龙泉煤矿4号煤层带压开采安全评价及防治水措施

朱庆伟，李小明

(华北科技学院 安全工程学院,北京 东燕郊 101601)

龙泉煤矿4号煤层带压开采安全评价及防治水措施

朱庆伟，李小明

(华北科技学院 安全工程学院,北京 东燕郊 101601)

通过对龙泉煤矿4号煤层充水水源、充水通道、底板岩层组合及阻水性能进行分析，对4号煤层底板太灰水和奥灰水突水系数进行了计算。结果表明，4号煤层奥灰水突水系数部分大于0.06 MPa/m，因此并将井田划分为两个块段，Ⅰ区为相对安全区，但也存在发生突水的可能；Ⅱ区为相对危险区，存在突水危险，必须制定专门地带压开采方案。

4号煤层,底板,突水系数

1 井田及4号煤层概况

龙泉井田(以下简称井田)位于山西省中部的娄烦县境内，井田南北宽5.747 km，东西长8.635 km，面积35.2379 km2，矿井设计生产能力为5.0 Mt/a。矿井服务年限为50.3 a。矿井初步设计为两个水平开采，以副立井车场+775 m水平作为矿井4号煤层的开采水平。

4号煤层(俗称丈八煤)：位于太原组顶部，厚1.70～8.40 m，平均6.47 m，是本井田主要可采煤层之一。煤层结构复杂，一般含3层夹矸，最多达8层，夹矸一般为泥岩或炭质泥岩，厚度变化无规律可循，但总的趋势是，井田的东南部薄，厚度在6 m以下，其它地段均在6 m以上，仅在西南部的61、252、254号3个孔小于6 m，厚度在4.94～5.88 m，该层在井田西北部分叉，分叉后主煤层厚度一般在1.52～2.60 m之间。顶底板岩性多为砂质泥岩或泥岩。属全井田可采的稳定煤层。

2 4号煤层底板充水条件

2.1 4号煤层底板主要充水水源

4号煤层底板主要充水水源为奥灰含水层(组)，奥灰含水层含水性分析：据LB5号孔峰峰组含水层抽水试验，单位涌水量q为0.17 L/s.m，渗透系数0.16 m/d，水位标高+1141.81 m，富水性中等；上马家沟组稳定水位深度26.10 m，标高+1123.79 m，与峰峰组水位差18.02 m。据LB3、LB4号孔峰峰组与上马家沟组混合抽水试验，单位涌水量q为0.0～0.18 L/s.m，渗透系数为0.017～0.26 m/d，水位标高+1147.08 m、+1125.38 m，富水性弱—中等

2.2 4号煤层底板的充水通道

4号煤层在开采过程中产生的顶底板采动破坏带是4号煤层的主要充水通道，依据探查结果，在4号煤层上发现一直径大于25 m的陷落柱，该陷落柱在各主要煤层顶板及奥灰水顶部灰岩中均富水。

3 带压开采安全性分析

3.1 底板隔水岩柱阻水性能评价

4号煤层以下至奥灰顶面隔水岩柱从下往上大致可分为：本溪组铝土岩段；本溪组砂岩、泥岩、灰岩互层段；太原组K1砂岩段至4号煤层底砂岩、泥岩、煤、灰岩互层段。隔水岩柱主要由泥岩、砂质泥岩、砂岩、石灰岩、铝质泥岩、铝土泥岩等组成，平均厚度138.18 m。其中本溪组底部铝质泥岩及铝土泥岩在井田内分布较为稳定，西部235孔厚度最大为10.75 m，中部LB3号孔5.10 m；东部LB4号孔4.90 m；东南部80号孔4.95 m。西南部248号孔最薄，为3.4 m。根据其它矿区经验，铝质泥岩具有很强的隔水消压性能，每米可降低奥灰水头32 m。在正常岩层地段铝质泥岩稳定存在对防止底板奥灰突水具有非常重要的意义。见图1。

图1 4号煤层奥灰水隔水层厚度等值线图

3.2 突水系数计算及分区

按照《煤矿防治水规定》要求，采用“突水系数法”对4号煤层带压开采进行计算的公式为：

T=P/M

(1)

式中：T——突水系数,M·Pa/m；P为底板隔水层承受的压力,M·Pa；M为底板隔水层厚度，m。

根据式(1)可得龙泉煤矿井田内各水文钻孔处4号煤层受底板奥灰水威胁的程度，如表1所示。

表1 4号煤层奥灰突水系数计算表

由表1可得，4号煤层在底板标高大于460 m以上地段，奥灰水突水系数小于0.06 MPa/m；在底板标高小于460 m以下地段，奥灰水突水系数在0.06～0.1 MPa/m之间。根据《煤矿防治水规定》在构造发育地段临界突水系数值为0.06 MPa/m，在正常地段临界突水系数值为0.1 MPa/m，可将井田划分为两个块段即突水系数小于0.06 MPa/m的块段(即图2中的Ⅰ区)和突水系数大于0.06 MPa/m的块段(即图2中的Ⅱ区)。

图2 4号煤层奥灰突水系数分区图

(1) Ⅰ区，为相对安全区。主要分布在底板标高大于460 m以上地段，该区段内4号煤层底板至奥灰顶面隔水层厚度136.40 m(261孔)至160.6 m(73孔)，隔水层厚度较大，正常情况下底板突水的可能性小。根据三维地震及电法勘探资料可知构造是本区段控制奥灰突水的主要因素。今后在生产中应加强断层、陷落柱及其导水性的探测工作，防止奥灰突水，确保安全生产。

(2) Ⅱ区，为相对危险区。主要分布在底板标高小于460 m以下地段，该区段内4号煤层底板至奥灰顶面隔水层厚度约110-137 m，可以承受一定的奥灰岩溶水的水头压力。区内带压水头较高，构造勘探程度不足，需要加强水文地质补充勘探工作，进一步查明区内构造特征及下伏奥陶系含水层富水特征，为下一步评价带压开采条件提供相关数据。

4 防治水措施

(1) 按相关规定留设导水陷落柱、断层煤柱，增加隔水层厚度，落差较大的断层要留设足够的防水煤柱。

(2) 综合运用井上和井下各种探测方法进行探查，一旦发现导水断层、陷落柱等构造及可能突水的薄弱地带，要及时处理。

(3) 在带压区内，要时刻注意工作面情况、涌水量变化，奥灰水和太灰水的水位变化，一旦发现异常情况，必须立即采取相应措施阻止[7]。

(4) 严格执行“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采“的管理规定。

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Water Control Measures and Safety Evaluation of Mining under Pressure of 4#Coal in Longquan Coal Mine

ZHU Qing-wei,LI Xiao-ming

(CollegeofSafetyEngineering,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Yanjiao，101601,China)

By analyzing the water filling sources and passageway,the combination of floor strata and water proof capability,a calculation was conducted on the water inrush coefficient of the seam floor in Taiyuan and Ordovician limestone water.The results showed that the water inrush coefficient of the Ordovician limestone water is section greater than 0.06 MPa/m,So divided the minefield into two blocks,the zoneⅠis relatively safety area,but water bursting possibility is existed,and the zone Ⅱ is relatively dangerous zone ,water bursting is existed,should draw up special program for mining under safe water pressure.

4#coal；seam floor；the water inrush coefficient

2016-05-16

中央高校基本科研业务费项目(3142015139)

朱庆伟 (1992-)，男，安徽安庆人，大学毕业，华北科技学院在读硕士研究生，从事安全工程领域方面的研究。 E-mail：18130563300@163.com.

TD745

A

1672-7169(2016)04-0039-04