CN113217103B - 一种识别离层突水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种识别离层突水的方法，包括确定煤层顶板离层水体突水过程的形成条件；结合离层突水机制和突水特征，将离层水害进行分类；对矿区离层突水进行可能性分析。开采煤层顶板离层水体突水是一个动态的过程，其形成、发展到最后结束大致经历了离层空间形成、离层空间积水、离层水体溃出等三个阶段，并研究分析了各阶段的形成条件，结合离层突水机制和突水特征，对离层水害进行分类；根据各阶段的形成条件和矿区岩层岩性，进行离层突水可能性分析。
Description
技术领域
本发明涉及矿业工程技术领域。具体地说是一种识别离层突水的方法。
背景技术
我国煤矿企业大多水文地质条件复杂，离层水水害时有发生，给矿井企业 造成了较大的危害。
近年来，广大学者就顶板离层水涌水规律、成因机理进行了大量的研究， 对其认识也越来越深刻。
王经明针对海孜煤矿的次生水害问题进行了水文地质、工程地质条件和开 采条件分析，顶板运动的相似材料模拟和数值模拟，首次提出了次生离层水 包破裂致灾观点。
周玉华依据济宁二号煤矿十一采区3煤顶板砂岩水文地质及钻孔资料,对 采区内3煤开采时顶板离层水的充水影响进行分析，对如何判别工作面是否存 在离层水隐患进行初步分析探讨。
孙学阳采用力学分析的方法，结合关键层理论，推导出主采煤层覆岩中产 生离层的判别式。并根据关键层理论,推导出主采煤层覆岩中产生离层的判别 式，采用计算机数值模拟手段，模拟了离层形成过程，总结了顶板次生离层 水害的周期性特征。
张周鑫结合淮北杨庄矿水文工程地质条件和开采条件，采用离散元数值模 拟方法，研究厚层坚硬覆岩下离层发育特征及其动力突水机理。
李小琴等以海孜煤矿745工作面为研究对象，围绕“离层的形成→离层水 的形成→离层水突出”这一主线，对坚硬覆岩下重复采动离层水形成及涌突 机理进行了理论研究和探讨，提出了离层水防治的关键技术。
曹海东按照煤层开采方式和致灾离层水体与导水裂缝带的相对位置关系 将离层水害划分为二类二型，分析了各种离层水害的典型特征,并建立了三种 透水模式；将煤层开采覆岩离层分为一般离层、充水离层和致灾离层；研究了 离层空间的发育规律、充水特征及其致灾机理,并提出了致灾离层的三级判别 方法。
乔伟以济宁二号煤矿为研究对象，给出了静水压力透水机理：煤层开采覆 岩离层空间形成并接受地下水补给，随着水量的增加离层变形量增大并接近 补给水源的压力，离层下覆岩层在荷载和水压力的共同作用下产生一定的下 行裂隙，使得其与导水裂缝带之间的有效隔水岩层厚度减小，随着工作面的 不断推进，离层水体破裂引发透水。
李吴波等以打通一矿、鱼田堡煤矿、南桐一矿、南桐二矿等为研究对象， 给出了近距离煤层群重复开采离层透水机理：先期开采的煤层覆岩发育离层 空间充水后处于稳定状态，后采煤层覆岩破坏对先期开采的煤层覆岩有重复 扰动作用，导水裂缝带沟通了上覆的离层水体引发离层透水。
方刚、靳德武以玉华煤矿为研究对象，认为离层形成后，由于离层下部岩 体的水理特征导致导水裂隙自闭合后再充水，随着离层水体聚集量增加失稳 后发生透水。
总的来说，近年来随着广大学者对离层突水的深入研究，人们对离层水害 一些致灾机理和现象有了较为充分的认识。但由于离层积水致灾机理和透水 机制比较复杂，形式多种多样，对其认识还缺乏系统性、全面性，在对离层 突水预警识别和防治措施还缺乏针对性。因此，对离层水害还需要进行全面、 系统的研究。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种识别离层突水的方法， 针对离层水害，分析研究了离层水害形成过程、条件及水害分类与特征，结 合矿区的地质采矿条件，分析矿区离层积水的可能性，实现对离层突水预警 识别，进行提早防治。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种识别离层突水的方法，包括如下步骤：
(1)确定煤层顶板离层水体突水过程的形成条件；
(2)结合离层突水机制和突水特征，将离层水害进行分类；
(3)对矿区离层突水进行可能性分析。
上述一种识别离层突水的方法，煤层顶板离层水体突水过程，包括离层 空间形成、离层空间充水和离层水体溃出；
根据离层水体突水过程，确定离层水体致灾形成条件，包括离层发 育条件、离层积水条件和离层溃水条件。
上述一种识别离层突水的方法，离层发育条件包括：
(A-1)上覆结构“上硬下软”，能够在煤层开采后发育有离层，形 成空腔，为离层积水提供空间；
离层形成的力学机制为：上覆岩层间由相对错动引起的张拉或剪应力超过 岩层面间的强度，并且是上下岩层的刚度相差较大，容易出现不协调变形， 即下位岩层的扰度要大于上位岩层的扰度，如式(1)所示：
wn>wn+1 (1)；
式中：wn，wn+1分别为第n，n+1层岩层的扰度；
若将采场上覆岩层看成由若干组岩层叠加组合而成，且各岩层上的荷载呈均 匀分布，根据组合梁原理，式(1)可以等价于如下式(2)；
式中：Ei，hi，γi分别为第i层岩层的弹性模量、厚度和重度，n为自煤层 往上岩层的层数；
进一步式(2)可以简化为如下式(3)：
上下位岩层满足式(3)要求，则两岩层间具备发育离层的力学结构；
(A-2)离层发育明显，具有足够储水致灾的离层空间；
离层空间需煤层采空区提供；即煤层开采后，采空区未能完全被冒 裂带岩石完全充填，即有：
M-∑(Ki-1)hi>0 (4)；
式中：Ki为煤层采后冒裂带内第i层岩层的碎胀系数；M为煤层采厚； hi为第i层岩层的厚度；
只有满足式(4)时，煤层上覆岩层中才具有发育致灾离层所需的空 间，而且式(4)左边数值的大小也限制了覆岩中的最大离层量；因而煤层采 厚越大，则越易于发育致灾离层；
仅当煤层上覆相邻两岩层同时满足式(3)和(4)时，两岩层间才 可发育致灾离层所需要的空间。
上述一种识别离层突水的方法，离层空间形成后需要有含水层或者含水 体对其进行充水，使其成为充水离层，离层积水条件有：
