底板突水理论

水-岩作用下底板突水机理与防治措施
底板突水是指地下水位升高，使地下水渗入地基，从而使地基底板受到水压作用，使地基底板发生突水现象。

一、水-岩作用下底板突水机理
1、地下水位升高：地下水位升高，使地下水渗入地基，从而使地基底板受到水压作用，使地
基底板发生突水现象。

2、地基底板受力：地基底板受到水压作用，会产生抗拉力和抗压力，使地基底板受到拉应力
和压应力，从而使地基底板发生突水现象。

3、地基底板破坏：地基底板受到拉应力和压应力，会使地基底板发生破坏，从而使地基底板
发生突水现象。

二、防治措施
1、改变地下水位：可以采取排水措施，改变地下水位，从而减少地基底板受到的水压作用，
从而防止底板突水现象的发生。

2、加固地基底板：可以采取加固措施，加固地基底板，从而增加地基底板的抗拉力和抗压力，从而防止底板突水现象的发生。

3、改善地质条件：可以采取改善地质条件的措施，改善地质条件，从而减少地基底板受到的
水压作用，从而防止底板突水现象的发生。

总之，水-岩作用下底板突水机理与防治措施是改变地下水位、加固地基底板、改善地质条件等。

只有采取有效的防治措施，才能有效地防止底板突水现象的发生，保护地基结构的安全。

煤层底板突水理论现状研究我国的煤炭资源的开采受水害威胁严重，尤其是随着开采深度、开采强度、开采速度、开采规模的增加和扩大，来自底部灰岩发育的裂隙岩溶高承压水的威胁日趋严重，煤层底板在采动的影响下其破坏也日趋加剧，许多矿井突水事故与之密切相关。

矿井突水机制是一个涉及采矿工程、工程地质、水文地质、岩体力学、岩体水力学、渗流力学等多门学科的理论课题，弄清楚突水理论机制对于防范底板突水以及底板岩层控制与管理具有重要的理论意义和实际应用价值。

2.底板突水理论研究2.1底板相对隔水层[1]早在20世纪初，欧洲的一些学者就注意到煤矿开采过程中底板隔水层的作用，并从若干次底板突水资料中认识到，只要煤层底板有隔水层，突水次数就少，突水量也小，隔水层越厚则突水次数及突水量越少。

20世纪40年代至50年代，匈牙利韦格弗伦斯第一次提出“底板相对隔水层”的概念。

他指出，煤层底板突水不仅与隔水层厚度有关，而且还与水压力有关。

突水条件受相对隔水层厚度的制约。

相对隔水层厚度是等值隔水层厚度与水压力值之比。

同时提出，在相对隔水层厚度大于1.5m/atm的情况下，开采过程中基本不突水，而80%～88%的突水都是相对隔水层厚度小于此值。

由此，许多承压水上采煤的国家引用了相对隔水层厚度大于2m/atm就不会引起煤层底板突水的概念。

这期间前苏联学者B.斯列萨列夫将煤层底板视作两端固定的承受均布载荷作用的梁，并结合强度理论，推导出底板理论安全水压值的计算公式。

20世纪70年代至80年代末期，很多国家的岩石力学工作者在研究矿柱的稳定性时，研究了底板的破坏机理。

其中最有代表性的是C.F.Santos(桑托斯)，Z.T.Bieniawski(宾尼威斯基)。

他们基于改进的Hoek-Brown岩体强度准则，引入临界能量释放点的概念分析了底板的承载能力。

2.2突水系数理论我国的底板突水规律研究始于20世纪60年代，当时注意到匈牙利底板相对隔水层理论在实践中的应用，在焦作矿区水文地质大会中，以煤科总院西安勘探分院为代表，提出了采用突水系数作为预测预报底板突水与否的标准。

煤层底板突水机理的初步探讨1、以位于永夏煤田的新桥井田为例，系统总结了研究区煤层底板的水文地质结构特征以及水文地质条件的区块化特征，阐明了底板岩层厚度、岩层强度（含岩性）以及岩层组合关系的空间差异性。

