【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 型，并開(kāi)發(fā)了有限元計(jì)算程序。這些成果都為治理礦井水災(zāi)提供了理論依據(jù)。注漿技術(shù)用于我國(guó)水患治理至今已有 30余年的歷史。 1984年開(kāi)灤范各莊煤礦巖溶陷落柱特大突水事故注漿堵水的成功，首次證明了我國(guó)煤礦水文地質(zhì)工作者在治理國(guó)內(nèi)外罕見(jiàn)突水災(zāi)害上的勇氣和駕馭大型堵水工程的能力。 我國(guó)學(xué)者在巖體注漿領(lǐng)域開(kāi)展了研究，在經(jīng)典滲流理論的指導(dǎo)下取得了豐碩成果，形成了以下理論：①等效孔隙介質(zhì)模型；②離散裂隙網(wǎng)絡(luò)模型；③雙孔介質(zhì)模型。 從以上我們可以看 出，注漿堵水作為巷道開(kāi)拓防治水的一種主要方法已被廣為實(shí)踐，并取得了很好的效果。近年來(lái) ,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)姜振泉、隋旺華教授等研究了化學(xué)注漿漿液材料，在注漿堵水方面也取得了很好的實(shí)踐效果。 （ 2）疏水降壓 影響高承壓水體下巷道掘進(jìn)的安全因素有很多，如地質(zhì)構(gòu)造、巷道頂板巖性、巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、膠結(jié)方式、巖層的裂隙發(fā)育程度、地層傾角、地下水水頭差或水壓，以及其他一些外在因素，諸如掘進(jìn)巷道寬度、巷道支護(hù)方式、施工工藝等。 對(duì)于深部巷道延伸開(kāi)拓工程來(lái)說(shuō)，主要充水含水層是本溪組徐、草灰及奧灰水，主要以巷道底鼓突水形式泄入礦井。 當(dāng)巷道附近含水層的富水性較弱且并無(wú)強(qiáng)大的補(bǔ)給源時(shí)，我們可以通過(guò)疏水降壓方式來(lái)降低含水層的富水性，從而達(dá)到安全施工。這種治理模式的地質(zhì)條件首先應(yīng)滿足疏水降壓的可行性，即疏放的目的含水層其富水性較弱，疏降后含水層的富水性以及隔 水層所承受的靜水壓力均產(chǎn)生變化 。 在深部巷道下山掘進(jìn)過(guò)程中，如果是穿過(guò)的巖層較松軟時(shí)，排水泵應(yīng)緊跟隨著掘進(jìn)頭的向下延深而移動(dòng)，在工作面直接排除積水，以便減少積水對(duì)下山圍巖的侵蝕影響。但是下山掘進(jìn)頭在穿過(guò)比較穩(wěn)定的巖層時(shí)，則可以選用打超前傾斜 排水孔排除下山掘進(jìn)頭積水的方式，有利于提高下山掘進(jìn) 速度。 目前國(guó)內(nèi)通過(guò)疏水降壓來(lái)防止深部巷道開(kāi)拓水害的方法有：①巷道疏干法；②防滲帷幕法；③鉆孔疏干法。 4深部開(kāi)采底板承壓水滲流特征及突水機(jī)理分析 隨著礦井開(kāi)采深度的增加，礦壓顯現(xiàn)對(duì)煤層底板承壓水突水有一定的影響，礦井水害防治工作必須重視深部開(kāi)采的礦壓?jiǎn)栴}介紹 2 種不同突水機(jī)理的底板滲流特征，結(jié)合防治水實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)礦壓條件下不同的突水控制因素進(jìn)行了分析，使礦井水害防治“有的放矢”。 礦井突水災(zāi)害是煤礦生產(chǎn)中重大災(zāi)害之一，但隨著礦井開(kāi)采深度的逐年增加，深部礦壓對(duì)煤層底板的破壞活動(dòng)加劇，地層深部承壓水由于勢(shì)能較高， 對(duì)煤礦生產(chǎn)的危害程度將有增加的趨勢(shì)。