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突水

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突水 [1]  是指大量地下水突然集中湧入井巷的現象。礦井突水是煤礦生產過程最具威脅的災害之一，人員傷 亡大，經濟損失列於煤礦三大事故的榜首。一旦礦井發生突 水,如何及時準確地判斷突水成因,查找突水水源,是解決和 進一步預防突水災害的關鍵問題。在硐室、巷道施工過程中，穿過溶洞發育的地段(尤其是遇到地下暗河系統)、厚層含水砂礫石層或與地表水連通的較大斷裂破碎帶等所發生的突然大量湧水現象。礦井突水水源按其來源可以分為大氣降水、地表水體、 地下水體和老空水。 礦井水災的預測是指礦井在開採前，根據地質勘探的水文地質資料及專門進行的水害調查資料，確定礦井水災的危險程度，並編制礦井水災預測圖。
中文名
突水
外文名
water gushing-out
發生階段
掘進或採礦過程
危    害
極大
領    域
礦業
學    科
礦業安全

目錄

  1. 1 簡介
  2. 2 突水水源特點
  3. 3 突水災變條件與演化特徵研究
  4. 4 礦井突水預兆
  1. ▪ 一般預兆
  2. ▪ 工作面底板灰巖含水層突水預兆
  3. ▪ 鬆散孔隙含水層水突水預兆
  4. 5 礦井水災的預測
  1. ▪ 礦井水災危險程度的確定
  2. ▪ 礦井水災預測圖的編制
  3. 6 施工工法
  4. 7 掘進安全措施
  1. 8 突水、湧水、透水的區別

突水簡介

突水是指大量地下水突然集中湧入井巷的現象 [2]  。掘進或採礦過程中當巷道揭穿導水斷裂、富水溶洞、老窯積水，地下水大量突然湧入礦山井巷的現象。礦井突水是煤礦生產過程最具威脅的災害之一，人員傷亡大，經濟損失列於煤礦三大事故的榜首。一旦礦井發生突水,如何及時準確地判斷突水成因,查找突水水源,是解決和進一步預防突水災害的關鍵問題。
在硐室、巷道施工過程中，穿過溶洞發育的地段(尤其是遇到地下暗河系統)、厚層含水砂礫石層或與地表水連通的較大斷裂破碎帶等所發生的突然大量湧水現象。
突水對地下工程的施工危害極大。 [3] 

突水突水水源特點

礦井突水水源按其來源可以分為大氣降水、地表水體、地下水體和老空水 [4]  。大氣降水一般為礦化度較小、硬度較低的軟水。地表水一般均帶泥沙懸浮物而有渾濁度。此外，大氣降水及地表水中含有大量的有機物和細菌，可作為判斷其存在的重要依據。地下水的水化學成分十分複雜，作為礦井突水水源應採用其它方法綜合判斷。老空水多表現為強酸性，突水瞬時水量大、破壞性強，但一般與其它水源無聯繫，突水後急劇減弱.可作為常規判定老空水的重要依據。

突水突水災變條件與演化特徵研究

國際上，煤礦突水的構造地質與水文地質條件及特徵研究相對其它地下工程領域起步較早 [5]  ：
20世紀40～50年代，匈牙利韋格弗倫斯第一次提出隔水層厚度同水壓之比的底板相對隔水層的概念。前蘇聯學者B.斯列薩列夫最早提出安全水頭概念和預測突水的簡支梁理論公式；匈牙利和南斯拉夫則利用相對隔水層厚度進行突水判斷。
20世紀60～70年代，匈牙利國家礦業技術鑑定委員會將相對隔水層厚度的概念列入礦業安全規程中。
前蘇聯南斯拉夫等國學者開始系統研究突水的發生條件和影響因素，對採動滲流以及本構關係等進行有益的探討。
20世紀70～90年代，岩溶突水機理的研究取得了長足的進步，岩石力學工作者開始引入能量法系統論突變以及神經網絡等非線性觀點探討突水的災變條件和演化機制。
國內，煤礦水文地質工作起步於20世紀50年代中期，突水防治思想和方法沿襲前蘇聯。
60年代末，全國範圍內大規模的水源勘察和開發，為中國水文地質研究積累了大量資料和經驗，對地下水岩溶形態賦存方式以及運移規律等方面的研究有了質的飛躍，對基岩裂隙介質和岩溶發育與富水規律也有了一定的認識。
1964年原燃化工業部組織全國的煤礦防治水拔尖人才開展焦作水文地質大會戰，水文地質工作者提出了突水系數的經驗公式，並很快在全國推廣使用。
20世紀70年代末引入了歐美的地下水動力學的最新研究成果，拓展了地下水的研究範圍和方法，由單一的穩定流抽水試驗發展到非穩定流，評價計算方法由解析經驗到有限元邊界元的數值模擬。
1980年代初期，李白英、高延法等提出下三帶理論，王作宇錢鳴高等學者從採礦工程角度相繼提出零位破壞與原位張裂理論板模型理論以及KS理論等等，對認識和評價非構造性突水問題具有指導意義。
1990年代至本世紀初，尹尚先等提出陷落柱突水的圓壁桶模型，對煤礦充水陷落柱防水煤柱和隧洞岩溶管道安全厚度的留設具有重要參考價值。

