陷落柱突水的尖点突变模型研究

王 迁 李金华

（山西潞安集团司马煤业有限公司，山西 长治 047105）

煤矿水灾与瓦斯、粉尘、火灾和动力地质灾害并称矿井五大灾害，水害在煤矿重、特大事故中是仅次于瓦斯爆炸的重大灾害[1]。华北地区的陷落柱引发了多次大型突水事故，如徐州矿区张集煤矿、淮北矿区桃园煤矿和淮南矿区潘集二矿陷落柱突水事故，最大矿井涌水量均达到了10000m3/h以上。司马煤矿陷落柱较为发育（如图1所示），是矿井水害防治的重要隐患。

陷落柱突水通常具有渗流突变的特性，尤其是底板隐伏陷落柱形成与含水层的垂向导水通道，当煤层开采后，底板岩层的原始应力状态被破坏，致使应力重新分布，从而导致底板岩层失稳破坏形成导水裂隙，其结果往往造成底板承压水经由陷落柱通过采动裂隙突然涌入采煤工作面，形成陷落柱突水。煤层开采后，底板岩层失稳破坏形成的陷落柱突水现象，属于突变理论研究的范畴。因此，本文以突变理论为基础，建立底板隐伏陷落柱的滞后突水突变模型，为底板隐伏陷落柱的突水时机及状态判断提供强有力的理论支撑。

1 陷落柱突水的突变现象分析

以徐州矿区张集煤矿、淮北矿区桃园煤矿和淮南矿区潘集二矿为例对陷落柱突水现象进行说明[2-3]。陷落柱突水的流量演化过程如图2所示，在陷落柱突水过程中，工作面涌水量均出现了阶梯状的增长趋势。如徐州张集矿陷落柱突水过程如下：在1997年2月18日早班，于矿井西翼-300m水平太原组21号煤轨道下山往下掘进341.35m时，在掘进工作面退后约4m处发现该处两帮裂隙滴水；……