收稿日期:2009-04-14 作者简介:张平卿(1968—),男,河南方城人,高级工程师,工程硕士,2008年毕业于河南理工大学,现从事地测技术管理工作。 浅谈底板灰岩水的突水危险性分区 张平卿 (平顶山天安煤业股份有限公司,河南平顶山 467000) 摘要:华北型煤田防治水工作难度很大,多数煤矿水害事故都与灰岩水有着直接或间接的关系,借鉴煤层瓦斯突出危险性分区的做法,提出并介绍了灰岩水突水危险性分区概念,创立了一种新的防治水技术管理平台,对煤矿底板灰岩水防治工作具有较好的指导作用。关键词:底板灰岩水;突水危险性分区;威胁程度;水害防治 中图分类号:T D745 文献标识码:B 文章编号:1003-0506(2009)10-0102-02 1 问题提出 灰岩含水层是华北型煤田的主要充水含水层, 灰岩水是一煤、二煤开采的灾害性水源,多数煤矿水害事故都与灰岩水有着直接或间接的关系,灰岩水的防治效果直接关系到高产高效矿井建设和矿井安全。近年来,随着灰岩水防治意识的不断增强,防治技术水平的不断提升,防治水装备的不断加强,防治水规章制度的不断完善,灰岩水防治的效果也日益显现,灰岩水造成的事故也在逐年减少。但是如何从技术上实现灰岩水防治的精细化管理,是煤矿防治水工程技术人员一直探索的重要课题,突水危险性分区就是在这种背景下提出的。突水危险性分区对于区别煤层受灰岩水威胁程度、制定防治水措施、进行防治水技术管理都具有十分重要的意义。 平顶山矿区灰岩水防治实践奠定了底板灰岩水突水危险性分区的实践基础,突水系数理论、斯列沙辽夫公式和《煤矿安全规程》中有关承压水防治的规定奠定了突水危险性分区的理论基础。现根据煤层底板相对隔水层厚度、承受的水压大小,结合构造发育情况对带压开采煤层的突水危险性进行分区。 2 分区原则与依据 (1)矿井突水危险性分区以回采工作面突水系 数计算公式计算的突水系数值为划分依据;掘进工作面的突水危险性则以斯列沙辽夫公式计算的临界安全水压值为划分依据,其结果只作为评价开拓掘 进突水危险性的依据。 (2)有多层承压含水层时,分别评价各主要含水层的影响或威胁情况,以危险程度最大的含水层为标准进行突水危险性分区。 (3)《煤矿安全规程》也从侧面为分区提供了依据。《煤矿安全规程》规定:“承压含水层与开采煤层之间的隔水层能承受的水头值大于实际水头值时,可以带水压开采,但必须制订安全措施,报企业主要负责人审批”;“承压含水层与开采煤层之间的隔水层能承受的水头值小于实际水头值时,开采前必须采取下列措施,由企业主要负责人审批:①采取疏水降压的方法,把承压含水层的水头值降到隔水层能承受的安全水头值以下,并制订安全措施。②承压含水层不具备疏水降压条件时,必须采取建筑防水闸门、注浆加固底板、留设防水煤柱,增加抗灾强排能力等防水措施”。 (4)根据平顶山矿区各开采煤层受承压水威胁的实际情况,二(己组)煤以上的煤层因距离灰岩较远、相对隔水层厚度较大,不进行突水危险性分区。 3 突水危险性区域划分 3.1 矿井突水危险性分区 (1)非突水危险区。处在灰岩含水层水位以上 的区域,不存在底板灰岩的突水危险性。 (2)突水威胁区。处在灰岩含水层水位以下,正常地段底板隔水层能承受的水压值大于实际水压值(突水系数C p <011MPa /m ),但在断层附近或其他薄弱地段存在突水可能的区域。 (3)突水危险区。处在灰岩含水层水位以下,正常地段底板隔水层能承受的水压值小于或等于实际水压值的区域(C p ≥011MPa /m )。 ? 201?2009年第10期 中州煤炭 总第166期
矿井突水预兆 1）一般预兆. (1)煤层变潮湿、松软；煤帮出现滴水、淋水现象，且淋水由小变大；有时煤帮出现铁锈色水迹。 (2)工作面气温降低，或出现雾气或硫化氢气味(即臭鸡蛋味)。 (3)有时可闻到水的“嘶嘶”声。 (4)矿压增大，发生片帮、冒顶及底肢。 2）工作面底板灰岩含水层突水预兆 (1)工作面压力增大，底板股起，底殿量有时可达500mm以上。 (2)工作面底板产生裂隙，并逐渐增大。 (3)沿裂隙或煤帮向外渗水，随着裂隙的增大，水量增加，当底板渗水量增大到一定程度时，煤帮渗水可能停止，此时水色时清时浊：底板活动时水变浑浊，底板稳定时水色变清。 (4)底板破裂，沿裂缝有高压水喷出，并伴有"嘶嘶"声或刺耳水声。 (5)底板发生"底爆",伴有巨响，地下水大量涌出，水色呈乳白或黄色。 3）松散孔隙含水层水突水预兆 (1)突水部位发潮、滴水、且滴水现象逐渐增大，仔细观察发现水中含有少量细砂。 (2)发生局部冒顶，水量突增并出现流沙，流沙常呈间歇性，水色时清时浊，总的趋势是水量、沙量增加，直至流沙大量涌出。 (3)顶板发生溃水、溃沙，这种现象可能影响到地表，致使地表出现塌陷坑。
