華北型煤田礦井巖溶水涌(突)出機(jī)理與涌(突)水量預(yù)測(cè)方法探討

傅耀軍

(中國(guó)煤炭地質(zhì)總局勘查研究總院，北京 100039)

華北型煤田疊置于奧陶系巖溶水系統(tǒng)之上，煤炭資源與巖溶水資源相伴、共存。煤炭開(kāi)采，尤其是下組煤開(kāi)采，往往對(duì)巖溶水系統(tǒng)形成干擾，甚至對(duì)巖溶水資源造成破壞。同時(shí)，高承壓巖溶水又嚴(yán)重威脅著礦井的安全。由于對(duì)巖溶發(fā)育與巖溶水賦存規(guī)律、巖溶水系統(tǒng)發(fā)育規(guī)律與發(fā)育史、巖溶水系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特征以及與之密切相關(guān)的承壓巖溶水釋放或涌(突)出機(jī)理等北方巖溶水諸方面認(rèn)識(shí)的局限，因此，對(duì)承壓巖溶水一旦釋放或涌(突)入礦井，其流量(強(qiáng)度)及延續(xù)時(shí)間的累積水量預(yù)測(cè)的研究少有涉及或嚴(yán)重滯后。設(shè)防或防止水措施抑或事故應(yīng)急處理，往往只能經(jīng)驗(yàn)使然，不可避免地存在盲目性。

研究表明，不同巖溶水系統(tǒng)模式，巖溶水對(duì)礦井威脅程度及涌(突)水危險(xiǎn)性不同，或者說(shuō)，采煤對(duì)不同巖溶水系統(tǒng)水資源的干擾、破壞程度不同。礦井所處巖溶水系統(tǒng)位置及功能區(qū)域不同，巖溶發(fā)育、巖溶水賦存及巖溶水動(dòng)力特征等不同，巖溶水對(duì)煤礦開(kāi)采的影響及涌(突)水危險(xiǎn)性、涌(突)水量也各不相同。

本文從奧陶系巖溶水系統(tǒng)的形成，巖溶水系統(tǒng)模式，巖溶水賦存及其動(dòng)力學(xué)等特征方面入手，探討承壓巖溶水釋放或涌(突)出機(jī)理，并應(yīng)用非穩(wěn)定流理論研究其涌(突)水量預(yù)測(cè)方法。

1 北方奧陶系巖溶水系統(tǒng)

1.1 巖溶水系統(tǒng)的形成

北方奧陶系巖溶水系統(tǒng)是地層、構(gòu)造、地貌、水文、氣候等自然因素共同作用、塑造而成，演化歷史復(fù)雜、漫長(zhǎng)。就其巖溶發(fā)育歷程看，在奧陶紀(jì)之后的漫長(zhǎng)地質(zhì)年代，伴隨著地殼律動(dòng)，氣候、水文變遷，古巖溶作用交替更迭，造就了紛繁的巖溶遺存，為巖溶水賦存提供了巨大地下空間，也為巖溶水系統(tǒng)發(fā)育奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。容易理解，巖溶地下水與地表水共同參與特定地質(zhì)、地貌單元(或流域)的水循環(huán)，同步塑造了地表水系和巖溶地下水系統(tǒng)。因此，北方奧陶系巖溶水系統(tǒng)與同流域地表水系是相輔相成的伴生關(guān)系。這一認(rèn)識(shí)，為從地表水系的發(fā)育、形成過(guò)程，研究巖溶水系統(tǒng)發(fā)育史及巖溶水賦存、運(yùn)移的系統(tǒng)性規(guī)律，提供了水文依據(jù)和路徑。

與南方巖溶地下水以地下暗河系統(tǒng)與地表水交織、轉(zhuǎn)換為典型特征不同，北方巖溶水系統(tǒng)多形成巖溶水徑流帶系統(tǒng)，以巖溶泉(群)的形式集中排泄，反補(bǔ)于與之伴生的地表水系。

