山西王家岭煤矿底板奥灰水突水危险性评价

2023年4月23日发(作者：三位密码锁解开大全)

山西王家岭煤矿底板奥灰水突水危险性评价

刘博海

【摘 要】我国是受水害最严重的国家,奥灰水突水是我国很多煤矿在安全生产中急

待解决的问题.山西王家岭煤业集团公司王家岭煤矿就面临着开采9号煤层底板奥

灰水突水威胁的安全问题.结合王家岭煤矿实际钻孔数据,运用突水系数法、多层叠

加抗压强度比值系数法分别对9号煤层进行突水危险性预测,并进行相互对比,根据

计算所得结果得出9号煤层底板易发生突水区.

【期刊名称】《价值工程》

【年(卷),期】2015(034)009

【总页数】4页(P66-69)

【关键词】奥灰水;突水影响因素;突水预测方法

【作 者】刘博海

【作者单位】昆明理工大学国土资源工程学院地科系,昆明650093

【正文语种】中 文

【中图分类】TD745

煤层底板突水是受地质，水文地质，采矿因素影响的一种灾害现象，其实质是煤层

下伏承压水冲破底板隔水层的阻隔，致采煤工作面底板隔水层岩体内部导水通道，

以突发，缓发或滞发形式涌入工作面采空区的过程[1]。煤层底板突水对煤炭安全

生产危害严重，其不仅水量大，而且涉及的范围广，因此，人们对煤层底板突水的

研究也越来越重视。王家岭井田位于天桥泉域内，井田内赋存的主要可采煤层（9

号煤）位于奥陶系灰岩含水层（以下简称奥灰水）水位以下。在今后井田开采过程

中存在奥灰水突水威胁（9号煤层）。因此进行煤矿底板奥灰突水危险性评价，对

解放受水威胁煤层储量，实现矿井安全生产，具有重大的现实意义。

1.1 隔水底板软岩与硬岩组合据前人研究成果，隔水底板抗压强度及隔水能力与地

层组合有很大关系。区内9号煤底板至奥灰顶板间岩层平均厚度为87．77m,岩层

组合以泥岩和砂岩互层为主（见图1），以往研究表明，柔性岩石有利于阻止水的

进入，但抵抗矿压破坏能力较弱，而刚性岩层抵抗矿压破坏的能力较强，但阻水能

力弱，一般刚性岩石的等效隔水系数约是泥岩的0．4倍；而柔性岩石的等效抗压

强度系数约是刚性砂岩、灰岩的0．5～0．7。因此这种互层状的软、硬岩地层结

构对提高底板的抗压强度及隔水能力比较有利。

全区内本溪组发育铝土质泥岩，最厚的可达8．60m，最薄的也有1．32m，铝土

质泥岩抗水压能力较强，这有利于煤层的开采。

1.2 矿压扰动带有效隔水层厚度在正常地段，开采9号煤，底板第一层为矿压扰动

破坏带，本矿取地区经验值16m；第二层为有效隔水带，9号煤底板有效隔水层

平均厚度为71．77m；在小断层和裂隙发育的区域，一般还存在潜越导水带，有

效隔水层厚度均有不同程度的变薄或断失。

1.3 底板断层及裂隙发育程度断裂构造是底板突水的重要因素，断裂构造所起的作

用表现为降低底板的隔水层的强度，缩短煤层与对盘含水层的间距，减少底板隔水

层的有效厚度。虽在本次和以往勘探中，没有发现断层、陷落柱，但是可能存在的

小断裂构造，成为以后奥灰水导入矿坑的途径。

1.4 隔水底板下伏奥灰水水压分布奥灰水压是9号煤层底板突水的基本动力。在煤

层地板隔水层条件相同时，水压愈大，底板突水的几率愈高，本区奥灰水压随其埋

深变化较大。在东部承压水头高度为332m左右；在西南

部承压水水头高度为900m左右，水压约为8．93MPa。

1.5 奥灰富水性及充填带岩溶发育程度底板以下奥灰富水性是影响突水量大小的重

要因素，表现在两个方面：①在平面上，富水性大的地段，一旦发生突水其突水量

也较大。根据抽水试验，东南部奥灰突水量大于西北部。②在垂向上，奥灰上、下

段的岩溶发育程度对突水威胁性影响也较大。据现有的资料表明，奥灰峰峰组顶部

岩溶裂隙发育程度弱，且多被方解石、泥质物质所充填，峰峰组上段23m可作为

隔水层，对采煤比较有利；而上马家沟组岩溶裂隙发育，富水性较好，对采煤存在

威胁，为重要出水段。

2.1 突水系数计算

2.1.1 突水系数计算方法该方法突出考虑了矿山压力对隔水层的扰动破坏，同时还

考虑了水压、隔水层厚度等因素。其含意是每米有效隔水层所承受的水压值，当超

过临界水压值时就易发生突水。计算公式为：

式中：Ts：突水系数（MPa/m）；

P：煤层底板承受水压（MPa）；

M：底板隔水层厚度（m）；

Cp：矿压扰动破坏厚度（m）。

2.1.2 计算参数确定

