论文部分内容阅读
摘 要：本文通过分析采煤中发生突水现象的机理，并结合工作中的经验在突水的防治措施方面做了一些探讨。
关键词：松散承压；采煤突水机理；含水层
前言：在我国，华北、华东等许多煤矿上表土层的底部均有一层松散的承压含水层，赋存到煤系基岩的顶部，从而对正常开采造成一定的影响。从近些年采煤事故分析来看，因松散承压的含水层，导致采煤中多次发生突水灾害，带来了巨大的经济损失，威胁到了煤矿的安全生产。因此，探究松散承压含水层的突水机理与防治具有实用价值。
一、采煤的突水机理
（一）实例概况。下面以年产量达到150万吨的某矿井为例进行机理分析，该矿中煤系的地层均被巨厚的松散层所覆盖，而且煤系地层都属于石炭二叠系。该松散层的平均厚度为375m，煤系上还直接覆盖着第四含水层，厚度大约为0—60m，而所谓四含即为砾石，砂砾，黏土砾石，砂，黏土质砂等所组成，其中夹有多层的砂质黏土或者薄层黏土，是松散承压的含水层，尤其是四含对采矿的安全造成了直接威胁。
（二）突水机理分析。如果不是断层构造所影响，采煤面的突水就是因为采动岩层发生破断裂隙而出现四含，也就是顶板上导水裂隙中的发育高度延伸到基岩顶部含水层，影响到了裂隙上不会沟通四含并且没有足够安全系统，这样就引发了四含突水，也就是从采煤面入手切开了一段距离而出现压架突水事故，表明覆岩出现了破断运动，影响到了导水裂隙的发育规律。
从各种研究可以发现，因松散承压的含水層载荷上具有传递作用，在一定的覆岩条件下极易造成关键层发生复合破断，造成含水层发生大范围乃至全部岩层发生整体破断，如果非通常情况所出现分层破断，从而可知含水层环境下采煤覆岩具有破断特征，就会造成覆岩上的关键层的位置下移，乃至形成了复合单一的关键层破断，也就是覆岩发生整体破断，如果顶板上导水裂隙的发育达到基岩顶部，从而沟通四含。也就是在各种情况影响下，覆岩上把那个没有产生出关键层的破断，按照文献研究结果，一旦覆岩上关键层的位置因为关键层发生复合破断，从而产生下移，一旦距离采煤层间距低于了采高的7—10倍时，顶板上导水裂隙就会伴随着发育到了基岩顶部，从而沟通四含。
一旦在松散承压的含水层上具有载荷传递作用，关键层发生复合破断，当两个关键层发生了同步复合破断，导水裂隙就出现上下贯通；如果不存在无松散承压含水层，两个关键层发生破断不同步，某一个层先破断另一个层后破断，两个关键层就不可能产生复合破断，必然造成导水裂隙出现不贯通。这样逐渐就会产生出采煤的突水现象，对正常采煤造成巨大影响，甚至还会威胁到人们的生命安全。
二、松散承压含水层下采煤突水的防治
从采煤突水机理来看，对于这种灾害重要手段就是要形成有效防治措施，只有这样才能够真正预防突水灾害一次又一次的发生。制定防范措施不能够凭空想象，必须要预测采煤范围中具有突水灾害的危险区。对于危险区尽可能不形成工作面，初期设计矿井之时就要避开危险区域，也可以先将没有危险地方开采出来，直到采动降低后含水层的水压降低再对危险区域进行开采。在现实中，对突水防治的有效措施就是预测，预警以及实时调控几个途径。
（一）对突水危险区域进行预测。在采煤之前就应该预测突水危险区域，便于后期开拓设计矿井以及布置工作面。一旦预测到了危险区，就要尽可能避开危险区域，或者采煤之时有针对性采取防治措施。但是在实际操作中，因为钻孔的疏密存在差异，所以判断区域中是不是存在突水危险之时，就应该将某一个钻孔作为中心，朝着相应的范围逐渐扩展。但是忽略地质构造所造成的影响，钻孔周围相应范围中岩层的柱状相同的，从而就能够划分出危险区域。依据发生突水灾害条件，预测突水危险区域的方法如下：