黃河中游流域和太行山東麓的海河流域是北方巖溶水系統(tǒng)及巖溶大泉集中發(fā)育區(qū)。以黃河及其支流汾河為例，150KaBP(距今15萬(wàn)年前)，黃河中游貫通，形成黃河?xùn)|流入海，中更新世末或晚更新世初，黃河中游曾發(fā)育若干獨(dú)立的沉積盆地，盆地貫通是黃河形成的重要標(biāo)志。在150KaBP左右，三門峽古湖盆切穿，使得流經(jīng)黃土高原、渭河地塹的河流匯集三門峽并東流入海，是現(xiàn)代意義上黃河形成的重要標(biāo)志。中更新世末或晚更新世初，該區(qū)又經(jīng)歷了一次更為強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，并與當(dāng)時(shí)溫暖多雨的間冰期氣候配合，形成現(xiàn)代汾河河谷的雛形。巖溶泉的形成及其巖溶水系統(tǒng)的發(fā)育、完善，應(yīng)是河流貫通、形成之后，以及水系下切發(fā)育過(guò)程中，它們的形成時(shí)代有因果呼應(yīng)關(guān)系。巖溶水系統(tǒng)是地形、地貌切割，巖溶水出露形成泉(群)后，在泉群集中排泄所控制的巖溶水動(dòng)力場(chǎng)作用下，伴隨著巖溶水徑流帶的發(fā)育逐步演化而成。巖溶水徑流帶是巖溶水對(duì)前期(古)巖溶繼承、改造的結(jié)果，是北方巖溶水系統(tǒng)的基本特征。海河流域的太行山東、南麓巖溶水系統(tǒng)有著與之類似的形成過(guò)程，如，黑龍洞泉、辛安泉巖溶水系統(tǒng)等。圖1為黑龍洞泉巖溶水系統(tǒng)徑流帶平面圖。

1-第四系沉積物(其下伏層為石炭二疊系砂巖層)；2-石炭系和二疊系砂頁(yè)巖夾煤層(其下伏巖層為奧陶系石灰?guī)r)；3-奧陶系石灰?guī)r；4-寒武系頁(yè)巖夾灰?guī)r；5-閃長(zhǎng)巖體；6-斷層；7-巖溶徑流帶(巖溶地下水脈)；8-黑龍洞泉群圖1 河北峰峰黑龍洞泉群巖溶水系統(tǒng)巖溶徑流帶平面圖Figure 1 Karstic water system runoff zone plan of HeilongdongSprings in Fengfeng, Hebei

1.2 巖溶水系統(tǒng)模式及其動(dòng)力學(xué)特征

在長(zhǎng)期系統(tǒng)研究、總結(jié)的基礎(chǔ)上，梁永平研究員將我國(guó)北方巖溶水系統(tǒng)模式概括為5種類型，即單斜順置型、單斜逆置型、向斜—盆地型、走向型和斷塊及其它型(表1)。單斜順置型、單斜逆置型及向斜—盆地型數(shù)量多、規(guī)模(面積)大,具有北方巖溶水系統(tǒng)的典型特征(圖2)。

表1 中國(guó)北方巖溶水系統(tǒng)模式特點(diǎn)匯總表

(a)單斜逆置型(頂板阻溢型)；(b)單斜順置型(底板阻溢型)；(c)向斜-盆地型圖2 北方巖溶水系統(tǒng)剖面水動(dòng)力網(wǎng)示意圖Figure 2 A schematic diagram of North China karstic water system section hydrodynamic network