(B-1)离层能形成“半封闭”空腔，空腔底部岩层隔水，且不能与 裂隙带导通，为离层维持积水储量提供条件；离层空腔必须形成“半封闭” 空腔，空腔底部岩层隔水，且不能与裂隙带导通，使得离层空腔具备汇积大 量离层水的封闭环境，为离层空腔造成突发性的涌水灾害提供条件；具备“半 封闭”条件的离层在致灾时位于弯曲带，或者位于裂缝带但下位岩层裂缝“愈 合”再次隔水；
(B-2)有补给水源，离层空腔顶部为含水层或有导水通道，为离层 积水提供水源；由于离层多发育在“上硬下软”的地层结构中，离层上方坚 硬岩层本身多为含水层，随着煤层采动离层裂隙的发育形成，上方含水层水 在水头作用下将向离层裂隙渗透,对其形成渗透补给,从而可形成离层积水； 部分离层上部可能存在导通裂隙或构造，与水源导通，将对离层空腔形成充 足的补给；
(B-3)充裕的积水时间，为离层形成大量积水提供时间；离层空腔 内积水需要充裕的时间接受周边含水层的持续补给，离层空腔接受周边含水 层的补给时间也就越长，离层水水量就越大，发生离层水涌突水的危险性越 大。
上述一种识别离层突水的方法，离层溃水条件：在离层空腔集满足够致 灾的水后，空腔下位岩层在动水压力、静水压力或采动扰动作用下形成贯通 工作面的裂缝，发生工作面生突水。
上述一种识别离层突水的方法，动水压力作用下突水的模式：工作面开 采后，上覆关键层与下位软岩开始沿岩层产生分离，离层开始发育；当关键 层岩层悬露长度较小时，随着工作面推进，离层逐渐发展,离层长度增加， 同时上位含水层中水不断地导入下部离层空间内，使离层空间形成积水体； 随着工作面的继续推进，当达到该离层上位岩层的极限破断长度时，离层发 育到极限长度，离层上位关键层岩层板发生断裂，整体下沉,使其下方离层 迅速减小甚至闭合，上位关键层岩层破断，产生动力，挤压离层积水，使其 在瞬间产生很高的水压力，突破下位隔水岩层，产生瞬间突水；
关键层岩梁极限破断长度计算公式为：
式中:hk为第k层硬岩层的厚度，m；σk为第k层硬岩层的抗拉强度， MPa；qk为第k层硬岩层承受的载荷，kN/m2；
工作面推进的距离可由下式近似计算：
式(6)中：Lt为覆岩离层发育至极限值时的工作面推进距离；H为 覆岩中发育离层距煤层的距离；
为岩层断裂角；
当工作面实际推进距离大于由式(6)确定的极限推进距时距离，关 键层的悬露长度大于其极限破断长度，关键层破断，其下方发育的离层将发 生离层水动水压涌突水。
上述一种识别离层突水的方法，静水压力作用下突水的模式：对于高位 发育的离层，随着工作面开采推进，采场覆岩离层逐渐发育，并伴有覆岩中 含水层对离层不断补给；随着离层积水量及覆岩变形逐渐增大，离层水头升 高，存在一定的静水压力，将对其下位岩层施加一定的孔隙水压力及荷载作 用,使得离层下位完整岩层产生微裂隙；当离层积水充满离层空腔，离层积水 与上覆含水层水体形成一个整体，离层水体压力将立马跃升，极有可能破坏 或击穿其下位岩层的完整性，并与导水裂缝带联通，形成突水通道，发生离 层水静水压涌突水；
即在一定条件下,离层水发生静水压涌突水时其下完整岩层存在一 极限值,若离层水下实际完整岩层厚度小于该极限值时,将发生离层水静水 压涌突水；
引入底板突水危险性评价中的经验突水系数法来确定离层水在静水 压下能破坏或击穿其下位完整岩层的极限厚度,得式(7)：
h静＝P/T0 (7)；
式中：h静为不发生涌突水的极限有效隔水层厚度，m；T0为临界突 水系数，按《矿井水文地质规程》可近似取0.15MPa/m；P为水头压力，MPa；
当某一离层水体下位完整岩层的厚度小于由式(7)确定的极限厚度时， 该离层水将发生离层水静水压涌突水。
上述一种识别离层突水的方法，采动扰动作用下的突水模式：采动裂隙 作用下突水是指在多煤层开采或厚煤层分层开采，存在重复扰动情况下，初 次开采时，在覆岩弯曲带内形成离层空间并充水；再次开采时，由于采厚或 有效采厚的增加，采动损坏范围会扩大，导水裂隙带会进一步向上位延展， 并扩展到初期采动时的弯曲带内，当导水裂隙带进一步发育，直接导通到离 层水体，引起离层水体突水；
多煤层开采或厚煤层分层开采，无论上行开采、下行开采，初次开 采的煤层上覆岩层形成离层并充水，同时处于长期的稳定状态，要求离层发 育弯曲带内；再次开采的煤层上覆岩层导水裂缝带波及到离层水体，如式(8) 所示：
H裂-2>H离>H裂-1 (8)；
式中，H离为致灾离层发育高度，m；H裂-1为初次开采煤层的导水裂 缝带发育高度，m；H裂-2为再次开采煤层的导水裂缝带发育高度，m。
上述一种识别离层突水的方法，在步骤(2)中，将离层水害分为五大类： “高位-静水压力”型离层突水、“低位-动水压力”型离层突水、“静水压力” 周期型离层突水、“动水压力”周期型离层突水和“采动裂隙”型离层突水；
“高位-静水压力”型离层突水：“高位”离层，是相对于工作面开 采结束后，致灾离层发育位置与工作面开采结束后导水裂缝带发育高度的相 对关系，该离层无论在采动过程中，还是采动结束后，均发育于导水裂缝带 上方；此类型致灾离层的充水水源均来自离层上覆岩体；离层空间充水过程 中，水位持续上升到一定高度直至与上覆充水含水层相同水压，离层下覆隔 水层在自身重力、静水压力作用下持续蠕变下沉，直至位移达到极限在岩层 薄弱部位发生结构性改变而破裂，与下部导水裂隙带沟通，导致离层水下泄 采场，发生工作面突水；该类离层在弯曲带中发育，具有离层空间大、维持 稳定时间长的特点，能够持续积水，且积水量大；该类离层突水后，具有突 发性、水量大、时间短、突水点集中、突水时间滞后特点；
“低位-动水压力”型离层突水：这类离层在开采过程中位于弯曲带 或者弯曲带与裂缝带分界处时，发育为相对稳定的离层空腔，接受上覆水源 的补给；随着工作面推进，离层上覆岩层悬空距离不断增大，当达到极限破 断长度时，在地层荷载的作用下、较完整的坚硬岩体弹性能聚集，失稳后断 裂，瞬间释放巨大动能，致使在坚硬岩层下方的离层水体产生超高水压，并 导致离层水体破裂溃入矿井，发生工作面突水；该类离层在动水压力模式下 突水，溃水时动能大；该类离层突水后，具有突发性、突水点集中、爆发性 强、来势凶猛、水量较大、时间短、伴随顶板来压特点；