（1）对含水层的赋存情况进行分析；如果设计区域中没有含水层，一般就不会发生突水灾害危险；如果存在含水层就要依据含水层的特征，分析传递荷载作用大小确定出传递系数。一旦荷载的传递系数超过了0.8时，增加了覆岩关键层发生破断的可能性，也增大了发生突水灾害的可能性。一旦降低了传递系数，发生突水危险性随之降低。（2）分析关键层的结构类型；这种方法就是采用判别关键层的软件，对基岩的厚度低于
125m的钻孔所处关键层结构和位置进行判别。一旦煤层上方第一层的厚度比较大，极易在上面形成单位的关键层结构，造成关键层发生复合破断，从而发生突水事故。（3）对危险区域进行划分；分析统计了钻孔柱状及关键层的结构类型之后，就要依据发生复合破断的条件，对采煤区域平面图进行布置，依照钻孔的附近所有岩性大致相同原则，对可能发生突水灾害危险区域进行划分。将钻孔设为中心，把周围一百米的范围岩层柱状都视为钻孔相同，判别危险性的结果自然也相同。其精确程度是由分布钻孔的密度与编录钻孔柱状的准确程度所确定。在此基础上要提升预测精确程度，就能够采取补孔方式提升分布钻孔的密度。
（二）留设采煤的安全煤岩柱。留设方法；从发生突水机理可知，发生突水灾害不但和含水层自身载荷的传递性质相关，还由覆岩的关键层结构类型所确定。如果含水层的颗粒粒径比较大，那么含水层的流动补给性就比较好，也就具有较好的传递荷载性能，极易发生关键层整体破断，发生采煤突水几率也就越大。当含水层的载荷作用不变，硬岩层与基岩厚度组合就会影响到工作面而确定是发生突水灾害；基岩的厚度越小，硬岩的层数就比较少，那么极易出现复合单一的关键层结构，也就很容易出现突水事故。
所以针对含水层的采煤工作面，就要留设出安全煤岩柱。其一要依据含水层中赋存情况及覆岩结构条件，从而判断出是不是存在突水危险性，如果没有存在突水危险，就应该按照传统计算公式，计算出导水裂隙区域上最大的高度，并设置一定的保护厚度当成安全煤岩柱；如果通过分析发现存在突水危险，表明这个区域中煤岩柱的厚度是不够的，尽可能不要布置采煤。所以如果没有设计任何的防治措施，就一定要对煤岩柱的厚度进行增加。采用这种方法不但能够全面考虑到覆岩的结构特殊性影响工作面，还能够防止因为留设煤柱而发生资源浪费，所以采用这种方法比较适合现场实况，比过去所用方法更加合理与科学。
（三）预裂爆破关键层位置顶板。从发生采煤突水机理可以看出来，当含水层的载荷传递情况下也不是所有的区域都发生突水灾害，是不是发生突水灾难不但和含水层赋存特征有关，还和覆岩结构存在一定关系。如果覆岩和煤层距离在采高范围的7—10倍，在该范围中出现了厚硬岩层，该岩层大多属于工作面的老顶，也就是关键层，如果发生塌落就可能造成一些范围覆岩发生整体垮落，导致关键层发生复合破断，对工作面产生巨大压力可能发生突水灾害。，随着采煤而垮落，并且及时对采空区进行充填，防止悬露的面积过大，降低顶板发生整体破断所产生危险性。
其实对硬岩层采取爆破弱化，让该岩石不再成为硬岩，将关键层的位置上移到超出采高10倍，对发生复合破断的条件进行破坏。事实上，采用预裂爆破就能够降低主关键层发生破断前悬空高度，降低因为破断而影响工作面。采用这种方式就能够有效预防破断，有效预防采煤突水。
结束语：通过以上分析可以告诉我们，在采煤工作中必须对突水灾害的预防予以高度重视，因为这种灾害一旦发生不但会影响到正常采煤作业，还可能威胁到井下作业人员的生命财产安全，所以在实际工作中我们要不断的探究松散承压含水层下采煤突水的防治措施，只有这样才能实现预防为主、防治结合的目的，才能够真正预防突水灾害的发生，从而，也才能够确保煤矿生产作业的安全运行。
参考文献：
[1] 杨伟峰，隋 旺华.薄基岩条带开采覆岩与地表移动数值模拟研究 [J ].煤田地质与勘探，2010 （3 ）.
[2] 王睿，孟召平，谢晓彤， 等.巨厚松散层下防水煤柱合理留设及其数值模拟 [J].煤田地质与勘 探，2011 （1 ）.