2、提出了研究区底板水文地质结构的“三层段”划分方法，并以此将研究区煤层底板隔水层划分成四类结构模型；在此基础上，探讨了岩层厚度、岩层强度（含岩性）以及岩层组合关系对底板采动破坏及阻隔水能力的定性与定量影响。

3、基于底板岩层的抗破坏能力（强度比值系数）、阻隔水能力（质量比值系数）以及隔水层厚度等关键因素，提出了综合反映底板岩层结构组合关系的“结构比值系数”概念以及底板阻隔水能力的定量计算与评价方法，为定量评价煤层底板的阻隔水能力奠定了方法基础。

徐智敏，男，1981年6月生，四川简阳人，中共党员，副教授，博士生导师，中国矿业大学水文与水资源系主任。

主持国家自然科学基金项目2项、国家“973”计划项目子课题1项、国家重点研发计划项目子课题2项、企业横向课题25项。

在国内外学术期刊上发表论文40余篇（SCI、EI检索20余篇），授权国家发明专利5项，获省部级科技进步奖12项，出版专著3部。

研究方向矿井水害防治、地下水科学与工程、矿井水污染防控理论与技术主要成果长期从事矿井水害监测预报与防治方面的基础理论与实践研究，尤其在西部矿区含水介质条件与水动力学特征、西部干旱半干旱矿区水资源保护性开采、大型地表水体下采煤、高承压底板水上采煤、闭坑矿井水害形成机制与绿色关闭等方面取得了诸多创新性成果，获得多项专利，发表多篇高水平论文，为我国煤矿的安全、高效生产以及“绿色闭坑”提供了有力的水文地质技术保障。

主持的“衰老矿区松散含水层下残煤资源安全回收上限关键技术与应用”获2021年度中国煤炭工业科技进步一等奖。

预防矿井底板突水的“下三带”理论及其发展与应用一、本文概述本文旨在深入研究和探讨预防矿井底板突水的“下三带”理论及其发展与应用。

我们将概述“下三带”理论的基本概念及其在矿井底板突水预防中的重要性。

接着，我们将详细介绍该理论的发展历程，包括其从初步提出到不断完善的过程，以及在这一过程中出现的关键技术和方法。

我们还将分析“下三带”理论在实际矿井中的应用情况，包括其在突水预警、防治措施制定以及矿井安全管理等方面的具体应用和效果。

我们将探讨未来“下三带”理论的发展趋势和前景，以期为我国矿井安全生产提供更为科学、有效的理论支持和技术保障。

通过本文的研究，我们期望能够为矿井底板突水预防工作提供更为深入的理论指导和实践参考，推动矿井安全生产水平的提升。

二、“下三带”理论概述“下三带”理论是针对矿井底板突水问题提出的一种重要的地质工程理论。

该理论的核心在于对底板突水机理的深入理解和科学分类，通过对矿井底板的详细划分，为预防和控制底板突水提供了有力的理论支持。

“下三带”主要包括隔水层带、弱透水层带和承压含水层带。

隔水层带位于底板的最上部，具有良好的隔水性能，是防止突水的重要屏障。

弱透水层带位于隔水层带之下，其透水性能相对较弱，但仍具有一定的导水能力，是底板突水风险较高的区域。

承压含水层带位于最下部，是地下水的主要赋存场所，其水压和水量对底板稳定性具有重要影响。

“下三带”理论的提出，不仅深化了对矿井底板突水机理的认识，也为底板突水的预防和治理提供了科学依据。

在实际应用中，通过对“下三带”的详细勘察和分析，可以准确评估底板突水的风险，制定有效的防治措施，确保矿井生产的安全稳定。

“下三带”理论也为类似的地质工程问题提供了借鉴和参考，推动了相关领域的技术进步和理论创新。

三、“下三带”理论的发展随着科学技术的进步和矿业工程实践的不断深入，“下三带”理论也经历了不断的完善和发展。

这一理论自提出以来，便成为矿井底板突水防治工作的重要指导原则。

第18卷第4期山东矿业学院学报(自然科学版)Vol.18№4 1999年12月Journal of Shandong Institute of Mining and T echnology(Natural Science)Dec.1999　文章编号:1000-2308(1999)04-0011-08预防矿井底板突水的“下三带”理论及其发展与应用Ξ李白英(山东科技大学特殊开采研究所)摘　要:总结了二十年来“下三带”理论的发展和应用,对“下三带”的概念、形成、确定方法、测定数据、效果评价等均作了系统深入的论述。