“静水压力”周期型离层突水：在开采过程中，当离层空间的下覆 岩层存在厚层泥岩或泥质粉砂岩，该类岩层通常泥质胶结、遇水膨胀软化， 将逐渐封堵开采形成的裂隙，二次形成隔水层，使离层空间成为一个相对稳 定的“储水体”，接受来自于上覆含水层水体的渗入，当离层空腔内的水体 达到极限静水压力时，与下部导水裂隙带沟通，导致离层水下泄采场，发生 工作面突水；随着离层水体水量减小，泥岩隔水层在水理作用下发生膨胀，其裂隙空间逐步缩小直至自愈合，继而再次形成封闭的储水空间，再次循环， 泥岩破裂位置前移导致周期性透水；该类离层在静水压力模式下周期性突水 对地层条件要求比较苛刻，一是要求离层下覆岩体为易于膨胀软化的厚层泥 岩或泥质粉砂岩，二是要求上覆岩层强度大，不易破断；该类离层突水后， 具有突发性、突水点集中、水量大、时间短、突水时间滞后、周期性重复发 生特点；
“动水压力”周期型离层突水：当开采煤层上覆岩体存在多层软岩 交互的岩层组合时，随着工作面推进，上位坚硬岩层与下位软岩之间出现离 层，上位含水层补给离层形成离层水，使得离层成为了一个相对稳定的“储 水体”，此时整个地层处于平衡状态，随着工作面的继续推进，上位坚硬岩 层破断，原先的平衡被打破，离层水瞬间溃入矿井，造成突水；在一次煤层 顶板离层突水后，在工作面继续推进的过程中，该离层会逐渐闭合压实，而新的离层空间又可能会继续向前向上形成发展，重新形成离层水，随着工作 面的推进，新的平衡又被打破，又造成离层水的溃入井下，形成新的突水事 故；突水周而复始，动态周期性的发生；该类离层群多发育于导水裂隙带内， 其动态发育过程经历产生、发展至闭合，离层发育空间小，持续时间短，周 期性发生；该类离层突水后，具有突发性、突水点集中、爆发性强、来势凶 猛、水量较大、时间短、周期性重复发生、伴随顶板来压特点；
“采动裂隙”型离层突水：离层突水主要发生在多层近距煤层或厚 煤层多次开采，煤层初次开采时，煤层顶板离层发育于弯曲带，离层发育形 成并充水，同时处于长期的稳定状态；再次开采时，煤层覆岩重复扰动破坏， 随着开采面积的增大，破坏的强度和范围也不断，导水裂缝带直接导通了该 离层水体，引发透水；该类离层在煤层初次开采时发育于弯曲带中，具有离 层空间大、维持稳定时间长的特点；再次采动时，离层下位岩层产生采动裂 隙导通离层水体与采场，不存在动水压力，该类离层突水后，具有突发性、 水量大、持续时间长、爆发性不强特点。
上述一种识别离层突水的方法，在步骤(3)中：结合离层突水形成条件 和类型，对矿区进行离层突水可能性分析，分析离层突水致灾过程及类型；
(3-1)离层空间判别：确定工作面上覆岩层的岩性，工作面开采 的厚度、顶板深度，开采后垮落带高度、导水裂缝带高度，根据发育离层与 工作面导水裂缝带发育高度的相对位置关系进行离层空间判别；
(3-2)充水离层判别；根据离层充水条件进行判别；
(3-3)离层致灾机制的判别：根据离层溃水条件进行判别；
(3-4)离层水害类型的可能性判别。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
(1)开采煤层顶板离层水体突水是一个动态的过程，其形成、发展到 最后结束大致经历了离层空间形成、离层空间积水、离层水体溃出等三个阶 段，并研究分析了各阶段的形成条件。
(2)结合离层突水机制和突水特征，将离层水害分为“高位-静水压力” 型离层突水、“静水压力”周期型离层突水、“低位-动水压力”型离层突水、 “动水压力”周期型离层突水、“采动裂隙”型离层突水五大类，并研究分 析了各类离层突水特征。
(3)经综合分析，认为：钱家营矿地质采矿、水文地质条件具备离层 突水过程中所具备的一切条件，极易发生“高位-静水压力”型离层突水或 “同层-静水压力”周期型离层；东欢坨矿、唐山矿顶板岩层的力学性能、 组合特征不具备规模性离层发育的条件，发生离层突水的可能性极低。
附图说明
图1a本发明煤层顶板离层水体突水过程中离层空间形成过程的示意图；
图1b本发明煤层顶板离层水体突水过程中离层空间充水过程的示意图；
图1c本发明煤层顶板离层水体突水过程中离层水体溃出过程的示意图；
图2采场上覆岩层组合岩梁示意图，Si为岩层标号；
图3“高位-静水压力”型离层发育示意图；
图4a“低位-动水压力”型离层发育的积水离层带稳定时的示意图；
图4b“低位-动水压力”型离层发育的积水离层带破裂时的示意图；
图5“静水压力”周期型离层发育示意图；
图6“多层-动水压力”型离层发育示意图；
图7a“采动裂隙”型离层发育:初次开采离层发育与导水裂缝带的位置 关系示意图；
图7b“采动裂隙”型离层发育:再次开采离层发育与导水裂缝带的位置 关系示意图；
图8钱家营矿工作面附近钱补15钻孔柱状图；
图9a东欢坨矿井车57钻孔柱状图(上半部分)；
图9b东欢坨矿井车57钻孔柱状图(下半部分)；
图10唐山矿矿井扩水01钻孔柱状图。
具体实施方式
一、离层水体致灾过程
大量实践经验表明，煤层顶板离层水体突水是一个动态的过程，其形成、 发展到最后结束大致经历了三个阶段：
(1)第一阶段：离层空间形成
当地下煤层被采出后，采空区直接顶板岩层在自重力及其上覆岩层的作 用下，产生向下的移动和弯由。当其内部拉应力超过岩层的抗拉强度极限时， 直接顶板首先断裂、破碎、相继垮落，而老顶岩层则以梁或悬臂梁弯曲的形 式沿层理面法线方向移动、弯曲，受煤系地层沉积分层性及结构与岩性差异 影响，采动覆岩在弯曲沉降过程中不同步，这种不同步弯曲沉降引起的相邻 岩层层面(或薄弱面)分离现象，称之为离层。随着工作面的向前推进，受 采动影响的岩层范围不断扩大，离层空间发育越来越明显，形成具有一定长 度和高度的空腔(见图1a)。
(2)第二阶段：离层空间充水
发育的离层空腔下部岩层若为隔水岩层，离层空腔则具有了储水功能。 离层空腔上覆含水层水在水头作用下沿原生孔隙、裂隙或贯通裂隙下渗进入 离层空间中，形成离层水体(见图1b)。
(3)第三阶段：离层水体溃出
工作面继续推进，离层空间不断扩大，上覆含水层水体继续下渗进入离 层空间内蓄积，当离层水体形成一定的规模，且储水空腔下位岩层不再能够 承受所担负的各向压力，在某一薄弱区破裂，离层水体全部迅速涌出，沿着 岩层中各原生孔隙裂隙及导水裂隙带涌下，进入工作面，造成煤层顶板突水 事故(见图1c)。
