矿井突水原因

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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
低，含水层的水位能转化为动能，这是以动水压力为主，其作用主要表现在出水后，裂隙被冲刷扩大，充填物质不断被带走，通道越来越畅通，出水量越来越大。

二、地球物理预测方法
1、矿井直流电法
(1)原理
直流电法勘探是以煤、岩层的导电性差异为基础，通过人工向地下供入稳定电流，观测大地电流场的分布规律，从而确定岩、矿体物性(如贫、富水区域)的分布规律或地质构造的特征。

(2)工作方法及特点
直流电法灵活，根据不同探测目的，可以采用多种工作装置形式。

井下探测通常应用对称四极测深装置、三极测深装置和三点三极超前探装置。

直流电法具有理论成熟、仪器简便、抗干扰能力强的优点，可用于探测巷道掘进工作面前方富水体范围、划分顶底板岩层贫富水区域、确定工作面回采时的易突水地段、评价工作面回采时的水害安全性等。

(3)应用———超前探测巷道掘进工作面前方断层
用三点三极超前探装置对某矿- 200m 流水巷掘进过程连续进行跟踪式超前探测。

2005 年8 月6 日探测时，发现掘进工作面前方20.5～26.0m 段存在一个较为明显的低阻异常段(图1)，物探判断为断裂破碎带。

布置钻机打钻探验，钻机进尺21.0m 处探到断层，证实了预测结果。

图1 超前探测巷道掘进工作面前方断层
2、矿井瞬变电磁法
(1)原理
瞬变电磁法(TEM)是利用不接地回线(大回线磁偶源)或接地线源(电偶源)向地下发送一次场，在一次场的间歇期间，测量地下介质的感应电磁场(二次场)电压随时间的变化。

该二次场的大小及衰减速度与地下地质体有关，根据二次场衰减曲线的特征，就可以判断地下地质体的电性、规模、产状等。

(2)特点
瞬变电磁技术分辨率高但易受干扰。

实施探测时，应采取一定的抗干扰措施，如调高电流强度，选用多重复频率。

同时，井下巷道内应清理干净，电缆尽可能断电。

发射线圈和接收线圈尽量远离金属体，且附近最好无积水。

总之，要尽可能创造有利的探测环境，保障探测效果。

(3)探测巷道掘进前方岩层的富水性
凤凰山矿95312 工作面进风巷掘进过程中。

地质调查得知前方可能存在多年前形成的采空区，根据水文地质条件分析采空区可能存在积水，但不能确定是否确实存在采空区及采空区的准确位置。

为了保证巷道掘进安区，在掘进头处利用超前探测装置进行了瞬变电磁超前探。

探测结果显示(见图2)，掘进头前方约37 m 处存在大的低阻异常区，可能有采空区积水。

图2 95312 工作面进风巷水平超前探测视电阻率断面图
（横坐标为超前探测距离/ 米，纵坐标为探测角度/ 度）
为验证物探结果并指导工作面设计，在采取相应措施下打钻探验。

朝巷道正前钻探时，进尺到35 m处出水，防水量达2 万多立方米。

与探测结果相符，避免了采空水害的发生，确保了矿井矿井突水原因及几种地球物理预测方法分析
中国矿业大学（徐州）资源与地球科学学院吴波黄健良王硕［摘要］本文简单地介绍了矿井发生突水的原因，并就如何如预测矿井突水介绍了矿井直流电法及瞬变电磁法基本原理及应用。

［关键词］矿井突水矿井直流电法瞬变电磁法
断裂破碎带
右邦
左邦
（下转第83 页）
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的生产安全。

图2 横坐标为超前探测距离，纵坐标为探测角度，曲线为富水性分析指标等值线，不同色界代表视电阻率相对高低，数值越小，视电阻率越低，富水性相对也越强。

三、总结
随着我国经济建设步伐的进一步加快和国家对于煤炭需求的日
益增加，做好矿井水害防治工作，减少矿井水害事故发生，成为煤炭工业安全工作的重中之重。

“有疑必探，先探后掘”是煤矿开采的原则。

了解矿井突水的原因，再加上比较理想的地球物理勘探方法，做到知己知彼，相信煤矿突水事故将会降到最低限度，煤矿工人的生命安全以及国
家利益将能得以保证。

参考文献
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地质与勘探,1997
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［4］姜志海，岳建华，刘志新.矿井瞬变电磁法在老窑水超前探测中
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究.能源技术与管理,2005，(3)：15- 16
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的应用.山东:中州煤炭,2007 年第3 期，总第147 期
（上接第81 页）
2.1 评价
（1）模糊物元的构建根据表1、表2 数据对8 个点中各元素进行无
量纲化处理后，构建复合模糊物元，根据式（2）～（4）以越大越优原则构
建从优隶属度标准模糊物元Rmn和差平方复合模糊物元RΔ。