“下三带”理论经过二十余年的理论研究和生产实践已发展得日趋完善,该理论在承压水上安全开采评价及防治矿井底板突水灾害中起了重要作用。

本文旨在促进对该理论的深入理解,更好地推广应用,为矿井安全生产服务。

关键词:下三带;底板导水破坏深度;承压水导高;保护层;阻水带;底板突水中图分类号:TD745+.2 文献标识码:A 我国是世界上矿井水文地质条件中最复杂的国家,相应也是矿井突水灾害发生最频繁、突水量最大,危害最严重的国家。

我们与矿井水害已斗争了五十年,虽然在防治理论与技术上已取得很大进展,但岩溶承压水对矿井安全生产的威胁仍相当严重。

“下三带”理论就是为此而提出并在安全开采评价及指导水害防治中起了重要作用。

经过二十余年的深入研究和生产实践,该理论及其配套技术已日趋成熟和完善,并将收入规程指导生产应用。

为此,撰写此文,对该理论作较系统深入地论述,以便更好地掌握,促进推广应用。

1　“下三带”理论的概念自1979年开始,经过七年深入开采煤层底板内部进行综合观测,并结合模拟实验、电算分析等各项研究成果发现:开采煤层底板岩层也与采动覆岩类似存在着“三带”,故称之为“下三带”以示与覆岩中“三带”的区别。

“下三带”从煤层底面至含水层顶面分为:(1)底板导水破坏带(h1);(2)保护带(h2);(3)承压水导升带(h3)。

矿井（区）底板突水临界水系数的确定矿井（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：T V=式中，T V：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（PM：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T V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。

采场底板突水机理的跨层拱结构模型摘要：本文提出了一种新型的跨层拱结构模型，该模型针对采场底板及其关联的突水机理进行了研究。

首先，通过针对成分、结构以及地下水控制关系的考虑，考虑了复合面及其材料结构；然后，在考虑采场底板突水机理的基础上，根据水力学原理，建立了描述采场底板突水机理的数学模型；最后，利用该模型对采场底板突水机理进行仿真与预测，并从实践示例中得出跨层拱结构模型的优势。

关键词：采场底板; 突水机理; 跨层拱结构模型; 水力学; 仿真正文：1. 引言随着社会的发展，采场底板的应用越来越广泛，但是由于其容易受到地下水表层的影响，因此了解其突水机理就显得至关重要。

本文利用跨层拱结构模型，对采场底板突水机理进行了研究。

2. 复合面及其材料结构为了更好地研究采场底板突水机理，本文首先考虑了采场底板的复合面及其材料结构。

复合面是一种由多层的结构材料组合而成的材料，其中包括外层的抗渗层和内层的排水层，而抗渗层和排水层之间的界面关系可以通过结构材料参数来表示。

3. 描述采场底板突水机理的数学模型基于上述考虑，本文根据水力学原理建立了描述采场底板突水机理的数学模型，该模型考虑了地下水的控制作用及复合面的成分、结构特性。

4. 仿真与预测通过跨层拱结构模型对采场底板突水机理进行仿真与预测。

实践案例表明，使用跨层拱结构模型可以更好地预测采场底板突水机理，从而帮助实现采场底板的有效选型和设计。

5. 结论本文提出了一种新型的跨层拱结构模型，应用于采场底板突水机理的研究，并从实践示例中得出跨层拱结构模型的优势。

未来，有望将该模型应用于更多领域，以帮助更好地掌握水体对土体的影响。

6. 讨论与传统的拱结构模型相比，跨层拱结构模型具有显著的优势。

首先，该模型可以考虑地下水对采场底板的控制影响，以实现更准确、更精确的采场底板突水机理预测。

其次，该模型也可以考虑复合面的成分及其特性，从而实现更好的预测效果。

此外，在进一步使用跨层拱结构模型研究采场底板突水机理时，也需要考虑实际情况中的地下水动态变化模式，以及复合面结构与土体性质之间的复杂耦合关系，以便获得更加准确的结论。

