煤層工采對(duì)底板突水的影響

　底板水問(wèn)題在我國(guó)煤礦產(chǎn)生過(guò)程中非常突出、非常普遍，涉及我國(guó)大部分煤田。包括華北、華南的大部分晚古生代煤田及個(gè)別的中生代及新生代煤田。其涉及范圍之廣，水量之大，危害之重，世界罕見(jiàn)。影響煤層底板突水的因素很多，高壓水頭是引起突水的一個(gè)重要條件，位于煤層底板的含水層，采掘工作面一般不能直接揭露，其中間隔有不透水或弱透水的巖層承壓水，要進(jìn)入采掘空間必須要有一定的力來(lái)突破隔水層或沖刷弱水透水層的裂隙；地質(zhì)構(gòu)造，如斷層和陷落柱等，這些會(huì)使巖體強(qiáng)度降低，阻水能力減弱，涌水通道發(fā)育；巖層結(jié)構(gòu)與巖性特征，如巖體的強(qiáng)度、完整性和隔水與阻水性能；力學(xué)作用，如原巖應(yīng)力大小、方向，開(kāi)采活動(dòng)引起的圍巖應(yīng)力重新分布和結(jié)構(gòu)面再擴(kuò)展；承壓水對(duì)巖體的物理、力學(xué)和化學(xué)作用等。

　　1控制煤層底板突水的主要作用力

　　影響煤層底板突水的主要作用力很多，從力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看主要有：①煤層底板下伏含水層的水頭壓力，包括動(dòng)壓和靜壓；②礦山動(dòng)壓力和靜壓力；③地應(yīng)力；④煤層底板與下伏含水層之間的相對(duì)隔水層的重力；⑤相對(duì)隔水層的巖體強(qiáng)度。

　　動(dòng)壓包括頂板冒落時(shí)巖塊對(duì)底板的沖擊力、采煤機(jī)械或放炮的震動(dòng)力等，這些對(duì)底板突水起誘發(fā)作用。水頭壓力和礦山壓力起到破壞隔水層底板，促使底板突水的作用力；而隔水底板的策略和強(qiáng)度則是維護(hù)底板完整、抑制底板突水的約束力。當(dāng)約束力足以平衡作用力時(shí)，底板保持穩(wěn)定，不致發(fā)生底鼓和突水；否則不可能發(fā)生災(zāi)害。

　　2煤層開(kāi)采對(duì)底板的破壞及突水的形成條件

　　2.1采動(dòng)對(duì)底板破壞作用

　?。?）應(yīng)力狀態(tài)的改變。當(dāng)工作面從開(kāi)切眼開(kāi)始回采之后，采面圍巖應(yīng)力將發(fā)生變化。隨著工作面的推進(jìn)，煤層底板前方處于支承壓力作用而壓縮。工作面推過(guò)后，應(yīng)力釋放，底板處于膨脹狀態(tài)。隨著頂板的冒落，采空區(qū)冒落矸石的壓實(shí)，工作面后方一定距離的底板以恢復(fù)到原巖應(yīng)力狀態(tài)。由于工作面是在不斷推進(jìn)的過(guò)程中，所以，底板處于壓縮——膨脹——再壓縮的狀態(tài)。而在壓縮與膨脹變形的過(guò)渡區(qū)，底板最易發(fā)生破壞。在開(kāi)切眼附近，豎向應(yīng)力集中程度最高，底板容易發(fā)生變形及產(chǎn)生裂隙。在上、下出口附近煤層的底板不僅受到支承壓力的影響，而且受靜壓力的影響，因此，沿上、下出口附近底板的采動(dòng)裂隙比較發(fā)育，易形成突水點(diǎn)。而在上、下出口與開(kāi)切眼處，突水的幾率則更大。在工作面停采線處，由于沒(méi)有動(dòng)壓的影響，底板的變形及破壞程度較小。發(fā)生突水的可能性不大。

　?。?）結(jié)構(gòu)面的再擴(kuò)展。工程采動(dòng)能夠引發(fā)原結(jié)構(gòu)面的再次擴(kuò)展。由于結(jié)構(gòu)面本身物理性狀的差異性，其擴(kuò)展后導(dǎo)水性能不盡相同，根據(jù)涌水量的變化情況，裂隙受采動(dòng)的程度可劃分為五種基本類型：①增大型，裂隙受到短軸方向拉伸、長(zhǎng)軸方向壓縮的礦壓作用，充填物少；松散受力后裂隙逐漸張開(kāi)，涌水量逐漸增大；②下降型，裂隙受到短軸方向壓縮、長(zhǎng)軸方向拉伸拉礦壓作用，充填物多；受力后裂隙壓縮，涌水量逐漸減少；③裂隙走向與礦壓作用方向成一定的角度，受力不均，充填物較多，涌水量時(shí)大時(shí)小，但總的趨勢(shì)是下降型；④裂隙走向與礦壓作用方向成一定的角度，受力不均，充填物較少，涌水量在工作面后方趨于穩(wěn)定；⑤裂隙受到雙向壓縮的礦壓作用，充填物少，受力后基本不產(chǎn)生變形，涌水量呈穩(wěn)定型。

　　（3）采動(dòng)裂隙帶的形成。由于采動(dòng)礦壓和水的作用，在底板采動(dòng)破壞深度范圍內(nèi)，底板巖層中一般產(chǎn)生3種裂隙：①豎向張裂隙，分布在緊靠煤層底板的最上部，是底板膨脹時(shí)層向張力破壞所形成的張裂隙；②層向裂隙，主要巖層面以離層形式出現(xiàn)，一般在底板淺部較發(fā)育，它是在采煤工作面推進(jìn)過(guò)程中底板受礦壓作用，反向位移沿層向薄弱結(jié)構(gòu)面離層所致；③剪切裂隙，一般為兩組，以60°左右分別反向交叉分布。這是由于采空區(qū)與煤壁及采空區(qū)頂板冒落在受壓區(qū)巖層反向受力剪切形成。

　　上述三種裂隙嚴(yán)重破壞了底板巖體的完整性，當(dāng)它們與含水層（或承壓水導(dǎo)升帶或?qū)當(dāng)鄬樱贤ǎl(fā)生底板突水。底板巖體的破壞深度與程度主要與采場(chǎng)礦壓大小和礦壓顯現(xiàn)劇烈程度以及底板特征有關(guān)。其中前者的影響因素有：開(kāi)采深度、直接頂厚度及采高，煤層傾角，工作面尺寸大小以及頂板巖性與結(jié)構(gòu)等；后者的影響因素有底板巖性、巖體結(jié)構(gòu)與構(gòu)造特征等。