突水礦井突水預兆

突水一般預兆

(1)煤層變潮濕、鬆軟；煤幫出現滴水、淋水現象，且淋水由小變大；有時煤幫出現鐵鏽色水跡 [6]  。
(2)工作面氣温降低，或出現霧氣或硫化氫氣味(即臭雞蛋味)。
(3)有時可聞到水的“嘶嘶”聲。
(4)礦壓增大，發生片幫、冒頂及底肢。

突水工作面底板灰巖含水層突水預兆

(1)工作面壓力增大，底板股起，底殿量有時可達500mm以上。
(2)工作面底板產生裂隙，並逐漸增大。
(3)沿裂隙或煤幫向外滲水，隨着裂隙的增大，水量增加，當底板滲水量增大到一定程度時，煤幫滲水可能停止，此時水色時清時濁：底板活動時水變渾濁，底板穩定時水色變清。
(4)底板破裂，沿裂縫有高壓水噴出，並伴有"嘶嘶"聲或刺耳水聲。(5)底板發生"底爆",伴有巨響，地下水大量湧出，水色呈乳白或黃色。

突水鬆散孔隙含水層水突水預兆

(1)突水部位發潮、滴水、且滴水現象逐漸增大，仔細觀察發現水中含有少量細砂。
(2)發生局部冒頂，水量突增並出現流沙，流沙常呈間歇性，水色時清時濁，總的趨勢是水量、沙量增加，直至流沙大量湧出。
(3)頂板發生潰水、潰沙，這種現象可能影響到地表，致使地表出現塌陷坑。

突水礦井水災的預測

礦井水災的預測是指礦井在開採前，根據地質勘探的水文地質資料及專門進行的水害調查資料，確定礦井水災的危險程度，並編制礦井水災預測圖 [7]  。

突水礦井水災危險程度的確定

①用突水系數來確定礦井水害的危險程度。突水系數是含水層中靜水壓力(kPa)與隔水層厚度(m)的比值，其物理意義是單位隔水層厚度所能承受的極限水壓值。
②按水文地質的影響因素來確定礦井水害的危險程度。該方法是按水文地質的複雜程度將礦區的水害危險程度劃分為5個等級。

突水礦井水災預測圖的編制

根據隔水層厚度和礦區各地段的水壓值，計算某開採水平的突水系數，編制相應比例的簡單突水預測圖，然後根據礦區突水系數的臨界值，圈定安全區和危險區。水災預測圖的另一種編制方法是在開採平面圖上圈定地下水災的等級區域，據此制定最佳礦井規劃和防治水害的措施，加強危險區域的監測，保證安全生產。

突水施工工法

坑道突水的工程防治措施很多，其原理都是儘可能地保持固有地質體及其水文地質的平衡狀態，強化抗突能力，削弱突水條件。常用的基本上分為地面和地下兩類針對性設施和手段，包括排水疏幹、工程與水源之間保留防水礦柱、修建水閘牆、門、灌注水泥漿、堵塞可能的滲透途徑和通道等 [6]  。
如在烏池壩隧道施工中建議：
1當在飽水帶、特別是壓力飽水帶，掌子面前面發現由淤泥、粉細砂類充填的大型溶洞，從而產生湧泥、湧不時，不能爆開，經判斷後，應採取注漿方法固結泥砂；
2使用大管棚施工並進行注漿加固，可增加管棚支護剛度，減小充填物滲透壓力，並通過小導管超前支護，進一步保護大管棚安全；
3超前預注漿完成後，在開挖前，應對不足部位或注漿盲區進行小導管補充注漿等。

