关于矿井涌水通道的分析

摘要：本文首先介绍了矿井涌水通道的几种类型，并结合大平矿的实际情况对它们进行了认真分析。
　　关键词：矿井；涌水通道；分析
　　
　　矿体及其周围赋存的水源，尤其是间接水源，开采时它们能否进入井巷，主要取决于有否充水通道，即有否具体的水流途径。只有涌水水源通过涌水通道进入井巷，才能形成矿井涌水。也就是说，在采矿中除了直接揭露含水矿体或充水水源外，矿井涌水都需要有进水通道，这是普遍规律。
　　矿井涌水通道主要有自然的断裂带、地震裂隙和导水陷落柱等和人为的采矿裂隙、岩溶塌陷及天窗、勘探钻孔等。
　　
　　一、断裂带与接触带
　　
　　矿区含煤地层中存有数量不等的断裂构造，它不仅使断裂附近岩石破碎、位移，也使地层失去完整性，从而成为各种充水水源涌入矿井的通道。地层的假整合或不整合的接触带，由于空隙发育，当它与水源靠近时，也可能成为地下水进入矿井的通道。无论是构造断裂带还是接触带，它们都是地层中破碎而变弱的地带，对于矿井充水具有非常重要的意义。因为在该地段岩层非常破碎，裂隙，岩溶较其它地段发育，岩层透水性强，常成为地下水径流畅通带。因此，当井巷接近或触及该地带时，地下水就会涌入矿井，使矿井涌水量骤增，严重时可造成突水淹井事故。断层往往可使地下水多个含水层相互沟通，甚至与地表水发生联系，当矿井的可采煤层与富水性很强的含水层对接时，矿井的涌水量则大而稳定。国内外大量统计资料表明，由于揭露或靠近断层而引起突水事故约占70％～80％，可见矿井突水事故的发生多与断层导水有关。Www.lw881.com
　　需要指出的是，并非所有断层都能成为涌水通道，断层是否能成为涌水通道，主要取决于它是否透水和含水，影响这种特征的因素很多，首先是断层两盘和构造岩的岩性特征，其次还与断层形成时的力学性质、受力强度、充填胶结及后期破坏、以及人为作用等因素有关。
　　实际上，较大规模的断层皆系透水部位与隔水部位相间出现，其水文地质特征更加复杂。故大平矿水库下采煤更应注重研究浅层构造。
　　
　　二、采矿造成的裂隙
　　
　　(一)采空区顶部岩层移动分带。埋藏在地下深处的煤层承受着上覆岩层的自重力，同时它自身也产生对抗力，两者处于平衡稳定状态。煤层开采后，采空区上方的岩层囡下部被采空而失去平衡，相应地产生矿山压力，从而对采场产生破坏作用，必然引起顶部岩体的开裂、垮落和移动。塌落的岩块直到充满采空区为止，而上部岩层的移动常达到地表。根据采空区上方的岩层变形和破坏情况的不同，可划分为冒落带、导水裂隙带和弯曲沉降带。
　　当顶板的冒落和裂隙带达上覆水源时，则可形成顶板冒落通道，导上覆水源涌入井巷造成突水。按可能导入的水源不同，可分以下情况：(1)直接顶板含水的井田：应先开采直接顶板含水层中的弱含水地段，并要控制冒落带的高度，不允许它触及强含水段，以免其成为强导水通道。(2)间接顶板含水的井田：注意利用直接顶板的隔水性，控制冒落带发展高度或改变采矿方法，使之不要造成连接间接含水层的导水通道。尤其是像大平矿这样厚煤层开采的矿井更要控制冒落带的高度。(3)上覆地表水体的井田：注意控制冒落及裂隙带的发展高度，不能让它达到地表水体；如达到地表水体，则地表水不可避免地会沿此人工通道涌入井巷，易造成淹井事故。太平矿水库下开采就是严格按专家论证的结论控制冒落带及裂隙带的发展高度的。
　　
　　(二)煤层采动后对底板岩层的破坏。煤层采动后，顶板岩层垮落冲击底板，对底板岩层破坏称矿山压力。在巷道底板下面有间接含水层的矿区，在底板含水层的水头压力和矿山压力作用之下，可能突破底板隔水层形成人工通道，导致底板水涌入井巷造成突水。
　　
　　三、导水陷落柱
　　
　　岩溶陷落柱是指埋藏在煤系地层下部的巨厚可溶岩体，在地下水溶蚀作用下，形成巨大的岩溶空洞。空洞顶部岩层，当其失去对上覆岩体支撑能力时，上覆岩体在重力作用下向下垮落，充填于溶蚀空间中。因其剖面形态似一柱体，故称岩溶陷落柱。陷落柱按其充水特征可分为两大类型：不导水陷落柱和导水陷落柱。
　　导水陷落柱基底溶洞发育，空间很大，其容量大于陷落柱岩块的充填量。柱体内充填物未被压实，垂直水力联系畅通，并且沟通煤层底板和顶板数个含水层，高压地下水充满柱体，岩溶作用强烈。采掘工作面一旦揭露或接近柱体，地下水大量涌入井巷，水量大且稳定，易造成淹井事故。
　　华北型石炭二叠系煤层，特别是太行山两侧煤田均发育有岩溶陷落柱，开采时也常遇陷落柱。采矿实践证明多数陷落柱不导水，只有少数的陷落柱因塌落物疏松，或在地震影响下，使陷落柱的充填物与陷落柱围岩之间产生相对移动，造成导水通道。大平矿无陷落柱发育。