由巖溶水系統(tǒng)剖面水動(dòng)力網(wǎng)圖2及表1可看出，單斜順置型巖溶水系統(tǒng)(亦稱頂板阻溢型巖溶水系統(tǒng))，地層總體傾向與巖溶水徑流方向相同，煤系地層主要分布在巖溶水系統(tǒng)下游的排泄區(qū)和滯留承壓區(qū)，構(gòu)成巖溶水系統(tǒng)的頂板阻(隔)水邊界。在補(bǔ)給區(qū)同一鉆孔中，巖溶水頭隨深度而降低；在排泄區(qū)，巖溶水頭隨深度而增高；在煤系地層分布的承壓區(qū)，由于回流作用，使巖溶水頭也產(chǎn)生隨深度而增高的現(xiàn)象。因此，排泄區(qū)巖溶發(fā)育很深，一般可達(dá)到溶蝕基準(zhǔn)面，并可向煤系地層分布的承壓區(qū)發(fā)展。承壓區(qū)巖溶發(fā)育深度與補(bǔ)給、排泄區(qū)水頭差有關(guān)。而單斜逆置型巖溶水系統(tǒng)(亦稱底版阻溢型巖溶水系統(tǒng))地層總體傾向與巖溶水徑流方向相反，煤系地層主要分布在巖溶水系統(tǒng)上游的滯留承壓區(qū)。在補(bǔ)給區(qū)及滯留承壓區(qū)，鉆孔揭露巖溶水頭隨深度而逐漸加深，巖溶水有明顯向下及順層運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)；在排泄區(qū)，等水頭線呈向上彎曲的弧形，水流有明顯向上運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。向斜—盆地型巖溶水系統(tǒng)則大面積被煤系地層所覆蓋，巖溶水徑流方向與地層傾向由相同轉(zhuǎn)為相反，煤系地層多分布在巖溶水系統(tǒng)的承壓徑流區(qū)。受奧陶系灰?guī)r埋深等因素控制，埋深較淺者，巖溶水可穿過(guò)向斜軸部向排泄區(qū)運(yùn)動(dòng)；深者，巖溶水不穿越向斜軸部，而是在翼部淺循環(huán)形成泉群。

巖溶水系統(tǒng)模式所決定的巖溶發(fā)育、巖溶水賦存規(guī)律及巖溶水動(dòng)力網(wǎng)特征，為分析、研究煤礦井巖溶水釋放或涌(突)水機(jī)理和規(guī)律，及巖溶水防治與合理開(kāi)發(fā)利用提供了水文地質(zhì)依據(jù)。

2 華北型煤田礦井巖溶水涌(突)出機(jī)理

華北型煤田巖溶水系統(tǒng)模式及其巖溶水動(dòng)力學(xué)特征，決定了其煤(采煤)、水(巖溶水)關(guān)系的基本格局。單斜順置型及向斜—盆地型巖溶水系統(tǒng)之上的礦井(工作面)，多位于巖溶水系統(tǒng)集中排泄區(qū)—泉群出露河床標(biāo)高之下，屬?gòu)搅鞒袎夯驕舫袎簠^(qū)，巖溶水動(dòng)力特征決定其涌(突)水危險(xiǎn)性或概率通常高于其它系統(tǒng)模式(與單斜逆置型巖溶水系統(tǒng)比較尤為明顯)。

巖溶水徑流帶所控制的巖溶水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得巖溶水賦存、分布在空間上極不均勻，這與構(gòu)造對(duì)巖溶發(fā)育規(guī)律的控制相一致。因此，在構(gòu)造不發(fā)育(或發(fā)育簡(jiǎn)單)，灰?guī)r相對(duì)完整的區(qū)段(塊)，巖溶不發(fā)育，巖溶水貧乏甚至為無(wú)水區(qū)。這些區(qū)段(塊)之上的礦井(工作面)，也就無(wú)水可涌，無(wú)突水危險(xiǎn)性可言。構(gòu)造發(fā)育區(qū)段(塊)，巖溶相對(duì)發(fā)育，巖溶水相對(duì)富集，往往構(gòu)成巖溶水網(wǎng)絡(luò)的一脈或局部，采掘工程一旦揭露其延展于煤系地層中的形跡要素，往往引(誘)發(fā)巖溶水彈性釋放，類如定降深承壓水流，形成礦井涌(突)水。