矿井突水征兆 1．与承压水有关断层水突水征兆 （1）工作面顶板来压、掉渣、冒顶、支架倾倒或断柱现象。 （2）底软膨胀、底鼓张裂。 （3）先出小水后出大水也是较常见的征兆。 （4）采场或巷道内瓦斯量显著增大。这是因裂隙沟通增多所致。 2．冲积层水突水征兆 （1）突水部位岩层发潮、滴水、且逐渐增大，仔细观察可发现水中有少量细砂。 （2）发生局部冒顶，水量突增并出现流砂，流砂常呈间歇性，水色时清时混，总的趋势是水量砂量增加，直到流砂大量涌出。 （3）发生大量溃水、溃砂，这种现象可能影响至地表，导致地表出现塌陷坑。 3．老空水突水征兆 （1）煤层发潮、色暗无光。 （2）煤层“挂汗”。 （3）采掘面、煤层和岩层内温度低，“发凉”。 （4）在采掘面内若在煤壁、岩层内听到“吱吱”的水呼声时，表明因水压大，水向裂隙中挤发出的响声，说明离水体不远了，有突水危险。 （5）老空水呈红色，含有铁，水面泛油花和臭鸡蛋味，口尝时发涩；若水甜且清，则是“流砂”水或断层水。
附录 A （资料性附录） 突水危险性评价方法 A.1 顶板突水危险性评价 A.1.1 导水裂缝带法 A.1.1.1 一般经验公式 导水裂缝带高度应当依据开采区域的地质采矿条件和实测数据分析确定；对于无实测数据的，可参考类似地质采矿条件矿井的实测数据、水体下开采成功经验或者依据表C.1的公式计算。近距离煤层的导水裂缝带高度的计算，必须考虑上、下煤层开采的综合影响。 表A.1 厚煤层分层开采的导水裂缝带高度计算公式 A.1.1.2 综采放顶条件 综采放顶条件下导水裂缝带高度可采用表C.2的公式计算。 表A.2 综采放顶条件下导水裂缝带高度计算公式 单位为米 表C.2 综采放顶条件下导水裂缝带高度计算公式(续)
A.1.1.3 导水裂缝带法危险评价分区的建议 导水裂缝带法进行危险评价时，建议采用如下分区： a) 安全区：导水裂缝带最大高度加上保护层厚度的标高小于顶板直接充水含水层底板 标高； b) 过渡区：导水裂缝带最大高度加上保护层厚度的标高大于顶板直接充水含水层底板 标高，导水裂缝带最大高度的标高小于顶板直接充水含水层底板标高； c) 危险区：导水裂缝带最大高度的标高大于顶板直接充水含水层底板标高；根据顶板 直接充水含水层的富水性或单位面积静涌水量分为3个等级： 1) 一般危险区：q ≤0.01或Q 单静j ≤5 2) 中等危险区:0.01＜q ≤0.1或5＜Q 单静j ≤10 3) 高危险区: q ＞0.1或Q 单静j ＞10 d) j 单元单位面积静涌水量（Q 单静j 静）采用式（C.1）计算： Q ij ij H μ=∑n 单静j i=1 ................................... (A.1) 式中：Q 单静j —j 单元单位面积静涌水量； n —直接充水含水层层数； μ—给水度； H —顶板直接充水含水层厚度，单位为米（m ）。 A.1.2 三图双预测法 “三图”是指通过多元信息的空间分析生成矿层顶板冒裂安全性分区图、顶板充水含水层富水性分区图和顶板涌（突）水条件综合分区图；“双预测”是指在天然和人为改造状态下的回采工作面分段和整体工程涌水量预测。其中： a) 顶板冒裂安全性分区图是通过矿层回采过程中诱发的顶板导水裂缝带加保护层总 高度与上覆充水水源之间关系的空间分析图。导水裂缝带发育总高度一般可采用经验统计公式和数值模拟计算评价以及现场实测等方法确定。 b) 顶板充水含水层富水性分区图是反映含水层富水性的多元信息（一般有含水层厚度 和岩性、地质构造分布特征、水文地质参数、单位涌水量、采取率、冲洗液消耗量、水化学特征、地球物理勘探成果等）空间分析成果图。 c) 顶板涌（突）水条件综合分区图是由顶板冒裂安全性分区图与顶板充水含水层富水 性分区图空间分析成果图。 d) 天然和人为改造状态下的回采工作面分段和整体工程涌水量预测是根据研究矿井 具体的充水水文地质物理概念模型，建立地下水流系统的三维数值模拟模型，在反
