【正文】 采礦方法，巖石應(yīng)力環(huán)境及其受力狀態(tài)等多種因素的控制，不同條件的組合會(huì)產(chǎn)生完全不同的頂板巖石變形破壞特征，但就一般規(guī)律而言，采空區(qū)上方可劃分出三個(gè)不同性質(zhì)的破壞和變形影響帶。但當(dāng)頂板巖性及其組合變化比較復(fù)雜時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)不均勻發(fā)育的特點(diǎn)，總之，該層不一定具備透砂能力，但一般具有較強(qiáng)的導(dǎo)水能力。當(dāng)頂板裂隙構(gòu)通工作面或巷道上覆含水層時(shí)，礦坑突水則不可避免。我國(guó)是世界上煤礦水害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，而采煤工作面或巷道底板隔水層之下巖溶承壓水突水事故占我國(guó)煤礦總突水事故的 30%以上，這主要是因?yàn)槲覈?guó)大面積分布的華北石炭二疊系煤層底板之下普遍發(fā)育有山西組、太原組薄層灰?guī)r承壓含水層和深部的奧陶系巨厚層灰?guī)r富水含水層，含水層的富水性是發(fā)生底板突水的內(nèi)在因素，它決定著突水水量的大小及突水量的動(dòng)態(tài)變化特征，水壓力的存在是驅(qū)動(dòng)含水層水流入礦坑的動(dòng)力，而底板破壞所形成的破裂則是地下水得以流動(dòng)的通路和咽喉，只有當(dāng)三者同時(shí)存在并達(dá)到某種特殊組合時(shí)，才能發(fā)生底板突水。陷落柱與巖溶塌洞：由于我國(guó)廣泛分布的華北石炭二疊系煤層的基底發(fā)育有巨厚的奧陶系石灰?guī)r含水層（一般厚度在 600～800m） ，巨厚層可溶碳酸巖的存在，使得其在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史過(guò)程中形成了巨大的地下溶蝕空洞，這為陷落柱的發(fā)育形成創(chuàng)造了有利條件。（3）突水通道具有隱蔽性和難以探知性：陷落柱的形成原因決定了其具有點(diǎn)狀導(dǎo)水構(gòu)造的特點(diǎn)，盡管有些陷落柱的直徑可達(dá)數(shù)百米，但和整個(gè)地質(zhì)結(jié)構(gòu)體相比，其仍具有很強(qiáng)的局部性，特別是在陷落柱的周邊區(qū)域，地層層序仍保持著正常狀態(tài)，這就形成了通過(guò)地層層序和構(gòu)造形態(tài)分析預(yù)測(cè)陷落柱變的十分困難，甚至不可能，陷落柱的隱蔽性和難以探知性，決定了陷落柱突水具有突發(fā)性和難以防范性。底板采礦破壞導(dǎo)水裂隙導(dǎo)水。應(yīng)該注意到的是 XXX 礦區(qū)雖然發(fā)育有煤層底板奧陶系灰?guī)r含水層，但由于本區(qū)奧陶系灰?guī)r含水層厚度相對(duì)較小，產(chǎn)生大規(guī)模溶洞和巖溶陷落柱的可能性較小，和華北其它礦區(qū)相比，陷落柱類導(dǎo)水構(gòu)造不發(fā)育。如果沒(méi)有大氣降水的補(bǔ)給，隨著礦井的生產(chǎn)排水，含水層水會(huì)逐漸趨于疏干，礦井的涌水量會(huì)逐漸減少。我們要充分研究和利用這一基本規(guī)律。而礦井底板 L78 薄層灰?guī)r含水層與二 1 煤層之間的相對(duì)隔水層厚度大多小于 15m，且部分巷道就掘進(jìn)于該含水層。（3） 礦井充水的方式、途徑和突水產(chǎn)生的條件基本清楚。（2）查明采區(qū)或工作面范圍內(nèi)存在的小規(guī)模隱伏導(dǎo)水構(gòu)造，如斷層、裂隙發(fā)育帶及其分布與展布規(guī)律。（5）計(jì)算分析采掘過(guò)程中采區(qū)或工作面的涌水量，涌水特征及其安全疏降水量，為超前預(yù)防或治理工作面回采過(guò)程中發(fā)生意外突水的技術(shù)措施設(shè)計(jì)提供依據(jù)。（3）詳細(xì)查明礦區(qū)或附近對(duì)礦坑充水有較大影響的構(gòu)造破碎帶的位置、規(guī)模、性質(zhì)、產(chǎn)狀、充填與膠結(jié)程度、風(fēng)化及溶蝕特征、富水性和導(dǎo)水性及其變化、溝通各含水層以及地表水之間相互補(bǔ)給關(guān)系的程度，分析構(gòu)造破碎帶及其可能誘發(fā)的引起突水的地段，提出開(kāi)采中對(duì)構(gòu)造水的防治方案原則性建議。