斜沟煤矿13号煤层带压开采研究及奥灰水防治措施

汪志新

（山西西山晋兴能源有限责任公司，山西 太原 030053）

1 13号煤层的概况

13号煤层是斜沟煤矿主要可采煤层之一，位于太原组，煤层厚度5.95～16.68 m，平均13.88 m；底板标高为260～940 m。顶板为砂质泥岩和泥岩，老顶为中粗粒砂岩，常见炭质泥岩伪顶；底板岩性为泥岩和砂质泥岩，有时为粉砂岩或泥灰岩，普遍存在着炭质泥岩伪底。井田内构造简单，总体走向近南北，倾向西的单斜构造，地层倾角小于15°，一般为9～12°；井田内没有岩浆岩侵入，地表和钻探中也未发现断裂构造和陷落柱，仅在井田东南部发现有宽缓状小褶曲，地表常见滑坡现象。

2 13号煤层底板的充水条件分析

2.1 13号煤层底板主要充水水源

13号煤层底板主要充水水源是奥灰岩溶水，构成了13号煤底板相对较强的含水结构体。

1）峰峰组含水性分析：分析井田内0403、0702、2403号水文钻孔对峰峰组抽水试验资料，水文钻孔单位涌水量分别为0.001 1 L/（s·m）、0.004 8 L/（s·m）、0.004 4 L/（s·m），均小于0.1 L/（s·m），且根据室内外相关试验及测试等手段分析，峰峰组岩溶裂隙不甚发育，泥质充填或半充填，由此可见峰峰组属于弱含水层。

2）上马家沟组含水性分析：分析井田内水文钻孔对上马家沟组含水层抽水试验资料，单位涌水量均大于1 L/（s·m），0204及0403水文孔单位涌水量大于5 L/（s·m），上马家沟组富水性属于强到极强含水层，如表1所示。

表1 上马家沟组抽水试验表

2.2 13号煤层底板的充水通道

奥灰岩溶水能否进入13号煤层，主要取决于13号煤层及其围岩的埋藏条件，以及孔隙、裂隙、岩溶的发育、连通程度等；特别是在13号煤层带压开采的情况下，奥灰岩溶水能否造成重大突水和淹井事故，主要取决于13号煤层底板是否存在地质构造破坏，沟通了13号煤层与奥灰水之间的水力联系等。对13号煤层底板而言，斜沟煤矿目前开采尚未发现导水断层、构造构造破坏带岩溶陷落柱等主要充水通道。

2.3 13号煤层的充水强度

13号煤层开采主要受顶底板砂岩裂隙水、奥灰水、上覆8号煤层采空区积水的影响，目前矿井涌水组成主要为顶板砂岩裂隙水和部分采空积水。经过多年采掘煤层顶板冒落后，顶板砂岩裂隙水已基本得到自然疏放，一般不会对矿井造成太大影响。根据矿井排水系统分析，目前矿井排水能力能够满足相关规程排水要求。

3 13号煤层底板带压开采的危险性研究

根据钻孔资料，太原组含水层至奥陶系峰峰组顶面的距离为78.55～96.55m，平均86.89m。砂质泥岩、泥岩、粉砂岩、铝质泥岩、炭质泥岩累计厚度38.8～85.5 m，平均64.76 m，结构为泥质岩类与砂岩相互叠置，而且13号煤层底板岩性多为泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩，泥质岩类占有相当大的比例，结构致密、坚硬，岩石较为完整，裂隙不发育，峰峰组含水层属弱含水层，具有一定的隔水性能。所以，峰峰组弱含水层对13号煤层开采影响较小，发生突水危险的可能性较小。

上马家沟组含水层单位涌水量均大于1L/（s·m），其富水性为强到极强，而且大部分13号煤层底板标高低于奥灰岩溶水位标高，所以13号煤层属于带压开采煤层，有必要评价其危险性。按照《煤矿防治水规定》要求，采用“突水系数法”对13号煤层带压开采进行计算的公式为：

式中:Ts为突水系数，MPa/m；P为煤层底板隔水层承受水压，MPa；M为底板隔水层厚度，m。

根据式（1）斜沟井田内各水文钻孔处13号煤层受奥灰岩溶水威胁的程度，如表2所示。

从表2看出，井田内最大突水系数为0.147 MPa/m，根据《煤矿防治水规定》底板受构造破坏地段一般不大于0.06 MPa/m，正常块段不大于0.1 MPa/m，可将斜沟井田分为四个区：东部非带压开采区，中部带压开采安全区、完整块段突水安全区，西部带压开采突水危险区。据此初步认定：斜沟煤矿开采中东部13号煤层时，在有导水构造存在的情况下，存在奥灰岩溶突水的可能性；开采中西部13号煤层时，突水的危险性较大，且越靠西部边界突水的危险性越大。

表2 13号煤层突水系数估算成果表

4 13号煤层底板奥灰水的防治措施

13号煤层生产中，应对13号煤层底板加大物探力度，采用钻探和坑道无线电波透视等综合物探手段，加强垂向导水构造的探查，有效查明13号煤层底板是否有导水断层、构造破碎带、岩溶陷落柱等充水通道；在有垂向导水构造的地段，应预先处理或留设必要的防水煤柱，建议在生产中时刻关注工作面情况、涌水量变化、奥灰水位变化；一旦发现异常情况，必须采取相应措施阻止13号煤层底板突水的可能性，真正做到“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”。

[1]GB12719-91,矿区水文地质工程地质勘探规范[S].北京：中国标准出版社，1991.

[2]国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.煤矿防治水规定[M].北京：煤炭工业出版社，2009.

[3]马丕武，王海建，贾丽春，等.山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿水文地质勘探报告[R].太原：山西省第三地质工程勘察院，2012：117-134.