摘 要：礦井突水問題一直是困擾煤礦生產的一個難點問題，利用采動巖體結構破壞與裂隙演化及滲流突變規(guī)律科學問題進行研究，利用理論分析、數值模擬方法等探討了礦井突水的斷層活化突水機理。通過分析探討其突水機理，為保障礦井安全生產，要有針對性實施各井田下煤組的開采方法及防突水措施。

關鍵詞：采動斷層；突水；控制

1 概況

礦區(qū)煤礦設計生產能力為6萬噸/年的斜井，礦井開拓方式是斜井片盤式，礦區(qū)地形為丘陵地帶，區(qū)內地形簡單，地勢東高西低，最高標高為+223.4米，最低標高為+210.4米，相對高差13米。礦的西部坡底有人字形水溝一條，標高為+206.6米，該水溝為季節(jié)性水溝，降雨時有水流過，其它時間溝內無積水。由于地勢高差大、流速快，雨季最大降水時，不足二米深的水溝中水深也不過半米，并且雨過數小時后，水溝即斷流。礦區(qū)范圍內地表無積水、無塌陷坑、無裂隙。多為山地地表生長有次生林與人工林。

井田構造總的規(guī)律：構造形跡在空間的展布低，序次的構造特征都與煤田構造規(guī)律有其成生聯系。煤系地層走向近北北東呈長條帶狀分布，傾向南東的單斜構造，構造特征以斷裂為主，伴隨產生小型波狀褶曲，由于主干斷層的影響，派生小構造比較發(fā)育，井田內以F3斷層為主。受F3斷層影響煤層結構復雜，煤層厚度變薄，走向發(fā)生變化成平緩褶曲圍巖破碎。本區(qū)第四紀含水巖系的補給主要靠大氣降水。其它含水巖系則以斷層、裂隙等為自己的來水通路，補給條件不好。隨著煤層的采動，地表都有不同程度的緩慢下降，每到七、八、九月降雨時候，井下涌水量隨降雨量大小而增減，這足以說明井下的涌水量大小與降雨量呈正比的。

2 采動斷層的突水

2.1 采動斷層突水原因分析

隨著采深增加，水壓加大，小斷層（H<10m）突水機率愈將變大.另外，由表1可以看出突水與采掘類型關系十分密切，在67次突水中，掘進巷道突水44次，占65.7%；回采工作面突水23次，占34.3%，100m3/min以上突水7次，掘進巷道突水6次，占85.71%，可見掘進巷道突水十分嚴重。

2.2 采動斷層突水條件分析

礦井突水的兩個先決條件——突水水源和突水通道，在分析地下水對巖體的物理化學及力學作用，以及探討地下水對斷層活化突水的影響規(guī)律的基礎上，對水巖作用機理進行了研究?；诓牧狭W中的固支梁理論，建立了水壓作用下斷層張開位移方程。根據斷裂力學中的D-M模型，提出了水壓和礦壓作用下斷層附近巖體裂隙起裂的判據，并分析了水壓、巖性和斷層傾角對其影響的規(guī)律。通過對底板隔水層破壞機理的研究，提出了底板組合隔水層概念，建立了底板組合隔水層的非線性力學模型，推導出了組合隔水層的非線性失穩(wěn)的力學充要條件，分析了組合隔水層中軟巖的力學性質及巷道跨度對組合隔水層穩(wěn)定性的影響；從巖體力學理論著手，分析在礦壓和水壓作用下，采動斷層對底板隔水層穩(wěn)定性的影響，得到了底板隔水層臨界水壓力公式，并提出了斷層影響下底板突水的判據，分析了斷層傾角、斷層的內聚力及隔水層厚度對底板突水的影響規(guī)律。

依據隔水關鍵層的概念，分析了小斷層的突水機理。運用RFPA-FLOW2D軟件模擬小斷層突水規(guī)律，分析小斷層影響下底板突水通道的形成過程。模擬結果表明小斷層活化突水過程分三個階段，即小斷層活化階段、小斷層活化區(qū)擴展階段和裂隙貫通階段。通過對滲流場演化結果的解讀發(fā)現滲流場與裂隙場同步演化，滲流場能標示工作面突水的位置；多條小斷層活化突水模擬結果表明，底板中小斷層分布密度越大，越容易發(fā)生底板突水。

