古敘石寶礦段C17煤層底板突水危險性分析

宋靚靚，師曉文，葉定南，丁思月，游文華

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一一三地質(zhì)隊，四川 瀘州 646000）

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古敘石寶礦段C17煤層底板突水危險性分析

宋靚靚，師曉文，葉定南，丁思月，游文華

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一一三地質(zhì)隊，四川 瀘州 646000）

摘要：通過對古敘礦區(qū)石寶礦段詳查水文地質(zhì)資料的綜合分析，闡述了C(17)煤層開采的充水含水層的富水性，采用突水系數(shù)法分析了C(17)煤層的底板突水危險性，為下步礦段內(nèi)井田勘探階段水文地質(zhì)工作方向提供參考。

關(guān)鍵詞：煤礦；底板；突水；石寶

古敘礦區(qū)石寶礦段位于川黔邊界，古藺縣城125°方向直距約35km，行政區(qū)劃屬古藺縣石寶鎮(zhèn)、金星鄉(xiāng)、長坪鄉(xiāng)等管轄，走向長15km，南北寬10km，是國家規(guī)劃大型煤炭基地，現(xiàn)為詳查階段，為了解該礦段C17煤層是否存在底板突水的危險性，現(xiàn)通過對該礦段水文地質(zhì)資料的分析，利用突水系數(shù)法對C17煤層底板隔水層的突水危險性進(jìn)行分析評價。

1　礦段水文地質(zhì)條件

1.1主要含水層

礦段內(nèi)主要含煤地層為第二系上統(tǒng)龍?zhí)督M，全區(qū)可采或大部可采煤層8層（C13、C14、C15、C17、C20、C23、C24、C25），其中全區(qū)穩(wěn)定其中全區(qū)采煤層為C17、C25煤層。根據(jù)詳查水文地質(zhì)資料綜合分析，有兩個可對煤系地層直接充水的含水層，分別為煤系上部長興組巖溶裂隙含水層和煤系下部茅口組巖溶裂隙、巖溶管道含水層。

1.1.1二疊系上統(tǒng)長興組巖溶裂隙含水層

巖性主要為深灰、黑色生物碎屑灰?guī)r。區(qū)內(nèi)共出露泉井46個，一般流量0.08～5.787 L/s，平均流量2.199 L/s，單位面積泉流量13.225L/s·km2，富水性中等。動態(tài)變化隨季節(jié)變化，極不穩(wěn)定。有31個鉆孔揭露該層，簡易水文觀測中有8個鉆孔出現(xiàn)沖洗液全孔漏失，最大消耗量達(dá)6 m3/h。淺部巖芯中溶蝕裂隙發(fā)育，大部分鉆孔在該層開孔都出現(xiàn)全孔漏失；隨深度變化溶蝕作用逐漸變?nèi)?，裂隙多呈閉合或被充填，鉆進(jìn)過程中消耗量都較小。在向斜揚起端6號勘查線硐壩河旁602號孔，此層地下水具承壓性，礦段普查中少數(shù)鉆孔揭穿此層涌水，水頭高出地表0.65m，涌水量為0.17L/s。單位涌水量q＝2.95×10-3～0.13L/s·m，滲透系數(shù)k為3.56×10-3～0.155 5m/d。由于C13煤層距長興灰?guī)r含水層距4.36～27.92m，平均 15.71m，在開采該層時長興組巖溶裂隙水可通過冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶進(jìn)入礦井，為煤系頂板直接充水含水層。

1.1.2二疊系下統(tǒng)茅口、棲霞組巖溶強(qiáng)含水層

淺灰、深灰色灰?guī)r，局部含燧石結(jié)核，平均厚約451.00m，出露面積廣，主要接受大氣降水和韓家店組地層溪溝水補(bǔ)給。區(qū)內(nèi)共調(diào)查出露泉井75個，一般流量0.014～33.02L/s，平均流量10.20L/s，單位面積泉流量10.83L/s·km2，富水性強(qiáng)。動態(tài)變化極大。

本次勘查所有見煤鉆孔均揭露本組地層，一般孔揭露鉆探厚度8～15m，水文孔揭露鉆探厚度44.69～102.63m，標(biāo)高850.29～1 275.73m。據(jù)鉆孔水文工程地質(zhì)編錄和抽水試驗成果，茅口組地層含水層厚度4.51～6.53m，含水率4%～12.3%，所有鉆孔均未見到溶洞，溶裂隙發(fā)育極不均一，少量孔見有微弱的溶蝕裂隙，并隨深度增加逐漸變?nèi)酰蟛糠只規(guī)r裂隙均被方解石充填?？拷合蹈浇畈棵┛诨?guī)r富水性弱，鉆孔沖洗液消耗量較小。局部遇溶蝕裂隙，漏失量較大。在該層進(jìn)行鉆孔分層靜止水位觀測，地下水位標(biāo)高為886.89～1 331.09m。該段巖層為強(qiáng)透水、強(qiáng)富水巖溶裂隙、巖溶管道含水層。由于C25煤層距下部茅口組含水層僅0.03～19.11m，平均3.76m，厚度小難起隔水作用，可直接導(dǎo)水。調(diào)查發(fā)現(xiàn)有些小煤窯在開挖淺部C25煤層時，遭遇茅口組股狀涌水而廢棄。該層為煤系底板直接充水含水層。

