矿坑充水通道（充水途径）
矿体及其周围赋存的水源，尤其是间接水源，只有经过充水通道（或充水途径）才能进入矿坑（井巷），形成涌水或突水，因此，必须查明矿床（坑）充水通道（途径）。由于矿坑充水通道种类繁多，性质千差万别，以下仅对矿坑构成直接威胁的通道进行论述。
（一）天然局部充水通道（充水途径）
1.构造断裂带
一切大小断裂都可能成为充水水源进入矿坑的通道（途径）。断裂带能否成为充水通道，主要取决于是否透水和含水，影响这种特征的因素很多，首先是断层两盘和断裂带破碎岩的岩性特征，其次还与断层形成的力学性质、受力强度、充填胶结及后期破坏以及人为作用等因素有关。
各矿层（体）间有不透水层隔开的充水岩层中地下水，往往是通过断裂带突入矿坑的。如华北石炭-二叠系煤田的底板奥陶系碳酸盐岩岩溶裂隙水，一般都是以断裂带为导水通道。例如，山东淄博煤田北大井，在1935年3月13 日发生特大型突水，岩溶水通过导水断裂涌入矿坑，突水峰值流量达7.4m3/s，矿井瞬间被淹没，535名工人惨死井下。该矿井在被淹没39年之后，于1974年才得以恢复生产。据矿井恢复时查明，其突水点就是发生在一正断层的上盘（图12-11）。
图12-11 山东淄博煤田北大井突水点
（1935年3月13日剖面）
根据断层水文地质特征，可把断层分为5 类，见表2-3。依据调查及开采资料，也可把断裂分为表12-1所列类型。
各类断裂的充水作用，可归纳为以下5个方面：
1）构成矿坑的直接水源（如富水断层、导水断层）。
2）破坏顶、底板隔水层的连续性，沟通其上、下充水岩层，使之与矿坑或地表水体之间发生水力联系，成为地下水或地表水的充水途径。
3）使充水岩层与矿层接近或直接接触。
4）降低隔水顶底板岩层的力学强度，形成突水的薄弱带。
表12-1 开采断层分类及其特征
5）构造隔水边界。
断裂通道往往是矿床（坑）充水的最大威胁，也是矿床水文地质调查的重点对象。
2.岩溶通道
岩溶空间极不均一，可以有细小的溶孔也可有巨大的溶洞。它们可彼此连通，成为沟通各种水源的通道，也可形成孤立的充水管道。岩溶通道主要包括：大中小型岩溶通道，导水岩溶陷落柱通道，岩溶塌陷及“天窗”通道等。
例如，岩溶陷落柱是由于下伏碳酸盐地层中发育有大型岩溶洞穴，导致上覆的非可溶岩层不稳定、不断向下垮落而形成的柱状体。在我国华北地区的石炭-二叠纪煤系地层中广为分布。采矿实践证明，有些陷落柱不导水，有些陷落柱因塌落物疏松，可构成导水通道。例如，1984年6月2日河北开滦范各庄煤矿2171 工作面奥陶系灰岩水通过岩溶陷落柱入水采矿井巷（图12-12），造成特大突水事故，使年产300×104t 的矿井被淹，最大突水量2053m3/min，并导致邻近两个矿井也被淹，此次水害影响产煤近100×104t，直接和间接经济损失达 40 亿元。此外，这次突水，还使影响区域内许多供水井吊泵失去供水能力，造成10 万人用水困难，并在矿区地面出现17个岩溶塌陷坑，建筑物遭到部分破坏。
图12-12 开滦范各庄矿2171工作面陷落柱剖面图
3.地震裂隙通道
位于地震活动区的矿井，由于地震作用可以在水源与井巷之间造成新的裂隙，彼此连接，成为漏水通道，使水流入井巷，增加矿井涌水量。如顶板或底板为隔水层，则地震裂隙可破坏它的隔水性，形成新的导水通道。如地震裂隙发育在含水层内，则形成新的汇水通道，并可导致矿井涌水量急剧增加。
（二）人为充水通道及预测
1.巷道顶底板突破及预测
当充水岩层为矿层的间接顶底板时，尤其是为间接底板时，其中地下水都具承压性，当水压值超过巷道隔水底板的强度时，则可使底板破坏，使水涌入巷道，这种现象称为底板突破或底板突水，同理，也存在顶板突板（突水）问题。顶底板突水，是在矿床开采过程中发生的，是一种人为充水途径（通道），研究这种突水作用的实质，就是评价巷道顶底板的稳定性及安全性。
顶底板能否突水，主要决定于顶底板承受的水压值和隔水层的厚度、岩性、抗张强度等。前苏联学者B·Л斯列萨列夫按梁和强度理论，给出计算临界水压值（或称理论安全水压值，HL）和临界隔水层厚度（或称最小安全厚度，tL）的公式（图12-13）：
专门水文地质学
（底板取+号，顶板取-号）（12-1）
专门水文地质学
（底板取-号，顶板取+号）（12-2）