二、离层水体致灾条件分析
(一)离层发育条件
(1)上覆结构“上硬下软”，能够在煤层开采后发育有离层，形成空腔， 为离层积水提供空间。
顶板离层为采动覆岩不均匀沉陷运动沿层面产生分离的现象，这一现象 普遍存在于各类采场的覆岩中，在冒落带、裂隙带及弯曲带中均可产生。根 据关键层理论，岩层内存在“上硬下软”的岩性差异是离层发育的关键因素。 离层形成的力学机制为：上覆岩层间由相对错动引起的张拉或剪应力超过岩 层面间的强度，并且是上下岩层的刚度相差较大，容易出现不协调变形，即 下位岩层的扰度要大于上位岩层的扰度。有：
wn>wn+1 (1)；
式中：wn，wn+1分别为第n，n+1层岩层的扰度；
若将采场上覆岩层看成由若干组岩层叠加组合而成，且各岩层上的荷载 呈均匀分布，如图2所示，根据组合梁原理，式(1)可以等价于如下式(2)；
式中：Ei，hi，γi分别为第i层岩层的弹性模量、厚度和重度，n为自煤 层往上岩层的层数；
进一步式(2)可以简化为如下式(3)：
上下位岩层满足式(3)要求，则两岩层间具备发育离层的力学结构。
(2)离层发育明显，具有足够储水致灾的离层空间。
离层空间需煤层采空区提供；即煤层开采后，采空区未能完全被冒裂带 岩石完全充填，即有：
M-∑(Ki-1)hi>0 (4)；
式中：Ki为煤层采后冒裂带内第i层岩层的碎胀系数；M为煤层采厚；hi为第i层岩层的厚度；
只有满足式(4)时，煤层上覆岩层中才具有发育致灾离层所需的空间， 而且式(4)左边数值的大小也限制了覆岩中的最大离层量；因而煤层采厚 越大，则越易于发育致灾离层；
另由岩石的碎胀性和压实性可知，煤层采动后，顶板冒落岩石发生破碎， 此时冒落带顶板岩石碎胀系数较大，达1.2～1.6；而随着上覆岩层的继续 下移跨落，冒落带岩石在自重和上覆荷载作用下逐渐压实，体积随之减小， 碎胀系数也逐渐趋近于1.0；即厚煤层开采后，即使最初不满足式(4)的 要求，随着工作面的推进，冒落带岩石逐渐压密，相应的致灾离层也将逐渐 发育。
仅当煤层上覆相邻两岩层同时满足式(3)和(4)时，两岩层间才可发育 致灾离层所需要的空间。
(二)离层积水条件
离层空间形成后需要有含水层或者含水体对其进行充水，使其成为充水 离层，离层积水的条件有：
(1)离层能形成“半封闭”空腔，空腔底部岩层隔水，且不能与裂隙 带导通，为离层维持积水储量提供条件。
当离层空腔下位岩层不隔水或存在导通裂缝时，空腔将不存在真空负压 吸力，离层周边岩层水的汇集较慢，且汇流至离层中的水也会通过贯通裂隙 流入工作面及采空区，因此不易形成大量的离层水。因此，离层空腔必须形 成“半封闭”空腔，空腔底部岩层隔水，且不能与裂隙带导通，使得离层空 腔具备汇积大量离层水的封闭环境，为离层空腔造成突发性的涌水灾害提供 条件。具备“半封闭”条件的离层在致灾时一般位于弯曲带，或者位于裂缝 带但下位岩层裂缝“愈合”再次隔水。
(2)有补给水源，离层空腔顶部为含水层或有导水通道，为离层积水 提供水源。
离层空间周边岩层存在能为离层补给的水源，这是形成离层水的首要条 件。否则，即使离层与下方工作面存在隔水层，也只会形成“真空离层空间”。
由于离层多发育在“上硬下软”的地层结构中，离层上方坚硬岩层本身 多为含水层，随着煤层采动离层裂隙的发育形成，上方含水层水在水头作用 下将向离层裂隙渗透,对其形成渗透补给,从而可形成离层积水。此外，部 分离层上部可能存在导通裂隙或构造，与水源导通，将对离层空腔形成充足 的补给。
(3)充裕的积水时间，为离层形成大量积水提供时间。
离层空腔内积水需要充裕的时间接受周边含水层的持续补给，离层空腔 接受周边含水层的补给时间也就越长，离层水水量就越大，发生离层水涌突 水的危险性越大。
离层发育是一个动态过程，有些离层从开始发育至闭合的时间比较短， 有可能来不及汇聚大量的积水，难以形成离层突水灾害。
(三)离层溃水条件
离层空腔与工作面形成导通裂缝是离层积水体能形成工作面溃水的关 键因素。在离层空腔集满足够致灾的水后，空腔下位岩层在动水压力、静水 压力或采动扰动等作用下形成贯通工作面的裂缝，发生工作面生突水。
按的离层水害的突水模式，主要有离层动水压力作用下突水、静水压力 作用下突水和采动裂隙作用下突水。
(a)动水压力作用下突水
依据大量数值模拟、物理模拟试验成果，并结合上章采场顶板离层数值 模拟可知，煤层采后覆岩中发育的离层是不唯一的，也不是固定不变的。
对于低位发育的离层，它在时间上将经历一个由起始、发展、稳定直至 闭合的动态过程：工作面开采后，上覆关键层与下位软岩开始沿岩层产生分 离，离层开始发育；当关键层岩层悬露长度较小时，随着工作面推进，离层 逐渐发展,离层长度增加，同时上位含水层中水不断地导入下部离层空间内， 使离层空间形成积水体；随着工作面的继续推进，当达到该离层上位岩层的 极限破断长度时，离层发育到极限长度，离层上位关键层岩层板发生断裂， 整体下沉,使其下方离层迅速减小甚至闭合，上位关键层岩层破断，产生动 力，挤压离层积水，使其在瞬间产生很高的水压力，突破下位隔水岩层，产 生瞬间突水。
运用固支梁的分析原理，关键层岩梁极限破断长度计算公式为：
式中:hk为第k层硬岩层的厚度，m；σk为第k层硬岩层的抗拉强度， MPa；qk为第k层硬岩层承受的载荷，kN/m2；
此时，工作面推进的距离可由下式近似计算：
式(6)中：Lt为覆岩离层发育至极限值时的工作面推进距离；H为覆岩 中发育离层距煤层的距离；
为岩层断裂角；
当工作面实际推进距离大于由式(6)确定的极限推进距时距离，关键 层的悬露长度大于其极限破断长度，关键层破断，其下方发育的离层将发生 离层水动水压涌突水。
(b)静水压力作用下突水