①底板隔水层厚度。根据本次勘查孔及以往钻孔资料，9号煤底板的隔水层厚度为

9号煤底板到奥陶系顶板以下23m的厚度。②矿压扰动破坏厚度。根据地区经验

值，本矿扰动破坏厚度取16m。③煤层底板隔水层承受水压。从奥灰顶板以下

23m算起，奥灰静水压根据本次水位观测资料确定。④临界突水系数确定。根据

矿井水文地质规程及我国突水资料丰富的矿区多年的开采经验总结，临界突水系数

一般介于0．06-0．15MPa/m之间（见表1）。故正常块段临界突水系数取

0．15MPa/m；在断层破碎带取0．06 MPa/m。

2.1.3 9号煤底板奥灰突水系数计算采用公式（1），计算出平面上各控制钻孔9

号煤底板奥灰突水系数见表2。

2.1.4 9号煤底板奥灰突水威胁性评价从上述计算结果可知，井田9号煤层奥灰突

水系数均小于正常块段的临界突水系数经验值0．15MPa/m（见图2），在无断

层、陷落柱等导水构造存在的情况下，开采9号煤层奥灰发生突水的可能性较小。

9号煤底板突水系数平面分区见图3。

Ⅰ区：突水系Ts＜0．06MPa/m，主要分布在东部，分布面积为8．58km2。

Ⅱ区：突水系数0．06MPa/m＜Ts＜0．15MPa/m，主要分布在西部，分布面积

为25．87km2。

2.2 多层叠加抗压强度比值系数法

2.2.1 抗压强度比值系数计算方法

该方法从力学角度出发，突出考虑了隔水底板软岩与硬岩组合、单层的抗压强度及

总体抗压强度。其含意为水压与底板总体抗压强度比值关系，当比值系数大于1

时，即水压大于底板抗压强度时，奥灰突水的危险性就相对较

大，计算公式为：

式中：Tjs：底板多层叠加抗压强度比值系数；

Mi：底板岩层组合中，各分层的厚度（m）；

Ki：底板岩层组合中各分层的抗压强度（MPa/m）；

I：分层数；

P：煤层底板承受水压（MPa）。

2.2.2 有关计算参数确定

①岩层抗压强度。根据煤炭部门在山东、河南、河北等

矿区所作的实验，取得不同岩层每米抗压强度的实测值见表3。

②岩性力学分层及抗压强度。根据钻探、测井、岩石力学测试资料，将底板岩层综

合划分为以下四类，然后根据各分层岩石类型的抗压强度及厚度计算底板总体抗压

强度。

Ⅰ类：包括各种砂岩及灰岩；

Ⅱ类：包括砂质泥岩、粉砂岩等；

Ⅲ类：包括炭质泥岩、铝质泥岩、泥岩、煤、粘土岩等；

Ⅳ类：断裂破碎带。

③9号煤底板抗压强度比值系数计算。采用式（2），计算出平面上各控制钻孔9

号煤底板抗压强度比值系数，见表4。

④9号煤底板奥灰突水威胁性评价。

9号煤底板多层叠加抗压强度比值系数平面分区图，见图4。

Ⅰ区：9号煤层底板多层叠加抗压强度比值系数Tjs＜ 1，主要为区内的东部，分

布面积为22．03km2。

Ⅱ区：9号煤层底板多层叠加抗压强度比值系数Tjs＞1，主要为西部和矿区的北部，

分布面积为12．42km2。

2.2.3 采用评价成果以上采用两种方法，对开采9号煤底板奥灰突水威胁性进行了

计算评价。各种方法考虑的因素不同，结果也有一定的差异。考虑到第一种方法为

目前普遍采用方法之一，为便于对比，采用有效隔水层突水系数法的评价成果。即

井田9号煤层奥灰突水系数均小于正常块段的临界突水系数经验值0．15MPa/m，

本次和以往勘探中井田范围内没有发现断层、陷落柱，在无断层、陷落柱等导水构

造发育的情况下，开采9号煤层奥灰发生突水的可能性较小。但在开采过程中，

应密切注意断层、陷落柱等构造发育情况，一旦发现导水构造，应及时采取措施。

通过采用理论分析手段研究煤层底板突水规律，对王家岭煤矿9号煤层突水危险

性进行预测及评价，得出以下主要结论：①王家岭矿井是具有重大突水威胁的矿井，

防治水的重点是底板奥灰承压水。②9号煤层底板易发生突水区主要分布在王家岭

煤田的西部，东部等地区发生突水的可能性相对不大。③9煤底板隔水层厚度及其

岩性组合对阻水性能影响很大，岩性以泥岩、泥质砂岩、砂质泥岩和铝土质泥岩为

主，且与粉砂岩、细砂岩、中砂岩和粗砂岩互

层对底板抵抗奥灰水有利。④本井田虽然目前为止尚未发现断层、陷落柱存在，但

并不能就此放松警惕。建议在矿坑掘进及开采过程中，综合运用井下物探以及水文

方法进行探测，一旦发现导水断层、陷落柱等构造，及时处理，做到防患于未然。

【相关文献】

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