承压水与安全开采的技术与施工

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1、承压水与安全开采的技术与施工摘要：以煤矿在承压水体间安全开采为背景，通过研究，建立矿井工程地质与水文地质模型，揭示承压水条件下开采过程中顶底板岩层变形破坏规律和渗流场分布，对煤矿突水威胁危险性做出科学评价，提出开采方案，开采参数和防水技术措施，保障下组煤开采在技术上、经济上、安全上的合理性和可靠性。关键词：承压水体；安全开采；防水措施引言矿井突水灾害是煤矿生产中重大灾害之一，但随着矿井开采深度的逐年增加，深部矿压对煤层底板的破坏活动加剧，地层深部承压水由于势能较高，对煤矿生产的危害程度将有增加的趋势。由于各

2、个区域的矿井地质条件千差万别，突水影响因素众多，因此突水发生形式以及机制也各不相同。欲在承压水体上安全地进行开采，必须对该区域地质、工程地质、水文地质进行综合分析和研究，系统研究安全开采方法，设计开采参数和防治水措施，正确指导采煤设计和防治水设计，做到有的放矢，确保安全生产。1承压水概述充满于上、下两个相对稳定隔水层之间的含水层中，对顶板产生静水压力的地下水，称为承压水。承压水由于有隔水顶板存在，其补给区和分布区不一致，与水文因素季节变化的关系不甚明显，动态稳定，不易受污染。又因受上、下隔水层的限制，其有一

3、定的承压水头，运动方式不是在重力作用下的自由流动，而是以传递静水压力的方式进行水的交替，当地形条件适宜时，经钻孔揭露承压含水层后，承压水会喷出地表（承压水因此又称自流水）。最适宜承压水形成的构造形式有向斜和单斜。储存承压水的向斜构造，在水文地质学上通常称为承压水盆地或自流盆地。自流盆地按其水文地质特征可分为补给区、承压区及排泄区3部分，如图1-1所示。在含水层出露较高，并且直接接受大气降水或地表水补给的地段，称为补给区。补给区的地下水，具有潜水性质。含水层出露较低，且以泉的形式出露地表，或补给潜水和地表水的

4、地段，称为排泄区。在补给区和排泄区之间，含水层上部具有隔水层且承受静水压力的地段，成为承压区。在承压区，当钻孔打穿隔水顶板时，承压水便涌入钻孔内，水沿钻孔上升，当水位上升到一定高度且稳定后，此时的水面标高称为承压水的测压水位或静水水位。从静水水位到隔水顶板地面的垂直距离称为承压水头；上、下两隔水层之间的垂直距离，称为含水层厚度。图1-1自流盆地构造示意图在向斜构造的自流盆地中，往往有几个含水层存在，每个含水层分别有自己的补给区、承压区和排泄区。当地表形态与构造形态一致时，称为正地形自流盆地。在正地形自流盆地

5、中，下部含水层的测压水位一般较上部含水层高，含水层之间若有水力联系，往往是下部含水层补给上部含水层。地表形态与构造形态相反的自流盆地，称为负地形自流盆地。负地形自流盆地中，下部含水层的测压水位一般较上部含水层低，若含水层之间发生水力联系，往往是上部含水层补给下部含水层。储存承压水的单斜构造，称承压水斜地或自流斜地。自流斜地通常是因含水层岩相变化或尖灭，以及含水层被断裂错开或被各种侵入体阻挡而形成。由断裂构造形成的承压水斜地，见图1-2。当断裂带导水时，则各含水层将通过断层发生水力联系或通过断层以泉水的形式排

6、泄于地表，构成承压水的排泄区，此时承压区介于补给区和排泄区之间，情况与自流盆地相同，见图1-2a；若断裂带隔水而不导水时，则含水层的补给区接受地表水或大气降水的补给，当补给量超过含水层可能容纳的水量时，在含水层暴露地带的低洼处呈泉水形式出露于地表，形成排泄区，此时补给区和排泄区位于承压区的同一侧，见图1-2b。当地下水未充满两个隔水层之间时，称为无压层间水，其特征除具有自由水面而不承压外，基本上与承压水相同。承压水含水层的水面特征，可用等水压线图来描述。承压水等水压线图即承压水测压水位等高线图，见图1-3。

7、根据等水压线图可以测定承压水的流向、水力坡度及每一点的承压水位，判定各承压含水层之间以及与潜水的相互补给关系，为矿井疏干降压提供资料。承压水虽是很好的供水水源，但是对矿井开采来说，地下水过大，会使大量的地下水流入井下，甚至造成淹井事故，必须引起高度重视。图1-2断裂构造形成的自流斜地图1-3承压水等水压线图2研究的关键问题针对煤矿开采过程中遇到的承压水突水威胁，其关键问题包括：（1）对影响煤层底板突水的水文地质与工程地质主控指标的勘察探测和分析，如含水层含水性、渗透性、系统性；隔水层厚度、分布、完整性；所在

8、地区的地质构造；地应力大小等相关指标。（2）承压水体上的下组煤开采后，岩体内引起的移动变形和破坏特征，特别是在遇有特殊地质构造（断层、陷落柱、破碎带、隔水层变异等），在流固耦合作用下煤层开采引起的底板渗流变异规律，包括初次开采、重复开采与扩大开采范围后的底板岩层变形破坏异常规律。（3）对底板隔水层、陷落柱、破碎带遭到突然破坏和扰动，形成矿井突水危险性及潜在危害的评价。（4）对承压水体上开采的技术可行性、经济合理性