當(dāng)深部有強(qiáng)含水層或采區(qū)地表有水體時(shí)，應(yīng)查明主要充水的中間含水層從底部或地表獲得補(bǔ)給的途徑和部位。（8）對(duì)于深部開(kāi)采的礦井，應(yīng)詳細(xì)查明主要充水含水層的富水性及導(dǎo)水?dāng)嗔哑扑閹蛏畈康淖兓?guī)律。（4）控制設(shè)防二 1 煤頂板水，治理和受控疏放合理結(jié)合綜合防范頂板水害；以合理受控疏放為主，配套必要的封堵技術(shù)防治二 1 煤底板水。針對(duì)告成礦的水文地質(zhì)條件和礦井水害特點(diǎn)，防治水技術(shù)工作的主要內(nèi)容與要求是：（1）全面系統(tǒng)分析現(xiàn)有資料，在本規(guī)劃總體框架的指導(dǎo)下，編制礦井二 1 煤安全回采單項(xiàng)防治水工程設(shè)計(jì)：基于告成煤礦僅在 1986 年做過(guò)地面區(qū)域性煤田地質(zhì)勘探，井下采區(qū)及工作面水文地質(zhì)條件主要是基于對(duì)礦井建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中揭露的水文地質(zhì)現(xiàn)象和水害現(xiàn)象的分析，有針對(duì)性的專門(mén)礦井水文地質(zhì)勘探試驗(yàn)和計(jì)算分析工作近乎空白，同時(shí)，由于該礦井屬多含水層充水型礦井，不同的含水層、不同的埋藏條件和不同的構(gòu)造位置含水層的富水性和充水條件差別較大，所以，僅以局部采區(qū)揭露的水文地質(zhì)資料難以達(dá)到對(duì)整個(gè)礦井水害條件特別是其變化規(guī)律的全面認(rèn)識(shí)。（5）根據(jù)目前資料分析，在淺部煤炭資源回采過(guò)程中，頂板水和底板 L78 灰?guī)r水是礦井防治水工作的重點(diǎn)目標(biāo)，因此，對(duì)于礦井淺部的工作面應(yīng)進(jìn)行頂板擾動(dòng)與破壞規(guī)律和工作面回采過(guò)程中涌水量及其分布規(guī)律的分析計(jì)算并提出相應(yīng)的防治水措施設(shè)計(jì)。③根據(jù)我國(guó)相似條件礦井的觀測(cè)資料并結(jié)合告成煤礦的具體水文地質(zhì)條件分析研究二 1 煤底板 L14 灰?guī)r含水層及奧陶系灰?guī)r含水層承壓水在本區(qū)煤層底板保護(hù)層中的導(dǎo)升高度與分布特點(diǎn)。⑦將采礦、含水層水文地質(zhì)特征及底板保護(hù)層的防突水條件結(jié)合起來(lái)綜合評(píng)價(jià)告成煤礦開(kāi)采二 1 煤層礦井水害安全性條件，并進(jìn)行安全性條件的分級(jí)分區(qū)研究，提出相應(yīng)的安全開(kāi)采防治水措施?？碧焦ぷ鞯闹饕康模?28 / 39（1）在現(xiàn)有礦井水文地質(zhì)觀測(cè)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善礦井水文地質(zhì)條件觀測(cè)孔系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)不同含水層地下水位動(dòng)態(tài)信息的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和分析，以達(dá)到了解不同含水層之間的水力聯(lián)系情況，地下水位動(dòng)態(tài)與礦井開(kāi)采及其涌水量之間的相關(guān)性關(guān)系，用以分析預(yù)測(cè)礦井地下水的可疏降性和防治水技術(shù)路線。（4）定量評(píng)價(jià)礦井局部開(kāi)采塊段實(shí)施頂板水超前疏水削峰安全采煤和底板灰?guī)r水實(shí)施疏水降壓或帶水壓安全采煤的可行性及其不同水平的疏水量、疏水工藝和疏降水工程設(shè)計(jì)參數(shù)。