坑道突水-簡(jiǎn)介

在工程開(kāi)挖和礦床采掘等過(guò)程中，大量水流突然涌入地下洞室和礦山井巷的現(xiàn)象?？拥劳凰且环N與工程和采礦活動(dòng)有關(guān)的誘發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，是工程地質(zhì)問(wèn)題。大量突水，不僅淹沒(méi)坑道和井巷，還能導(dǎo)致塌方和圍巖失穩(wěn)，甚至造成人身傷亡、工程報(bào)廢的災(zāi)難性結(jié)果。

坑道突水是指開(kāi)采礦層時(shí)，在水壓、礦壓等因素綜合作用下，底板含水層內(nèi)的地下水突破礦層或含水層間的相對(duì)隔水層，或沿?cái)鄬?、?jié)理等結(jié)構(gòu)面突然涌入礦井的現(xiàn)象，它危及采掘工作面的人身與設(shè)備安全，影響礦業(yè)生產(chǎn)。據(jù)目前統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煤礦開(kāi)采中突水現(xiàn)象非常嚴(yán)重，特別是我國(guó)北方煤礦突水造成經(jīng)濟(jì)損失巨大。

坑道突水-直接原因

發(fā)生坑道突水的直接原因是掘進(jìn)和采礦過(guò)程揭穿或溝通了富水和導(dǎo)水結(jié)構(gòu)，以及暴雨、山洪等暴發(fā)水源,使地下水或地表水大量而突然地涌入坑道。富水、導(dǎo)水結(jié)構(gòu)主要指斷裂帶、破碎帶、風(fēng)化帶、含水層(帶)、喀斯特洞穴、暗河、積水老塘等地下水體和河流、湖泊、堰塘、水庫(kù)等地表水體。影響坑道突水的因素很多，涉及補(bǔ)給水源、富水、含水和導(dǎo)水結(jié)構(gòu)、突水途徑和通道，以及影響突水性質(zhì)和特征等地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，并與現(xiàn)代地應(yīng)力作用和工程作用密切相關(guān)。某一坑道是否會(huì)發(fā)生突水，由該坑道在地下(地表)水補(bǔ)給、徑流和排泄的統(tǒng)一流場(chǎng)中所處部位，以及工程和采礦對(duì)圍巖的影響來(lái)決定。例如，在深采礦區(qū)有富水的喀斯特礦床，在頂、底板和圍巖中有較厚高壓含水層(帶)分布的礦區(qū)，在構(gòu)造破碎和喀斯特塌陷地段等，常易發(fā)生嚴(yán)重突水。

除坑道突水外，另一主要煤礦地質(zhì)災(zāi)害是瓦斯爆炸，全國(guó)有8個(gè)省(區(qū))不同程度地，存在瓦斯爆炸問(wèn)題，近十年來(lái)共發(fā)生200次以上，死亡1400人，其中較嚴(yán)重的省份有山西(Ⅱ級(jí)以上瓦斯礦44個(gè)，僅1991、1992年兩次爆炸就死亡187人)、貴州(10座瓦斯礦發(fā)生過(guò)爆炸、死290人)、廣東(死3人以上的爆炸就達(dá)31次，共死348人)。此外了夏、青海、云南、新疆、遼寧等地也都不同程度地存在瓦斯爆炸問(wèn)題。全國(guó)由此造成的直接經(jīng)濟(jì)損失也是很大的。據(jù)全國(guó)17次大、中、小型瓦斯爆炸事故的統(tǒng)計(jì)，每次直接經(jīng)濟(jì)，損失6.9—295萬(wàn)元，平均每次46.88萬(wàn)元，全國(guó)近10年來(lái)共200次以L—，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)9376萬(wàn)元，平均每年近0.1億元。

近年來(lái)瓦斯爆炸趨于強(qiáng)烈、頻度有所增大。其主要原因之一是個(gè)體、集體采礦增加、安全措施不完善，第二是大量的假冒偽劣礦用機(jī)電設(shè)備流人礦區(qū)，在礦井使用中放電打火引起爆炸。如1991年4月山西洪洞縣三交河煤礦的爆炸(死147人，損失295萬(wàn)元)和1992年4月24日大同碾盤溝軍民聯(lián)營(yíng)煤礦的爆炸(死40人)，皆因使用了假冒偽劣礦用機(jī)電設(shè)備而引起。