而对于高位发育的离层，随着工作面开采推进，采场覆岩离层逐渐发育， 并伴有覆岩中含水层对离层不断补给；随着离层积水量及覆岩变形逐渐增大， 离层水头升高，存在一定的静水压力，将对其下位岩层施加一定的孔隙水压 力及荷载作用,使得离层下位完整岩层产生微裂隙；当离层积水充满离层空 腔，离层积水与上覆含水层水体形成一个整体，离层水体压力将立马跃升， 极有可能破坏(击穿)其下位岩层的完整性，并与导水裂缝带联通，形成突水 通道，发生离层水静水压涌突水。即在一定条件下,离层水发生静水压涌突 水时其下完整岩层存在一极限值,若离层水下实际完整岩层厚度小于该极 限值时,将发生离层水静水压涌突水。
可引入底板突水危险性评价中的经验突水系数法来确定离层水在静水 压下能破坏(击穿)其下位完整岩层的极限厚度,得：
h静＝P/T0 (7)；
式中：h静为不发生涌突水的极限有效隔水层厚度，m；T0为临界突水系 数，按《矿井水文地质规程》可近似取0.15MPa/m；P为水头压力，MPa；
当某一离层水体下位完整岩层的厚度小于由式(7)确定的极限厚度时，该 离层水将发生离层水静水压涌突水。
此外，对于低位发育的离层，当其下位存在厚层隔水岩层(如泥岩等) 时，在隔水岩层受采动产生裂缝后，遇水膨胀松散，将逐渐封堵自身形成的 裂隙，二次形成隔水层，使离层空间成为一个相对稳定的“储水体”，当离 层空腔内的水体达到极限静水压力先与上位关键层极限破断时，也有可能发 生静水压力作用下的突水。
(c)采动裂隙作用下突水
采动裂隙作用下突水是指在多煤层开采或厚煤层分层开采，存在重复扰 动情况下，初次开采时，在覆岩弯曲带内形成离层空间并充水；再次开采时， 由于采厚或有效采厚的增加，采动损坏范围会扩大，导水裂隙带会进一步向 上位延展，并扩展到初期采动时的弯曲带内，当导水裂隙带进一步发育，直 接导通到离层水体，引起离层水体突水。
多煤层开采或厚煤层分层开采，无论上行开采、下行开采，初次开采的 煤层上覆岩层形成离层并充水，同时处于长期的稳定状态，要求离层发育弯 曲带内；再次开采的煤层上覆岩层导水裂缝带波及到离层水体，即：
H裂-2>H离>H裂-1 (8)；
式中，H离为致灾离层发育高度，m；H裂-1为初次开采煤层的导水裂缝带 发育高度，m；H裂-2为再次开采煤层的导水裂缝带发育高度，m。
三、离层水害类型及特征
离层积水致灾机理和透水机制比较复杂，形式多种多样。按致灾离层水 体发育位置与工作面开采结束后导水裂缝带发育高度的相对关系对离层水 害进行分类，可以分为高位积水离层、低位积水离层和多层位积水离层；按 离层水害的突水模式进行分类，可以分为动水压突水离层、静水压突水离层 和采动裂隙突水离层。结合离层突水机制和突水特征，可以将离层水害分为 以下五大类：
(一)“高位-静水压力”型离层突水
由于离层积水需要具有“半密闭性”的储水条件，发生致灾水害的离层 只能是发育在弯曲带，而由于覆岩离层的发育是一个动态的时空过程，在工 作面推进的过程中，随着采动越来越充分，离层经历形成、发展到逐渐闭合 的过程，而新的离层空间又可能会继续向前向上形成发展。在采动过程中， 同一离层有可能先位于导水裂缝带上方的弯曲带，后随采动的充分而位于导 水裂缝带内。这里所说的“高位”离层，是相对于工作面开采结束后，致灾 离层发育位置与工作面开采结束后导水裂缝带发育高度的相对关系，该离层 无论在采动过程中，还是采动结束后，均发育于导水裂缝带上方。此类型致 灾离层的充水水源均来自离层上覆岩体。离层空间充水过程中，水位持续上 升到一定高度直至与上覆充水含水层相同水压，离层下覆隔水层在自身重力、 静水压力作用下持续蠕变下沉，直至位移达到极限在岩层薄弱部位发生结构 性改变而破裂，与下部导水裂隙带沟通，导致离层水下泄采场，发生工作面 突水(见图3)。
由于该类离层在弯曲带中发育，具有离层空间大、维持稳定时间长的特 点，能够持续积水，且积水量大。此外，离层空间要形成足够的静水压力， 其离层积水要充满离层空腔，需要充裕的积水时间，即工作面要推进很长一 段时候后才能形成突水，具有一定的滞后性。因此，该类离层突水后，具有 突发性、水量大、时间短、突水点集中、突水时间滞后等特点。
(二)“低位-动水压力”型离层突水
这类离层相对于工作面开采结束后，其位置位于导水裂缝带下方岩层中。 当这类离层在开采过程中位于弯曲带或者弯曲带与裂缝带分界处时，发育为 相对稳定的离层空腔，接受上覆水源的补给(见图4a)。随着工作面推进， 离层上覆岩层悬空距离不断增大，当达到极限破断长度时，在地层荷载的作 用下、较完整的坚硬岩体弹性能聚集，失稳后断裂，瞬间释放巨大动能，致 使在坚硬岩层下方的离层水体产生超高水压，并导致离层水体破裂溃入矿井， 发生工作面突水(见图4b)。
由于该类离层发育于导水裂隙带内(相对于工作面结束后)，其动态发 育过程经历产生、发展至闭合，离层发育空间小，持续时间短。而该类离层 在动水压力模式下突水，溃水时动能大。因此，该类离层突水后，具有突发 性、突水点集中、爆发性强、来势凶猛、水量较大、时间短、伴随顶板来压 等特点。
(三)“静水压力”周期型离层突水
在开采过程中，当离层空间的下覆岩层存在厚层泥岩或泥质粉砂岩，该 类岩层通常泥质胶结、遇水膨胀软化，将逐渐封堵开采形成的裂隙，二次形 成隔水层，使离层空间成为一个相对稳定的“储水体”，接受来自于上覆含 水层水体的渗入，当离层空腔内的水体达到极限静水压力时，与下部导水裂 隙带沟通，导致离层水下泄采场，发生工作面突水(见图5)。随着离层水 体水量减小，泥岩隔水层在水理作用下发生膨胀，其裂隙空间逐步缩小直至 自愈合，继而再次形成封闭的储水空间，再次循环，泥岩破裂位置前移导致 周期性透水。
由于该类离层在静水压力模式下周期性突水(即离层空腔内的水体达到 极限静水压力时间要先与上位关键层极限破断)，对地层条件要求比较苛刻， 一是要求离层下覆岩体为易于膨胀软化的厚层泥岩或泥质粉砂岩，二是要求 上覆岩层强度大，不易破断。因此，该类离层突水后，具有突发性、突水点 集中、水量大、时间短、突水时间滞后、周期性重复发生等特点。
(四)“动水压力”周期型离层突水
当开采煤层上覆岩体存在多层软岩交互的岩层组合时，随着工作面推进， 上位坚硬岩层与下位软岩之间出现离层，上位含水层补给离层形成离层水， 使得离层成为了一个相对稳定的“储水体”，此时整个地层处于平衡状态， 随着工作面的继续推进，上位坚硬岩层破断，原先的平衡被打破，离层水瞬 间溃入矿井，造成突水。在一次煤层顶板离层突水后，在工作面继续推进的 过程中，该离层会逐渐闭合压实，而新的离层空间又可能会继续向前向上形 成发展，重新形成离层水，随着工作面的推进，新的平衡又被打破，又造成 离层水的溃入井下，形成新的突水事故(见图6)。突水周而复始，动态周 期性的发生。
