新元煤矿15#煤层突水危险性评价分析

（阳泉煤业（集团）有限责任公司，山西 阳泉 045000）

1 概况

新元煤矿15号煤层，位于太原组下段顶部，上距9号煤层41.97～92.95m，平均62.73m，煤层厚0～7.00m，平均3.29m，属中厚煤层，其可采性指数为0.91、厚度变异系数为44%，为大部可采的稳定煤层，含0～5层夹石，结构简单～复杂。顶板主要为石灰岩，局部为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、炭质泥岩及中、粗粒砂岩；底板主要为泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩、粉砂岩，局部中、细粒砂岩。本层属大部可采稳定的中厚煤层。

2 突水危险性评价

2.1 突水系数法

突水系数即单位隔水层厚度所承受的水压，而临界突水系数则为单位隔水层厚度所能承受的最大水压。用突水系数法预测煤层底板突水，公式易于理解，计算简单，其表达式中有水压、隔水层厚度两项因素，基本能反映底板突水因素的综合作用。

本次各煤层底板岩溶水突水危险性评价采用《煤矿防治水细则》中突水系数计算公式，如下：

式中：T为突水系数，MPa/m；P为隔水层承受的水压，MPa；M为底板隔水层厚度，m。

评价分区依据：对于正常块段，临界突水系数为0.1MPa/m，当T小于0.1MPa/m时为安全区，反之为危险区；对于构造破坏块段，临界突水系数为0.06MPa/m，当T小于0.06MPa/m时为安全区，反之为危险区。

3 煤层底板奥陶系峰峰组岩溶水突水危险性评价

3.1 隔水层底板承受的水压

煤层底板突水实质是由于含水层的水压作用等多种因素影响破坏后，导致隔水岩层失稳的结果。水压是底板突水灾害发生的主要因素之一，水压愈大，突水的可能性也就越大。水压的大小一方面与水位有关；另一方面也与煤层隔水层底板标高有关。

根据井田奥陶系峰峰组地下水水位等值线图，采用内插法确定各控制钻孔的水位标高，计算煤层与奥灰间隔水层底板承受的峰峰组岩溶水水压（见表1），并绘制隔水层底板水压等值线（见图1）。煤层隔水层底板承受的水压为0.07～4.69MPa，在井田内由东北向西南呈递增趋势：东北部较小，西南部较大。

表1 峰峰组水位标高和隔水层底板水压计算

图1 奥灰间隔水层底板承受峰峰组含水层水压等值线图

3.2 15#煤到奥灰顶界隔水层厚度

隔水层的厚度对煤层底板突水起着抑制作用，而隔水层的隔水能力与隔水层的厚度、强度和岩性组合有关。煤层受峰峰组含水层水压作用的隔水层厚度为煤层底板到本溪组底部即奥灰顶界的地层间距。

15#煤到奥灰顶界面岩层厚度为51.49～132.30m，平均厚度为94.79 m。伴随煤层开采，底板扰动破坏，其底板起主要隔水作用的岩层为太原组底部的砂质泥岩地层和本溪组的铝土泥岩地层。底板隔水层岩性主要由泥岩、铝土泥岩、砂质泥岩及粉砂岩等组成。砂质泥岩抗压强度为4.10～21.7MPa，平均14.10MPa；铝土泥岩抗压强度4.7～35.1MPa，平均14.5MPa，且该地层在井田内分布规律稳定。软硬岩石相互叠置的组合对底板岩溶裂隙水具有较好的隔水性能，且受构造破坏程度低。

3.3 15#煤层底板峰峰组岩溶水突水危险性评价

根据突水系数计算公式（1）计算，得到15#煤层底板峰峰组岩溶水突水系数为0.0151～0.0464MPa/m（见表2），小于构造块段突水系数临界值0.06MPa/m，在带压开采区内（绿色区）全区为安全区，井田西北部有小范围的不带压区。

表2 15#煤层底板峰峰组岩溶水突水系数统计

序号 孔号 水位标高/m煤层底板标高/m水压/MPa隔水层厚度/m突水系数/（MPa/m）13 19+649+352.43 3.93 104.1 0.0377 14 22+617+404.89 3.14 108.5 0.0290 15 24+621+448.58 16 25+626+432.49 17 28+598+446.30 18 29+606+440.79 19 30+618+409.86 20 34+586+429.80 21 35+591+427.22 22 44+549+415.38 23 45+563+397.89 24 51+548+404.87 25 58+517+526.51 2.57 2.92 2.32 2.43 3.29 2.46 2.60 2.59 2.61 2.39不带压26 60+524+451.59 27 Od-1+670+388.75 1.61 3.67 28 Od-2+520+344.43 29 Od-3+693.69+320.49 30 Od-4+678.83+592.02 31 Oj-6+568.4+384.51 2.57 4.69 1.62 2.73 32 KS-1+653+584.10 1.52 89.43 0.0287 103.9 0.0281 85.39 0.0272 82.22 0.0295 127.6 0.0258 94.56 0.0260 101.6 0.0256 132.3 0.0196 102.3 0.0255 114.6 0.0208 98.79 —91.63 0.0176 93.1 0.0395 83.87 0.0307 104.3 0.0450 78.12 0.0207 95.01 0.0288 85.95 0.0177

