新元煤礦15#煤層突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)分析

（陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

1 概況

新元煤礦15號(hào)煤層，位于太原組下段頂部，上距9號(hào)煤層41.97～92.95m，平均62.73m，煤層厚0～7.00m，平均3.29m，屬中厚煤層，其可采性指數(shù)為0.91、厚度變異系數(shù)為44%，為大部可采的穩(wěn)定煤層，含0～5層夾石，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單～復(fù)雜。頂板主要為石灰?guī)r，局部為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、炭質(zhì)泥巖及中、粗粒砂巖；底板主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖、粉砂巖，局部中、細(xì)粒砂巖。本層屬大部可采穩(wěn)定的中厚煤層。

2 突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

2.1 突水系數(shù)法

突水系數(shù)即單位隔水層厚度所承受的水壓，而臨界突水系數(shù)則為單位隔水層厚度所能承受的最大水壓。用突水系數(shù)法預(yù)測(cè)煤層底板突水，公式易于理解，計(jì)算簡(jiǎn)單，其表達(dá)式中有水壓、隔水層厚度兩項(xiàng)因素，基本能反映底板突水因素的綜合作用。

本次各煤層底板巖溶水突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)采用《煤礦防治水細(xì)則》中突水系數(shù)計(jì)算公式，如下：

式中：T為突水系數(shù)，MPa/m；P為隔水層承受的水壓，MPa；M為底板隔水層厚度，m。

評(píng)價(jià)分區(qū)依據(jù)：對(duì)于正常塊段，臨界突水系數(shù)為0.1MPa/m，當(dāng)T小于0.1MPa/m時(shí)為安全區(qū)，反之為危險(xiǎn)區(qū)；對(duì)于構(gòu)造破壞塊段，臨界突水系數(shù)為0.06MPa/m，當(dāng)T小于0.06MPa/m時(shí)為安全區(qū)，反之為危險(xiǎn)區(qū)。

3 煤層底板奧陶系峰峰組巖溶水突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

3.1 隔水層底板承受的水壓

煤層底板突水實(shí)質(zhì)是由于含水層的水壓作用等多種因素影響破壞后，導(dǎo)致隔水巖層失穩(wěn)的結(jié)果。水壓是底板突水災(zāi)害發(fā)生的主要因素之一，水壓愈大，突水的可能性也就越大。水壓的大小一方面與水位有關(guān)；另一方面也與煤層隔水層底板標(biāo)高有關(guān)。

根據(jù)井田奧陶系峰峰組地下水水位等值線圖，采用內(nèi)插法確定各控制鉆孔的水位標(biāo)高，計(jì)算煤層與奧灰間隔水層底板承受的峰峰組巖溶水水壓（見表1），并繪制隔水層底板水壓等值線（見圖1）。煤層隔水層底板承受的水壓為0.07～4.69MPa，在井田內(nèi)由東北向西南呈遞增趨勢(shì)：東北部較小，西南部較大。

表1 峰峰組水位標(biāo)高和隔水層底板水壓計(jì)算

圖1 奧灰間隔水層底板承受峰峰組含水層水壓等值線圖

3.2 15#煤到奧灰頂界隔水層厚度

隔水層的厚度對(duì)煤層底板突水起著抑制作用，而隔水層的隔水能力與隔水層的厚度、強(qiáng)度和巖性組合有關(guān)。煤層受峰峰組含水層水壓作用的隔水層厚度為煤層底板到本溪組底部即奧灰頂界的地層間距。

15#煤到奧灰頂界面巖層厚度為51.49～132.30m，平均厚度為94.79 m。伴隨煤層開采，底板擾動(dòng)破壞，其底板起主要隔水作用的巖層為太原組底部的砂質(zhì)泥巖地層和本溪組的鋁土泥巖地層。底板隔水層巖性主要由泥巖、鋁土泥巖、砂質(zhì)泥巖及粉砂巖等組成。砂質(zhì)泥巖抗壓強(qiáng)度為4.10～21.7MPa，平均14.10MPa；鋁土泥巖抗壓強(qiáng)度4.7～35.1MPa，平均14.5MPa，且該地層在井田內(nèi)分布規(guī)律穩(wěn)定。軟硬巖石相互疊置的組合對(duì)底板巖溶裂隙水具有較好的隔水性能，且受構(gòu)造破壞程度低。

3.3 15#煤層底板峰峰組巖溶水突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

根據(jù)突水系數(shù)計(jì)算公式（1）計(jì)算，得到15#煤層底板峰峰組巖溶水突水系數(shù)為0.0151～0.0464MPa/m（見表2），小于構(gòu)造塊段突水系數(shù)臨界值0.06MPa/m，在帶壓開采區(qū)內(nèi)（綠色區(qū)）全區(qū)為安全區(qū)，井田西北部有小范圍的不帶壓區(qū)。

表2 15#煤層底板峰峰組巖溶水突水系數(shù)統(tǒng)計(jì)