附录 A （资料性附录） 涌（突）水危险性评价 A.1 顶板涌（突）水危险性评价的“三图双预测法” A.1.1 三图双预测法 “三图双预测法”是一种解决矿井顶板充水水源、通道和强度三大关键技术问题的顶板涌（突）水预测评价方法。“三图”是指矿层顶板冒裂安全性分区图、顶板充水含水层富水性分区图和顶板涌（突）水条件综合分区图；“双预测”是指在天然和人为改造状态下的回采工作面分段和整体工程涌水量预测。 A.1.2 顶板冒裂安全性分区图 顶板冒裂安全性分区图是指矿层回采过程中诱发的顶板导水裂缝带加保护层总高度与矿层至含水层之间覆岩厚度之差图，它是矿层回采过程中顶板突水灾害发生的前提。顶板导水裂缝带发育总高度受控因素多，具有非常复杂的非线性特征，除了受控于矿层覆岩岩性组合、塑与脆性岩沉积厚度比值和其沉积位置、倾角和构造条件以及原岩地应力分布等自然影响因素外，开采工艺、采高和工作面斜长以及具体的顶板管理方式等人为影响因素也同等重要地控制其发育总高度。导水裂缝带发育总高度一般可采用经验统计公式和数值模拟计算评价以及现场实测等方法确定。 A.1.3 充水含水层富水性分区图 充水含水层富水性分区图可通过影响控制含水层富水程度的厚度和岩性、地质构造、渗透特性、单位涌水量、钻孔岩芯描述和采取率、冲洗液消耗量、抽（放）水试验和井下涌（突）水形成的地下水流场分析、地下水水化学场和地球物理勘探场分析等资料，根据多源信息复合原理，应用叠加功能编制形成。 A.1.4 顶板涌（突）水条件综合分区图 顶板涌（突）水条件综合分区图是应用GIS的多源信息复合叠加功能，将前述的矿层顶板冒裂安全性分区图与顶板充水含水层富水性分区图复合叠加处理后编制而成。 A.1.5 天然和人为改造状态下的回采工作面分段和整体工程涌水量预测 天然和人为改造状态下的回采工作面分段和整体工程涌水量预测是根据研究矿井具体的充水水文地质物理概念模型，建立地下水流系统的三维数值模拟模型，在反演识别基础上，根据回采工作面周期来压步骤，分别预测在天然和人为改造两种不同状态下的回采工作面分段和整体工程涌水量。 A.2 底板涌（突）水危险性评价的“脆弱性指数法” A.2.1 根据对矿井充水水文地质条件分析，建立煤层底板突水的水文地质物理概念模型。 A.2.2 确定煤层底板突水主控因素。 A.2.3 采集收集各突水主控因素基础数据，并进行归一化无量纲分析和处理。
矿井突水的预测方法和识别 [摘要]本文阐述了矿井突水征兆和突水水源的识别方法， 并总结了近年来矿井突水预测的理论方法及监测技术。 [关键词] 突水征兆预测识别 【ABSTRACT】This paper expounds the mine water inrush signs and water inrush identification methods, and summarizes the mine water inrush prediction theory method and monitoring technology. 【KEY WORDS:】Water bursting omen Forecast Distinguish 1.引言当巷道底板下有间接充水层时，便会在地下水压 力和矿山压力作用下，破坏底板隔水层，形成人工裂隙通道，导 致下部高压地下水涌入井巷造成突水。我国经济持续高速发展与国 家安全战略离不开能源和矿产资源的强有力支撑，而地下开采方式是 目前我国获得多种能源资源与矿产资源的重要途径。随着开采深度、 开采强度、开采速度、开采规模的增加和扩大，矿井突水问题日益严重，尤其是近几年，矿井突水事故频繁发生，给人民生命财产造成 重大损失，严重影响和制约着矿山的安全生产。因此，开展采动条件 下矿井突水预测预报理论及监测技术研究，对于采动岩体突水预测与 防治、开采方法的改进、安全度的评价具有重大理论意义和实际价值。 2.矿井突水征兆