由于该类离层群多发育于导水裂隙带内(相对于工作面结束后)，其动 态发育过程经历产生、发展至闭合，离层发育空间小，持续时间短，周期性 发生。而该类离层在动水压力模式下突水，溃水时动能大。因此，该类离层 突水后，具有突发性、突水点集中、爆发性强、来势凶猛、水量较大、时间 短、周期性重复发生、伴随顶板来压等特点。
(五)“采动裂隙”型离层突水
该类离层突水主要发生在多层近距煤层或厚煤层多次开采。煤层初次开 采时，煤层顶板离层发育于弯曲带，离层发育形成并充水，同时处于长期的 稳定状态(见图7a)；再次开采时，煤层覆岩重复扰动破坏，随着开采面积 的增大，破坏的强度和范围也不断，导水裂缝带直接导通了该离层水体，引 发透水(见图7b)。
由于该类离层在煤层初次开采时发育于弯曲带中，具有离层空间大、维 持稳定时间长的特点；再次采动时，离层下位岩层产生采动裂隙导通离层水 体与采场，不存在动水压力。因此，该类离层突水后，具有突发性、水量大、 持续时间长、爆发性不强等特点。
四、矿区离层突水可能性分析
结合离层突水形成条件和类型，对开滦矿区进行离层突水可能性分析， 分析离层突水致灾过程及类型。
(一)钱家营矿离层突水可能性分析
以2075E开采工作面为例，分析钱家营矿离层突水的可能性。
1、致灾离层的判别
(1)离层空间判别：从该工作面附近钱补15钻孔柱状图(见图8) 可知，工作面上覆岩层软硬岩相互交替，存在“上硬下软”的结构，开采 过程中，覆岩中具备上方为厚层硬岩关键层、下方为软岩，可能发育离层空 间的共有6组，分别是埋深为533.54m砂岩组和煤之间、埋深为495.04m中 粒砂岩和砂质泥岩之间、埋深为477.27m中粒砂岩和砂质泥岩之间、埋深为 458.61m粗砂岩和粉砂岩之间、埋深为423.85m中、细粒砂岩组和砂质泥岩 之间、埋深为395.39m细粒砂岩和砂质泥岩之间。2075E工作面开采7煤， 平均采厚4.9m，一次采全高，煤层顶板深度为538.87m。根据钱家营矿导 水裂缝带高度经验公式可计算求得，2075E工作面开采后垮落带高度为15m， 导水裂缝带高度55.4m。根据发育离层与工作面导水裂缝带发育高度的相对 位置关系可以判断，前2组离层于导水裂缝带范围以下，后4组离层于导水 裂缝带范围以上。
(2)充水离层判别：据前述离层充水形成条件可知，第1组岩层之 间的离层处于垮落带范围内，随工作面推进“随采随垮”，离层发育时间短， 不具备积聚水的条件；第2组岩层之间的离层处于裂缝带范围内，该离层在 上覆硬岩破断后向井下产生动压溃水，但由于工作面推进速度快(约5m/d)， 离层聚水时间有限，工作面水量增加，但不构成突水危害；后4组离层均位 于弯曲带内，且其上部岩体为含水层、下方岩体为隔水层，能够形成离层空间积水。
(3)离层致灾机制的判别：后5组离层充水水源均为5煤顶板砂岩 裂隙水，工作面区域煤5顶板含水层水头高度为420m。尤其第3组离层空 腔积满水后，离层水体压力将立马跃升，很容易击穿其下位岩层(砂质泥岩， 厚2.46m)的完整性，并与导水裂缝带联通，形成突水通道，发生离层水静 水压涌突水。
2、离层水害类型
据2075E工作面涌水规律可知，工作面推进到566m时，工作面发生突 水事故，工作面突水具有突发性、初期水量大、持续时间短等特点，突水时 间在工作面推进见方后68天后发生，具有明显的时间滞后性。依据离层突 水水害分类原则，属于典型的“高位-静水压力”型离层突水。
经综合分析，钱家营矿地质采矿、水文地质条件具备离层突水过程中所 具备的一切条件，极易发生“高位-静水压力”型离层突水，发生突水的离 层一般发育于导水裂缝带上方约20m以内的覆岩内。另外，因钱家营矿主采 煤层顶板存在厚层泥岩或泥质粉砂岩，也易发生“同层-静水压力”周期型 离层。
(二)、东欢坨矿离层突水可能性分析
东欢坨矿离层突水的可能性分析。
(1)离层空间判别：从矿井车57钻孔柱状图(见图9)可知，工作 面上覆岩层软硬岩交替不明显，且砂岩单层厚度不大，煤层开采过程中，覆 岩中很难形成规模性离层发育。
(2)涌水规律判别：据矿井2286、3094大水工作面涌水规律可知， 东欢坨矿工作面开采过程中，涌水量总体上比较平稳，未出现突发性、初期 水量大、持续时间短的涌水现象，未出现离层突水的现象。
东欢坨矿顶板岩层的力学性能、组合特征不具备规模性离层发育的条件， 以往工作面开采过程中也未发现离层突水的现象，经综合分析，认为东欢坨 矿发生离层突水的可能性极低。
7.4.3唐山矿离层突水可能性分析
唐山矿离层突水的可能性分析。
(1)离层空间判别：从矿井扩水01钻孔柱状图(见图10)可知，工 作面上覆岩层软硬岩交替不明显，且砂岩单层厚度不大，煤层开采过程中， 覆岩中很难形成规模性离层发育。
(2)涌水规律判别：据矿井Y485外大水工作面涌水规律可知，唐山 矿工作面开采过程中，涌水量较小，未出现突发性、初期水量大、持续时间 短的涌水现象，未出现离层突水的现象。
唐山矿顶板岩层的力学性能、组合特征不具备规模性离层发育的条件， 以往工作面开采过程中也未发现离层突水的现象，经综合分析，认为唐山矿 发生离层突水的可能性极低。
五、小结
本申请对离层水害，分析研究了离层水害形成过程、条件及水害分类与 特征。结合开滦矿区的地质采矿条件，分析了开滦矿区离层积水的可能性， 得出了如下结论：
(1)开采煤层顶板离层水体突水是一个动态的过程，其形成、发展到 最后结束大致经历了离层空间形成、离层空间积水、离层水体溃出等三个阶 段，并研究分析了各阶段的形成条件。
(2)结合离层突水机制和突水特征，将离层水害分为“高位-静水压力” 型离层突水、“静水压力”周期型离层突水、“低位-动水压力”型离层突水、 “动水压力”周期型离层突水、“采动裂隙”型离层突水五大类，并研究分 析了各类离层突水特征。
