基于突水系數(shù)法的煤層底板突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

胡昌城+王來(lái)斌

摘 要：中國(guó)是煤礦開(kāi)采大國(guó)，在煤礦開(kāi)采過(guò)程中經(jīng)常會(huì)有一些危險(xiǎn)事故的發(fā)生，其中礦井水害是威脅我國(guó)煤礦安全開(kāi)采的主要原因之一。為有效控制煤層開(kāi)采導(dǎo)致的煤層底板突水事故，以孫疃煤礦為例，通過(guò)對(duì)104采區(qū)10煤層底板巖性、隔水層特征以及太灰水富水性特征的研究，引入了突水系數(shù)法。比較研究區(qū)突水前后的突水系數(shù)值，綜合評(píng)價(jià)煤層底板突水危險(xiǎn)性。通過(guò)疏放水實(shí)驗(yàn)達(dá)到安全開(kāi)采的目的。結(jié)果表明疏放前底板存在突水威脅，疏水后研究區(qū)突水系數(shù)下降，達(dá)到了安全開(kāi)采的目的。

關(guān)鍵詞：突水系數(shù)；底板突水；危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.065

0 引言

近年來(lái)，煤礦開(kāi)采受水害影響嚴(yán)重，尤其是煤層的底板突水，其突水機(jī)制復(fù)雜且難以預(yù)測(cè)。為此，中國(guó)包括外國(guó)的研究人員通過(guò)實(shí)地考察，結(jié)合資料分析，試圖尋找能夠有效解決底板突水問(wèn)題的方法[1]。突水系數(shù)法是其中較為簡(jiǎn)單的也是使用最為普及的一種方法。底板突水其實(shí)質(zhì)是在眾多的影響條件作用下，煤系地層原本的巖石結(jié)構(gòu)及圍巖體系遭到損壞從而導(dǎo)致的地下水動(dòng)力場(chǎng)失去平衡的現(xiàn)象[2]。煤層底板突水是一個(gè)牽涉到多方面原因的現(xiàn)象，其主要原因是由于水文地質(zhì)，工程地質(zhì)，開(kāi)采條件等的影響所導(dǎo)致的[3]。孫疃礦區(qū)開(kāi)采煤層主要影響的含水層有太原組地下水巖溶化巖層及含煤沉積巖系砂巖含水層等。本文在該礦區(qū)原有的灰?guī)r水的前提上，通過(guò)突水系數(shù)法有效的提供了10煤層底板突水危害性的治理方法。

1 礦區(qū)概況

孫疃煤礦位于安徽省淮北市，其主要的含煤巖層為石炭-二疊系。整個(gè)采區(qū)從南至北長(zhǎng)約10千米，東西寬約4千米。其中104采區(qū)位于井田北部，其南北分別與102采區(qū)與楊柳煤礦相鄰，整個(gè)采區(qū)約有6條勘探線經(jīng)過(guò)，其鉆孔主要揭露了太原組地層，以灰?guī)r居多。本采區(qū)構(gòu)造發(fā)育較好，根據(jù)10煤層底板的主要巖石性質(zhì)可知，其煤層底板主要為砂巖，隔水能力較弱。同時(shí)據(jù)已有文件記載，104礦區(qū)煤層底板突水事件分析中太原組灰?guī)r水和底板砂巖裂隙水是最重要的突水水源[4]。

2 底板突水影響因素分析

導(dǎo)致底板突水的原因有很多，世界上很多國(guó)家的專家和研究人員都對(duì)導(dǎo)致底板突水的原因做了大量的分析與研究，目前認(rèn)為導(dǎo)致底板突水的原因主要有礦山壓力、地質(zhì)構(gòu)造、水壓力、底板的隔水層特征、工作面開(kāi)采的寬度和方法等[5]。結(jié)合影響因素，分析其在安全承壓開(kāi)采中的影響，采取合適的方法，對(duì)底板突水事故進(jìn)行預(yù)測(cè)與防治。

