矿井建设前，一般要根据勘探阶段预测的矿坑涌水量设计相应的排水工程。因此，矿山开采时的正常涌水量，一般不会影响正常的采矿工作。采掘工作中最可怕的是突发性的突水，当突水量超过正常排水量时，则会导致灾害事故的发生。因此，防治矿井突水，是矿床水文地质人员的又一项重要任务。

一、矿山巷道突水类型与突水过程

按采矿工序，可将巷道突水分为“掘进突水”和“回采突水”两类。通常，掘进突水发生频率比回采突水大，如河北井陉煤矿，两种突水发生次数之比为1∶2.7。按突水与掘进工程进行的时间关系，又可把巷道突水划分为“突发型突水”和“滞后型突水”（即在采掘工作进行之后发生的突水）。突发性突水的突水量一般来势凶猛，并很快达到高峰值，常有岩块泥沙冲出；滞后突水，突水量通常由小而大，高峰值有段滞后时间（由数小时到数日，甚至数年）。此外，按矿井突水量最大峰值，还可把突水划分为特大型、大型、中型和小型四类：特大型突水的水量为≥30 m³/min；大型突水水量为30～10 m³/min；中型突水水量为10～1 m³/min；小型突水水量≤1 m³/min。最后，按突水与地质构造关系，还可把突水划分为构造突水和非构造突水两类。据统计，采掘面突水，有80%～90%与断层或褶皱构造有关。

二、造成巷道突水的力源

矿山巷道突水，一般有以下几种力源：

（1）静水压力：在隔水层厚度不变化的情况下，深度越大，井巷承受的静水压力越大，突水几率越高。

（2）动水压力：动水压力一般随着岩石渗透性和渗透流量的增强而加大。

（3）矿山压力：它是在矿山井巷开拓后出现的，它对采场围岩起到破坏作用，从而降低岩层的隔水性能，在矿山应力集中的地方易发生突水。

（4）地应力（现代和残余构造应力）：在现代构造应力集中的地方，易产生地震，也易发生突水。

在上述四种力源中，矿山压力和水压力是采场围岩破坏和造成突水的主要力源，它们随着采掘工作面的推进而加大。地应力只有在条件适当时才起作用。

三、巷道突水预测

巷道突水可分为顶、底板突水与侧向突水两种方式。现分别研究其突水产生条件和突水的预测方法。

图7-1为典型岩溶充水矿床的示意剖面图。矿层中井巷的开拓，必然使承压含水层静水压力（H_突）与隔水层重力（rt）和抗张强度（K_p）间的天然平衡关系遭到破坏。在井巷周围出现“矿山压力”现象。这时，巷道顶、底板的受力情况，可概化为两端固定，均布荷重的梁（见图7-1和7-2）。В.Д.斯列萨列夫按梁和强度理论，得出顶、底板理论安全水压值的理论计算公式（7-1）和防止巷道侧向突水的隔水层安全宽度计算公式（7-2）。

 

 

图7-1 巷道顶底板安全水压值计算示意剖面图

 

 

图7-2 巷道侧方突水计算示意剖面图

 

 

现代水文地质学

 

式中：H_理论——巷道隔水顶、底板理论安全水压值；

K_P——顶、底板隔水层的抗张强度，可根据力学试验或巷道突水资料确定；

r——顶底板隔水层容重（N·cm^-3），可由试验确定；

L——巷道宽度（m）；

t——顶底板隔水层厚度（m）。

 

现代水文地质学

 

式中：P_1理安——巷道前方或侧帮承受的静水压力（Pa），以水柱高度表示（m）；

L——巷道高度（m）；

a——前方或侧帮隔水层或矿柱的宽度（m）；

K_P——隔水层或矿柱的平均抗张强度（Pa）。

将它们和矿山巷道顶底板实际承受的水压值（或实际的巷道前方或侧向隔水层厚度）相比较，当理论安全值大于实际水压值时，则巷道不会发生突水，反之则可能发生突水。此外我国采矿部门依据实际突水资料，总结出以下预测巷道底板突水的经验公式（7-3）：

 

 

现代水文地质学

 

式中：K_临——临界突水系数（又称水压比或阻力系数）；

P——底板承受的静水压力；

M——隔水层厚度。

国内许多矿区依据突水和试验资料，已总结出适用于判断本矿区是否发生突水的临界经验突水系数值。例如焦作煤矿，在突水系数＞0.66的块段，则可能发生突水；而突水系数＜0.66的块段，则比较安全。

四、回采工作面突水预测

回采是指为采矿工作进行的井巷开拓任务完成之后，正式采出矿石的整个生产过程。回采工作面即采矿工作面。

回采采空区面积较大，且随着采矿工作的进行不断扩大。回采必然破坏矿岩受力的自然平衡状态，在巷道及采空区周围岩体中产生的矿山压力也将随之加大。如处理不当，在矿山压力和地下水压力的作用下则将导致巷道变形、冒顶、塌落、底鼓和突水、突泥砂及淹井事故的发生，其事故的规模和频率，常常要比井巷开拓阶段大得多。

回采工作面是否会产生突水，除与整个矿床剖面上的岩性、结构、构造、含水层埋藏条件和采矿方式等因素有关外，主要与顶板岩层冒落带（又称顶板破裂带）的高度和底板岩层破坏带深度有关。我国矿井水文地质工作者在总结分析了矿井回采突水事故基础上提出了建立在“功能转换”理论基础上的顶底板破坏带计算的半经验公式（胡宽王容等，1985年）。

为预测回采工作时顶、底板发生突水的危险程度，在以上采场围岩破坏带高度、深度计算的基础上，还必须根据顶板之上有无第四系松散层覆盖、覆盖层厚度、有无隔水层分隔、隔水层厚度、断裂发育等情况，结合破坏带是否达到主要充水含水层等情况，列出具体的突水判断标准，最后进行突水危险程度的评价。