利用“五圖—雙系數(shù)法”對(duì)煤層奧灰?guī)r溶水帶壓開采突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

焦向貴

（廣靈縣水資辦，山西 廣靈 037500）

利用“五圖—雙系數(shù)法”對(duì)煤層奧灰?guī)r溶水帶壓開采突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

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(duì)朔州小峪煤礦最下部帶壓開采的25號(hào)煤層進(jìn)行奧灰?guī)r溶水突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，以“帶壓系數(shù)”和“突水系數(shù)”雙系數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，用三級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)判別。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，25號(hào)煤層帶壓開采時(shí)，主要?jiǎng)澐譃棰?，Ⅲ?jí)評(píng)價(jià)級(jí)別?？傮w上25號(hào)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(jí)判別

煤層在承壓水體上進(jìn)行帶壓開采時(shí)，必然存在著底板突水威脅。為有效防范承壓水體對(duì)煤層底板突水災(zāi)害，保障礦井生產(chǎn)安全，開展煤層底板突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)顯得尤為必要。本次選取朔州小峪煤礦最下部25號(hào)煤層，采用“五圖—雙系數(shù)法”進(jìn)行煤層底板奧灰?guī)r溶水突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。“五圖—雙系數(shù)法”與其他突水評(píng)價(jià)方法相比，可以較全面地考慮多方面因素，避免層間錯(cuò)綜干擾，圖表結(jié)合而直觀，從而得出較為理想的評(píng)價(jià)結(jié)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(píng)價(jià)時(shí)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(jí)判別”來進(jìn)行?！拔鍒D”包括底板保護(hù)層破壞深度等值線圖、底板保護(hù)層厚度等值線圖、煤層底板以上水頭等值線圖、有效保護(hù)層厚度等值線圖和帶水頭壓力開采評(píng)價(jià)圖。“雙系數(shù)”是指“帶壓系數(shù)”和“突水系數(shù)”?！叭?jí)判別”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(gè)指標(biāo)：Ⅰ級(jí)判別是判別工作面必然發(fā)生直通式突水的指標(biāo)；Ⅱ級(jí)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(biāo)；Ⅲ級(jí)判別是判別已被Ⅱ級(jí)判別定為突水工作面其突水量變化狀況的指標(biāo)。

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(hào)煤層，太原組18，19，22，25號(hào)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(gòu)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(gòu)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(gè)。

大同煤田巖溶水系統(tǒng)由多個(gè)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(chǔ)水空間性質(zhì)，礦區(qū)可劃分5個(gè)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(gè)含水層富水性差。其中對(duì)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(xiǎn)性評(píng)價(jià)

采用“五圖—雙系數(shù)法”對(duì)小峪煤礦最下部帶壓開采的25號(hào)煤層進(jìn)行奧灰?guī)r溶水突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。

3.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》和井田斷層發(fā)育程度，本次評(píng)價(jià)以“帶壓系數(shù)”為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)合“突水系數(shù)”評(píng)價(jià)指標(biāo)，并配合“三級(jí)判別”，一共可以分為三級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

Ⅰ級(jí)評(píng)價(jià)：當(dāng)“帶壓系數(shù)”和“突水系數(shù)”均大于0.06MPa/m時(shí)，“雙系數(shù)”均超出臨界值，由于承壓水頭高，底板保護(hù)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(jí)評(píng)價(jià)：當(dāng)“帶壓系數(shù)”小于0.06MPa/m，“突水系數(shù)”大于0.06MPa/m時(shí)，“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(jí)評(píng)價(jià)：當(dāng)“帶壓系數(shù)”和“突水系數(shù)”均小于0.06MPa/m時(shí)，“雙系數(shù)”均未超出臨界值，底板保護(hù)層中“有效保護(hù)層”阻抗水頭壓力的能力較高，能起到安全保護(hù)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(duì)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(hào)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(biāo)準(zhǔn)可知：本井田25號(hào)煤層底板承受的水頭壓力在0.69～2.06MPa之間。

煤層底板的導(dǎo)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(shè)與壓煤開采規(guī)程》中計(jì)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(jì)算得底板保護(hù)層厚度在36.36～47.48m之間，底板有效保護(hù)層厚度在21.89～33.80m之間。

通過對(duì)上述“四圖”綜合分析研究，選取相關(guān)參數(shù)。依據(jù)“帶壓系數(shù)”計(jì)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(hù)層厚度。計(jì)算得出25號(hào)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(jì)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(hù)層厚度，Cp為底板破壞深度。計(jì)算得出25號(hào)煤層“突水系數(shù)”在0.03～0.076MPa/m之間。

3.3 評(píng)價(jià)結(jié)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(hào)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(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)合“突水系數(shù)”評(píng)價(jià)指標(biāo)，配合“三級(jí)判別”，進(jìn)行帶壓等級(jí)分區(qū)，可劃分為Ⅱ，Ⅲ級(jí)區(qū)。

根據(jù)圖面顯示并結(jié)合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果分述如下：

第一，在04，305，409號(hào)鉆孔以北，409，415號(hào)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(jí)評(píng)價(jià)的范疇，發(fā)生突水的可能性小，但“有效保護(hù)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(shí)遇導(dǎo)水?dāng)鄬訒r(shí)有發(fā)生突水的可能。

第二，本井田位于Ⅱ級(jí)評(píng)價(jià)區(qū)域之外，塊段“雙系數(shù)”均小于0.06MPa/m，屬Ⅲ級(jí)評(píng)價(jià)的范疇，正常情況下發(fā)生突水的可能性小，在遇導(dǎo)水?dāng)鄬訒r(shí)有發(fā)生突水的可能。

第三，本井田位于Ⅱ，Ⅲ級(jí)評(píng)價(jià)區(qū)域，總體上25號(hào)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(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造導(dǎo)水性的探測(cè)，并采取有效防治水措施，確保礦井安全生產(chǎn)。

[1]易偉欣.五圖—雙系數(shù)法在煤礦突水評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013（5）：556-560.

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］1004-7042（2016）06-0009-02

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

2016-04-11；

2016-05-24