主要監(jiān)測(cè)試驗(yàn)工作工作面回采過(guò)程中底板水害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警為確保工作面安全開(kāi)采，避免突水災(zāi)害事故發(fā)生，在查清工作面地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，針對(duì)采面底板存在的可能發(fā)生突水的危險(xiǎn)區(qū)，通過(guò)突水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采動(dòng)過(guò)程中煤層底板隔水層中應(yīng)力、應(yīng)變、水壓、水溫等參數(shù)的變化規(guī)律，來(lái) 29 / 39確定二 1 煤回采過(guò)程中煤層底板隔水層的破壞帶和隔水層下伏的強(qiáng)含水層“ 導(dǎo)升”高度的變化狀況，即在煤層底板隔水層中安裝專用傳感器，通過(guò)監(jiān)測(cè)傳感器的參數(shù)變化，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算和綜合分析，達(dá)到對(duì)可能發(fā)生突水的危險(xiǎn)區(qū)突水前兆提前進(jìn)行預(yù)報(bào)之目的 。④ 通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合分析，對(duì)現(xiàn)行開(kāi)采方式條件下二 1 煤層底板破壞規(guī)律進(jìn)行研究，獲得相應(yīng)的開(kāi)采技術(shù)參數(shù)以指導(dǎo)其它工作面的防治水工作。根據(jù)底板破壞試驗(yàn)表明，底板應(yīng)力小于原始應(yīng)力時(shí)底板鉆孔出現(xiàn)耗水，應(yīng)力越小，鉆孔耗水量越大，鉆孔耗水量峰值正好處于底板應(yīng)力值谷底位置；從上述關(guān)系可看出，在工作面回采過(guò)程中底板破壞深度與導(dǎo)水性能，隨底板應(yīng)力的增大而減小，反之隨底板應(yīng)力的減小而增大。當(dāng)深部循環(huán)地下水通過(guò)裂隙通道進(jìn)入隔水層內(nèi)部時(shí)，過(guò)水通道附近巖體溫度及煤系裂隙水的水溫會(huì)出現(xiàn)異常。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理：煤層底板突水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為由巖水多參數(shù)測(cè)定儀和傳感器組成的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。實(shí)施監(jiān)測(cè)工程必須有專業(yè)人員進(jìn)行專門(mén)的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。疏水降壓作為礦井水害防治的技術(shù)途徑之一有其特定或合理的應(yīng)用條件，一般在下列礦井水文地質(zhì)條件下多采用疏水降壓的礦井防治水技術(shù)：① 礦井主要充水含水層屬于自身充水含水層。當(dāng)含水層作為煤層的直接頂板或底板時(shí)，一旦巷道進(jìn)入煤層或工作面回采后，由于缺乏工程層位與含水層之間的隔水保 32 / 39護(hù)層，含水層中的水會(huì)直接進(jìn)入巷道或工作面給礦井生產(chǎn)造成影響或?yàn)?zāi)害。④ 煤層頂板間接含水層與煤層之間隔水層的厚度小于工作面頂板冒落帶與裂隙帶高度。在這種條件下，可通過(guò)疏放水技術(shù)降低含水層中的水壓以達(dá)到實(shí)現(xiàn)帶壓開(kāi)采的條件。所以，應(yīng)對(duì)頂板碎屑巖水采用以疏放為主的方法進(jìn)行治理，疏放工程應(yīng)以專用頂板疏水工作面、巷道疏水和頂板鉆孔超前疏水相結(jié)合的方法為主。實(shí)際上，一個(gè)疏水巷可以用于兩個(gè)工作面泄水，或者第一個(gè)工作面的下泄水巷可以用作第二個(gè)工作面的上回采巷。疏水工程布置與疏水原理如圖 7圖 73 所示。其底板 L78 薄層灰?guī)r含水層距二 1 煤層距離很近，隨著開(kāi)采深度的增加， 二 1 煤與該含水層之間的隔水層很難阻抗該含水層水進(jìn)入礦井。為了減少初次冒裂后來(lái)自頂板的峰值水量，通常在工作面回采之前，通過(guò)井上或井下專門(mén)的疏水工程進(jìn)行含水層水的預(yù)疏放。③ 礦井主要充水含水層以靜儲(chǔ)水量為主，動(dòng)態(tài)補(bǔ)給量有限。為了減少或消除采掘過(guò)程中大量的水短時(shí)間涌入礦井給礦井正常生產(chǎn)與建設(shè)帶來(lái)影響或超過(guò)礦井設(shè)計(jì)的排水能力而造成淹井事故，需要在人工受控條件下預(yù)先對(duì)含水層水進(jìn)行疏放。主要水害治理工程礦井水害治理技術(shù)主要包括疏水降壓、截流封堵和含隔水層注漿加固等，具體采用何種技術(shù)方法，要根據(jù)具體的水害條件選擇其中的一種或幾種方法的組合。