基于突水系數(shù)法的煤層底板突水危險性評價

1、    基于突水系數(shù)法的煤層底板突水危險性評價    胡昌城+王來斌摘 要：中國是煤礦開采大國，在煤礦開采過程中經(jīng)常會有一些危險事故的發(fā)生，其中礦井水害是威脅我國煤礦安全開采的主要原因之一。為有效控制煤層開采導致的煤層底板突水事故，以孫疃煤礦為例，通過對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，綜合評價煤層底板突水危險性。通過疏放水實驗達到安全開采的目的。結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，達到了安全開采的目的。關鍵詞：突水系數(shù)；底板突水；危險性評價doi：1

2、0.16640/ki.37-1222/t.2017.18.0650 引言近年來，煤礦開采受水害影響嚴重，尤其是煤層的底板突水，其突水機制復雜且難以預測。為此，中國包括外國的研究人員通過實地考察，結合資料分析，試圖尋找能夠有效解決底板突水問題的方法1。突水系數(shù)法是其中較為簡單的也是使用最為普及的一種方法。底板突水其實質(zhì)是在眾多的影響條件作用下，煤系地層原本的巖石結構及圍巖體系遭到損壞從而導致的地下水動力場失去平衡的現(xiàn)象2。煤層底板突水是一個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)，開采條件等的影響所導致的3。孫疃礦區(qū)開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

3、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。整個采區(qū)從南至北長約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，整個采區(qū)約有6條勘探線經(jīng)過，其鉆孔主要揭露了太原組地層，以灰?guī)r居多。本采區(qū)構造發(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致底板突水的原因有很多

4、，世界上很多國家的專家和研究人員都對導致底板突水的原因做了大量的分析與研究，目前認為導致底板突水的原因主要有礦山壓力、地質(zhì)構造、水壓力、底板的隔水層特征、工作面開采的寬度和方法等5。結合影響因素，分析其在安全承壓開采中的影響，采取合適的方法，對底板突水事故進行預測與防治。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判的基本方法，在實踐過程取得了良好的效果。經(jīng)過多年的發(fā)展與研究，突水系數(shù)法逐漸的完善了起來。這種方法已經(jīng)被列入煤礦防治水條例中，其計算公式隨著多年來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)法的演變過程。3.2 突水系數(shù)分析依據(jù)孫疃煤礦104采區(qū)煤系巖

5、層底板特征以及部分鉆孔資料基本信息，結合該采區(qū)地理信息，等高線圖等，得出對煤系巖層底板突水引響最為顯著的是太灰水7。計算煤層1灰頂標高和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)來評判是否具有突水可能性，其計算結果的大小與實際突水的記載數(shù)據(jù)以及所使用的突水算法公式有關8。根據(jù)煤礦防治水規(guī)定以及孫疃地區(qū)礦井開采的實際資料，認為該采區(qū)其ts的臨界值為0.07mpa/m。即當突水系數(shù)高于0.07mpa/m時，有機會出現(xiàn)突水現(xiàn)象，否則不會出現(xiàn)突水。同時其數(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個區(qū)域。危險區(qū)：t

6、s>0.1mpa/m；威脅區(qū)：0.07< p>通過對104采區(qū)的數(shù)據(jù)處理和分析，將數(shù)據(jù)導入suffer軟件中，可以得出放水前后該研究區(qū)的突水系數(shù)法評價圖。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，淺灰色部分為危險區(qū)即無突水發(fā)生的可能。通過疏放水前后的對比可以很容易得出，經(jīng)過疏水處理后研究區(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劃分圖對孫疃煤礦工作區(qū)底板是否突水作出預判，有效的防止危險事故的發(fā)生，使得礦井生產(chǎn)的安全得到保障。4 結語利用suffer軟件及cad制圖，結合鉆孔資料得出

7、采區(qū)工作面底板的涌水情況。通過計算放水前后該地區(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，在工作面開采之前，通過放水實驗減少了突水區(qū)的面積，為工作面的安全開采帶來了保障?？偟膩碚f，本次的放水實驗起到了良好的效果，但對于一些隔水層發(fā)育較為薄弱的地區(qū)仍然需要采取嚴格的灰?guī)r水防治措施。參考文獻：1逯娟，陳剛煤礦.底板突水防治研究進展與探討j.西部資源，2013（02）：143-146.2鄭飛，王來斌.孫疃104采區(qū)底板灰?guī)r含水層富水性特征及安全評價d.安徽理工大學，2013.3白喜慶等.新驛煤田奧灰頂部相對隔水性及底板突水危險性評價j.巖石力學與工程學報，2009（28）：273-280.4鄭飛，王來斌.淮北袁店煤礦101、102采區(qū)煤層底板突水危險性綜合評價j.5張金才，劉天泉.煤層底板突水影響因素的分析與研究j.煤炭科學研究總院北京開采所，1993.6李忠建，魏久傳，郭建斌等.運用突水系數(shù)法和模糊類法綜合評價煤層底板突水危險性j.礦業(yè)安全與環(huán)保，2010，37（01）：24-26.7張志祥，王建和，王玉杰.突水系數(shù)法在平煤八礦突水預測中的應用j.江西煤炭科技，2013，3（03）.8張樂中，許田柱.煤層底板帶壓開采危險性評價方法探討j.人民長江，2012（13）：39-42. 山東工業(yè)