矿井(区)底板突水临界水系数的确定.docVIP

矿井（区）底板突水临界水系数的确定 一、|问题提出 我国广大华北型、华南型石炭=迭系煤田，煤系假整合于原层石灰岩之上，在其上煤层开拓与回探过程中，频频发生底板薄层石灰岩和原层石灰岩透水事故，造成众多淹井事故，为探究其突水原因，掌握规律，做好底板突水预测、预报工作，保证煤矿安全生产，1964年煤炭部在焦作开展矿井水文地质会战，研讨了上述众多议题。大量突水资料表明矿井底板突水是与该处的隔水层厚度、强度、隔水层的岩性及其组合方式、构造发育程度、水压大小、采动过程中的矿压等众多因素有关。但主导因素为是含水层作用于隔水层上的水压力，它起着破坏作用，另一是隔水层的厚度及强度，它起着阻止水压力的破坏作用，而其它因素均可隐含于隔水层的厚度中，它们或是减弱隔水层的强度，或是减少隔水层的厚度。故可以用它们的比值来刻划，隔水层的稳定程度即采场或巷道的平衡状态，帮以下式来表征： TV= 式中，TV：称突水系数或阻力系数（Pa/m） P：作用于隔水层底界面上的水压力（P M：煤层底板至含水层顶界面间的隔水层厚度 该比值即表征，巷道或采面下单位厚度隔水层所能承受的水压力。岩体（隔水层）受力之后，依力的大小，所表现出来 的变形与破坏有三个阶段，即弹性变形，塑性变形至永久变形。当水压力值较小，隔水层厚度、强度较大时，该比值的数值较小，表现为处于弹性变形阶段，则反映在巷道掘进，工作面回采是处于安全状态，若比值大时，变形发展至破裂永久性变形阶段，则巷道掘进、采场回采时会出现突水事件。该两种状态之间存在有塑性变形阶段，即处于极限平衡状态，则在工作面上会出底鼓现象。上述诸现象在矿井（区）均可见，为此，我们可以把矿井（区）内、巷道掘进、工作面回采安全与不安全和极限状态的资料取各点上的水压力和隔水层原度值，分别标示于P——M图中，从中找出其临界点（线），该即为该矿井的临界突水系数值（线）以TV临示之。 二、具体做法 选取一定数量的安全点和不安全点，将其数据展示在纵坐标表示隔水层原度（M）：横坐标表示含水层水压力（pa或kg/cm2）计算纸上，且对掘进、回采不安全分别用符号□、○表示；安全点以符号 表示。展示后的图上可以看出安全点汇集在左下铡，不安全点汇集在图的右上侧，两区之间存在一条自然界线称P——M经验曲线。可以为突出水与否的标志，并可用方程式表示。（如图） 1、据一些矿区绘制出来的P——M经验曲线图可知：1、P——M关系曲线的形态可以是直线，也可以是曲线。 2、P——M曲线共同的特点是该曲线与OM轴相交有一个交距，表明该部份隔水层已失去了隔水作用，称之为矿区在破坏的导水厚度。交点往下，随着隔水层的变厚，水压也变大，显示出隔水层的阻水能力。表明采矿活动仅有隔水层上部破坏严重，对下部影响较小。隔水层上部由采矿破坏的导水厚度在8～12M之间。 3、依突出水系数的定义，它即相当于P——M图中曲线的斜率，若从地下水动力学角度即相当于临界水力梯度。为此，我们可以利用临界突出系数值来判断工作面回采时能否突水的标志，即，采面实际突水系数TV临界则安全。 4、若P——M关系曲线呈直线，则可用斜截式方程表示，在已知采面底板隔水层厚度时，代入方程，则可求出该采面的临界水压力值。若实际水压力高于临界水压力时则工作面回采时会产生突水，反之则安全。 若P——M关系曲线呈抛物线时，则可取对数，使其线性化后，用费歇准则下的两组线性判别模型来判别： 基本原理：设以A、B分别表示两类母体（如突水与不突水），其样本数为NA和NB，每一个样本都有P个特征。以XAki表示A类母体中第K个样品,要根据它的P个特征X1X2…XP，决定它在A、B两类中的归属： 利用已知归属的N个个体的P个特征构成一个线性判别函数 Ｙ＝ 其中Ｃi是待定常数。由于两面三刀类不同母体的Ｘi　(　i＝１，２，…Ｐ)取值不同相应的Ｙ值亦不同，因而，可以找出一个介于两种Ｙ值之间的Ｙ。作为判别（预测）指数，称作“判别值”。因此，骊一个未知样品，只要根据其特征Ｘi　（　i＝１，２，…Ｐ）利用已求出的判别函数计算出相应的Ｙ值（称为判别计量）即可确定其Ａ、Ｂ两面三刀类归属。 三、突水系数的应用 编制矿区或井田的突水系数图，通过它与临界突水系数值之比较，确定井田或矿区内在平面上易于产生水害的范围有一展布，结合井田或采区的进水条件，不同含水层间的水力联系、矿井排水能力等诸因素分析，选择合理的治理方法和安全地采煤方案。 采区突水系数的编制方法： 1、以采煤底板等高线图为底图，将已知断层和开采上部煤层新发现的断层以及有关的矿井水文地质资料（如突水点）标于图上。 2、根据直接充水含水层的水位资料编制等水位线图。 3、根据以上两种资料绘制底板等水压线图，等水压线是编制突水系数的基础资料。 4、编制有效隔水层厚度等值