序號(hào) 孔號(hào) 水位標(biāo)高/m煤層底板標(biāo)高/m水壓/MPa隔水層厚度/m突水系數(shù)/（MPa/m）13 19+649+352.43 3.93 104.1 0.0377 14 22+617+404.89 3.14 108.5 0.0290 15 24+621+448.58 16 25+626+432.49 17 28+598+446.30 18 29+606+440.79 19 30+618+409.86 20 34+586+429.80 21 35+591+427.22 22 44+549+415.38 23 45+563+397.89 24 51+548+404.87 25 58+517+526.51 2.57 2.92 2.32 2.43 3.29 2.46 2.60 2.59 2.61 2.39不帶壓26 60+524+451.59 27 Od-1+670+388.75 1.61 3.67 28 Od-2+520+344.43 29 Od-3+693.69+320.49 30 Od-4+678.83+592.02 31 Oj-6+568.4+384.51 2.57 4.69 1.62 2.73 32 KS-1+653+584.10 1.52 89.43 0.0287 103.9 0.0281 85.39 0.0272 82.22 0.0295 127.6 0.0258 94.56 0.0260 101.6 0.0256 132.3 0.0196 102.3 0.0255 114.6 0.0208 98.79 —91.63 0.0176 93.1 0.0395 83.87 0.0307 104.3 0.0450 78.12 0.0207 95.01 0.0288 85.95 0.0177

圖2 15#煤層底板峰峰組巖溶水突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)分區(qū)

4 煤層底板奧陶系上馬家溝組巖溶水突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

4.1 隔水層底板承受的水壓

根據(jù)井田奧陶系上馬家溝組地下水水位等值線圖，采用內(nèi)插法確定各控制鉆孔的水位標(biāo)高，計(jì)算煤層與奧灰間隔水層底板承受的上馬家溝組巖溶水水壓（見表3），并繪制隔水層底板水壓等值線圖（見圖3）。煤層隔水層底板承受的水壓為0.05～3.73MPa，在井田內(nèi)由北向南呈遞增趨勢(shì)，井田北部、西北部較?。痪锬喜?、東南部較大。

表3 上馬家溝組水位標(biāo)高和隔水層底板水壓計(jì)算

序號(hào) 孔號(hào)上馬家溝組水位標(biāo)高/m奧陶系頂界標(biāo)高/m隔水層底板承受的水壓/MPa 6 P65+567.50+392.27 1.72 7 P75+560.00+439.82 1.18 8 2+594.20+226.02 3.61 9 6+593.00+401.70 1.88 10 7+593.20+344.39 2.44 11 12+592.90+361.88 2.26 12 17+592.60+371.19 2.17 13 19+593.40+248.29 3.38 14 22+591.70+296.44 2.89 15 24+592.40+358.83 2.29 16 25+592.80+328.58 2.59 17 28+591.70+360.94 2.26 18 29+592.05+358.57 2.29 19 30+592.40+282.29 3.04 20 34+591.60+335.24 2.51 21 35+591.90+325.61 2.61 22 44+579.00+284.73 2.89 23 45+590.50+296.46 2.88 24 51+588.00+304.42 2.78 25 58+560.00+427.72 1.30 26 60+568.50+359.96 2.04 27 Od-1+593.47+295.20 2.92 28 Od-2+575.48+257.45 3.12 29 Od-3+595.32+215.00 3.73 30 Od-4+591.80+513.63 0.77 31 Oj-6+591.50+289.50 2.96 32 KS-1+590.20+498.15 0.90

圖3 15#煤層底板隔水層承受上馬家溝組含水層水壓等值線圖

4.2 15#煤到奧灰頂界隔水層厚度

由于前面所述奧陶系峰峰組位于上馬家溝組之上。而峰峰組本身為含水層，因此15#煤到奧灰頂界隔水層厚度仍然為煤層底板到本溪組底部即奧灰頂界的地層間距：51.49～132.30m，平均厚度為94.79 m。

4.3 15#煤層底板上馬家溝組巖溶水突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

根據(jù)突水系數(shù)計(jì)算公式（1）計(jì)算，得到15#煤層底板上馬家溝組巖溶水突水系數(shù)為0.0101～0.0372MPa/m（見表4），小于構(gòu)造塊段突水系數(shù)臨界值0.06MPa/m，井田北部邊緣為不帶壓區(qū)，其余區(qū)域均帶壓，帶壓開采區(qū)內(nèi)全區(qū)為安全區(qū)。

圖4 15#煤層底板上馬家溝組巖溶水突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)分區(qū)

表4 15#煤層底板上馬家溝組巖溶水突水系數(shù)統(tǒng)計(jì)

序號(hào) 孔號(hào) 水位標(biāo)高/m煤層底板標(biāo)高/m水壓/MPa隔水層厚度/m突水系數(shù)/（MPa/m）27 Od-1+593.47+388.75 2.92 93.1 0.0314 28 Od-2+575.48+344.43 3.12 83.87 0.0372 29 Od-3+595.32+320.49 3.73 104.3 0.0357 30 Od-4+591.80+592.02 不帶壓 78.12 —31 Oj-6+591.50+384.51 2.96 95.01 0.0312 32 KS-1+590.20+584.1 0.90 85.95 0.0105

5 結(jié)語

1）峰峰組隔水層底板承受的水壓，在井田內(nèi)由東北向西南呈遞增趨勢(shì)：東北部較小，西南部較大。

2）上馬家溝組隔水層底板承受的水壓，在井田內(nèi)由北向南呈遞增趨勢(shì)，井田北部、西北部較小，在井田南部、東南部較大。

3）峰峰組水突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)：15#煤層西北角不帶壓，帶壓區(qū)內(nèi)底板峰峰組巖溶水突水系數(shù)為0.0151～0.0464MPa/m，為帶壓開采安全區(qū)。

4）上馬家溝組水突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)：15#煤層在井田北部邊緣不帶壓，帶壓區(qū)內(nèi)底板上馬家溝組巖溶水突水系數(shù)為0.0101～0.0372MPa/m，為帶壓開采安全區(qū)。