(3)经综合分析，认为：钱家营矿地质采矿、水文地质条件具备离层 突水过程中所具备的一切条件，极易发生“高位-静水压力”型离层突水或 “同层-静水压力”周期型离层；东欢坨矿、唐山矿顶板岩层的力学性能、 组合特征不具备规模性离层发育的条件，发生离层突水的可能性极低。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式 的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做 出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。 而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保 护范围之中。
Claims (8)
1.一种识别离层突水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)确定煤层顶板离层水体突水过程的形成条件；
(2)结合离层突水机制和突水特征，将离层水害进行分类；
(3)对矿区离层突水进行可能性分析；
煤层顶板离层水体突水过程，包括离层空间形成、离层空间充水和离层水体溃出；
根据离层水体突水过程，确定离层水体致灾形成条件，包括离层发育条件、离层积水条件和离层溃水条件；
离层发育条件包括：
(A-1)上覆结构“上硬下软”，能够在煤层开采后发育有离层，形成空腔，为离层积水提供空间；
离层形成的力学机制为：上覆岩层间由相对错动引起的张拉或剪应力超过岩层面间的强度，并且是上下岩层的刚度相差较大，容易出现不协调变形，即下位岩层的扰度要大于上位岩层的扰度，如式(1)所示：
wn>wn+1 (1)；
式中：wn ，wn+1 分别为第n ，n+1 层岩层的扰度；
若将采场上覆岩层看成由若干组岩层叠加组合而成，且各岩层上的荷载呈均匀分布，根据组合梁原理，式 (1) 可以等价于如下式 (2) ；
式中：Ei ，hi，γ i 分别为第i 层岩层的弹性模量、厚度和重度，n 为自煤层往上岩层的层数；
进一步式 (2) 可以简化为如下式 (3)：
上下位岩层满足式 (3) 要求，则两岩层间具备发育离层的力学结构；
(A-2)离层发育明显，具有足够储水致灾的离层空间；
离层空间需煤层采空区提供；即煤层开采后，采空区未能完全被冒裂带岩石完全充填，即有：
M-∑(Ki-1)hi>0 (4)；
式中：Ki为煤层采后冒裂带内第i层岩层的碎胀系数；M为煤层采厚；hi为第i层岩层的厚度；
只有满足式(4)时，煤层上覆岩层中才具有发育致灾离层所需的空间，而且式(4)左边数值的大小也限制了覆岩中的最大离层量；因而煤层采厚越大，则越易于发育致灾离层；
仅当煤层上覆相邻两岩层同时满足式(3)和(4)时，两岩层间才可发育致灾离层所需要的空间。
2.根据权利要求1所述的一种识别离层突水的方法，其特征在于，离层空间形成后需要有含水层或者含水体对其进行充水，使其成为充水离层，离层积水条件有：
(B-1)离层能形成“半封闭”空腔，空腔底部岩层隔水，且不能与裂隙带导通，为离层维持积水储量提供条件；离层空腔必须形成“半封闭”空腔，空腔底部岩层隔水，且不能与裂隙带导通，使得离层空腔具备汇积大量离层水的封闭环境，为离层空腔造成突发性的涌水灾害提供条件；具备“半封闭”条件的离层在致灾时位于弯曲带，或者位于裂缝带但下位岩层裂缝“愈合”再次隔水；
(B-2)有补给水源，离层空腔顶部为含水层或有导水通道，为离层积水提供水源；由于离层多发育在“上硬下软”的地层结构中，离层上方坚硬岩层本身多为含水层，随着煤层采动离层裂隙的发育形成，上方含水层水在水头作用下将向离层裂隙渗透,对其形成渗透补给,从而可形成离层积水；部分离层上部可能存在导通裂隙或构造，与水源导通，将对离层空腔形成充足的补给；
(B-3)充裕的积水时间，为离层形成大量积水提供时间；离层空腔内积水需要充裕的时间接受周边含水层的持续补给，离层空腔接受周边含水层的补给时间也就越长，离层水水量就越大，发生离层水涌突水的危险性越大。
3.根据权利要求1所述的一种识别离层突水的方法，其特征在于，离层溃水条件：在离层空腔集满足够致灾的水后，空腔下位岩层在动水压力、静水压力或采动扰动作用下形成贯通工作面的裂缝，发生工作面生突水。
4.根据权利要求3所述的一种识别离层突水的方法，其特征在于，动水压力作用下突水的模式：工作面开采后，上覆关键层与下位软岩开始沿岩层产生分离，离层开始发育；当关键层岩层悬露长度较小时，随着工作面推进，离层逐渐发展,离层长度增加，同时上位含水层中水不断地导入下部离层空间内，使离层空间形成积水体；随着工作面的继续推进，当达到该离层上位岩层的极限破断长度时，离层发育到极限长度，离层上位关键层岩层板发生断裂，整体下沉,使其下方离层迅速减小甚至闭合，上位关键层岩层破断，产生动力，挤压离层积水，使其在瞬间产生很高的水压力，突破下位隔水岩层，产生瞬间突水；
关键层岩梁极限破断长度计算公式为：
式中:hk为第k层硬岩层的厚度，m；σk为第k层硬岩层的抗拉强度，MPa；qk为第k层硬岩层承受的载荷，kN/m2；
工作面推进的距离可由下式近似计算：
式(6)中：Lt为覆岩离层发育至极限值时的工作面推进距离；H为覆岩中发育离层距煤层的距离；
为岩层断裂角；
当工作面实际推进距离大于由式(6)确定的极限推进距时距离，关键层的悬露长度大于其极限破断长度，关键层破断，其下方发育的离层将发生离层水动水压涌突水。
5.根据权利要求3所述的一种识别离层突水的方法，其特征在于，静水压力作用下突水的模式：对于高位发育的离层，随着工作面开采推进，采场覆岩离层逐渐发育，并伴有覆岩中含水层对离层不断补给；随着离层积水量及覆岩变形逐渐增大，离层水头升高，存在一定的静水压力，将对其下位岩层施加一定的孔隙水压力及荷载作用,使得离层下位完整岩层产生微裂隙；当离层积水充满离层空腔，离层积水与上覆含水层水体形成一个整体，离层水体压力将立马跃升，极有可能破坏或击穿其下位岩层的完整性，并与导水裂缝带联通，形成突水通道，发生离层水静水压涌突水；
即在一定条件下,离层水发生静水压涌突水时其下完整岩层存在一极限值,若离层水下实际完整岩层厚度小于该极限值时,将发生离层水静水压涌突水；
