淺析斷層構(gòu)造突水機(jī)理及防治措施

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1、2011-02-2710:01淺析斷層構(gòu)造突水機(jī)理及防治措施淺析斷層構(gòu)造突水機(jī)理及防治措施作者徐睿屠世浩鄭西貴摘要：總結(jié)了斷層突水特征，根據(jù)突水機(jī)理的不同將其分為直接突水和間接突水，并分析了其中的影響因素及影響機(jī)制。最后，基于突水的3個(gè)條件所屬的不同范疇從水文地質(zhì)和采動(dòng)力學(xué)等幾個(gè)方面來(lái)闡述防治措施，并結(jié)合我國(guó)一些突水實(shí)例進(jìn)行探討。關(guān)鍵詞：斷層：突水機(jī)理；裂隙；突水特征；防治措施1概況煤礦突水是威脅礦井安全生產(chǎn)的主要因素之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近30a間我國(guó)發(fā)生過(guò)200多起淹井事故。我國(guó)煤礦水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜，但引起突水事故的主要是底板奧灰?guī)r溶水。目前，我國(guó)受底板巖溶水威脅的

2、礦井高達(dá)222處，有51對(duì)礦井隨時(shí)都有突水的可能，隨著開(kāi)采水平的延深，煤層受底板含水層的威脅越來(lái)越大。從目前各礦區(qū)突水的統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看，約80%的突水事故是由于斷層引起的，其他的突水事故也可能是由于隱伏斷裂引起的，所以，煤礦底板的突水問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是斷層的突水問(wèn)題，分析和研究在各種情況下的斷層突水機(jī)理，對(duì)礦井安全生產(chǎn)有十分重要的意義。2煤礦斷層突水特征(1)大多數(shù)突水位置為正斷層的上盤。因?yàn)樵谡龜鄬拥纳媳P開(kāi)采時(shí)，產(chǎn)生的礦山壓力通過(guò)煤柱作用在斷層面上，使斷層帶裂隙產(chǎn)生剪切運(yùn)動(dòng)，而下盤開(kāi)采產(chǎn)生的礦山壓力通過(guò)煤柱作用在下伏巖層上，對(duì)斷層面沒(méi)明顯的影響。(2)斷層的交匯處或尖滅端

3、易突水。斷層的交匯處和尖滅端是應(yīng)力集中的地段，由于應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂隙發(fā)育，易于突水。(3)小斷層密集帶也是易發(fā)生突水的部位。主斷層派生的次級(jí)序次的小斷層成群出現(xiàn)時(shí)，裂隙發(fā)育，有利于導(dǎo)水通道的形成，同時(shí)因與主斷層構(gòu)造聯(lián)系，易誘發(fā)突水。(4)2條及其以上的近距離平行的正斷層的上盤易突水。由于斷層之間的巖層受斷層的錯(cuò)動(dòng)影響，巖石破碎，裂隙發(fā)育，斷層帶較寬，對(duì)隔水底板破壞范圍較大，因而易突水。(5)同一條斷層愈往深部愈易發(fā)生突水。(6)采空區(qū)周邊斷層或小斷裂地段的巖層易發(fā)生底脹突水。(7)突水水源多為奧灰水，且突水前水頭壓力值較大。(8)斷層帶突水往往帶有巖石碎屑沖出。(9

4、)有時(shí)會(huì)發(fā)生滯后突水。因?yàn)閿鄬硬皇侨魏尾课欢紝?dǎo)水，巷道或工作面揭露斷層后，也不是立即突水，而是在長(zhǎng)時(shí)間的礦壓作用下，斷層帶可能活化及相對(duì)移動(dòng)直至與含水層導(dǎo)水裂隙溝通，造成滯后突水。3斷層突水機(jī)理斷層是在巖體形成后的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，沿巖體內(nèi)破裂面發(fā)生明顯位移的地質(zhì)構(gòu)造。斷層周圍存在的結(jié)構(gòu)稱為斷層破碎帶，其橫剖面可以分為兩個(gè)帶：構(gòu)造巖帶和斷層影響帶。斷層突水根據(jù)機(jī)理不同可分為兩類：直接突水、間接突水。斷層的構(gòu)造巖帶與含水層貫通，在工作面推進(jìn)至斷層影響范圍內(nèi)時(shí)突水為直接突水；斷層影響帶與含水層貫通，在力學(xué)作用下斷層活化，發(fā)生的突水為間接突水。3.1斷層直接突水機(jī)理3.1.

5、1斷層縮短了煤層與含水層之間的距離當(dāng)斷層切過(guò)煤層和含水層時(shí)，斷層兩盤的位移會(huì)使煤層底板與含水層之間的相對(duì)位置和距離發(fā)生變化。許多情況下會(huì)使兩者之間的距離縮短，使隔水層的有效厚度減小，有時(shí)甚至使煤層與含水層直接接觸。在這種情況下，如果采掘工作面揭露或接近斷層帶，就會(huì)使原來(lái)處于封閉狀態(tài)的承壓水突然涌出而形成突水，煤層與含水層之間的距離縮短多少則取決于斷層的落差和斷層的傾角。(1)斷層落差影響。斷層落差大小的不同可使斷層兩盤的煤層與含水層之間產(chǎn)生不同的接觸關(guān)系。如隔水層有效厚度變小或使煤層與含水層的距離增大等。它們都有可能引起突水，但突水時(shí)的來(lái)水方向、涌水量顯然不一樣。(

6、2)斷層傾角的影響。井田內(nèi)斷層在平面上和垂向上多數(shù)位置變化較大。斷層面傾角的變化可能會(huì)使部分防水煤柱失效，造成煤層與含水層之間距離變短而引起突水。3.1.2斷層的貯水導(dǎo)水作用由于構(gòu)造的作用，斷層帶的巖性一般比較破碎，在巖塊松散膠結(jié)的情況下，具有良好的貯水性和導(dǎo)水性。當(dāng)規(guī)模較大時(shí)，破碎帶本身貯存的水就相當(dāng)可觀。如果斷層同時(shí)切穿多個(gè)含水層或與之發(fā)生水力聯(lián)系，就會(huì)對(duì)礦井形成較大的威脅。一方面，含水層中的承壓水可通過(guò)毛細(xì)作用沿?cái)鄬悠扑榱严渡仙乱欢ǔ醺撸垢羲畬拥挠行Ш穸葴p小，使隔水層在局部地段完全失去阻水作用；另一方面，當(dāng)斷裂規(guī)模較大，同時(shí)切穿多個(gè)含水層時(shí)，斷層的作用會(huì)使

7、各含水層之間發(fā)生水力聯(lián)系，形成相互補(bǔ)給，突水規(guī)模將大大增加，易于發(fā)生淹井事故。3.1.3斷層構(gòu)造降低了巖層的強(qiáng)度斷層帶影響范圍內(nèi)巖性破碎，它的存在破壞了隔水層巖層的完整性，降低了巖層的強(qiáng)度。一般斷層構(gòu)造巖帶的強(qiáng)度只有正常地段的30%左右，尤其是在斷層交叉處等斷層密度較大的地方，破壞程度更高，且斷層帶的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角一般較巖石小得多，其所產(chǎn)生的向下摩擦阻力很小，使隔水層承受水壓力的能力大大降低，突水事故特別容易發(fā)生。3.1.4水壓作用當(dāng)構(gòu)造巖帶導(dǎo)水性較強(qiáng)時(shí)，若它與煤層底板破壞帶相溝通形成通道，則承壓水可沿此通道進(jìn)入礦井，發(fā)生突水。此時(shí)，構(gòu)造巖帶為透水的，當(dāng)空隙水