利用“五图—双系数法”对煤层奥灰岩溶水带压开采突水危险性评价

2017-01-20焦向贵

山西水利 2016年6期

关键词：突水井田水系

焦向贵

（广灵县水资办，山西广灵 037500）

利用“五图—双系数法”对煤层奥灰岩溶水带压开采突水危险性评价

焦向贵

（广灵县水资办，山西广灵 037500）

依据“五图—双系数法”基本原理，对朔州小峪煤矿最下部带压开采的25号煤层进行奥灰岩溶水突水危险性评价，以“带压系数”和“突水系数”双系数为评价指标，用三级评价标准判别。评价结果显示，25号煤层带压开采时，主要划分为Ⅱ，Ⅲ级评价级别。总体上25号煤层奥灰水带压开采安全性较高。

奥灰岩溶水；带压开采；带压系数；突水系数；三级判别

煤层在承压水体上进行带压开采时，必然存在着底板突水威胁。为有效防范承压水体对煤层底板突水灾害，保障矿井生产安全，开展煤层底板突水危险性评价显得尤为必要。本次选取朔州小峪煤矿最下部25号煤层，采用“五图—双系数法”进行煤层底板奥灰岩溶水突水危险性评价。“五图—双系数法”与其他突水评价方法相比，可以较全面地考虑多方面因素，避免层间错综干扰，图表结合而直观，从而得出较为理想的评价结果。

1“五图—双系数法”原理

“五图—双系数法”用于煤层底板突水评价时涉及许多工作内容，其中最重要的是围绕“五图”、“双系数”和“三级判别”来进行。“五图”包括底板保护层破坏深度等值线图、底板保护层厚度等值线图、煤层底板以上水头等值线图、有效保护层厚度等值线图和带水头压力开采评价图。“双系数”是指“带压系数”和“突水系数”。“三级判别”是与“双系数”配合用来判别突水与否、突水形式和突水量变化的三个指标：Ⅰ级判别是判别工作面必然发生直通式突水的指标；Ⅱ级判别是判别工作面发生非直通式突水可能性及其突水形式的指标；Ⅲ级判别是判别已被Ⅱ级判别定为突水工作面其突水量变化状况的指标。

2 矿井地质及水文地质条件概况

小峪煤矿为低山丘陵地貌，区内大面积被第四系黄土覆盖，仅在沟谷中出露基岩地层。区内赋存地层自下而上有奥陶系中统下马家沟组、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组、二叠系下统下石盒子组、上统石盒子组、白垩系、第四系地层。其中石炭系上统太原组和二叠系下统山西组为含煤地层，主要可采煤层有山西组16号煤层，太原组18，19，22，25号煤层。

本井田位于大同煤田中部，大同煤田主向斜轴的东翼，总体为向北倾斜的单斜构造，地层产状平缓，倾角小于10°，在矿区南部发育小峪向背斜构造。断层分北东向和北西向两组，落差大于10m的断层有5条。在井下开采过程中揭露陷落柱1个。

大同煤田岩溶水系统由多个子系统组成，由北至南依次为十里河岩溶水系统、口泉河岩溶水系统、鹅毛口河岩溶水系统、小峪河—大峪河岩溶水系统。本井田处于小峪河—大峪河岩溶水系统的径流区。按含水层组成的岩性特征和储水空间性质，矿区可划分5个含水层，即：奥陶系岩溶裂隙含水层、太原组砂岩裂隙含水层、山西组砂岩裂隙含水层、石盒子组砂岩裂隙含水层和第四系孔隙含水层。根据井田勘探资料，5个含水层富水性差。其中对煤层开采充水影响的主要含水层为山西组、太原组砂岩裂隙含水层和奥陶系岩溶裂隙含水层。

3“五图—双系数法”突水危险性评价

采用“五图—双系数法”对小峪煤矿最下部带压开采的25号煤层进行奥灰岩溶水突水危险性评价。

3.1 评价标准

依据《煤矿防治水规定》和井田断层发育程度，本次评价以“带压系数”为主要评价指标，结合“突水系数”评价指标，并配合“三级判别”，一共可以分为三级评价标准。

Ⅰ级评价：当“带压系数”和“突水系数”均大于0.06MPa/m时，“双系数”均超出临界值，由于承压水头高，底板保护层难以阻抗作用在其上的水头压力，工作面必然发生直通式突水。

Ⅱ级评价：当“带压系数”小于0.06MPa/m，“突水系数”大于0.06MPa/m时，“带压系数”未超出临界值，发生底板突水的可能性较小。但“突水系数”超过临界值，工作面存在发生非直通式突水的可能性，尤其是在断层附近存在发生突水的可能。

Ⅲ级评价：当“带压系数”和“突水系数”均小于0.06MPa/m时，“双系数”均未超出临界值，底板保护层中“有效保护层”阻抗水头压力的能力较高，能起到安全保护作用，在正常情况下发生底板突水的可能性极小。但在断层附近存在发生突水的可能。

3.2 参数选取

通过对井田内钻孔资料的分析，本井田奥灰水带压区内25号煤层底板埋深215～347.23m，奥灰岩溶水水位1155.5～1166.0m。按照“五图”绘制标准可知：本井田25号煤层底板承受的水头压力在0.69～2.06MPa之间。

煤层底板的导水破坏深度在13.66～14.78m之间，根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中计算公式：

h=0.0085H+0.1665α+0.1079L-4.3579.

式中：h——底板破坏带深度，m；

L——工作面斜长，取150m；

H——开采深度，取217.35～349.48m；

α——煤层倾角，取3°。

计算得底板保护层厚度在36.36～47.48m之间，底板有效保护层厚度在21.89～33.80m之间。

通过对上述“四图”综合分析研究，选取相关参数。依据“带压系数”计算公式Td=P/M，其中：Td为带压系数，P为底板水头压力，M为底板保护层厚度。计算得出25号煤层的“带压系数”在0.02～0.049MPa/m之间。依据“突水系数”计算公式Tt=P/（M-Cp），其中：Tt为突水系数，P为底板水头压力，M为底板保护层厚度，Cp为底板破坏深度。计算得出25号煤层“突水系数”在0.03～0.076MPa/m之间。

3.3 评价结果

依据煤层底板“带压系数”和“突水系数”数据，绘制了25号煤层底板带压系数等值线和突水系数等值线，以“带压系数”为主要评价指标，结合“突水系数”评价指标，配合“三级判别”，进行带压等级分区，可划分为Ⅱ，Ⅲ级区。

根据图面显示并结合评价标准，对评价结果分述如下：

第一，在04，305，409号钻孔以北，409，415号钻孔以东（即以突水系数0.06MPa/m等值线为界），带压系数小于0.06MPa/m，突水系数大于0.06MPa/m，属Ⅱ级评价的范畴，发生突水的可能性小，但“有效保护层”阻抗水头压力的能力较低，增加了发生突水的可能性，同时遇导水断层时有发生突水的可能。

第二，本井田位于Ⅱ级评价区域之外，块段“双系数”均小于0.06MPa/m，属Ⅲ级评价的范畴，正常情况下发生突水的可能性小，在遇导水断层时有发生突水的可能。

第三，本井田位于Ⅱ，Ⅲ级评价区域，总体上25号煤层奥灰岩溶水带压开采安全性较高，但开采煤层过程中应加强构造导水性的探测，并采取有效防治水措施，确保矿井安全生产。

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