预防底板突水的理论与实践
一、预防底板突水的理论
底板突水的事故是汽车制造业面临的一个重要安全问题，是底板结构本身设计缺陷导
致的，突水可能对汽车质量安全造成严重影响。

因此，汽车制造业应重视底板突水的预防。

底板结构的设计有关预防底板突水，应满足基本的重力需求，同时要考虑底面加强以
及受力构件的连接强度，并采取有效措施来防止突水。

具体来说，应保证地面和支撑之间
的联结处有足够的强度，并合理分配挤压力，以提高地面结构及元件的正断面体积，尽可
能降低底板结构的重量。

此外，应在结构设计时增加底板的厚度，保证其抗弯性能及加固
构件的强度，以及强化底板的连接接头，使底板结构更加坚固。

1、采取涂层保护措施。

对上面的底板结构进行涂层，以增加它的抗机械性能和耐磨性，从而有效延长使用寿命。

2、采用加固技术。

采用增强结构技术，增加了底板结构抗拆改性能、抗拆改受力结
构和强度，并增强了受力构件的连接强度和整体稳定性，对防止突水具有显著的效果。

3、加强检测验收措施。

严格检测底板结构的细节，坚持“零缺陷”，并考虑受力结
构的生产控制和材料接口，以保证最终产品质量。

以上就是关于预防底板突水的理论与实践。

通过以上几点，可以有效地防止底板突水，保障汽车产品更好的质量安全。

工作面底板突水因素初步分析及其防治摘要：本文根据现场工作的实际，参考有关资料，将众多的突水因素归纳为矿压、断裂、隔水层、含水层四个方面，在比较全面深入的分析了突水因素的基础上，提出了针对不同的水文地质条件，采取不同的防治水措施，减少突水因素的影响，预防突水，保证矿井安全的几点认识。

关键词：工作面突水因素防治肥城煤田水文地质条件极为复杂，全局可采煤层储量中受水威胁达47％。

水患已成为威胁肥城矿区安全生产的重要灾害。

如何深入分析突水原因，研究突水因素，针对不同的水文地质条件采取相应的防治水措施，减少或消除某些突水因素的影响，预防工作面底板突水，保证矿井安全生产，是广大工程技术人员正在不断实践探索的问题。

1 突水因素分析采掘过程中，造成底板突水的因素是多方面的，是多种因素综合作用的结果。

根据现场实际观测，结合有关资料综合作用的结果。

根据现场实际观测，结合有关资料综合分析归纳，认为影响底板突水的因素主要有以下几个方面。

1.1 矿压采矿过程中的矿山压力，对工作面底板具有严重的破坏作用，产生新裂隙，并“活化”原有断裂，导致底板突水。

随着采煤工作面的推进，底板任一断面总是经历超前支撑压力压缩破坏，采后悬顶卸压膨胀破坏，采空周边剪切破坏，最后顶板冒落压实的再受压过程。

（图1）其中采空卸压膨胀区及其周边，矿压对底板破坏最严重，产生的采动裂隙最多。

矿压对底板具有严重的破坏作用，但其破坏程度是不一样的。

根据现场观测，工作面初压及周期来压时顶板悬顶面积最大，工作面周围煤体的支承压力及煤壁处的剪切力达到最大值，煤层底板最易造成破坏，底板最易突水。

如图2为陶阳矿突水点平面位置分布图。

由图上可看出突水点多在初压及周压地段或煤壁处。

一般工作面自切眼推至60m这段距离内即初压及第一次周压位置时底板发生突水的概率最大，为72％。

总之，只有进行长期、艰苦、细致的工作，进一步查清矿井地质及水文地质条件，加快矿井防治水工作的步伐，将查庄煤矿地下水害治理纳人西四矿综合采煤治水工程中去，才能实现技术可行、安全可靠、经济合理地开采受水威胁的煤层，为矿井创造更安全的开采环境，保证采场正常接续，不断提高矿井的经济效益。

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