曹村煤矿十采区2 号煤充水条件及突水危险性分析

郝晓虎

（霍州煤电集团 大地煤业有限公司，山西 吉县 042202）

1 概 况

煤炭在我国能源结构中占据主体地位，水害事故是制约煤炭安全开采的矿井灾害之一，据统计，我国受水害威胁的矿井达到8 000 余座以上，因此，水害防治是煤炭开采的重要工作。为实现水害事故的有效防治，国家相关部门提出了“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”防治水十六字方针。曹村煤矿十采区2 号煤开采标高为-250—+120 m，上部第四系冲积层厚度在400～600 m，存在K9、K8 等砂岩含水层，对开采2 号煤层有较大影响；底板下存在O2 厚层灰岩，O2灰岩水静水位标高约520 m，开采煤层承压达3.5 MPa。因此，对曹村煤矿十采区2 号煤充水条件以及顶底板突水危险性进行分析。

2 2 号煤充水条件

充水条件主要包括充水水源和充水通道，是导致矿井水害的关键因素。曹村煤矿十采区2 号煤充水水源主要为地下含水层水，充水通道主要为孔隙裂隙、采动裂隙以及导水构造。

2.1 充水水源

（1） 大气降水和地表水。

资料显示，曹村煤矿涌水量受年降水量及降水季节性变化影响较小，且随着矿井开采深度的增大，大气降水和地表水的影响越来越小。

（2） 地下含水层水。

曹村煤矿2 号煤顶板充水水源主要为二叠系下石盒子组K8、K9 中粒及细粒砂岩和上石盒子组K10、K12、K13 中粒及中粗粒砂岩水，砂岩含水层累计厚度约25 m 左右，其中，K8、K9 为直接充水水源，K10、K12、K13 为间接充水水源，矿井充水水源以直接充水水源为主，单位涌水量0.001～0.045 L/s·m。

曹村煤矿2 号煤底板直接充水水源主要为二叠系山西组K7 中粒砂岩水，含水层厚6 m 左右，富水性较弱，间接充水水源主要为石炭系太原组K5中粒砂岩水、K4、K3、K2 石灰岩水和K1 中细粒砂岩水，其中，K7、K5 和K1 砂岩含水层累厚约12 m 左右，富水性弱，K4、K3、K2 石灰岩含水层累厚15 m 左右，岩溶裂隙相对较发育，但不均一，一般属富水性中等、局部富水性强的含水层，在构造发育部位且有导水断层沟通的情况下，是2 号煤底板的主要充水源。

（3） 采空区积水。

曹村煤矿井田边界煤层露头及浅埋区老窑采空区及小窑较多，其中有些与曹村煤矿井下巷道很近，易对曹村煤矿煤层的开采造成威胁。

2.2 充水通道

（1） 孔隙裂隙。

曹村煤矿2 号煤层的基本顶为K8 砂岩，2 号煤层开采过程中顶板裂隙水可沿岩层内部的天然孔隙裂隙流入工作面形成涌水。

（2） 采动裂隙。

曹村煤矿2 号煤层工作面采用全部垮落法处理采空区，2 号煤层开采破坏了顶、底板隔水层的稳定性，形成采动裂隙通道，使顶板含水层水以及地表水进入矿井，同时在采掘过程中，在底部含水层的水头压力及矿山压力的作用之下，可能突破底板隔水层形成底板导水裂隙通道，底板水涌入矿井。

（3） 导水断层。

曹村井田范围内共有断距5 m 以上断层32 条，其中落差在100 m 以上的1 条；断距在20～100 m的断层有3 条，均呈NE 向展布；断距在5～20 m之间的断层共有28 条，走向主要呈NE-SW 向。由此可见，曹村煤矿断裂构造异常发育，构造裂隙带破碎带也是导致曹村煤矿矿井的主要充水通道。

3 2 号突水危险性分析

3.1 顶板突水危险性

曹村煤矿十采区2 号煤基本顶为K8 砂岩裂隙含水层，平均厚度5.24 m，下距2 号煤层平均4.46 m，全区层位稳定，中等富水。资料显示，十采区第三系地层被剥蚀，基岩风化带厚度小于50 m，2号煤层开采形成的导水裂隙带沟通第四系砂砾岩含水层、基岩风化带裂隙含水层及K8 砂岩含水层，将对曹村煤矿十采区2 号煤开采造成严重的水害威胁。

根据《矿井水文地质规程》相关要求，曹村煤矿十采区2 号煤导水裂隙带高度采用公式（1） 进行计算。

式中：M 为累计采高，m；n 为煤层分层层数。

经计算，曹村煤矿十采区2 号煤层开采导致顶板导水裂隙带高度为47.177 m，在十采区2 号煤回采过程中，导水裂隙带一旦与第四系砂砾石含水层沟通，其2 号煤顶板水害程度将加大，因此，2 号煤顶板至基岩面厚度小于47.177 m 的范围内，遭遇顶板水害的危险性最大。

3.2 底板突水危险性

采用有效隔水层突水系数法分析底板突水危险性，有效隔水层突水系数法突出考虑了矿山压力对隔水层的扰动破坏，同时还考虑了岩性、构造等地质因素。

（1） 底板隔水层厚度。

根据勘查资料，曹村煤矿十采区2 号煤底板的隔水层平均厚度为120.24 m，最大厚度为125.3 m，最小厚度为113.45 m。

（2） 矿压扰动破坏厚度。

根据现场实测，结合矿区的经验值，曹村煤矿十采区2 号煤底板破坏深度为14 m，潜越带高度为0，合计14 m。因此，有效隔水层厚度为99.45～107.98 m，平均为106.24 m。

（3） 2 号煤底板奥灰突水系数。

采用有效隔水层突水系数法计算曹村煤矿十采区2 号煤底板奥灰突水系数，结果见表1。

（4） 2 号煤底板奥灰突水危险性分析。

依据2 号煤底板奥灰突水系数，可将曹村煤矿十采区2 号煤底板奥灰突水危险性分为2 个区，如图1 所示。

Ⅰ区位于2 号煤底板标高120—-3.5m，分布面积为1 538 689m2，突水危险性小；Ⅱ区位于2号煤底板标高-3.5—-250 m，分布面积为1 715 195m2，突水危险性较小。

表1 2 号煤底板（钻孔控制点） 奥灰突水系数Table 1 Water outburst coefficient of Ordovician limestone in No.2 coal floor(drilling control point)

4 结 语

以曹村煤矿十采区2 号煤水文地质条件为背景，调查了曹村煤矿十采区2 号煤充水条件，其充水水源主要为地下含水层水，充水通道主要为孔隙裂隙、采动裂隙以及导水构造，分析了曹村煤矿十采区2 号煤顶底板突水危险性。经计算，2 号煤层开采形成的顶板导水裂隙带高度为47.177 m，当两带高度与第四系砂砾石含水层沟通，其顶板水害程度将加大；依据2 号煤底板奥灰突水系数，对十采区2 号煤底板突水危险性区域进行了划分，指导曹村煤矿十采区2 号煤防治水工作。