式中：HL为临界水压值，即某一厚度的隔水顶底板所能承受的最大水压值（m或t/m2）；t为底板或顶板隔水层厚度（m）；L为巷道宽度（m）；Kp为底板或顶板隔水层抗张强度（t/m2），可由试验或巷道突水资料确定；γ为底板或顶板隔水层密度（t/m3），可由试验确定；tL为临界隔水层厚度，即能承受某一水压值作用的隔水底板或顶板厚度（m）；H为作用在巷道底板或顶板的实际水压值（m或t/m2）。
当H≤HL或t≥tL时，巷道底板或顶板是稳定安全的，或处于极限平衡状态，无突水可能或可能性小。当H＞HL或t＜tL时，巷道底板或顶板不稳定，可能突水，为防止突水，需降低水压，最小降低值为：S=H-HL，参见图12-13。
图12-13 安全水压值和最小安全厚度与含水层实际水压值关系示意图
图12-14 巷道侧方承受静水压力示意图
2.巷道侧向突破及预测
B.Л.斯列萨列夫据简支梁及强度理论，导出巷道“前方”或“侧帮”防止突水的临界水压值和临界隔水层宽度的计算公式（图12-14）。
专门水文地质学
专门水文地质学
式中：PL为前方或侧帮承受含水层（体）的临界水压（或理论安全水压，t/m2），或以水柱高度H（m）表示；L为巷道高度（m）；a为“前方”或“侧帮”隔水层（或矿柱）的宽度（m）；Kp为隔水层（或矿柱）的平均抗张强度（t/m2）；αL为临界隔水层厚度（或隔水岩层的理论安全宽度，m），P为实际水压值（t/m2）；H为实际水压的水柱高度（m）。
若P≤PL或a＞aL，巷道前方或侧帮是稳定安全的或是极限平衡的；否则，若P＞PL或a＜aL，则巷道侧帮不稳定，有可能突水。
使用上述各公式，应按具体地质及开采条件，采用2～3倍的安全系数。
除上述和理论公式外，我国矿山部门依据突水实践，总结出底板突水系数（或称水压比，阻水系数）的经验公式：
专门水文地质学
式中：KL为临界突水系数（Pa/m）；P为底板承受静水压力（Pa）；M为隔水层厚度（m）。
由上式可知，突水系数的含义是每米隔水层厚度所承受的水压值。因此根据矿区试验和突水资料，总结出具体的临界突水系数，即可进行矿坑底板稳定性预测。为了计算更合理，还应考虑岩石的强度，用等效厚度计算突水系数。
3.采空区顶板破坏（采空区上方冒裂带）
开采矿石（体）后在地下形成采空区，或采用崩落法采矿造成采空区上方顶板破坏，形成冒落带、裂隙带、整体移动带，其中冒落带、裂隙带可成为充水水源进入矿坑的通道，因此需计算冒裂带的最大高度h1、h2（图12-15）。
图12-15 顶板破坏性影响区最大高度分布示意图
h1—冒落带高度；h2—导水裂隙带高度；1，2—分别表示冒落带范围和裂隙带范围
由于顶板破坏机理比较复杂，难以建立预测其最大高度的完善理论公式，通常是根据实际观测资料，采用关系图解法或数理统计法建立经验公式或半经验公式。我国过去常用原苏联的下列公式：
专门水文地质学
h2=（2-3）h1 （12-7）
式中：h1为顶板冒落带高度（m）；M为矿层厚度或采厚（m）；α为矿层倾角；h2为顶板裂隙带高度（m）；Ks为岩石碎胀系数（即岩石冒落碎胀后的体积与冒落前原岩体积之比），其值见表12-2。
表12-2 不同岩层的碎胀系数
根据我国矿山实验，上述两式对急倾斜煤（矿）层不适用。
4.地表塌陷
主要包括开采塌陷和岩溶塌陷两种类型。开采塌陷，是在采空区上方及周围的地表由于开采矿体引起的地表变形、移动而产生的破坏。岩溶塌陷，主要是在有一定厚度松散层覆盖的岩溶矿区，对岩溶充水岩层进行疏干排水，在其排水影响范围内地表所产生的塌陷，其波及面广，危害性极大。地表塌陷一方面可为大气降水和地表水提供直接进入坑道的途径，增加矿坑充水水源和水量；另一方面还严重影响各种地面建筑及设施。总之地表塌陷在适当条件下，可成为矿床（坑）充水通道（途径）。由于危害性较大，必须高度重视，加强预防和治理。
5.钻孔造成的通道
矿床开采时，如井巷揭露或接近未封闭或封闭不佳的钻孔时，它们可成为导致顶底板含水层、地表水等涌水井巷的通道，从而造成突水事故。当钻孔与其他水源勾通时，亦可造成来水猛、压力大的突水事故。例如，河北峰峰王凤矿大煤二巷因遇旧钻孔，突水量达3600m3/h。河南平顶山煤矿在1967、1974 和1975年都在开采中遇旧钻孔突水，突水量分别为160、420和140m3/h。因此完成勘探任务后，矿床各种地质勘探钻孔应按要求封闭，矿床开采中靠近可疑钻孔，应进行探放水，以免突水。