坑道突水-突水征兆

a. 承壓水與承壓水有關(guān)斷層水突水征兆：①工作面頂板來(lái)壓、掉渣、冒頂、支架傾倒或折梁斷柱現(xiàn)象;②底軟膨脹、底膨張裂。這種征兆多隨頂板來(lái)壓之后發(fā)生，且較普遍，在采掘面圍巖內(nèi)出現(xiàn)裂縫，當(dāng)突水量大、來(lái)勢(shì)猛時(shí)，會(huì)伴有“底爆”響聲;③先出小水后出大水也是較常見(jiàn)的征兆;④采場(chǎng)或巷道內(nèi)瓦斯量顯著增大。

b.沖積層水突水征兆：① 突水部位巖層發(fā)潮、滴水，且逐漸增大，仔細(xì)觀察可發(fā)現(xiàn)水中有少量細(xì)砂;②發(fā)生局部冒頂，水量突增并出現(xiàn)流砂，流砂常呈間歇性，水色時(shí)清、時(shí)混;③發(fā)生大量潰水、潰砂，這種現(xiàn)象可能影響至地表，導(dǎo)致地表出現(xiàn)塌陷坑。

c.老窯水突水征兆：① 煤層發(fā)潮、色暗無(wú)光;②煤層“掛汗”;③ 采掘面、煤層和巖層內(nèi)溫度低“發(fā)涼”;④在采掘面內(nèi)若在煤壁、巖層內(nèi)聽(tīng)到“吱吱”的水呼聲時(shí)，表征因水壓大，水向裂隙中擠壓發(fā)出的響聲，說(shuō)明離水體不遠(yuǎn)了，有突水危險(xiǎn);⑤ 老窯水一般呈紅色，含有鐵，水面泛油花和臭雞蛋味。

坑道突水-識(shí)別

1、地質(zhì)、水文地質(zhì)分析法

熟悉掌握井田或采區(qū)內(nèi)已存在或可能存在的斷層位置、性質(zhì)、落差、兩盤含水層錯(cuò)動(dòng)情況;斷裂構(gòu)造的組合特征、含水層數(shù)目、厚度、含水類型、水壓大小、富水性、裂隙或巖溶發(fā)育程度;礦層與直接或間接充水含水層的距離、隔水層厚度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性;老窯邊界、舊鉆孔位置及封孔質(zhì)量;地表水是否與礦坑水有聯(lián)系。通過(guò)上述方法可以初步確定井田內(nèi)突水的類型和位置。

2 、突水點(diǎn)位置和突水形態(tài)分析法

在采礦過(guò)程中，由于煤層底板或斷層應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生了變化，承壓水的入侵高度沿?cái)鄬訋Щ蚱茢嗟牡装逑蛏习l(fā)展產(chǎn)生遞進(jìn)導(dǎo)升現(xiàn)象，以致造成突水。因此，突水過(guò)程具有巖體應(yīng)力、滲透性變化、水壓升高、涌水量增大等一系列前兆。這些前兆是突水預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)的依據(jù)，通過(guò)傳感器對(duì)應(yīng)力、水壓的變化幅度等信息進(jìn)行分析處理，來(lái)反演突水區(qū)域，進(jìn)而計(jì)算突水點(diǎn)的位置。突水形態(tài)是指水從突水點(diǎn)流出還是冒出;是一陣大一陣小，還是緩慢增大;是上翻出水、噴射，還是緩流水，以此判斷水壓的相對(duì)大小，同時(shí)也反映出動(dòng)水量大小。

3、 突水?dāng)y出物分析法

無(wú)論是地表水或井下承壓含水層中的水，潰入采掘工作面時(shí)，一般都能攜出突破點(diǎn)附近圍巖物質(zhì);可通過(guò)觀察和分析這方面的資料來(lái)確定突水位置。

4 、地下水動(dòng)態(tài)分析法

井巷突水前，地下水運(yùn)動(dòng)處于相對(duì)動(dòng)平衡態(tài)，在疏放流場(chǎng)中，其流向、水力坡度、水質(zhì)、水溫都相對(duì)穩(wěn)定。突水后，勢(shì)必打破原平衡狀態(tài)，在水位、水質(zhì)、水量等方面應(yīng)有所反映。通過(guò)動(dòng)態(tài)分析法，可以分析判斷突水水源。

5 水化學(xué)法

水化學(xué)法是研究地下水自身組分的變化，從微觀上判別和認(rèn)識(shí)不同水源間差異和聯(lián)系的一種方法。要判別井下突水水源，必須首先搞清不同水源之間的區(qū)別和各自特征，并掌握其形成特征的自然規(guī)律。地下水在形成過(guò)程中，由于受到含水層的沉積期、地層巖性、建造和地化環(huán)境等諸多因素的影響，使儲(chǔ)存在不同含水層中的地下水主要化學(xué)成分有所不同。近年來(lái)，由于計(jì)算技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)得到迅速發(fā)展，一些定量、半定量的方法已經(jīng)應(yīng)用到對(duì)礦井突水水源的判別中，如模糊綜合評(píng)判法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色關(guān)聯(lián)分析等等。每種方法有其自身的特點(diǎn)，同時(shí)也存在一定的局限性。針對(duì)不同情況，如何從方法上揚(yáng)長(zhǎng)避短，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井突水水源的準(zhǔn)確判別及預(yù)測(cè)。