井 下 分 站地 面 中 心 站 電 話 線 信 息 傳 輸 電 纜 傳 感 器接 線 連 接 器接 線 盒分 站 隔 爆 電 源 箱圖 71 突水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖根據(jù)告成礦水文地質(zhì)條件分析可知，隨著采掘深度的增加，二 1 煤層底板太原群薄層灰?guī)r含水層水及奧陶系灰?guī)r含水層水將越來(lái)越嚴(yán)重威脅礦井的安全生產(chǎn)，為此應(yīng)進(jìn)行典型回采工作面底板水害的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和超前預(yù)警。綜上所述，煤層底板監(jiān)測(cè)中的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)反映了底板隔水層在采動(dòng)影響下所受破壞以及導(dǎo)水性能的變化狀況，監(jiān)測(cè)水壓則直接反映了底板承壓水向上導(dǎo)升情況和導(dǎo)升部位，監(jiān)測(cè)水溫則反映是否有深部承壓水的補(bǔ)給。 應(yīng)變是用來(lái)度量巖體變形程度的量，其值的大小反映了底板巖體破壞程度和變形強(qiáng)弱，隨著工作面的推進(jìn)→頂板懸空→頂板跨落，則底板變形出現(xiàn)壓縮→膨脹→壓縮，當(dāng)?shù)装鍘r體裂隙或原生節(jié)理在應(yīng)力場(chǎng)的作用下沿其結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生移動(dòng)時(shí)，通過(guò)埋設(shè)在不同深度應(yīng)變傳感器的監(jiān)測(cè)值將反映煤層底板移動(dòng)或變形的程度。 底板突水條件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的指標(biāo)與作用：在煤礦開(kāi)采過(guò)程中煤層底板受采動(dòng)影響產(chǎn)生破壞，底板隔水層應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化，同時(shí)受采動(dòng)壓力和承壓水的共同作用，使隔水層裂隙進(jìn)一步擴(kuò)張或產(chǎn)生新的裂隙，地下水便沿裂隙“導(dǎo)升” ，導(dǎo)致煤層底板裂隙水的水壓和水溫發(fā)生相應(yīng)變化。② 監(jiān)測(cè)工作面突水危險(xiǎn)區(qū)底板承壓含水層水導(dǎo)升高度及其變化規(guī)律。（6）為評(píng)價(jià)不同含水層地下水流場(chǎng)特征，評(píng)價(jià)礦井正常涌水量和最大涌水量，特別是向深部延伸過(guò)程中的涌水量及其涌水特征，核定礦井排水能力，提出改擴(kuò)建礦井排水系統(tǒng)方案提供重要的基礎(chǔ)資料。（2）探查和控制不同含水層的主要富水區(qū)、富水性與構(gòu)造發(fā)育以及其它地質(zhì)結(jié)構(gòu)體之間的關(guān)系、水量大小及其分布規(guī)律、二 1 煤底板下伏灰?guī)r承壓水原始導(dǎo)升高度及其控制因素。對(duì)于這種同時(shí)受多個(gè)含水層水威脅的礦井必須要查明不同含水層的富水性和地下水補(bǔ)排關(guān)系，特別要查明不同含水層之間是否存在有水力聯(lián)系？水力聯(lián)系的方式和途徑是什么？一旦受到采礦擾動(dòng)后其水力聯(lián)系條件是否會(huì)發(fā)生變化等？告成礦目前僅做過(guò)地面區(qū)域性水文地質(zhì)補(bǔ)勘和井下－110 水平以上二 1 煤開(kāi)采過(guò)程中的井下簡(jiǎn)易水文地質(zhì)觀測(cè)和分析工作，針對(duì)二 1 煤開(kāi)采綜合防治水技術(shù)與方案，還沒(méi)有做過(guò)專門(mén)性的系統(tǒng)的水文地質(zhì)試驗(yàn)、水文地質(zhì)計(jì)算和井下水文地質(zhì)勘探工作。⑤根據(jù)現(xiàn)有資料利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)方法并結(jié)合煤層底板保護(hù)層巖性的組構(gòu)關(guān)系、構(gòu)造特征、防突水效應(yīng)等分析研究煤層底板保護(hù)層的防突水能力。