图2 15#煤层底板峰峰组岩溶水突水危险性评价分区

4 煤层底板奥陶系上马家沟组岩溶水突水危险性评价

4.1 隔水层底板承受的水压

根据井田奥陶系上马家沟组地下水水位等值线图，采用内插法确定各控制钻孔的水位标高，计算煤层与奥灰间隔水层底板承受的上马家沟组岩溶水水压（见表3），并绘制隔水层底板水压等值线图（见图3）。煤层隔水层底板承受的水压为0.05～3.73MPa，在井田内由北向南呈递增趋势，井田北部、西北部较小；井田南部、东南部较大。

表3 上马家沟组水位标高和隔水层底板水压计算

序号 孔号上马家沟组水位标高/m奥陶系顶界标高/m隔水层底板承受的水压/MPa 6 P65+567.50+392.27 1.72 7 P75+560.00+439.82 1.18 8 2+594.20+226.02 3.61 9 6+593.00+401.70 1.88 10 7+593.20+344.39 2.44 11 12+592.90+361.88 2.26 12 17+592.60+371.19 2.17 13 19+593.40+248.29 3.38 14 22+591.70+296.44 2.89 15 24+592.40+358.83 2.29 16 25+592.80+328.58 2.59 17 28+591.70+360.94 2.26 18 29+592.05+358.57 2.29 19 30+592.40+282.29 3.04 20 34+591.60+335.24 2.51 21 35+591.90+325.61 2.61 22 44+579.00+284.73 2.89 23 45+590.50+296.46 2.88 24 51+588.00+304.42 2.78 25 58+560.00+427.72 1.30 26 60+568.50+359.96 2.04 27 Od-1+593.47+295.20 2.92 28 Od-2+575.48+257.45 3.12 29 Od-3+595.32+215.00 3.73 30 Od-4+591.80+513.63 0.77 31 Oj-6+591.50+289.50 2.96 32 KS-1+590.20+498.15 0.90

图3 15#煤层底板隔水层承受上马家沟组含水层水压等值线图

4.2 15#煤到奥灰顶界隔水层厚度

由于前面所述奥陶系峰峰组位于上马家沟组之上。而峰峰组本身为含水层，因此15#煤到奥灰顶界隔水层厚度仍然为煤层底板到本溪组底部即奥灰顶界的地层间距：51.49～132.30m，平均厚度为94.79 m。

4.3 15#煤层底板上马家沟组岩溶水突水危险性评价

根据突水系数计算公式（1）计算，得到15#煤层底板上马家沟组岩溶水突水系数为0.0101～0.0372MPa/m（见表4），小于构造块段突水系数临界值0.06MPa/m，井田北部边缘为不带压区，其余区域均带压，带压开采区内全区为安全区。

图4 15#煤层底板上马家沟组岩溶水突水危险性评价分区

表4 15#煤层底板上马家沟组岩溶水突水系数统计

序号 孔号 水位标高/m煤层底板标高/m水压/MPa隔水层厚度/m突水系数/（MPa/m）27 Od-1+593.47+388.75 2.92 93.1 0.0314 28 Od-2+575.48+344.43 3.12 83.87 0.0372 29 Od-3+595.32+320.49 3.73 104.3 0.0357 30 Od-4+591.80+592.02 不带压 78.12 —31 Oj-6+591.50+384.51 2.96 95.01 0.0312 32 KS-1+590.20+584.1 0.90 85.95 0.0105

5 结语

1）峰峰组隔水层底板承受的水压，在井田内由东北向西南呈递增趋势：东北部较小，西南部较大。

2）上马家沟组隔水层底板承受的水压，在井田内由北向南呈递增趋势，井田北部、西北部较小，在井田南部、东南部较大。

3）峰峰组水突水危险性评价：15#煤层西北角不带压，带压区内底板峰峰组岩溶水突水系数为0.0151～0.0464MPa/m，为带压开采安全区。

4）上马家沟组水突水危险性评价：15#煤层在井田北部边缘不带压，带压区内底板上马家沟组岩溶水突水系数为0.0101～0.0372MPa/m，为带压开采安全区。