焦向貴

（廣靈縣水資辦，山西 廣靈 037500）

利用“五圖—雙系數(shù)法”對煤層奧灰?guī)r溶水帶壓開采突水危險性評價

焦向貴

（廣靈縣水資辦，山西 廣靈 037500）

依據(jù)“五圖—雙系數(shù)法”基本原理，對朔州小峪煤礦最下部帶壓開采的25號煤層進行奧灰?guī)r溶水突水危險性評價，以“帶壓系數(shù)”和“突水系數(shù)”雙系數(shù)為評價指標，用三級評價標準判別。評價結果顯示，25號煤層帶壓開采時，主要劃分為Ⅱ，Ⅲ級評價級別?？傮w上25號煤層奧灰水帶壓開采安全性較高。

奧灰?guī)r溶水；帶壓開采；帶壓系數(shù)；突水系數(shù)；三級判別

煤層在承壓水體上進行帶壓開采時，必然存在著底板突水威脅。為有效防范承壓水體對煤層底板突水災害，保障礦井生產(chǎn)安全，開展煤層底板突水危險性評價顯得尤為必要。本次選取朔州小峪煤礦最下部25號煤層，采用“五圖—雙系數(shù)法”進行煤層底板奧灰?guī)r溶水突水危險性評價?！拔鍒D—雙系數(shù)法”與其他突水評價方法相比，可以較全面地考慮多方面因素，避免層間錯綜干擾，圖表結合而直觀，從而得出較為理想的評價結果。

1“五圖—雙系數(shù)法”原理

“五圖—雙系數(shù)法”用于煤層底板突水評價時涉及許多工作內(nèi)容，其中最重要的是圍繞“五圖”、“雙系數(shù)”和“三級判別”來進行?！拔鍒D”包括底板保護層破壞深度等值線圖、底板保護層厚度等值線圖、煤層底板以上水頭等值線圖、有效保護層厚度等值線圖和帶水頭壓力開采評價圖?！半p系數(shù)”是指“帶壓系數(shù)”和“突水系數(shù)”?！叭壟袆e”是與“雙系數(shù)”配合用來判別突水與否、突水形式和突水量變化的三個指標：Ⅰ級判別是判別工作面必然發(fā)生直通式突水的指標；Ⅱ級判別是判別工作面發(fā)生非直通式突水可能性及其突水形式的指標；Ⅲ級判別是判別已被Ⅱ級判別定為突水工作面其突水量變化狀況的指標。

2 礦井地質(zhì)及水文地質(zhì)條件概況

小峪煤礦為低山丘陵地貌，區(qū)內(nèi)大面積被第四系黃土覆蓋，僅在溝谷中出露基巖地層。區(qū)內(nèi)賦存地層自下而上有奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組、石炭系中統(tǒng)本溪組、石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組、二疊系下統(tǒng)下石盒子組、上統(tǒng)石盒子組、白堊系、第四系地層。其中石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組為含煤地層，主要可采煤層有山西組16號煤層，太原組18，19，22，25號煤層。

本井田位于大同煤田中部，大同煤田主向斜軸的東翼，總體為向北傾斜的單斜構造，地層產(chǎn)狀平緩，傾角小于10°，在礦區(qū)南部發(fā)育小峪向背斜構造。斷層分北東向和北西向兩組，落差大于10m的斷層有5條。在井下開采過程中揭露陷落柱1個。

大同煤田巖溶水系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)組成，由北至南依次為十里河巖溶水系統(tǒng)、口泉河巖溶水系統(tǒng)、鵝毛口河巖溶水系統(tǒng)、小峪河—大峪河巖溶水系統(tǒng)。本井田處于小峪河—大峪河巖溶水系統(tǒng)的徑流區(qū)。按含水層組成的巖性特征和儲水空間性質(zhì)，礦區(qū)可劃分5個含水層，即：奧陶系巖溶裂隙含水層、太原組砂巖裂隙含水層、山西組砂巖裂隙含水層、石盒子組砂巖裂隙含水層和第四系孔隙含水層。根據(jù)井田勘探資料，5個含水層富水性差。其中對煤層開采充水影響的主要含水層為山西組、太原組砂巖裂隙含水層和奧陶系巖溶裂隙含水層。

3“五圖—雙系數(shù)法”突水危險性評價

采用“五圖—雙系數(shù)法”對小峪煤礦最下部帶壓開采的25號煤層進行奧灰?guī)r溶水突水危險性評價。

3.1 評價標準

依據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》和井田斷層發(fā)育程度，本次評價以“帶壓系數(shù)”為主要評價指標，結合“突水系數(shù)”評價指標，并配合“三級判別”，一共可以分為三級評價標準。