从开拓工作面开始，发展到突水的期间内，在工作面及其附近往往会出现一些征兆。 a. 承压水与承压水有关断层水突水征兆：①工作面顶板来压、掉渣、冒顶、支架倾倒或折梁断柱现象；②底软膨胀、底膨张裂。这种征兆多随顶板来压之后发生，且较普遍，在采掘面围岩内出现裂缝，当突水量大、来势猛时，会伴有“底爆”响声；③先出小水后出大水也是较常见的征兆；④采场或巷道内瓦斯量显著增大。 b.冲积层水突水征兆：①突水部位岩层发潮、滴水，且逐渐增大，仔细观察可发现水中有少量细砂；②发生局部冒顶，水量突增并出现流砂，流砂常呈间歇性，水色时清、时混；③发生大量溃水、溃砂，这种现象可能影响至地表，导致地表出现塌陷坑。 c.老窑水突水征兆：①煤层发潮、色暗无光；②煤层“挂汗”； ③采掘面、煤层和岩层内温度低“发凉”；④在采掘面内若在煤壁、岩层内听到“吱吱”的水呼声时，表征因水压大，水向裂隙中挤压发出的响声，说明离水体不远了，有突水危险；⑤老窑水一般呈红色，含有铁，水面泛油花和臭鸡蛋味。 3.矿井水源的识别 采掘过程中发现突水征兆，及时告诫并采取必要防范措施，以减缓或防止突水事故发生。矿井突水后，如何查清水源，达到有针对性的治理，则是矿井出现突水后的一个重要问题。水源识别主要有以下方法： 3.1 地质、水文地质分析法
矿井突水水源判别方法概述 收稿日期:2010-03-05;修订日期:2010-08-02 基金项目：国家重点基础研究发展计划（“973”计划）（2007CB209401）资助;中国矿业大学青年科研基金项目（2007A025）资助。作者简介:李燕（1984-），女，黑龙江逊克人，中国矿业大学水文学与水资源专业硕士研究生，主要从事矿井水害防治技术、水文地质工程地质、水资源评价等方面的研究。E-mail ：liyanxw@https://www.doczj.com/doc/3a12461871.html, 。 李 燕，徐志敏，刘勇 (中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221116) 摘要:矿井突水灾害造成巨大的经济损失和人员伤亡，严重阻碍着我国煤炭行业的发展。一旦发生突水，及时准确地查明突水水源是解决和进一步预防突水灾害的前提，因此选择合适的判别方法是快速高效判别突水水源的关键，本文对近些年来判别矿井突水水源的各种方法进行探讨，概述各种方法的原理、应用现状及其适用条件，为保障矿井安全生产的防治水工作提供决策依据。关键词:突水水源；判别方法；水化学；防治水中图分类号:TD74文献标识码:A 文章编号:1008-8725（2010）11-0087-03 Summary on Methods of Distinguishing Sources of Mine Water-invasion LI Yan,XU Zhi-min,LIU Yong （School of Resources and Earth Science ，China University of Mining &Technology ，Xuzhou 221116,China ） Abstract:Mine water bursting causes serious economic loss and casualties ，preventing the development of coal industry to a great extent.Once water bursted,timely and accurately discriminating the sources of mine water bursting is the precondition of solving and preventing water inrush disaster,so,how to select the appropriate method is the key to fast and high efficient discriminating the sources of water -invasion.This paper sketches the principle,application status and applicable conditions for various methods of identifying sources of water-rush,which can provide the decision to adopt effective method for the prevention of the water inrush and the safety production of coal mine. Key words:source of mine water bursting;method of discrimination;hydrochemistry;water control 0前言 矿井突水是煤矿生产过程最具威胁的灾害之一，人员伤 亡大，经济损失列于煤矿三大事故的榜首。