关键词：松散承压；采煤突水机理；含水层
前言：在我国，华北、华东等许多煤矿上表土层的底部均有一层松散的承压含水层，赋存到煤系基岩的顶部，从而对正常开采造成一定的影响。从近些年采煤事故分析来看，因松散承压的含水层，导致采煤中多次发生突水灾害，带来了巨大的经济损失，威胁到了煤矿的安全生产。因此，探究松散承压含水层的突水机理与防治具有实用价值。
一、采煤的突水机理
（一）实例概况。下面以年产量达到150万吨的某矿井为例进行机理分析，该矿中煤系的地层均被巨厚的松散层所覆盖，而且煤系地层都属于石炭二叠系。该松散层的平均厚度为375m，煤系上还直接覆盖着第四含水层，厚度大约为0—60m，而所谓四含即为砾石，砂砾，黏土砾石，砂，黏土质砂等所组成，其中夹有多层的砂质黏土或者薄层黏土，是松散承压的含水层，尤其是四含对采矿的安全造成了直接威胁。
（二）突水机理分析。如果不是断层构造所影响，采煤面的突水就是因为采动岩层发生破断裂隙而出现四含，也就是顶板上导水裂隙中的发育高度延伸到基岩顶部含水层，影响到了裂隙上不会沟通四含并且没有足够安全系统，这样就引发了四含突水，也就是从采煤面入手切开了一段距离而出现压架突水事故，表明覆岩出现了破断运动，影响到了导水裂隙的发育规律。
从各种研究可以发现，因松散承压的含水層载荷上具有传递作用，在一定的覆岩条件下极易造成关键层发生复合破断，造成含水层发生大范围乃至全部岩层发生整体破断，如果非通常情况所出现分层破断，从而可知含水层环境下采煤覆岩具有破断特征，就会造成覆岩上的关键层的位置下移，乃至形成了复合单一的关键层破断，也就是覆岩发生整体破断，如果顶板上导水裂隙的发育达到基岩顶部，从而沟通四含。也就是在各种情况影响下，覆岩上把那个没有产生出关键层的破断，按照文献研究结果，一旦覆岩上关键层的位置因为关键层发生复合破断，从而产生下移，一旦距离采煤层间距低于了采高的7—10倍时，顶板上导水裂隙就会伴随着发育到了基岩顶部，从而沟通四含。
一旦在松散承压的含水层上具有载荷传递作用，关键层发生复合破断，当两个关键层发生了同步复合破断，导水裂隙就出现上下贯通；如果不存在无松散承压含水层，两个关键层发生破断不同步，某一个层先破断另一个层后破断，两个关键层就不可能产生复合破断，必然造成导水裂隙出现不贯通。这样逐渐就会产生出采煤的突水现象，对正常采煤造成巨大影响，甚至还会威胁到人们的生命安全。
二、松散承压含水层下采煤突水的防治
从采煤突水机理来看，对于这种灾害重要手段就是要形成有效防治措施，只有这样才能够真正预防突水灾害一次又一次的发生。制定防范措施不能够凭空想象，必须要预测采煤范围中具有突水灾害的危险区。对于危险区尽可能不形成工作面，初期设计矿井之时就要避开危险区域，也可以先将没有危险地方开采出来，直到采动降低后含水层的水压降低再对危险区域进行开采。在现实中，对突水防治的有效措施就是预测，预警以及实时调控几个途径。
（一）对突水危险区域进行预测。在采煤之前就应该预测突水危险区域，便于后期开拓设计矿井以及布置工作面。一旦预测到了危险区，就要尽可能避开危险区域，或者采煤之时有针对性采取防治措施。但是在实际操作中，因为钻孔的疏密存在差异，所以判断区域中是不是存在突水危险之时，就应该将某一个钻孔作为中心，朝着相应的范围逐渐扩展。但是忽略地质构造所造成的影响，钻孔周围相应范围中岩层的柱状相同的，从而就能够划分出危险区域。依据发生突水灾害条件，预测突水危险区域的方法如下：
（1）对含水层的赋存情况进行分析；如果设计区域中没有含水层，一般就不会发生突水灾害危险；如果存在含水层就要依据含水层的特征，分析传递荷载作用大小确定出传递系数。一旦荷载的传递系数超过了0.8时，增加了覆岩关键层发生破断的可能性，也增大了发生突水灾害的可能性。一旦降低了传递系数，发生突水危险性随之降低。（2）分析关键层的结构类型；这种方法就是采用判别关键层的软件，对基岩的厚度低于