3 采動斷層突水的控制措施

根據以上分析，結合礦區(qū)實際，我們認為搞好底板突水防治主要從以下幾個方面入手。防止礦井突水的目的，一是為了保障礦井安全生產，二是為了保護地下水資源，保護環(huán)境。查明礦區(qū)水文地質條件，在各種可能導水的斷層附近預留防水保安煤柱，加強對礦井涌水量的監(jiān)測工作，減少流向礦區(qū)排泄區(qū)的地下水流量，為礦區(qū)生產、生活提供用水，也保障礦井安全生產。

3.1 加強水文地質預測

對礦井生產地區(qū)進行逐頭、逐面分析，加強對礦井舊區(qū)工作對照、地質和水害情況預報工作。每年雨季來臨期間，加強井上下巡視工作。礦井應當建立數字化圖件內容真實可靠，并每半年對圖紙內容進行修正完善，及時、準確的水文地質預報工作，可減少突水和降低突水強度，保證安全生產。

3.2 加強安全教育培訓

礦井應當對職工進行防治水知識的教育和培訓，保證職工具備必要的防治水知識，提高防治水工作的技能和抵御水災的能力。用業(yè)已成熟的井下直流電法探測技術、瑞利波探測技術和工作面坑道透視技術對生產區(qū)進行探測，查明生產區(qū)底板巖溶含水層富水情況，確定生產過程中發(fā)生突水的機率，提出相應的防治措施。

3.3 加強初壓面管理，人工放頂。初壓面頂板不易冒落，懸頂面積大，礦壓對底板破壞最嚴重。根據前面分析，初壓及第一次周壓地段是最易突水地段，因而加強初壓面管理十分重要。為減少礦壓對底板的破壞作用，回采前在切眼打好放頂眼，工作面推進后，及時進行人工放頂，大大減弱了礦壓對底板的破壞作用，有效地防止了初壓面突水，使工作面得以安全回采，可見初壓面管理的重要性。

3.4 改革巷道布設，減少惡性突水

礦區(qū)礦井水平大巷，建立防水閘門（墻）主要是防止二灰、奧灰突水淹井。由于二灰、奧灰突水具有水量大、來勢猛的特點，且其涌水量難準確預計，若按突水量布置排水設施技術難度大，經濟上也不合理，所以按水文地質條件復雜程度，采取分翼、分水平或分區(qū)設置防水閘門（墻）進行隔離防水，可避免因一處突大水而造成礦井被淹沒的后果。

3.5 加強初壓面管理，人工放頂初壓面頂板不易冒落，懸頂面積大，礦壓對底板破壞最嚴重。為減少礦壓對底板的破壞作用，回采前在切眼打好放頂眼，工作面推進后，及時進行人工放頂，大大減弱了礦壓對底板的破壞作用，有效地防止了初壓面突水，使工作面得以安全回采，可見初壓面管理的重要性。

3.6 注漿改造是預防工作面突水的有效措施

該技術通過地面注漿站集中造漿、注漿，井下施工注漿孔向介于煤層和奧灰強含水層之間的薄層灰?guī)r（即徐灰）注漿，是預防突水的綜合防治水技術.實踐證明該技術是成功的。注漿改造作用及特點表現在以下幾個方面：改變了含水層的富水性；增加了有效隔水層厚度，對預防出水極為有利。

參考文獻

[1]代長青，何廷峻；承壓水體上采煤底板斷層突水規(guī)律的研究[J]；安徽理工大學學報（自然科學版）；2003年04期

[2]楊天鴻；唐春安；譚志宏；朱萬成；馮啟言；；巖體破壞突水模型研究現狀及突水預測預報研究發(fā)展趨勢[J]；巖石力學與工程學報；2007年02期

[3]黎良杰，錢鳴高，殷有泉；采場底板突水相似材料模擬研究[J]；煤田地質與勘探；1997年01期

[4]呂春峰；煤層底板突水的數值模擬試驗及其工程應用[D]；西安科技大學；2003年