由巖溶水系統(tǒng)模式及巖溶水動(dòng)力學(xué)特征不難看出，巖溶水彈性釋放是承壓滯留區(qū)礦井巖溶水涌(突)出的本質(zhì)特征。

大量巖溶水害案例表明，奧陶系和煤系共同發(fā)育的張性斷層、裂隙帶及巖溶陷落柱，其煤系層段是巖溶水彈性釋放的主要途徑或通道(表2)。如圖3所示，F(xiàn)2、F3斷層因未一并切割?yuàn)W陶系和煤系，采掘工程中不易或不能引(誘)發(fā)巖溶水彈性釋放；F4斷層雖發(fā)育于煤系和奧陶系中，但因其壓扭性，斷層帶巖性致密，通常巖溶不發(fā)育，不能構(gòu)成巖溶水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的有效組成，因此也難以引(誘)發(fā)巖溶水彈性釋放；唯有F1斷層，其斷層帶張性裂隙發(fā)育，在灰?guī)r中往往形成巖溶發(fā)育帶和富水帶，是巖溶水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的重要組成部分，其煤系層段也往往具有相對(duì)好的含(透)水性，構(gòu)成巖溶水彈性釋放涌(突)入礦井的通道(天然狀態(tài)下，往往是巖溶水系統(tǒng)與煤系砂巖地下水系統(tǒng)水力聯(lián)系的通道)。這種連接巖溶水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與采空區(qū)，具有透水空隙的斷層、裂隙帶及陷落柱，稱為巖溶水彈性釋放或涌(突)水通道。

采掘工程揭露巖溶水彈性釋水通道，造成巖溶水涌(突)出的方式大體可分為兩種，一種是一觸即發(fā)式，意指一經(jīng)揭露即刻涌(突)出。往往天然狀態(tài)下，煤層頂板地下水系統(tǒng)與下伏巖溶地下水系統(tǒng)一通過(guò)上述通道保持著水力聯(lián)系；另一種是滯后延遲式，通道在巖溶水頂托“壓裂”及壓差作用下，或逐漸開(kāi)裂、或擴(kuò)大，進(jìn)而連(疏)通，引(誘)發(fā)巖溶水彈性釋放。釋水流量通常有小漸大，進(jìn)而衰減直至斷流。這一過(guò)程同樣存在于一觸即發(fā)式。這種在水壓作用下，介質(zhì)(通道)開(kāi)裂、擴(kuò)大、連通的原理與油氣層水力壓裂相似。根據(jù)水力壓力學(xué)原理，只要有足夠的壓力液及使裂隙延伸的壓力，裂隙就會(huì)沿阻力最小的方向發(fā)展；同時(shí)在水壓裂擴(kuò)容作用下，在主裂隙周圍產(chǎn)生“翼”狀次生裂隙，形成局部剪切貫穿裂隙帶。采煤工作面(采空區(qū))的形成，改變了地層的應(yīng)(壓)力平衡，形成承壓巖溶水與煤層底板間的水頭壓差即水力梯度，張性斷層、裂隙帶所控制的巖溶水網(wǎng)絡(luò)中的承壓水，在水頭壓力作用下，對(duì)連接其與采空區(qū)的構(gòu)造帶施以類如水力壓裂的揳劈作用，壓裂裂隙逐漸擴(kuò)大、連通，形成巖溶水彈性釋放通道。顯然，通道形成速度、規(guī)模與巖溶水承壓水頭，巖溶水與采空區(qū)間的水力梯度，構(gòu)造帶巖性結(jié)構(gòu)及厚度有關(guān)。圖4顯示了天然裂隙與壓裂裂隙的相互作用關(guān)系。

表2 華北型煤田煤礦巖溶水主要突水淹井一覽表

(據(jù)《煤礦防治水手冊(cè)》)

圖3 巖溶水涌(突)水通道示意圖Figure 3 A schematic diagram of karstic water inrush (bursting) channel

圖4 天然裂縫和水力裂縫的相互作用Figure 4 Interaction between natural fissures and hydraulically fractured fissures

承壓巖溶水彈性釋放，流量往往隨著通道的形成由小變大，水流由清變濁，而之后的由大變小，由濁變清，逐漸衰減，則是由于承壓水頭逐漸降低，巖溶水彈性釋放逐漸減少所致。

3 巖溶水涌(突)水流量、累積涌(突)水量預(yù)測(cè)

3.1 巖溶水涌(突)水流量預(yù)測(cè)

