【文章內(nèi)容簡介】 型，并開發(fā)了有限元計算程序。這些成果都為治理礦井水災提供了理論依據(jù)。注漿技術用于我國水患治理至今已有 30余年的歷史。 1984年開灤范各莊煤礦巖溶陷落柱特大突水事故注漿堵水的成功，首次證明了我國煤礦水文地質(zhì)工作者在治理國內(nèi)外罕見突水災害上的勇氣和駕馭大型堵水工程的能力。 我國學者在巖體注漿領域開展了研究，在經(jīng)典滲流理論的指導下取得了豐碩成果，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拓防治水的一種主要方法已被廣為實踐，并取得了很好的效果。近年來 ,中國礦業(yè)大學姜振泉、隋旺華教授等研究了化學注漿漿液材料，在注漿堵水方面也取得了很好的實踐效果。 （ 2）疏水降壓 影響高承壓水體下巷道掘進的安全因素有很多，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，諸如掘進巷道寬度、巷道支護方式、施工工藝等。 對于深部巷道延伸開拓工程來說，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。 當巷道附近含水層的富水性較弱且并無強大的補給源時，我們可以通過疏水降壓方式來降低含水層的富水性，從而達到安全施工。這種治理模式的地質(zhì)條件首先應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過程中，如果是穿過的巖層較松軟時，排水泵應緊跟隨著掘進頭的向下延深而移動，在工作面直接排除積水，以便減少積水對下山圍巖的侵蝕影響。但是下山掘進頭在穿過比較穩(wěn)定的巖層時，則可以選用打超前傾斜 排水孔排除下山掘進頭積水的方式，有利于提高下山掘進 速度。 目前國內(nèi)通過疏水降壓來防止深部巷道開拓水害的方法有：①巷道疏干法；②防滲帷幕法；③鉆孔疏干法。 4深部開采底板承壓水滲流特征及突水機理分析 隨著礦井開采深度的增加，礦壓顯現(xiàn)對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采的礦壓問題介紹 2 種不同突水機理的底板滲流特征，結(jié)合防治水實踐經(jīng)驗對礦壓條件下不同的突水控制因素進行了分析，使礦井水害防治“有的放矢”。 礦井突水災害是煤礦生產(chǎn)中重大災害之一，但隨著礦井開采深度的逐年增加，深部礦壓對煤層底板的破壞活動加劇，地層深部承壓水由于勢能較高， 對煤礦生產(chǎn)的危害程度將有增加的趨勢。由于各個區(qū)域的礦井地質(zhì)條件千差萬別，突水影響因素眾多，因此突水發(fā)生形式以及機制也各不相同。一些學者針對不同突水機制進行了單方面的研究，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。弄清底板承壓水的滲流特征，采取有效的防治措施，對礦井安全生產(chǎn)具有重要意義。 最基本的底板突水機理分為 2種：薄板宏觀整體破斷導水、厚板微觀壓裂導升。在煤層開采深部，受開采局部空間應力區(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 ，由于采礦活動的影響，煤層開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，首先在長邊中心部分開始破裂，裂隙發(fā)展成 O 形，由于開采后采空區(qū)應力得到釋放，在底板承壓水作用下，采空區(qū)中心出現(xiàn)裂隙，具有高勢能的承壓水直接流入開采空間，造成大面積、大量突水事故；有時高勢能水借助斷裂構(gòu)造或陷落柱通道直接沖向開采空間，形成瞬間突水，見圖 41。 (2)底板較厚隔水層發(fā)生微觀變形，形成微觀裂隙網(wǎng)隨著時間的推移，微觀裂隙網(wǎng)在礦壓和高勢能水的共同作用下開始擴張，最終當裂隙擴張的阻力與水的壓力平衡時形成穩(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升示意 （ 1） 薄板宏觀整體破斷導水滲流特征 宏觀整體破碎巖體存在高滲透、非 Darcy滲流等特征。對 Forcheimer關系的一維非 Darcy滲流動量方程，忽略體積力和液體壓縮性，在滲流穩(wěn)定時有： （ 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)興等人研究認為：當?shù)装逭w破斷遭遇高勢能水時，底板隔水系統(tǒng)失穩(wěn)，水壓梯度在較短時間內(nèi)下降，容易造成較大突水事故。 （ 2） 厚板微觀壓裂導升滲流特征 研究認為：流體在煤、巖微觀裂隙中滲流符合 Darcy流動方程： kpV x???? ? （ 42） 式中 符號意義同式 （ 1）。 王國際、岑培山等人通過對煤、巖體內(nèi)鉆孔內(nèi)水壓恢復特征研究認為：當周圍水源豐富、水壓較高時，鉆孔周圍水壓分布與水的流速呈正比關系。也就是說，厚板微觀壓裂導升滲流持續(xù)時間長且穩(wěn)定。 礦壓是導致煤層底板突水的重要因素。礦壓的產(chǎn)生會引起各種力學現(xiàn)象，如底鼓會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 含水層對隔水層的水壓是底板突水的主要動力因素，富水性決定了突水時的 危害程度。承壓水進入采掘空間必須突破隔水層或沖刷擴大其中的弱透水裂隙，而礦壓為其準備了條件。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程中首先克服這些破壞形成的裂隙阻力進而形成滲流通道，裂隙全部充水。這時承壓水和礦壓共同作用對水平面形成一個高壓力區(qū)，使巖層抬動位移或鼓脹，導致突水。當水源豐富、勢能高且礦壓破壞巖層嚴重時，破碎巖體呈高滲透、非 Darcy滲流等特征，這時往往會發(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、巖石力學性質(zhì)以及組合關系等。但原始隔水層的狀況是復雜的，受礦壓的影響，其阻隔水性能將有所減弱。所以，目前對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)。但是有關研究表明，阻抗水壓致裂隙擴展、防治承壓水導升的較優(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裂隙的擴展，又能阻止承壓 水的導升，形成對承壓水突水有較強的阻隔作用。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、保護礦井安全開采的必要條件，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)時間較長且穩(wěn)定，但瞬時突水量不會很大。 （ 3） 構(gòu)造對隔水層的破壞作用 斷裂帶是滲透水活動的原始空間，凡在區(qū)域構(gòu)造應力場或具體構(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)域地下水的運動條件和巖溶發(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，從而形成導水通道和儲水空間。實踐表明，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， 80%以上的煤礦充水都與斷裂構(gòu)造有關。張西民、馬培智等在研究頂板周期來壓和底板突水關系時認為，構(gòu)造破壞帶是最易產(chǎn)生突水的地點。非來壓期間，當采空區(qū)卸壓帶內(nèi)存在構(gòu)造破壞帶時，承壓水首先通過已受超前壓力破壞的構(gòu)造裂隙帶形成 Darcy滲流；來壓期間，如果煤 、巖壁附近存在破壞帶時則加劇構(gòu)造影響區(qū)的再次破壞，進一步擴張裂隙網(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