突水掘進安全措施

掘進工作面接近積水區時，應採取的安全措施 [6] 
掘進工作面接近積水區時，單靠探放水來保證安全是不夠的，還必須在掘進期間採取安全措施加以防範。
⒈探水巷道的掘進斷面不宜過大，以縮小受壓面積。同時應有兩個安全出口，用於通風、流水和撤人。一般情況下應雙巷掘進，必要時在聯絡巷之間開掘安全躲避洞室。
⒉掘進巷道坡度不準起伏不平，以免低處的水流不出去，施工人員有被堵的危險。
⒊上山方向的水害威脅未消除或正在探水時，為保證下山工作人員的安全，應暫停其工作，等水害威脅消除後再繼續工作。
⒋探到老空並已放水的掘進工作面，如果不能馬上與老空掘透而在幾天後再掘進時，應重打2~3個檢查孔，以免原有的鑽孔坍塌堵塞而重新積水。切不可冒然掘進。
⒌探水巷道必須嚴格掌握巷道掘進方向，沿着探水孔的中心線掘進，以免造成超前距和幫距縮小而遭遇老空透水。如果地質變化必須偏離時，應進行補充鑽探或採取其它措施予以補救。
⒍大部分積水已經放出，還應注意盲巷老空積水或因斷層的隔離而形成的孤立積水區。
⒎合理選擇巷道掘進的爆破方法，在探水眼嚴密掩護下，且保持超前距和幫距時，可以採取多打眼、少裝藥、放小炮的方法，以利於保持煤體的穩定性。
⒏嚴格執行“三不裝藥”制度，即炮眼或掘進工作面有出水預兆不裝藥，超前距不夠或偏離探水方向不裝藥，掘進工作面支架不牢或空頂距超過規定時不裝藥。
⒐為了預防探放水以後又重新積水造成事故，上山巷道或坡度大的穿層斜石門掘進接近老空放炮時，應將所有人員撤到聯絡巷或下部平巷。
⒑掘進打眼沿釺杆向外流水時，應停止工作，不準拔出或搖晃鑽桿，要設法固定，並向礦報告，聽候處理。
⒒老空放水後允許恢復掘進時，還必須注意：當掘進到離老空3~5m處時，應先打2~3個檢查孔進行一次再檢查，只有證實積水確已放淨後方可揭露老空。揭露老空時，要先由小斷面從放水鑽孔上方與老空打透，還要注意處理瓦斯、硫化氫等有害氣體。
⒓在受水威脅地區施工的所有人員，都必須熟悉避災路線，懂得突水後的急救知識。
⒔掘進中各班班（組）長必須在掘進工作面交接班，交接班允許掘進剩餘的距離，嚴禁超越。
⒕掘到批准位置時，其最後0.5m停止放炮，用手鎬採齊迎頭，以利於下次探水時，安全套管不致安設在被炮震松的煤岩層內。

突水突水、湧水、透水的區別

因為現在媒體在報到“突水”事故時，可能由於方言發音等原因，多寫作“透水”，所以很多人也隨之稱為“透水” [6]  。
礦井建設和生產過程中，各種類型的水源進入採掘空間的過程稱為礦井充水，進入到工作面及井巷內的水，稱為礦井水。
礦井充水形式：滲入、滴入、淋入、流入、湧入和潰入等等。當湧入潰入井巷的水量大、來勢猛時，稱為突水。
礦井透水：礦井周圍含水層的水湧出，填滿礦井，使礦井廢掉。當採掘工作面遇到河牀、採空區等地質條件時會出現透水事故。
礦井突水：大量地下水突然集中湧入井巷的現象。掘進或採礦過程中當巷道揭穿導水斷裂、富水溶洞、老窯積水，地下水大量突然湧入礦山井巷的現象。
礦井湧水：礦體及圍巖空隙中的地下水（孔隙水水源、裂隙水水源、岩溶水水源）、地表水水源，在壓力作用下湧出，稱為礦井湧水。（在地下水面以下巖(土)體中採礦、開挖基坑或地下硐室時，地下水不斷地流入場地的現象。）
至於透水、突水、湧水的區別，從以上的定義來看，湧水只是礦井充水的一種形式，強調的是流出，不強調水壓；突水強調的是承壓水，壓力大，突然湧入，通常指奧灰突水；透水主要指老窯水，地表水灌入井巷。
參考資料
  • 1.    黎良傑, 錢鳴高, 李樹剛. 斷層突水機理分析[J]. 煤炭學報, 1996(2):119-123.
  • 2.    張金才. 巖體滲流與煤層底板突水[M]. 地質出版社, 1997.
  • 3.    地球科學辭典 
  • 4.    靳德武, 劉英鋒, 劉再斌,等. 煤礦重大突水災害防治技術研究新進展[J]. 煤炭科學技術, 2013, 41(1):25-29.
  • 5.    李利平. 高風險岩溶隧道突水災變演化機理及其應用研究[D]. 山東大學, 2009.
  • 6.    張長文, 付斌, 徐毅. 礦井突水問題的研究[J]. 煤炭技術, 2004, 23(5):65-66.
  • 7.    徐建文, 王平, 田素川,等. 礦井突水災害防治技術淺析[J]. 煤炭技術, 2010, 29(12):89-90.