3 突水系數(shù)法

3.1 演化歷程

突水系數(shù)法作為煤系巖層底板突水事故評(píng)判的基本方法，在實(shí)踐過(guò)程取得了良好的效果。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展與研究，突水系數(shù)法逐漸的完善了起來(lái)。這種方法已經(jīng)被列入煤礦防治水條例中，其計(jì)算公式隨著多年來(lái)的研究與探索也已逐步完善。表1給出了不同年代突水系數(shù)法的演變過(guò)程。

3.2 突水系數(shù)分析

依據(jù)孫疃煤礦104采區(qū)煤系巖層底板特征以及部分鉆孔資料基本信息，結(jié)合該采區(qū)地理信息，等高線圖等，得出對(duì)煤系巖層底板突水引響最為顯著的是太灰水[7]。計(jì)算煤層1灰頂標(biāo)高和10煤底至1灰頂?shù)木嚯x能夠得出含水層的厚度以及隔水層厚度，利用突水系數(shù)公式：

Ts理論主要依據(jù)臨界突水系數(shù)來(lái)評(píng)判是否具有突水可能性，其計(jì)算結(jié)果的大小與實(shí)際突水的記載數(shù)據(jù)以及所使用的突水算法公式有關(guān)[8]。根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》以及孫疃地區(qū)礦井開(kāi)采的實(shí)際資料，認(rèn)為該采區(qū)其Ts的臨界值為0.07MPa/m。即當(dāng)突水系數(shù)高于0.07MPa/m時(shí)，有機(jī)會(huì)出現(xiàn)突水現(xiàn)象，否則不會(huì)出現(xiàn)突水。同時(shí)其數(shù)值高低的也反映了突水可能性的高低。由此即可按臨界Ts值將研究區(qū)分為3個(gè)區(qū)域。危險(xiǎn)區(qū)：Ts>0.1MPa/m；威脅區(qū)：0.07

通過(guò)對(duì)104采區(qū)的數(shù)據(jù)處理和分析，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入suffer軟件中，可以得出放水前后該研究區(qū)的突水系數(shù)法評(píng)價(jià)圖。

從圖1中能夠很清晰的得出，黑色部分為安全區(qū)即不突水區(qū)域，灰色部分為威脅區(qū)即有可能發(fā)生突水事故，淺灰色部分為危險(xiǎn)區(qū)即無(wú)突水發(fā)生的可能。通過(guò)疏放水前后的對(duì)比可以很容易得出，經(jīng)過(guò)疏水處理后研究區(qū)突水系數(shù)值比未疏水前低，安全地區(qū)范圍增大，疏水效果較為顯著。因此可以根據(jù)所得到的Ts劃分圖對(duì)孫疃煤礦工作區(qū)底板是否突水作出預(yù)判，有效的防止危險(xiǎn)事故的發(fā)生，使得礦井生產(chǎn)的

安全得到保障。

4 結(jié)語(yǔ)

利用suffer軟件及CAD制圖，結(jié)合鉆孔資料得出采區(qū)工作面底板的涌水情況。通過(guò)計(jì)算放水前后該地區(qū)的突水系數(shù)，并比較突水前后突水系數(shù)值，一定程度上為人們了解該區(qū)域是否具有突水可能性提供了有力的依據(jù)。為防止工作面發(fā)生突水事故，在工作面開(kāi)采之前，通過(guò)放水實(shí)驗(yàn)減少了突水區(qū)的面積，為工作面的安全開(kāi)采帶來(lái)了保障?？偟膩?lái)說(shuō)，本次的放水實(shí)驗(yàn)起到了良好的效果，但對(duì)于一些隔水層發(fā)育較為薄弱的地區(qū)仍然需要采取嚴(yán)格的灰?guī)r水防治措施。

參考文獻(xiàn)：

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