层以上的采掘环境中,煤炭开采均是带压的,只不过存在直接带压和间接带压的区别。以华北型煤田而言,下组煤开采奥陶系灰岩作为(直接)带压含水层已是不难理解,而山西组2#煤以奥陶系灰岩作为(间接)带压含水层已经为邢台东庞矿2903工作面突水所证实。
无论是从理论还是从已经成功实施带压开采的煤田来讲,带压开采的适用条件集中体现在以下两个方面:
(1)煤层底板没有全导入型通道,使得其在水压作用下具有整体稳定性,而不存在所谓的“突破口[2]”。“突破口”属于煤层底板中存在的固有岩体缺陷,影响矿井的充水性质。对于“突破口”的搜索有两种基本方法:一是通过物探方法,二是通过水文地质试验方法。带压开采实践中,对于全导入型通道一是通过留设安全防水煤柱采用绕避的方法,二是对其进行根治。
(2)煤层底板的岩性组合能够阻抗目标含水层在一个水文周期内(或者为了安全评价的需要,按历史最高水位考虑)最高水位所对应的水压。在其岩性组合已经确定的前提下,这种阻水能力主要取决于既有采矿方式下对煤层底板的破坏深度、目标含水层顶板实际埋藏深度(如华北型煤田奥陶系灰岩峰峰组由于古风化壳的存在,实际的含水层顶界有可能下移)以及灰岩水的实际潜升高度。
3 带压开采评价技术现状
带压开采评价技术主要包括如下四个方面:
(1)岩溶水流动系统的研究与评价[3,4]
存在突水通道并非必然发生突水,只是在具有突水水源的矿区才有可能发生突水,突水通道与突水水源共同构成突水条件,二者缺一不可。因此,应从查清矿区岩溶含水层的富水性入手,分析和评价突水条件及突水可能性。最好以水文地质单元作为评价区,分析岩溶水系统流动特征、径流带的展布情况、井田位于径流带和排泄带的部位等。通过对含水介质水力联系和水动力条件的研究,建立一个符合客观实际的地下水流动系统模型。
(2) 直通式导水通道的探查与评价
对于已经圈定具有突水倾向性的井田,进一步的工作是对直通式导水通道做出探测和评价。按照发生突水的通道性质,煤层底板突水可分为两种类型,即通道型突水与渗透型突水,许学汉、王杰等人[3]将前者称为原生强渗通道,对于这种通道的探查与评价,奥灰岩溶水综合防治工业性试验[5]期间以焦作矿区作为试验点提出了垂向越导通道综合探测配套技术;以开滦矿区为例,形成了导水陷落柱井上、下综合立体探测技术,目前仍处于上述配套技术的试验验证和完善阶段;
(3)中、小型断层作为突水通道的探查与评价
与陷落柱作为导水通道的突水样本相比,断层作为导水通道则是大量的且具有代表性,一定规模的断层就可以成为沟通不同含水层之间水力联系的通道,对断层的水文地质评价首先应基于构造分析原理对不同级别和不同序次的断层进行构造解析,对断层展布特点做出分析并尽可能以采区、井田为单元做出构造预测,结合物探方法和井巷工程揭露情况进行探、预、采对照;其次,应探讨并评价断层发育方向和断层内部结构对突水的控制作用、断裂构造突水机制、断层的活化及其滞后突水现象等。目前,依托各类防治水项目,在上述方面已开展了一定的工作,但就这一问题应有的深度而言,差距仍然很大。
(4)节理裂隙型岩体突水条件探查与评价
对于节理裂隙型岩体而言,其突水类型为渗透型突水,即与矿压显现、承压水的水力扩容作用密切相关,这种类型的突水首先应在煤层底板岩体强度力学校核的基础上做出稳定性