　　四、岩溶区塌陷及“天窗”
　　
　　具有一定厚度松散层覆盖的岩溶矿区，因矿区排水后，导致地表产生的塌陷称岩溶塌陷。产生岩溶塌陷必须具备三个条件：隐伏灰岩上覆有松散沉积物；灰岩岩溶发育，有太的溶蚀空间，且被地下水充满；矿井排水。在自然状态下，灰岩含水层的水位高于灰岩的顶板，矿井未排水时，隐洞顶部岩层或松散层底部隔水层，它承受着上覆岩体的自重力作用，与隔水层强度和灰岩含水层中地下水对上覆岩层的顶托力两者保持平衡状态。矿山排水后，灰岩水位大幅下降，溶蚀空洞中部分充满地下水，这样，疏干洞内形成瞬时“真空”，对洞壁产生吸蚀作用，另一方面隐洞上方松散隔水层失去顶托力，故失去平衡，使隔水层遭到破坏，洞顶急剧塌陷直至地表。
　　塌陷的形态平面多半为圆形、椭圆形，剖面上为坛形、井状、漏斗状。它多半分布在第四系厚度较薄处、河床两侧和地形低洼地段。岩溶塌陷通道的存在极易引起第四系孔隙水、地表水大量下渗和倒灌，使大量水和泥砂涌入矿井，对矿井安全生产造成极大威胁。如湖南恩口矿区，由于矿井长期排水影响，在栖霞灰岩和茅口灰岩分布地段先后产生塌陷6150处，雨季大量地地表水灌入，灌入量约占矿井涌水量的60％。因此，研究矿区塌陷规律，对评价石灰岩含水层冲水条件及对煤层生产的影响具有重要意义。
　　天窗是指含水层顶板隔水层由于岩相变化或隔水层受后期冲刷而失去隔水性的部位。天窗的存在本身就是一个连通两个含水层的通道，导致邻层地下水甚至地表水涌入矿井。掌握天窗的具体分布和范围对了解矿井水的组成和治理极为有益。
　　
　　五、钻孔
　　
　　井田勘探时施工的各种钻孔，它沟通了矿床上部和下部的含水层，甚至与老窑水或地表水发生联系。开采时如井巷揭露或接近未封闭或封闭不佳的钻孔时，则他们可成为导致顶板含水层、老窑水或地表水涌入井巷的通道，从而造成突水事故。如：峰峰王凤矿采煤二大巷遇到钻孔，突然涌水达3600立方米／时。因此，为了大平矿水库下开采万无一失，集团公司从2005年开始就对大平矿水库下及周边钻孔进行封孔质量检查，到目前为止已经封检107个，效果非常好，确保了矿井的安全开采。
　　
　　六、地震裂隙
　　
　　位于地震活动区的矿井，由于地震作用可以在水源与井巷之间造成新的裂隙，彼此连通，成为涌水通道，使水流入井巷，增加矿井涌水量。如顶板或底板为隔水层，则地震裂隙可破坏它的隔水性，形成新的导水通道。如地震裂隙发育在含水层内，则形成汇水的新通道，并可导致矿井涌水量急剧增加。因此，位于地震活动区的矿井应建立地震观测站。大平矿是水库下开采，已建立了矿震监测站。
　　
　　七、结束语
　　
　　总之，对于具体矿井来说，多数情况下通道也不是单一的，应具体分析区别对待。就大平矿水库下开采而言可能存在如下通道：(1)断层受采动影响后，活化导水可能成为导水通道；
　　(2)受采动影响，导水裂隙带直接与地面水体或风化带含水层连通，成为导水通道：(3)地质勘探钻孔封孔质量不好，可能导通水库水；
　　(4)由不可抗力的自然灾害而造成得导水通道。
　　因此，大平矿针对以上几种情况，采取了相应的防范措施，确保了大平矿水库下开采的安全。

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