性和透水性相对而言比较小，但裂隙给岩溶的发育创造了很好的条件。溶岩一旦在裂隙中发育，由于受岩溶水的侵蚀作用，周围岩层就会不断溶解，从而形成具有不同特点的储水空间和导水通道。溶岩不仅破坏了岩石的整体性，而且使得整个地下水形成网状、联通的含水体系。其突水的特点：突水性强、破坏性强、突水持续时间长、突水频率高等。下面通过箱体模型说明其突水的特点：

有四个水箱A、B、C、D，水箱的大小表示储水量的大小，箭头表示水流的方向，箭头的粗细表示水流动的难易程度，粗箭头处水容易排泄，水箱水位表示地下水的平均水位[1]。

大的裂隙（断层）和大的溶岩储水体（溶岩陷落柱和大的溶洞），主要以储水为主，导水为次，用A表示；小的裂隙（断裂）和溶岩导水体（溶穴），主要以导水为主，储水为次，用B表示，C和A性质类似，但其储水能力较小；D和B性质类似，其导水能力较小。现用A、B、C、D箱建立地下水的补给、径流、排泄模型，通过四个水箱可以看出四个储水带（带水通道）间的水位、径流及补给等关系。现以A、B、C、D为类分析其突水特点。

1）A类底板突水：一般出现在溶岩发育或地质作用较强的地段，距离地表