滇东某煤矿早石炭系煤层底板泥盆系灰岩水突水性分析

邱华华

摘要：煤层底板突水是一种受控于多因素且具有复杂的非线性动力特征的复合动态现象，一直是威胁我国煤矿安全生产的主要灾害之一，尤其是随着开采深度的不断增加，带压开采已成为深部煤炭资源开发的主要方式，底部灰岩发育的裂隙岩溶高承压水的威胁日趋严重，因此进行底板突水防治就显得尤为重要。通过对滇东地区石炭系含煤地层主要可采煤层水文地质条件、底板充水水源和充水通道深入分析，提取评价煤层底板突水危险性关键指标，综合考虑岩溶裂隙发育、地质构造、隔水层厚度、岩溶裂隙含水层富水性、灰岩含水层厚度5个突水主控因素，并进行底板突水危险性分区。

关键词：煤底板，突水，危险性评价，岩溶水

前 言

滇东地区某煤矿煤系地层为石炭系下统万寿山组地层，主要可采煤层为C4煤层，由于C4煤层底板距下部灰岩仅有6.4m，因此底板水成为该煤矿煤层开采的主要威胁，对矿区突水危险性分区及评价就显得尤为重要。

1、矿区底板水文地质条件分析

1.1 矿区C4煤层底板含水层

矿区地貌类型属高原构造侵蚀和构造溶蚀高中山地貌，属区域水文地质单元的补给径流区，最低侵蚀基准面高程为1950m，底板含水层为石炭系下统金子沟组（C1j）岩溶裂隙含水层及泥盆系上统（D3）岩溶裂隙强含水层。金子沟组（C1j），岩性以灰、灰白色薄层灰岩及块状含燧石钙质白云岩为主，厚27.61m，该岩溶含水层距矿区主采C4煤层平均垂距仅为6.4m，属矿床底板含水层，且与下伏D3之间无隔水层，对矿区中深部煤层开采及矿坑底板涌水、突水具有直接威胁。泥盆系上统（D3）岩性为深灰色厚层白云岩、灰黑色中厚层状粗晶白云岩，厚度大于100m。地面调查及钻探揭露C1j、D3两个岩溶含水层之间无隔水层存在，为同一个含水层组，钻孔静止水位观测结果：101孔水位埋深661.33m，标高2306.22m;102孔水位埋深515.88m，标高2331.68m，201孔水位埋深695.26m，标高2205.14m，202孔水位埋深490.16m，标高2245.24m，煤矿主平硐初见水位2068.46m。C1j、D3两个岩溶含水层平均水头标高为2231.35m， 单位涌水量0.293 L/s.m ，渗透系数0.1302 m/d。

1.2 矿区水文地质条件类型

矿区地形陡竣，沟、谷切割较深，岩溶含水层导水性强，最低侵蚀基准面之上有利于地下水的自然排泄而不利于富存，但由于煤系地层较薄，煤系上覆及下覆地层均为岩溶裂隙强和较强含水层，上覆岩溶裂隙含水层单位涌水量0.0158～0.293 L/s.m，显示含水层富水性极不均匀，煤系地层虽然富水性极弱，为相对隔水层，但厚度较薄，煤层开采后其导水裂隙将直接沟通上覆岩溶含水层对矿坑充水。主采C4煤层下距D3、C1j岩溶含水层垂距平均仅为6.4m，煤层底板且为软弱地层，加之岩层由于裂隙、断裂构造影响强度降低，深部开采时具有底板突水的威胁，无论为顶板充水或是底板突水，岩溶含水层均具有管道复杂、不均匀，水量大，点状集中排泄涌出、难于预防的特点，且矿区大部分资源位于最底侵蚀基准面以下，因此矿区水文地质条件类型为以岩溶裂隙含水层充水为主的中等偏复杂类型。