Rmn=
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
C1
0.567
0.5
1
0.85 0.6 0.584 0.6 C2
1
0.408 0.713 0.615 0.499 0.503 0.361 0.876 C3 0.68 0.7 0.824 0.9 1
0.907 0.735
C4 0.535 0.83 0.623 0.57 0.825 1
0.667 0.614 C5 0.756 0.463 1
0.659 0.927 0.79 0.78 0.61 C6 0.767 0.408
0.804
1
0.994
0.85
0.858 !""""""""""""""""""""""# $%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%& Rmn=
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
C1
0.188
0.25
0.004
0.022 0.16 0.173 0.16 C2
0.351 0.082 0.148 0.251 0.247 0.408 0.015 C3 0.103 0.09 0.031 0.01 0
0.009 0.07 0.192
C4 0.008 0.043 0
0.003 0.041 0.142 0.002 0
C5 0.059 0.288 0
0.117 0.005 0.044 0.048 0.152 C6 0.054 0.351 0.009
0.038
00
0.023
0.02
!""""""""""""""""""""""# $%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%&
（2）熵权法确定权重根据（7）式构造归一化判断矩阵，后根据（8）～
（10）式计算出熵Hi 和权重W
H=(0.803，0.823，0.890，0.807，0.425，0.929)
W=（0.149，0.134，0.083，0.146，0.435，0.054）
（3）计算欧氏贴近度由（11）、（12）式可以得到各样品的欧氏贴近度
RρH= M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8
ρHj 0.742 0.508 0.881 0.727 0.788 0.688 0.670 0.67 ρρ0
2.2 评价标准与结果分析
按照表3 蔬菜产地土壤污染分级标准[6]进行评价，八个监测点的土
壤环境质量优劣顺序为：2＞7＝8＞6＞4＞1＞5＞3。

其中监测点2、6、7、
8 为1 级，为清洁水平，监测点1、3、4、5 为2 级，尚清洁水
平，评价结论
符合实际污染情况。

表 3 蔬菜产地土壤污染分级标准
3. 结论
本文在模糊物元分析的基础上，引入熵值理论，从数据本身所反映
的信息无序化效用值来计算权重系数，建立了土壤环境质量评价的欧
氏贴近度复合模糊物元，丰富和改进了评价方法，且计算简单、方便，结
果合理，是土壤环境质量评价的有效方法。

参考文献
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度［J］.贵州农业科学，2005，33（3）：24- 25.
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量模糊综合评价［J］.安徽农业科学，2008，36（25）：11013- 11016.
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［6］许学宏，纪从亮.江苏蔬菜产地土壤重金属污染现状调查与评价
［J］.农村生态环境，2005，21（1）：35- 37.
表1 泰州市某省级现代农业综合开发示范区各点重金属元素含量表
元素
采样点
Cd
mg/kg
Hg
mg/kg
As
mg/kg
Pb
mg/kg
Cr
mg/kg
mg/kg
点1 1.353 0.579 3.784 12.967 25.833 55.013
点2 1.193 0.236 3.898 20.126 15.833 29.226
点3 2.387 0.413 4.586 15.093 34.167 64.828
点4 2.229 0.356 5.013 13.818 22.500 57.660
点5 2.029 0.289 5.567 19.983 31.667 71.705
点6 1.433 0.291 5.047 24.235 27.000 71.299
点7 1.393 0.209 4.089 16.157 26.667 60.921
点8 1.432 0.507 3.127 14.881 20.833 61.546
表2《无公害蔬菜产地环境要求》（GB/T18407.1- 2001）浓度限值
元素
PH
Cd
mg/kg
Hg
mg/kg
As
mg/kg
Pb
mg/kg
mg/kg
Zn
mg/kg
>7.5 0.60 1.00 25 350 250 300
等级划定综合污染指数污染等级污染程度描述
1 P 综≤0.7 安全清洁
2 0.7＜P 综≤1.0 警戒限尚清洁
3 1.0＜P 综≤2.0 轻污染
土壤污染物含量超标，视为
轻污染，蔬菜开始受污染
4 2.0＜P 综≤3.0 中污染土壤、蔬菜受中度污染
5 P 综＞3.0 重污染土壤、蔬菜受严重污染
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