張性斷層、裂隙帶及陷落柱的煤系層段是奧陶系巖溶水釋放涌(突)入礦井的主要通道。當(dāng)采掘工程揭露與巖溶水裂隙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相連的通道時(shí)，承壓巖溶水通過(guò)壓裂、揳劈等作用，疏通通道，進(jìn)入礦井，巖溶水承壓水頭即刻降至接近煤層底板，巖溶水彈性釋放形成定降深承壓自涌水流，類如定降深承壓自流井(群)(圖5)。

圖5 張性斷層引發(fā)承壓巖溶水彈性釋放示意圖Figure 5 A schematic diagram of confined karstic waterelastic release initiated by tensional fault

工作面(采掘工程)揭露通道形式，如圖6所示。在目前地震等勘探精度及采煤技術(shù)條件下，通常設(shè)計(jì)工作面所及斷層規(guī)模較小(斷距一般小于5m)。

圖6 工作面釋水通道示意圖Figure 6 A schematic diagram of working face waterrelease channel

前已述及，承壓巖溶水彈性釋放涌(突)入礦井，水頭降至接近煤層底板，屬定降深自涌承壓水流，假定其滿足非穩(wěn)定流完整井定降深井流條件，則可用非穩(wěn)定流定降深井流理論研究、預(yù)測(cè)(計(jì)算)承壓巖溶水釋放即涌(突)水流量問(wèn)題。在側(cè)向無(wú)限延伸、均質(zhì)各向同性含水層中，水頭下降引起地下水從貯存量中釋放是瞬時(shí)完成的。據(jù)此，非穩(wěn)定流定降深井流可用下式描述，

(1)

式中：Q-自流井流量，m3d-1；

Sw-自流井降深，m；

T-承壓含水層導(dǎo)水系數(shù)，m2d-1；

a-承壓含水層水頭擴(kuò)散系數(shù)或壓力傳導(dǎo)系數(shù)，m2d-1；

t-自流井涌水時(shí)間，d。

圖7 G(λ)-λ(Q-t)曲線Figure 7 G(λ)-λ(Q-t) curve

基于承壓含水層彈性釋放的非穩(wěn)定流理論，及其定降深井流方程，為華北型煤田礦井承壓巖溶水涌(突)出流量及累積水量預(yù)測(cè)等提供了科學(xué)方法。

通常情況下，華北型煤田下伏奧陶系巖溶含水層可概化或理解為無(wú)限承壓含水層。由(1)式可知，在已知巖溶水系統(tǒng)模式、礦井所處巖溶水系統(tǒng)位置，獲取巖溶承壓含水層水文地質(zhì)參數(shù)、巖溶水承壓水頭(由煤層底板或揭露通道處算起)等數(shù)據(jù)及探獲工作面將揭露通道空間展布特征情況下，將經(jīng)突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)為危險(xiǎn)區(qū)域的構(gòu)造之線狀過(guò)水?dāng)嗝婧歪屗ǖ?圖5、圖6)，概化成環(huán)狀過(guò)水?dāng)嗝婧歪屗ǖ?，線狀過(guò)水?dāng)嗝骈L(zhǎng)度等效于承壓自流井含水層段井壁周長(zhǎng)，就可用非穩(wěn)定流定降深承壓水井流方程預(yù)測(cè)斷層、裂隙帶、陷落柱等線形構(gòu)造可能引(誘)發(fā)的涌(突)水流量及其動(dòng)態(tài)變化。

設(shè)r線為概化自流井灰?guī)r(出水)段半徑，則，

(2)生產(chǎn)指標(biāo)大幅改善。產(chǎn)品數(shù)質(zhì)量得到優(yōu)化，矸石損失降低2百分點(diǎn)、洗混煤損失下降4百分點(diǎn)，綜合回收率提高1百分點(diǎn)，精煤回收率提高1.5百分點(diǎn)，增加銷售收入約3 600萬(wàn)元。

(2)

式中：L-揭露線狀構(gòu)造長(zhǎng)度，m。

用S定表示概化自流井定降深，即由煤層底板算起的巖溶水承壓水頭，與(2)式一并代入(1)式，則得預(yù)測(cè)巖溶構(gòu)造可能的涌(突)水流量(Q涌)

