老空水特殊存在形式的猜想

[摘 要]老空水是井工煤礦安全開采的重大隱患，本文簡述了老空水的概念和水害特點，結合本礦井在探放老空水過程中遇到的問題進行分析，從其它學科的角度剖析了導致問題的原因，最后大膽猜想了老空水在特定情況下的特殊存在形式，為日后解決老空水問題提供參考依據(jù)。

[關鍵詞]老空水 泄放 重力水 靜水壓力

中圖分類號：R122.4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）30-0260-01

1、老空水簡介

老空是指老窯（老的小煤礦）和本礦井采空區(qū)及已經(jīng)報廢井巷的總稱，且一般均已被封閉，在上述區(qū)域內(nèi)的積水，統(tǒng)稱為老空水。一般來說，老空水突水具有很強的危險性和破壞性。而且老空水的水質酸度較大，水味發(fā)澀，對煤礦井下的金屬設備具有較強的腐蝕作用，還往往伴有有毒氣體涌出，嚴重威脅煤礦生產(chǎn)安全。一旦發(fā)生透水事故，不僅要增加采礦成本、拖延采礦進度，還會危害到礦工的生命安全，造成嚴重的人員傷亡事故。

老空水的水源可以為下滲的地表水、本煤層頂?shù)装搴畬铀蛏细裁簬r層的含水層水。本文研究的老空水水源為本煤層頂板裂隙含水層水。

2、問題的提出

本文所研究的積水采空區(qū)為3237工作面，是我公司13水平西翼2石門12煤層工作面，煤厚7.8m。該工作面于2009年回采完畢，工作面位置形狀、巷道標高及開采情況均清楚。曾與3237工作面連通的3137上山可以觀測到穩(wěn)定泄水（原3237工作面運輸巷雖已被封閉，但仍可向外泄水），水量為0.05m3/min。經(jīng)分析測算，采空區(qū)積水上限標高定為-1084.4m，積水下限標高-1102.0m，最大積水深度17.6m，則老空區(qū)積水的最大水壓為0.17MPa，充水系數(shù)取0.3計算采空區(qū)積水量4.21萬m3。

2016年對該老空水進行鉆探泄放，鉆孔按扇形布置。鉆孔進入采空區(qū)后，實測水壓0.16MPa，與預計水壓0.17MPa基本一致，說明采空區(qū)積水標高預計是準確的，且積水標高是通過積水范圍的確定分析得來的。另外，充水系數(shù)是由1976年唐山大地震造成淹井時總結分析確定的經(jīng)驗數(shù)值，采后時長小于10年的采空區(qū)充水系數(shù)取0.3。因此所預計得積水量4.21萬m3是有一定依據(jù)的，而鉆孔實際放水量為1.31萬m3，隨后鉆孔涌水量便穩(wěn)定下來，與原泄水通道處涌水量（動水補給量）一致，鉆孔水壓降為0。這就說明有一部分老空水沒有被放出來，為什么會有一部分老空水放不出來呢？

3、問題的分析

3.1 分析是否受“上三帶”的影響

煤層開采后，工作面采空區(qū)上覆巖層在垂直方向產(chǎn)生破壞和移動。按照巖層破壞后，巖塊的塊度、排列方式、連續(xù)性及其透水透泥砂的能力等，一般將其分為“三帶”（從下至上），即垮落帶（或稱冒落帶）、裂隙帶（或稱斷裂帶）和彎曲下沉帶。

此區(qū)域老空水屬于本煤層的采空區(qū)積水，煤層頂板與底板均屬于弱含水層，在此區(qū)域工作面掘進及回采期間無壓力水流出現(xiàn)。采空區(qū)位置范圍及巷道標高均清楚。另外，實測水壓與理論預計水壓基本一致，因此可以推斷老空水的水壓基本不受頂板砂巖裂隙含水層的影響，即頂板巖層“上三帶”影響的問題基本可以排除。

3.2 分析老空水的存在形式

在水文地質學中對地下水的存在形式說法如下：

根據(jù)水在空隙中的物理狀態(tài)，水與巖石顆粒的相互作用等特征，可將地下水存在的形式分為五種，即：氣態(tài)水、結合水、毛細水、重力水、固態(tài)水。其中主要的是巖土中的毛細水和重力水，因為這兩種水對地下水的工程特性有很大的作用。

a.結合水：松散巖類的顆粒表面及堅硬巖石的裂隙壁面均帶有電荷，水分子受靜電作用在固體表面受到強大的吸力，排列較緊密，隨著距離增大，吸力逐漸減弱，水分子排列漸為稀疏。受到固體表面的吸力大于其自身重力的那部分水便是結合水。結合水被束縛在固體表面，不能在重力作用下自由運動。

b.毛細水：松散巖類中細小孔隙通道可構成毛細管。在毛細力的作用下，地下水沿著細小孔隙上升到一定高度，這種既受重力又受毛細力作用的水，稱為毛細水。毛細水廣泛存在于地下水面以上的包氣帶中。

c.重力水：距離固體表面更遠的那部分水分子，重力影響大于固相表面的吸引力，因而能在自身重力作用下自由運動，這部分水就是重力水。

之所以對地下水存在形式進行說明，是因為我覺得以往對老空水的存在形式認知不夠深入。巖土工程學中認為只有結合水不能傳遞靜水壓力。按此理論分析，那一部分未被放出的老空水（板分層、底分層，未全部開采）雖可以傳遞靜水壓力，但由于達到某種力的平衡，而不能自由流動。當頂板含水層水補給這部分老空水時，平衡被打破。這就像一塊海綿吸飽了水，水珠搖搖欲墜，但是沒有外力時，水珠就不會掉落，繼續(xù)像海綿加水，水珠就會滴落。因此，我大膽的猜想老空水中有一種類似于海綿孔隙的水體存在。這種水體的形成原因，可能是12煤層厚度大，開采時未能全部開采。工作面回采后，大量的煤體和頂板巖石冒落，隨著時間的推移和老空水的作用，使一部分煤巖體結合較為緊密，形成類似于毛細水存在的環(huán)境。

4、結論

根據(jù)上述多種理論的分析推斷，本人斗膽將這種不能被泄放出的老空水稱之為“海綿孔隙水”。在這種特定情況下的老空水不易被泄放，雖然其能傳遞靜水壓力，也受重力作用，但其自由運動的性能受到一定的限制，當有動水補給時，這種限制立即被打破。提出海綿孔隙水的概念，目的在于提出自己的猜想來拋磚引玉，并希望各界同仁能夠從多學科、多角度繼續(xù)研究老空水探放中存在的問題。

參考文獻

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[4] 李光輝，李振，李中華.老空水體下探放水技術探討[J].中州煤炭，2014.

作者簡介

郭金剛（1979～），男，畢業(yè)于中國礦業(yè)大學，本科，工程師，研究方向：礦井水害防治及水文地質。endprint