由于各個(gè)區(qū)域的礦井地質(zhì)條件千差萬(wàn)別，突水影響因素眾多，因此突水發(fā)生形式以及機(jī)制也各不相同。一些學(xué)者針對(duì)不同突水機(jī)制進(jìn)行了單方面的研究，但都忽略了承壓水滲流特征，使得礦井水害防治工作比較被動(dòng)。弄清底板承壓水的滲流特征，采取有效的防治措施，對(duì)礦井安全生產(chǎn)具有重要意義。 最基本的底板突水機(jī)理分為 2種：薄板宏觀整體破斷導(dǎo)水、厚板微觀壓裂導(dǎo)升。在煤層開(kāi)采深部，受開(kāi)采局部空間應(yīng)力區(qū)的影響，礦壓顯現(xiàn)。 (1)底板較薄隔水層宏觀的整體破斷。在較大巖層裂隙發(fā)育情況下 ，由于采礦活動(dòng)的影響，煤層開(kāi)采支承壓力在底板中的傳播，使底板巖層在向下支承壓力和底板承壓水雙重作用下，首先在長(zhǎng)邊中心部分開(kāi)始破裂，裂隙發(fā)展成 O 形，由于開(kāi)采后采空區(qū)應(yīng)力得到釋放，在底板承壓水作用下，采空區(qū)中心出現(xiàn)裂隙，具有高勢(shì)能的承壓水直接流入開(kāi)采空間，造成大面積、大量突水事故；有時(shí)高勢(shì)能水借助斷裂構(gòu)造或陷落柱通道直接沖向開(kāi)采空間，形成瞬間突水，見(jiàn)圖 41。 (2)底板較厚隔水層發(fā)生微觀變形，形成微觀裂隙網(wǎng)隨著時(shí)間的推移，微觀裂隙網(wǎng)在礦壓和高勢(shì)能水的共同作用下開(kāi)始擴(kuò)張，最終當(dāng)裂隙擴(kuò)張的阻力與水的壓力平衡時(shí)形成穩(wěn) 定的突水流量。在礦壓和水壓共同作用下的突水界面特征如圖 42所示。 圖 41 隔水層整體破壞型示意 圖 42 厚隔水層中承壓水導(dǎo)升示意 （ 1） 薄板宏觀整體破斷導(dǎo)水滲流特征 宏觀整體破碎巖體存在高滲透、非 Darcy滲流等特征。對(duì) Forcheimer關(guān)系的一維非 Darcy滲流動(dòng)量方程，忽略體積力和液體壓縮性，在滲流穩(wěn)定時(shí)有： （ 41） 式中：式中， ? 為流體質(zhì)量密度； Vs為穩(wěn)態(tài)滲流速度； p為孔隙壓力； ? 為流體動(dòng)力黏度； k為廣義滲透率； ? 為非 Darcy滲流因子。 繆協(xié)興等人研究認(rèn)為：當(dāng)?shù)装逭w破斷遭遇高勢(shì)能水時(shí)，底板隔水系統(tǒng)失穩(wěn)，水壓梯度在較短時(shí)間內(nèi)下降，容易造成較大突水事故。 （ 2） 厚板微觀壓裂導(dǎo)升滲流特征 研究認(rèn)為：流體在煤、巖微觀裂隙中滲流符合 Darcy流動(dòng)方程： kpV x???? ? （ 42） 式中 符號(hào)意義同式 （ 1）。 王國(guó)際、岑培山等人通過(guò)對(duì)煤、巖體內(nèi)鉆孔內(nèi)水壓恢復(fù)特征研究認(rèn)為：當(dāng)周?chē)簇S富、水壓較高時(shí)，鉆孔周?chē)畨悍植寂c水的流速呈正比關(guān)系。也就是說(shuō)，厚板微觀壓裂導(dǎo)升滲流持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)且穩(wěn)定。 礦壓是導(dǎo)致煤層底板突水的重要因素。礦壓的產(chǎn)生會(huì)引起各種力學(xué)現(xiàn)象，如底鼓會(huì)使底板巖層在一定程度內(nèi)遭到破壞（產(chǎn)生豎向張裂隙、層向裂隙、剪切裂隙），進(jìn)而影響隔水層阻礙突 水條件的變化，從而“打通”或“激活”突水通道。 （ 1） 富水性和含水層的水壓 含水層對(duì)隔水層的水壓是底板突水的主要?jiǎng)恿σ蛩?，富水性決定了突水時(shí)的 危害程度。承壓水進(jìn)入采掘空間必須突破隔水層或沖刷擴(kuò)大其中的弱透水裂隙，而礦壓為其準(zhǔn)備了條件。隔水巖層在礦壓條件下首先遭到破壞形成微裂隙網(wǎng)，含水層水壓在突水過(guò)程中首先克服這些破壞形成的裂隙阻力進(jìn)而形成滲流通道，裂隙全部充水。這時(shí)承壓水和礦壓共同作用對(duì)水平面形成一個(gè)高壓力區(qū)，使巖層抬動(dòng)位移或鼓脹，導(dǎo)致突水。當(dāng)水源豐富、勢(shì)能高且礦壓破壞巖層嚴(yán)重時(shí)，破碎巖體呈高滲透、非 Darcy滲流等特征，這時(shí)往往會(huì)發(fā)生重大突水事故。 （ 2） 隔水層的巖性組合和厚度 底板隔水層強(qiáng)度是阻抗突水的主要因素。隔水層阻抗能力的大小，決定于隔水層的厚度、巖石力學(xué)性質(zhì)以及組合關(guān)系等。但原始隔水層的狀況是復(fù)雜的，受礦壓的影響，其阻隔水性能將有所減弱。所以，目前對(duì)隔水層阻抗能力的定量分析尚有許多的困難，缺乏不同情況下的系列數(shù)據(jù)。但是有關(guān)研究表明，阻抗水壓致裂隙擴(kuò)展、防治承壓水導(dǎo)升的較優(yōu)巖層組合形式是：位于承壓含水層之上的是軟巖層，再加上彈性模量較大的硬巖層。它既能阻抗承壓水致裂裂隙和采動(dòng)裂隙的擴(kuò)展，又能阻止承壓 水的導(dǎo)升，形成對(duì)承壓水突水有較強(qiáng)的阻隔作用。軟硬巖層交替組合層序越多，隔水層越厚，阻水效果越好。一定厚度的隔水層是防止承壓水突水、保護(hù)礦井安全開(kāi)采的必要條件，但真正能起到隔水作用的則是有效隔水層厚度。如果有效隔水層厚度較大，即使在礦壓的破壞作用下也只能形成微觀裂隙網(wǎng)，流體在隔水層中呈 Darcy滲流特征，突水持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)且穩(wěn)定，但瞬時(shí)突水量不會(huì)很大。 （ 3） 構(gòu)造對(duì)隔水層的破壞作用 斷裂帶是滲透水活動(dòng)的原始空間，凡在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)或具體構(gòu)造行跡中，張性或扭性裂隙集中的部位，必然是巖溶發(fā)育和巖溶水富集的部位，區(qū)域 構(gòu)造體系控制著區(qū)域地下水的運(yùn)動(dòng)條件和巖溶發(fā)育方向，而具體的構(gòu)造行跡則控制著局部地段巖溶水的巖溶發(fā)育具體部位，在張應(yīng)力集中的地段為地下水滲入巖石空隙提供了有利條件，巖溶作用較快，從而形成導(dǎo)水通道和儲(chǔ)水空間。實(shí)踐表明，斷裂構(gòu)造帶是礦井突水的主因及其控制因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 80%以上的煤礦充水都與斷裂構(gòu)造有關(guān)。張西民、馬培智等在研究頂板周期來(lái)壓和底板突水關(guān)系時(shí)認(rèn)為，構(gòu)造破壞帶是最易產(chǎn)生突水的地點(diǎn)。非來(lái)壓期間，當(dāng)采空區(qū)卸壓帶內(nèi)存在構(gòu)造破壞帶時(shí)，承壓水首先通過(guò)已受超前壓力破壞的構(gòu)造裂隙帶形成 Darcy滲流；來(lái)壓期間，如果煤 、巖壁附近存在破壞帶時(shí)則加劇構(gòu)造影響區(qū)的再次破壞，進(jìn)一步擴(kuò)張裂隙網(wǎng)，隔水層呈現(xiàn)高滲透性，承壓水流變成非 Darcy滲流，使構(gòu)造