引入底板突水危险性评价中的经验突水系数法来确定离层水在静水压下能破坏或击穿其下位完整岩层的极限厚度,得式(7)：
h静＝P/T0 (7)；
式中：h静为不发生涌突水的极限有效隔水层厚度，m；T0为临界突水系数，按《矿井水文地质规程》可近似取0.15MPa/m；P为水头压力，MPa；
当某一离层水体下位完整岩层的厚度小于由式(7)确定的极限厚度时，该离层水将发生离层水静水压涌突水。
6.根据权利要求3所述的一种识别离层突水的方法，其特征在于，采动扰动作用下的突水模式：采动裂隙作用下突水是指在多煤层开采或厚煤层分层开采，存在重复扰动情况下，初次开采时，在覆岩弯曲带内形成离层空间并充水；再次开采时，由于采厚或有效采厚的增加，采动损坏范围会扩大，导水裂隙带会进一步向上位延展，并扩展到初期采动时的弯曲带内，当导水裂隙带进一步发育，直接导通到离层水体，引起离层水体突水；
多煤层开采或厚煤层分层开采，无论上行开采、下行开采，初次开采的煤层上覆岩层形成离层并充水，同时处于长期的稳定状态，要求离层发育弯曲带内；再次开采的煤层上覆岩层导水裂缝带波及到离层水体，如式(8)所示：
H裂-2>H离>H裂-1 (8)；
式中，H离为致灾离层发育高度，m；H裂-1为初次开采煤层的导水裂缝带发育高度，m；H裂-2为再次开采煤层的导水裂缝带发育高度，m。
7.根据权利要求1所述的一种识别离层突水的方法，其特征在于，在步骤(2)中，将离层水害分为五大类：“高位-静水压力”型离层突水、“低位-动水压力”型离层突水、“静水压力”周期型离层突水、“动水压力”周期型离层突水和“采动裂隙”型离层突水；
“高位-静水压力”型离层突水：“高位”离层，是相对于工作面开采结束后，致灾离层发育位置与工作面开采结束后导水裂缝带发育高度的相对关系，该离层无论在采动过程中，还是采动结束后，均发育于导水裂缝带上方；此类型致灾离层的充水水源均来自离层上覆岩体；离层空间充水过程中，水位持续上升到一定高度直至与上覆充水含水层相同水压，离层下覆隔水层在自身重力、静水压力作用下持续蠕变下沉，直至位移达到极限在岩层薄弱部位发生结构性改变而破裂，与下部导水裂隙带沟通，导致离层水下泄采场，发生工作面突水；该类离层在弯曲带中发育，具有离层空间大、维持稳定时间长的特点，能够持续积水，且积水量大；该类离层突水后，具有突发性、水量大、时间短、突水点集中、突水时间滞后特点；
“低位-动水压力”型离层突水：这类离层在开采过程中位于弯曲带或者弯曲带与裂缝带分界处时，发育为相对稳定的离层空腔，接受上覆水源的补给；随着工作面推进，离层上覆岩层悬空距离不断增大，当达到极限破断长度时，在地层荷载的作用下、较完整的坚硬岩体弹性能聚集，失稳后断裂，瞬间释放巨大动能，致使在坚硬岩层下方的离层水体产生超高水压，并导致离层水体破裂溃入矿井，发生工作面突水；该类离层在动水压力模式下突水，溃水时动能大；该类离层突水后，具有突发性、突水点集中、爆发性强、来势凶猛、水量较大、时间短、伴随顶板来压特点；
“静水压力”周期型离层突水：在开采过程中，当离层空间的下覆岩层存在厚层泥岩或泥质粉砂岩，该类岩层通常泥质胶结、遇水膨胀软化，将逐渐封堵开采形成的裂隙，二次形成隔水层，使离层空间成为一个相对稳定的“储水体”，接受来自于上覆含水层水体的渗入，当离层空腔内的水体达到极限静水压力时，与下部导水裂隙带沟通，导致离层水下泄采场，发生工作面突水；随着离层水体水量减小，泥岩隔水层在水理作用下发生膨胀，其裂隙空间逐步缩小直至自愈合，继而再次形成封闭的储水空间，再次循环，泥岩破裂位置前移导致周期性透水；该类离层在静水压力模式下周期性突水对地层条件要求比较苛刻，一是要求离层下覆岩体为易于膨胀软化的厚层泥岩或泥质粉砂岩，二是要求上覆岩层强度大，不易破断；该类离层突水后，具有突发性、突水点集中、水量大、时间短、突水时间滞后、周期性重复发生特点；
“动水压力”周期型离层突水：当开采煤层上覆岩体存在多层软岩交互的岩层组合时，随着工作面推进，上位坚硬岩层与下位软岩之间出现离层，上位含水层补给离层形成离层水，使得离层成为了一个相对稳定的“储水体”，此时整个地层处于平衡状态，随着工作面的继续推进，上位坚硬岩层破断，原先的平衡被打破，离层水瞬间溃入矿井，造成突水；在一次煤层顶板离层突水后，在工作面继续推进的过程中，该离层会逐渐闭合压实，而新的离层空间又可能会继续向前向上形成发展，重新形成离层水，随着工作面的推进，新的平衡又被打破，又造成离层水的溃入井下，形成新的突水事故；突水周而复始，动态周期性的发生；该类离层群多发育于导水裂隙带内，其动态发育过程经历产生、发展至闭合，离层发育空间小，持续时间短，周期性发生；该类离层突水后，具有突发性、突水点集中、爆发性强、来势凶猛、水量较大、时间短、周期性重复发生、伴随顶板来压特点；
“采动裂隙”型离层突水：离层突水主要发生在多层近距煤层或厚煤层多次开采，煤层初次开采时，煤层顶板离层发育于弯曲带，离层发育形成并充水，同时处于长期的稳定状态；再次开采时，煤层覆岩重复扰动破坏，随着开采面积的增大，破坏的强度和范围也不断，导水裂缝带直接导通了该离层水体，引发透水；该类离层在煤层初次开采时发育于弯曲带中，具有离层空间大、维持稳定时间长的特点；再次采动时，离层下位岩层产生采动裂隙导通离层水体与采场，不存在动水压力，该类离层突水后，具有突发性、水量大、持续时间长、爆发性不强特点。
8.根据权利要求7所述的一种识别离层突水的方法，其特征在于，在步骤(3)中：结合离层突水形成条件和类型，对矿区进行离层突水可能性分析，分析离层突水致灾过程及类型；
(3-1)离层空间判别：确定工作面上覆岩层的岩性，工作面开采的厚度、顶板深度，开采后垮落带高度、导水裂缝带高度，根据发育离层与工作面导水裂缝带发育高度的相对位置关系进行离层空间判别；
(3-2)充水离层判别；根据离层充水条件进行判别；
(3-3)离层致灾机制的判别：根据离层溃水条件进行判别；
(3-4)离层水害类型的可能性判别。
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