具體研究?jī)?nèi)容包括：①全面系統(tǒng)地分析研究告成礦區(qū)二 1 煤底板現(xiàn)有的地質(zhì)、采礦、水文地質(zhì)及其它與該項(xiàng)目研究有關(guān)的技術(shù)資料。 26 / 39（2）分區(qū)域、分含水層定量計(jì)算分析評(píng)價(jià)不同采區(qū)（工作面）二 1 煤回采地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，分別評(píng)價(jià)頂板水、底板薄層灰?guī)r水及其奧灰水對(duì)二 1 煤開(kāi)采的威脅程度；根據(jù)目前資料初步分析，頂板水和 L78 灰水對(duì)二 1 煤開(kāi)采的影響程度隨著開(kāi)采標(biāo)高的降低有減弱的趨勢(shì)，但 L14 灰?guī)r水和奧灰水對(duì)二 1 煤層開(kāi)采的影響程度隨開(kāi)采標(biāo)高的降低會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，這一問(wèn)題的深入分析研究會(huì)直接影響礦井防治水工作重點(diǎn)及其變化。 25 / 39礦井防治水工作的技術(shù)路線根據(jù)告成礦的水文地質(zhì)基本條件與礦井水害特點(diǎn)，本防治水規(guī)劃建議采用的防治水技術(shù)路線是疏堵結(jié)合以疏為主，技術(shù)途徑是準(zhǔn)確預(yù)測(cè)礦井涌水量，合理設(shè)計(jì)礦井排水能力和井下疏排水系統(tǒng)，防治水工程實(shí)施的技術(shù)方法是井上下結(jié)合井下為主，? 疏降為主、疏堵結(jié)合，減少采掘涌水量，降低掘進(jìn)頭和采煤工作面水壓力，改善掘進(jìn)作業(yè)環(huán)境，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量；? 探堵結(jié)合，探查煤層底板隱伏導(dǎo)水構(gòu)造，注漿加固煤層底板薄弱區(qū)段。 24 / 39第五章 礦井防治水技術(shù)路線及原則礦井防治水工作的基本原則根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》和《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》等相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，結(jié)合米村井田地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和防治水工作現(xiàn)狀，米村礦防治水工作應(yīng)該遵循以下原則：（1）預(yù)防為主，有疑必探，探治結(jié)合，探采結(jié)合，先探后掘，先治后采；（2）以基礎(chǔ)水文地質(zhì)工作為平臺(tái)，井上探查手段以物探為主，鉆探為輔；井下探測(cè)手段物探先行，鉆探驗(yàn)證。（7）在水文地質(zhì)條件勘探的基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)礦井采掘條件和礦井采掘規(guī)劃，建立礦井涌水量預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型，選擇適合礦井水文地質(zhì)條件的涌水量預(yù)測(cè)和計(jì)算方法，對(duì)全礦井涌水量、分水平涌水量、分采區(qū)涌水量進(jìn)行計(jì)算預(yù)測(cè)。詳細(xì)查明地表水對(duì)井巷可能的充水方式、地段和強(qiáng)度，并分析論證其對(duì)煤層開(kāi)采的影響，提出開(kāi)采過(guò)程中對(duì)地表水的防治方案原則性建議。（2）詳細(xì)查明礦區(qū)含（隔）水層的巖性、厚度、產(chǎn)狀，分布范圍、邊界條件、埋藏條件，含水層的富水性，礦床與頂?shù)装搴畬又g隔水層的厚度及穩(wěn)定性。明確各含水層地下水流場(chǎng)及其隨礦井生產(chǎn) 22 / 39排水的變化規(guī)律和趨勢(shì)。（5） 初步建立了礦井水文地質(zhì)信息觀測(cè)系統(tǒng)。 21 / 39第四章 礦井水害特征及需要查明的主要水文地質(zhì)問(wèn)題礦井已完成和基本查清的水文地質(zhì)問(wèn)題告成煤礦屬于在生產(chǎn)礦井，已經(jīng)進(jìn)行了