公式，

(3)

此為華北型煤田礦井巖溶水涌(突)水流量預(yù)測(cè)公式，簡(jiǎn)稱巖溶涌(突)水流量公式。

圖8為給定合理的巖溶含水層水文地質(zhì)參數(shù)值及S定、L值，由(3)式給出的涌(突)水流量與巖溶含水層水文地質(zhì)參數(shù)、要素關(guān)系曲線。反映出的流量隨時(shí)間延續(xù)而衰減之特征，與圖7G(λ)-λ曲線特征相同；Q-T曲線表明，涌(突)水流量與巖溶含水層導(dǎo)水系數(shù)為線性關(guān)系，隨著導(dǎo)水系數(shù)等幅增加，涌(突)水流量幾乎呈倍增式加大；Q-S定曲線呈現(xiàn)出，涌(突)水流量隨定降深加大，呈直線上升(加大)趨勢(shì)；Q-u﹡曲線顯示，隨巖溶含水層貯水系數(shù)增大，涌(突)水流量增大，且有增速加快趨勢(shì)；Q-L曲線反映出，涌(突)水流量隨巖溶構(gòu)造規(guī)模(過(guò)水?dāng)嗝骈L(zhǎng)度)增大而加大的趨勢(shì)，但增速逐漸變緩。

圖8 Q-t、T、L、S定、u※關(guān)系曲線Figure 8 Relationship curve betweenQ-t,T,L,Sconstant andu※

3.2 累積涌(突)水量計(jì)算

礦井累積涌(突)水量，簡(jiǎn)稱涌(突)水量，指承壓巖溶水涌(突)過(guò)程中，從始涌(突)延續(xù)到某時(shí)間點(diǎn)(或某時(shí)間段內(nèi))涌(突)入礦井的總水量，為體積量。

由(1)、(3)式可知，巖溶含水層水文地質(zhì)參數(shù)、定降深及線狀構(gòu)造長(zhǎng)度確定，涌(突)水流量隨時(shí)間延續(xù)而衰減，流量是時(shí)間的函數(shù)，即，

(4)

(5)

設(shè)起算時(shí)間為t1(t1>0)，截止時(shí)間為t2(t1

(6)

(6)式為承壓巖溶水礦井涌(突)水量預(yù)測(cè)公式。由定積分原理可知，W為圖9所示曲邊梯形面積。至此，用計(jì)算程序或科學(xué)計(jì)算器可快捷計(jì)算(預(yù)測(cè))任意延續(xù)時(shí)間的巖溶水涌(突)水量。

圖9 涌(突)水量定積分計(jì)算Figure 9 Definite integral computation of water inrush(bursting) flow

例如，某煤礦井，根據(jù)抽(放)水試驗(yàn)資料獲得奧陶系巖溶含水層導(dǎo)水系數(shù)T=200m2/d，貯水系數(shù)u※=10-4，由煤層底板算起的巖溶水承壓水頭為500m(S定=500m)，工作面揭露一條發(fā)育于煤系和奧陶系的正斷層，所及長(zhǎng)度20m(L=20m)。用上述方法可預(yù)測(cè)該斷層一旦涌(突)水，其最大涌(突)水流量，之后任意時(shí)間的涌(突)水流量及任意時(shí)間段的總涌(突)水量。用Q(0.5)、Q(5)、Q(10)分別表示涌(突)水0.5h、5h、10h的流量，W5、W10、W15分別表示從0.5h到5h、10h、15h的涌(突)水量，相關(guān)數(shù)據(jù)輸入程序，即得預(yù)測(cè)水量，

Q(0.5)=5 729m3/d

Q(5)=4 575m3/d

Q(10)=4 314m3/d

Q(15)=4 174m3/d

W5=22 092m3

W10=44 226m3

W15=65 419m3

礦井涌(突)水量預(yù)測(cè)可為礦井排水系統(tǒng)及防治水工程等提供科學(xué)依據(jù)，將有效提升礦井巖溶水防治水平。

4 相關(guān)問(wèn)題再述

巖溶泉群及其巖溶水系統(tǒng)形成地質(zhì)年代和與地表水系相輔相成關(guān)系的分析、研究，為通過(guò)地文期比對(duì)及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用研究，進(jìn)一步揭示巖溶發(fā)育和巖溶水賦存規(guī)律，進(jìn)而精細(xì)刻畫巖溶水系統(tǒng)特征，提供了地質(zhì)、地理及水文等因素的時(shí)、空依據(jù)。