1.2主要隔水層

二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M相對隔水層由灰至深灰色細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖、粘土巖、煤層（線）和硫鐵礦等等組成含煤巖系。厚度76.25～105.62m，平均厚89.56m。一般流量0.018～0.601 L/s，平均流量0.192L/s，單位面積泉流量0.616L/s·km2。本次勘查的所有鉆孔簡易水文觀測，水位和消耗量變化無明顯異常。據(jù)水文孔物探水文測井，煤系地層無涌水反應(yīng)，說明本組不含水，屬富水性弱的相對隔水層。

2　C17煤層底板突水危險性分析

2.1突水系數(shù)法

1）開采C17煤層主要受底板茅口組灰?guī)r水的威脅，煤層底板隔水層是有效阻止突水的唯一因素，所以采用突水系數(shù)法對底板突水危險性進(jìn)行分析評價是比較科學(xué)和常用的方法之一。根據(jù) 《煤礦防治水規(guī)定》指出的突水系數(shù)是單位隔水層所能承受的極限水壓值，即

式中：Ts——突水系數(shù)，MPa/m；P——含水層水壓，Mpa；M——隔水層厚度，m。

2）煤炭資源的開采破壞了該區(qū)原始地應(yīng)力，在地應(yīng)力的影響下隨著開采深度的增加，采礦對底板隔水層的擾動破壞厚度逐步變大。根據(jù)《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范，GB12719—1991》所給出的在考慮采礦對底板隔水層擾動破壞的作用下的突水系數(shù)計算公式：

式中：Ts——突水系數(shù)，MPa/m；P——隔水層承受的水壓，Mpa；M——底板隔水厚度，m；CP——采礦對底板隔水層擾動破壞厚度，m。

2.2參數(shù)選擇

根據(jù)礦段內(nèi)鉆孔簡易水文觀測和水文工程地質(zhì)編錄資料，C17煤層底部到茅口組含水層頂部未見涌漏水現(xiàn)象，巖性主要為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和粘土巖，是相對隔水層。根據(jù)研究顯示，巖石的柔韌性是阻止水進(jìn)入的有利因素，但抵抗礦壓破壞能力弱，而剛性巖石抵抗抗壓破壞的能力強(qiáng)，但阻水能力低。由于該處巖石主要有泥巖和粘土巖，故此處底板巖石有效阻水系數(shù)選1.0。

據(jù)我國常用采礦對底板隔水層擾動破壞厚度經(jīng)驗公式計算：CP=0.008 5*開采深度(m)+0.166 4*開采煤層傾角(rad)+0.107 9*開采工作面斜長(m)+4.3579，結(jié)合石寶礦段茅口組水文工作鉆孔實際情況，計算出開采C17煤層時底板隔水層擾動破壞厚度見表1。

表1　開采 C17煤層對底板隔水層擾動破壞厚度

表2　C17煤層底板有效隔水層厚度和突水系數(shù)

2.3突水系數(shù)計算

在根據(jù)以上8個鉆孔茅口組分層靜止水頭標(biāo)高、C17煤層相關(guān)參數(shù)及結(jié)合表1，計算出有效隔水層厚度和突水系數(shù)值見表2。

2.4底板突水危險性判定

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》底板受構(gòu)造破壞塊段突水系數(shù)一般不大于0.06 MPa/m，正常塊段不大于0.1MPa/m。根據(jù)詳查報告顯示破壞茅口和煤系地層的斷層少，本文以突水系數(shù)一般不大于0.1 MPa/m作為評價界限值。由表2可以看出，8個鉆孔有5個鉆孔均大于評價界線值，最大的突水系數(shù)對應(yīng)甚至為0.26 MPa/m，據(jù)此分析C17煤層在開采過程中存在底板突水的危險性。

3　結(jié)論

1）由表1分析得出，采礦對底板隔水層擾動破壞厚度CP，在采深增加時礦壓隨著增加，采動對底板的破壞特征明顯變化，不可忽視。

2）根據(jù)該礦段數(shù)據(jù)分析，在考慮采礦對底板隔水層擾動破壞情況下，利用突水系數(shù)公式計算出的結(jié)果大部分大于評價界線值，該礦段在開采在C17煤層過程中存在底板突水的危險性。

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Analysis of Danger of Water Bursting From the C17Coal Seam Floor in the Shibao Block of the Guxu Coal Mine

SONG Liang-liang SHI Xiao-wen YE Ding-nan DING Shi-yue YOU Wen-hua
(No.113 Geological Team,BGEEMRSP,Luzhou,Sichuan 646000)

Abstract:This paper deals with danger of water bursting from the C(17)coal seam floor in the Shibao block of the Guxu Coal Mine by the use of water bursting coefficient method and based on detailed hydrogeological data.

Key words:aquifer; hydrogeology; water bursting coefficient

作者簡介：宋靚靚（1987-），女，河南扶溝人，工程師，主要從事地質(zhì)勘查與找礦工作

收稿日期：2015-04-09

DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2016.01.027

中圖分類號：P641.4；P618.11

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-0995（2016）01-0123-03