Ⅰ級評價：當“帶壓系數(shù)”和“突水系數(shù)”均大于0.06MPa/m時，“雙系數(shù)”均超出臨界值，由于承壓水頭高，底板保護層難以阻抗作用在其上的水頭壓力，工作面必然發(fā)生直通式突水。

Ⅱ級評價：當“帶壓系數(shù)”小于0.06MPa/m，“突水系數(shù)”大于0.06MPa/m時，“帶壓系數(shù)”未超出臨界值，發(fā)生底板突水的可能性較小。但“突水系數(shù)”超過臨界值，工作面存在發(fā)生非直通式突水的可能性，尤其是在斷層附近存在發(fā)生突水的可能。

Ⅲ級評價：當“帶壓系數(shù)”和“突水系數(shù)”均小于0.06MPa/m時，“雙系數(shù)”均未超出臨界值，底板保護層中“有效保護層”阻抗水頭壓力的能力較高，能起到安全保護作用，在正常情況下發(fā)生底板突水的可能性極小。但在斷層附近存在發(fā)生突水的可能。

3.2 參數(shù)選取

通過對井田內(nèi)鉆孔資料的分析，本井田奧灰水帶壓區(qū)內(nèi)25號煤層底板埋深215～347.23m，奧灰?guī)r溶水水位1155.5～1166.0m。按照“五圖”繪制標準可知：本井田25號煤層底板承受的水頭壓力在0.69～2.06MPa之間。

煤層底板的導水破壞深度在13.66～14.78m之間，根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》中計算公式：

h=0.0085H+0.1665α+0.1079L-4.3579.

式中：h——底板破壞帶深度，m；

L——工作面斜長，取150m；

H——開采深度，取217.35～349.48m；

α——煤層傾角，取3°。

計算得底板保護層厚度在36.36～47.48m之間，底板有效保護層厚度在21.89～33.80m之間。

通過對上述“四圖”綜合分析研究，選取相關參數(shù)。依據(jù)“帶壓系數(shù)”計算公式Td=P/M，其中：Td為帶壓系數(shù)，P為底板水頭壓力，M為底板保護層厚度。計算得出25號煤層的“帶壓系數(shù)”在0.02～0.049MPa/m之間。依據(jù)“突水系數(shù)”計算公式Tt=P/（M-Cp），其中：Tt為突水系數(shù)，P為底板水頭壓力，M為底板保護層厚度，Cp為底板破壞深度。計算得出25號煤層“突水系數(shù)”在0.03～0.076MPa/m之間。

3.3 評價結果

依據(jù)煤層底板“帶壓系數(shù)”和“突水系數(shù)”數(shù)據(jù)，繪制了25號煤層底板帶壓系數(shù)等值線和突水系數(shù)等值線，以“帶壓系數(shù)”為主要評價指標，結合“突水系數(shù)”評價指標，配合“三級判別”，進行帶壓等級分區(qū)，可劃分為Ⅱ，Ⅲ級區(qū)。

根據(jù)圖面顯示并結合評價標準，對評價結果分述如下：

第一，在04，305，409號鉆孔以北，409，415號鉆孔以東（即以突水系數(shù)0.06MPa/m等值線為界），帶壓系數(shù)小于0.06MPa/m，突水系數(shù)大于0.06MPa/m，屬Ⅱ級評價的范疇，發(fā)生突水的可能性小，但“有效保護層”阻抗水頭壓力的能力較低，增加了發(fā)生突水的可能性，同時遇導水斷層時有發(fā)生突水的可能。

第二，本井田位于Ⅱ級評價區(qū)域之外，塊段“雙系數(shù)”均小于0.06MPa/m，屬Ⅲ級評價的范疇，正常情況下發(fā)生突水的可能性小，在遇導水斷層時有發(fā)生突水的可能。

第三，本井田位于Ⅱ，Ⅲ級評價區(qū)域，總體上25號煤層奧灰?guī)r溶水帶壓開采安全性較高，但開采煤層過程中應加強構造導水性的探測，并采取有效防治水措施，確保礦井安全生產(chǎn)。

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焦向貴（1965-），男，1988年畢業(yè)于太原工業(yè)大學水文地質(zhì)專業(yè)，工程師。

2016-04-11；

2016-05-24