巖溶水強(qiáng)徑流帶控制的巖溶水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是北方巖溶水系統(tǒng)的基本特征，也是巖溶水賦存不均一的根本原因。巖溶水系統(tǒng)模式的研究，揭示了不同模式巖溶水動(dòng)力學(xué)特征，對(duì)礦井巖溶水防治有重要指導(dǎo)意義。

礦井涌(突)水是承壓巖溶水彈性貯存的釋放，屬非穩(wěn)定流范疇，可用非穩(wěn)定流理論描述、模擬并定量評(píng)價(jià)。

承壓巖溶水對(duì)斷層、裂隙帶及陷落柱煤系層段的水力壓裂作用，是引(誘)發(fā)承壓巖溶水彈性釋放或涌(突)出的重要因素。水力壓裂作用始于采掘空間形成，煤層頂、底板地下水系統(tǒng)間水壓失衡之后。天然狀態(tài)下，煤層頂板地下水系統(tǒng)與底板巖溶地下水系統(tǒng)水力聯(lián)系的通道，經(jīng)采掘工程揭露，往往構(gòu)成承壓巖溶水彈性釋放通道。

巖溶含水層是由以溶隙、溶孔為主的巖溶空隙(主要是古巖溶遺存)構(gòu)成的巖溶水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，受構(gòu)造控制，其所展布的空間即所謂巖溶含水空間。因此，引用非穩(wěn)定流承壓完整井井流公式是適宜的。將斷層等線狀構(gòu)造概化成等長(zhǎng)過(guò)水?dāng)嗝娴木?孔)，未見(jiàn)先例，實(shí)際過(guò)水?dāng)嗝婷娣e是所揭露斷層帶(巖溶裂隙帶)充(釋)水面積，若所揭露長(zhǎng)度范圍斷層帶(線狀構(gòu)造帶)連續(xù)充水，則概化合理。基于承壓巖溶水彈性釋放及非穩(wěn)定流理論的礦井承壓巖溶水涌(突)水預(yù)測(cè)，著眼于涌(突)水概率最大或有著最多涌(突)水案例的張性斷層、裂隙帶及陷落柱，一旦引(誘)發(fā)涌(突)水的流量(強(qiáng)度)及某時(shí)間段的涌(突)水總量，深化和豐富了“涌(突)水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)”的內(nèi)涵，突破了巖溶涌(突)水難以預(yù)測(cè)的禁錮，將促進(jìn)礦井巖溶水防治更科學(xué)、主動(dòng)和有效。

巖溶含水層(巖溶水系統(tǒng))導(dǎo)水系數(shù)、貯水系數(shù)以及巖溶水承壓水頭(定降深)、線狀構(gòu)造規(guī)模對(duì)涌(突)水量影響直接而敏感，因此，應(yīng)是勘查、研究的重點(diǎn)。有效的抽(放)水試驗(yàn)及獲取相應(yīng)精度的試(實(shí))驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲取水文地質(zhì)參數(shù)至關(guān)重要。

致謝：首都師范大學(xué)朱一心教授、河北地質(zhì)大學(xué)彭建萍教授及中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局康寧幫助解決了定積分求解問(wèn)題；中國(guó)煤炭地質(zhì)總局勘查研究總院林恬編制了涌(突)水量定積分計(jì)算程序，趙岳、萬(wàn)貴龍給予了定積分問(wèn)題的幫助，丁瑩瑩、趙欣、孫杰提供了黃河、汾河及太行山東麓河流發(fā)育史和油氣層水力壓裂的相關(guān)參考資料，韓金輝計(jì)算機(jī)繪制了全部圖表。對(duì)他們的熱心幫助和辛苦勞動(dòng)致以衷心感謝。