一旦矿井发生突水,如何及时准确地判断突水成因,查找突水水源,是解决和进一步预防突水灾害的关键问题[1]。 判别矿井突水水源，要充分考虑矿区的水文地质条件和构造条件，结合相应的水位、水温、水化学资料予以综合分析判断。其中，水化学数据是地下水最本质的特征,用水质资料判别水源具有快速、准确、经济的特点。依据水化学数据判别矿井突水水源的方法，从以往的简单水质类型对比分析、特征组分判别、同位素分析法等，逐渐发展到今天的多元统计学方法（聚类分析、判别分析）和非线性分析方法（灰色系统理论、模糊数学、人工神经网络、GIS 、M M H 支持向量机法、可拓识别法等）多种方法相互补充验证，水源判别方法理论日趋成熟。本文主要对上述方法做适当的分析和简述。 1水位、水温判别法 在水文地质条件简单的地区，水位和水温可以作为初步 判断突水水源的依据。目前的用于判别矿井突水水源的 “QLT ”法即为水质、水位和水温的简称。 受低温梯度的影响，不同含水层的水温会有一定的差距，因此，可以依据突水点的水温与突水危险的含水层水温对比，来初步预测矿井突水水源。袁文华[2]等人在任楼煤矿突水水源判别中采用了此方法，结果表明依靠含水层水温来判别矿井突水水源的方法是可行的。 当矿井发生突水时，相应含水层的水量变化必然导致水位发生变化，如河南某矿综采工作面突然发生突水事故，根据水位监测资料发现煤层下伏四灰水位急剧下降，下部奥灰含水层水位保持不变，因此可初步判断此次突水水源是四灰含水层，且奥灰含水层没有补给四灰含水层。说明两者没有发生水力联系。 2简易水化学分析 2.1突水水源特点 矿井突水水源按其来源可以分为大气降水、地表水体、地下水体和老空水。大气降水一般为矿化度较小、硬度较低的软水。地表水一般均带泥沙悬浮物而有浑浊度。此外，大气 第29卷第11期2010年11期 煤 炭技术 Coal Technology Vol.29,No.11November,2010
矿井突水预测理论方法及监测技术总结 摘要：本文详细阐述了矿井突水征兆和突水水源的识别方法，并总结了近年来矿井突水推测的理论方法及监测技术。 关键词：矿井突水突水征兆突水推测监测 我国经济连续高速进展与国家安全战略离不开能源和矿产资源的强有力支撑，而地下开采方式是目前我国获得多种能源资源与矿产资源的重要途径。随着开采深度、开采强度、开采速度、开采规模的增加和扩大，矿井突水问题日益严峻，专门是近几年，矿井突水事故频繁发生，给人民生命财产造成重大缺失，严峻阻碍和制约着矿山的安全生产。因此，开展采动条件下矿井突水推测预报理论及监测技术研究，关于采动岩体突水推测与防治、开采方法的改进、安全度的评判具有重大理论意义和实际价值。 1 矿井突水征兆 从开拓工作面开始，进展到突水的期间内，在工作面及其邻近往往会显现一些征兆。 a. 承压水与承压水有关断层水突水征兆：①工作面顶板来压、掉渣、冒顶、支架倾倒或折梁断柱现象；②底软膨胀、底膨张裂。这种征兆多随顶板来压之后发生，且较普遍，在采掘面围岩内显现裂缝，当突水量大、来势猛时，会伴有“底爆”响声；③先出小水后出大水也是较常见的征兆；④采场或巷道内瓦斯量显著增大。 b.冲积层水突水征兆：①突水部位岩层发潮、滴水，且逐步增大，认真观看可发觉水中有少量细砂；②发生局部冒顶，水量突增并显现流砂，流砂常呈间歇性，水色时清、时混；③发生大量溃水、溃砂，这种现象可能阻碍至地表，导致地表显现塌陷坑。 c.老窑水突水征兆：①煤层发潮、色暗无光；②煤层“挂汗”；③采掘面、煤层和岩层内温度低“发凉”；④在采掘面内若在煤壁、岩层内听到“吱吱”的水呼声时，表征因水压大，水向裂隙中挤压发出的响声，说明离水体不远了，有