125m的钻孔所处关键层结构和位置进行判别。一旦煤层上方第一层的厚度比较大，极易在上面形成单位的关键层结构，造成关键层发生复合破断，从而发生突水事故。（3）对危险区域进行划分；分析统计了钻孔柱状及关键层的结构类型之后，就要依据发生复合破断的条件，对采煤区域平面图进行布置，依照钻孔的附近所有岩性大致相同原则，对可能发生突水灾害危险区域进行划分。将钻孔设为中心，把周围一百米的范围岩层柱状都视为钻孔相同，判别危险性的结果自然也相同。其精确程度是由分布钻孔的密度与编录钻孔柱状的准确程度所确定。在此基础上要提升预测精确程度，就能够采取补孔方式提升分布钻孔的密度。
（二）留设采煤的安全煤岩柱。留设方法；从发生突水机理可知，发生突水灾害不但和含水层自身载荷的传递性质相关，还由覆岩的关键层结构类型所确定。如果含水层的颗粒粒径比较大，那么含水层的流动补给性就比较好，也就具有较好的传递荷载性能，极易发生关键层整体破断，发生采煤突水几率也就越大。当含水层的载荷作用不变，硬岩层与基岩厚度组合就会影响到工作面而确定是发生突水灾害；基岩的厚度越小，硬岩的层数就比较少，那么极易出现复合单一的关键层结构，也就很容易出现突水事故。
所以针对含水层的采煤工作面，就要留设出安全煤岩柱。其一要依据含水层中赋存情况及覆岩结构条件，从而判断出是不是存在突水危险性，如果没有存在突水危险，就应该按照传统计算公式，计算出导水裂隙区域上最大的高度，并设置一定的保护厚度当成安全煤岩柱；如果通过分析发现存在突水危险，表明这个区域中煤岩柱的厚度是不够的，尽可能不要布置采煤。所以如果没有设计任何的防治措施，就一定要对煤岩柱的厚度进行增加。采用这种方法不但能够全面考虑到覆岩的结构特殊性影响工作面，还能够防止因为留设煤柱而发生资源浪费，所以采用这种方法比较适合现场实况，比过去所用方法更加合理与科学。
（三）预裂爆破关键层位置顶板。从发生采煤突水机理可以看出来，当含水层的载荷传递情况下也不是所有的区域都发生突水灾害，是不是发生突水灾难不但和含水层赋存特征有关，还和覆岩结构存在一定关系。如果覆岩和煤层距离在采高范围的7—10倍，在该范围中出现了厚硬岩层，该岩层大多属于工作面的老顶，也就是关键层，如果发生塌落就可能造成一些范围覆岩发生整体垮落，导致关键层发生复合破断，对工作面产生巨大压力可能发生突水灾害。，随着采煤而垮落，并且及时对采空区进行充填，防止悬露的面积过大，降低顶板发生整体破断所产生危险性。
其实对硬岩层采取爆破弱化，让该岩石不再成为硬岩，将关键层的位置上移到超出采高10倍，对发生复合破断的条件进行破坏。事实上，采用预裂爆破就能够降低主关键层发生破断前悬空高度，降低因为破断而影响工作面。采用这种方式就能够有效预防破断，有效预防采煤突水。
结束语：通过以上分析可以告诉我们，在采煤工作中必须对突水灾害的预防予以高度重视，因为这种灾害一旦发生不但会影响到正常采煤作业，还可能威胁到井下作业人员的生命财产安全，所以在实际工作中我们要不断的探究松散承压含水层下采煤突水的防治措施，只有这样才能实现预防为主、防治结合的目的，才能够真正预防突水灾害的发生，从而，也才能够确保煤矿生产作业的安全运行。
参考文献：
[1] 杨伟峰，隋 旺华.薄基岩条带开采覆岩与地表移动数值模拟研究 [J ].煤田地质与勘探，2010 （3 ）.
[2] 王睿，孟召平，谢晓彤， 等.巨厚松散层下防水煤柱合理留设及其数值模拟 [J].煤田地质与勘 探，2011 （1 ）.