2、煤层底板突水性分区概述

通过对煤层底板标高与底板岩溶含水层水头标高及主平硐井口之间关系的分析，将煤矿煤层开采区域分为以下4个区域：

（1）安全区

开采煤层均位于底板岩溶含水层水位以上，无突水性危险。

（2）较安全区

通过疏干降压的方式，降低底板岩溶水位的水头，处于这部份水头之上的煤层为较安全区，应配合井下物探、钻探验证。

（3）突水危险性较小区

通过各种手段降低底板水的水头标高后，预测矿区的突水性及突水量，部分突水区的水量能够通过排水设备排出井口，这部分区域为突水性危险较小区。

（4）突水危险区

处于突水性危险区，且通过排水设备不能及时排出井巷的水并可能导致淹井，这部分区域为突水性较大区。

3、煤矿煤层底板突水性分区

根据煤矿水文数据，以C4煤层底等高线图画出煤层底板等水位线图（见图1）。

（1）安全区

由图1所知，A区C4煤層均位于底板含水层水头之上，因此无突水危险，为安全区。

（2）较安全区

《煤矿安全规程》规定：“承压含水层与开采煤层之间的隔水层能承受的水头值大于实际水头值时，可以带水压开采，但必须制订安全措施，报企业主要负责人审批”;“承压含水层与开采煤层之间的隔水层能承受的水头值小于实际水头值时，开采前必须采取下列措施，由企业主要负责人审批：①采取疏水降压的方法，把承压含水层的水头值降到隔水层能承受的安全水头值以下，并制订安全措施。②承压含水层不具备疏水降压条件时，必须采取建筑防水闸门、注浆加固底板、留设防水煤柱，增加抗灾强排能力等防水措施”。由于煤矿主井布置于由煤层底板泥盆系灰岩内，符合①的条件，通过前期疏干降压的方式，可以自然排出矿区内2068m以上的岩溶水，由于C4煤层底板与灰岩含水层之间平均有6.4m的泥岩隔水层，按照周边煤矿的经验值，1m厚的泥岩隔水层可以承受64m的水头压力，因此将煤层底板标高2000m区域以上均视为较安全区，但在掘进时必须通过物探，钻探手段进行探测，安全时方可进行开采。（见图B区）。

（3）突水危险性较小区

根据相关水文试验数据，煤层底板标高2000m以下肯定会发生突水，因此应预算相应的突水量。根据煤矿的排水设备情况，突水量10000m3/d以内的水量均能通过排水设备排出井巷外，也就是说发生突水时，如果突水量小于10000m3/d，按煤矿现有的井巷情况及排水设备，水能及时排出而不致淹井。因此必须预测出突水量小于10000m3/d的区域，以指导煤矿生产。

根据矿区突水面积，灰岩含水层厚度，以及抽水试验得出的各项数据，利用公式--，反算出H值（H为煤层底板至含水层水位的高度，即突水时的降深值），即灰岩水头高度。将各项数据代入公式（计算过程略），计算出H值为526m，和煤层底板等高线叠加后，得到图1中CD分界线，而C区即为突水危险性较小区。

（4）突水危险区

根据（3）可知，图1中D区即为突水危险区

4、突水危险性分区的意义

（1）便于结合煤层受灰岩水的威胁程度区别开采煤层受灰岩水威胁的情况错综复杂，不同煤层、同一煤层的不同部位在隔水层、构造、水压、含水层水力联系等因素的共同影响下，呈现出不同的受水威胁情况，进行突水危险性分区后，可以较为方便地掌握开采区域的受水威胁情况。如可在采掘工程平面图或充水性图上构列出各区的界线，随时了解采掘工作面所处的区域。

（2） 便于防治水技术管理实行突水危险性分区后，煤层的突水危险程度在图纸上一目了然，在编制采掘计划时可以一并考虑防治水技术措施;同时，业务保安、技术管理部门和安全监察、行业监管部门在检查指导防治水工作时，也更具针对性。

（3）便于采取不同的防治水措施进行突水危险性分区后，各区的防治水工作可以按相应区域的措施执行，便于程序化、规范化操作。

5、结语

突水危险性分区是工作经验和理论探索的提炼，目前还存在基础较为薄弱、划分依据尚需推敲的的问题，如何在以后的实际工作中完善和发展，还需要做大量的工作，需要结合矿山实际，根据某一矿山的治水经验，经实践认证后推广到具有相类似水文地质条件的矿山，突水危險性分区才更有意义。

参考文献：

[1] 章至洁，韩宝平，张月华。水文地质学基础。徐州：中国矿业大学出版社，1995。

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[4] 郑世书，陈江中，孙亚军等。专门水文地质学。徐州：中国矿业大学出版社，1999。

[5] 张平卿，浅谈底板灰岩水的突水危险性分区。中州煤炭2009 年第10期