突水系数法在煤层底板突水危险性评价中的应用

突水系数法在煤层底板突水危险性评价中的应用

付辉

中国矿业大学（北京）北京100083开滦（集团）蔚州矿业公司崔家寨矿河北张家口075700

摘要：通过分析采区内钻孔揭露的静水位标高、单位涌水量、渗透系数和1#煤有效隔水层厚度，计算1#煤底板突水系数，以突水系数作为带压开采安全与否的计算指标。根据南留庄矿四采区1#煤突水系数计算结果，绘制采区突水系数等值线及带压开采安全性分区图，可以为四采区1#煤设计开采提供较高的技术指导。

关键词：隔水层厚度；突水系数；底板破坏深度

1、前言

凡影响生产、威胁采掘工作面或矿井安全的、增加吨煤成本，使矿井局部或全部被淹没的矿井水，都称为矿井水害。煤矿水害是与瓦斯突出、粉尘爆炸、顶板冒裂、火灾等并列的五大灾害之一，其严重程度仅次于瓦斯列第二。长期以来，因为煤矿水害而造成的国家和人民生命财产及经济损失极为惨重。

本文以南留庄矿四采区为例论述了利用突水系数法如何评价煤层底板突水危险性，对于本矿四采区的防治水工作具有一定的借鉴意义。

2、矿井概况

开滦（集团）蔚州矿业公司南留庄矿自1995年建成投产以来，已有14年的开采历史，现已形成年产30万吨的生产能力。主采煤层为侏罗系中下统下花园组的1#煤，随着矿井持续开采，目前仅剩最后一个采区四采区，由于其它采区在巷道施工和采煤过程中已发生1#煤底板奥灰水突水事件10次，四采区又位于井田南部奥灰含水层强径流带附近，同样面临奥灰底板突水的危险。

为保证煤层的安全回采，必须开展四采区奥灰底板突水危险性评价工作，以实现井田的安全开采，保证煤炭企业的可持续发展。

3、1#煤底板突水系数分析

我国煤炭系统一直将判别突水与否的突水系数临界值作为划分煤炭资源是否受水害威胁的标准。突水系数作为评价底板突水可能性的一种方法，具有物理概念明确，简单实用的特点，在煤矿生产实践中获得广泛应用，并被编入《矿井安全规程》、《矿井水文地质规程》中。

目前，我国在承压水体上采煤普遍采用突水系数评价理论，以突水系数作为带压开采安全与否的计算指标，其计算公式为：

4、突水系数法评估结果

根据勘探资料分析,作为1煤至奥灰顶面隔水层的岩性组成主要有:粘土岩。对1煤开采有影响的含水层主要为奥陶系灰岩含水层，是1煤开采底板直接充水含水层，该含水层由北向南逐渐加厚，一般厚度为40～80m，灰岩顶界面标高一般在+850以下，单位涌水量0.106l/s.m,渗透系数为3.38m/d。

奥陶系灰岩含水层顶面距主采煤层1煤底板之间泥岩平均厚度为5.77m，该含水层是构成开采1煤层威胁的主要含水层。如果在1煤层开采过程中，由于采动条件、奥灰强大的水压以及地质构造的影响，在两个含水层之间产生沟通通道，则对开采1煤产生很大的威胁，所以本文在研究突水系数时有效隔水层厚度取奥灰含水层至1#煤底面之间岩层的厚度。

根据钻孔资料，奥灰至1煤底板的平均厚度为5.77m，煤层厚度采区变化特征见前节。根据FLAC-3D计算和实践经验，得底板破坏深度为８m，故在突水系数计算中取MI（矿压破坏带厚度）为８。

根据南留庄矿四采区开采1#煤突水系数计算结果，绘制采区突水系数等值线及带压开采安全性分区图。

5、结论

根据《煤矿安全规程》及首采面实际开采条件，参照《水文地质规程》，对突水系数做如下分区：安全区Ts＜0.06，过渡区Ts=0.06-0.15，危险区Ts＞0.15。从等值线图上可以看出,南留庄矿四采区全区大部均大于0.15，只有两小块区域小于0.15，上部一块完全位于断层带内，下部一块大部位于断层带内，均不适宜开采。

同时，从研究区内奥灰富水性看，将来开采区位于奥灰弱富水区，前期矿井疏排水资料表明，经过一定时间的疏水，水位迅速下降，已下降近100多m，表明该区径流补给条件较差，易于疏降，为后续开采提供有利的一面。

参考文献

[1]靳德武.我国煤层底板突水问题的研究现状及展望，煤炭科学技术[J]，2002（6）

[2]武强,李博,刘守强,曾一凡.基于分区变权模型的煤层底板突水脆弱性评价———以开滦蔚州典型矿区为例,煤炭学报[J]，2013（9）

[3]武强.赵苏启.董书宁.李竞生.煤矿防治水手册[M].北京:煤炭工业出版社,2013.