浅析断层构造突水机理及防治措施.doc

2011-02-2710:01
浅析断层构造突水机理及防治措施
浅析断层构造突水机理及防治措施
作者徐睿屠世浩郑西贵
摘要：总结了断层突水特征，根据突水机理的不同将其分为直接突水和间接突水，并分析了其中的影响因素及影响机制。最后，基于突水的3个条件所属的不同范畴从水文地质和采动力学等几个方面来阐述防治措施，并结合我国一些突水实例进行探讨。
关键词：断层：突水机理；裂隙；突水特征；防治措施
1概况
煤矿突水是威胁矿井安全生产的主要因素之一，据统计，近30a间我国发生过200多起淹井事故。我国煤矿水文地质条件比较复杂，但引起突水事故的主要是底板奥灰岩溶水。目前，我国受底板岩溶水威胁的矿井高达222处，有51对矿井随时都有突水的可能，随着开采水平的延深，煤层受底板含水层的威胁越来越大。从目前各矿区突水的统计资料来看，约80%的突水事故是由于断层引起的，其他的突水事故也可能是由于隐伏断裂引起的，所以，煤矿底板的突水问题实质上是断层的突水问题，分析和研究在各种情况下的断层突水机理，对矿井安全生产有十分重要的意义。
2煤矿断层突水特征
(1)大多数突水位置为正断层的上盘。因为在正断层的上盘开采时，产生的矿山压力通过煤柱作用在断层面上，使断层带裂隙产生剪切运动，而下盘开采产生的矿山压力通过煤柱作用在下伏岩层上，对断层面没明显的影响。
(2)断层的交汇处或尖灭端易突水。断层的交汇处和尖灭端是应力集中的地段，由于应力集中，导致裂隙发育，易于突水。
(3)小断层密集带也是易发生突水的部位。主断层派生的次级序次的小断层成群出现时，裂隙发育，有利于导水通道的形成，同时因与主断层构造联系，易诱发突水。
(4)2条及其以上的近距离平行的正断层的上盘易突水。由于断层之间的岩层受断层的错动影响，岩石破碎，裂隙发育，断层带较宽，对隔水底板破坏范围较大，因而易突水。
(5)同一条断层愈往深部愈易发生突水。
(6)采空区周边断层或小断裂地段的岩层易发生底胀突水。
(7)突水水源多为奥灰水，且突水前水头压力值较大。
(8)断层带突水往往带有岩石碎屑冲出。
(9)有时会发生滞后突水。因为断层不是任何部位都导水，巷道或工作面揭露断层后，也不是立即突水，而是在长时间的矿压作用下，断层带可能活化及相对移动直至与含水层导水裂隙沟通，造成滞后突水。
3断层突水机理
断层是在岩体形成后的地质运动过程中，沿岩体内破裂面发生明显位移的地质构造。断层周围存在的结构称为断层破碎带，其横剖面可以分为两个带：构造岩带和断层影响带。断层突水根据机理不同可分为两类：直接突水、间接突水。断层的构造岩带与含水层贯通，在工作面推进至断层影响范围内时突水为直接突水；断层影响带与含水层贯通，在力学作用下断层活化，发生的突水为间接突水。
3.1断层直接突水机理
3.1.1断层缩短了煤层与含水层之间的距离
当断层切过煤层和含水层时，断层两盘的位移会使煤层底板与含水层之间的相对位置和距离发生变化。许多情况下会使两者之间的距离缩短，使隔水层的有效厚度减小，有时甚至使煤层与含水层直接接触。在这种情况下，如果采掘工作面揭露或接近断层带，就会使原来处于封闭状态的承压水突然涌出而形成突水，煤层与含水层之间的距离缩短多少则取决于断层的落差和断层的倾角。
(1)断层落差影响。断层落差大小的不同可使断层两盘的煤层与含水层之间产生不同的接触关系。如隔水层有效厚度变小或使煤层与含水层的距离增大等。它们都有可能引起突水，但突水时的来水方向、涌水量显然不一样。
(2)断层倾角的影响。井田内断层在平面上和垂向上多数位置变化较大。断层面倾角的变化可能会使部分防水煤柱失效，造成煤层与含水层之间距离变短而引起突水。
3.1.2断层的贮水导水作用
由于构造的作用，断层带的岩性一般比较破碎，在岩块松散胶结的情况下，具有良好的贮水性和导水性。当规模较大时，破碎带本身贮存的水就相当可观。如果断层同时切穿多个含水层或与之发生水力联系，就会对矿井形成较大的威胁。一方面，含水层中的承压水可通过毛细作用沿断层破碎裂隙上升致一定初高，使隔水层的有效厚度减小，使隔水层在局部地段完全失去阻水作用；另一方面，当断裂规模较大，同时切穿多个含水层时，断层的作用会使各含水层之间发生水力联系，形成相互补给，突水规模将大大增加，易于发生淹井事故。
3.1.3断层构造降低了岩层的强度
断层带影响范围内岩性破碎，它的存在破坏了隔水层岩层的完整性，降低了岩层的强度。一般断层构造岩带的强度只有正常地段的30%左右，尤其是在断层交叉处等断层密度较大的地方，破坏程度更高，且断层带的内聚力和内摩擦角一般较岩石小得多，其所产生的向下摩擦阻力很小，使隔水层承受水压力的能力大大降低，突水事故特别容易发生。
3.1.4水压作用
当构造岩带导水性较强时，若它与煤层底板破坏带相沟通形成通道，则承压水可