煤矿充水条件及突水危险性分析

总第１７７期　煤矿充水条件及突水危险性分析　李丽娟　（山西省煤炭工业厅煤炭资源地质局，山西太原０３００４５）　摘要：文章以苏村煤矿为例，通过对煤矿矿区地质及水文地质条件综合研究，对矿井开采煤层的充水条　件及突水危险性进行分析，确定了矿井充水因素，以期对矿井的安全生产提供参考。　关键词：煤矿；充水条件；突水危险性　中图分类号：ＴＤ７４５　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００５—２７９８（２０１４）０５—００６０—０３　１　矿井概况　苏村煤矿位于中阳县城北１５　ｋｍ处的苏村附　近。井田内主要含煤地层为二叠系下统山西组和石　炭系上统太原组。其中山西组含可采煤层４号和　５　号煤层，太原组含可采煤层６号和ｌ０号煤层。　层的充水水源，对矿井充水有较大影响。　２．２充水通道　据井田水文地质和工程地质条件分析，矿井充　水通道主要为岩土层的孔隙、裂隙和岩溶，其次为可　采煤层回采后产生的冒落带及导水裂隙带。　１）　导水裂隙带。通过煤层导水裂隙带高度　对比钻孔煤系地层及其以上的砂岩裂隙含水层与煤　层之间的距离得知，山西组５　号煤层导水裂隙带　井田构造属简单类型，总体构造形态为一走向南北，　倾向西的单斜构造．在此基础上发育小型的背向斜　构造。在井下掘进及煤层开采中，发现有五条正断　层，未见岩浆岩侵入、陷落柱等其他构造现象。　高度可达到上层４号煤层底板。太原组６煤层导水　裂隙带高度可达到山西组４号煤层及５　一号煤层底　板，所以４号煤层及５　号煤层的采空区积水对６号　煤层开采有影响。太原组１０号煤层导水裂隙带高　度未达到６号煤层底板，但仍应注意对上部煤层采　空区积水的探放工作。　２）　断层等构造。在井下采掘过程中共发现　五条正断层，断层导水性弱。但不排除矿山开采导致　２矿井充水条件分析　２．１充水水源　矿井充水水源是指矿井水来源。可能的充水水　源如大气降水、地表水、老窑水和地下水等。　１）　大气降水及地表水体对矿井充水的影响。　大气降水通过不同成因的基岩裂隙及松散沉积物孔　隙，与含水层沟通，通过煤层导水裂隙带渗人地下．　成为矿井充水的间接补给来源。一般情况下，由于　地形坡度较陡，植被不发育，地形有利于自然排水，　对入渗地下水补给条件差　２）　地下水对矿井充水的影响。井田现开采　４号和１０号煤层，４号煤层已大部分采空。４号和　矿山压力重新分布，打破平衡后，断层可能会成为导　水通道的情况。因此，在今后的采掘过程中应进一　步加强对井田内断层的探测和导水性的研究。　２．３充水强度　矿井充水强度是指矿井充水量的大小，一般可　以用矿井涌水量来衡量。　正常情况即矿井不突水的情况下，矿井涌水量　主要由煤层开采过程中顶板含水层的滴、淋水组成，　此时充水强度与顶板含水层的富水性有关系，富水　性相对较强的区域，涌水量会变大。顶板含水层段　５　．号煤层的直接充水含水层是山西组砂岩含水层，　间接充水含水层为第三、四系砾石层的风化裂隙带　水及下石盒子组砂岩含水层。６号和１０号煤层的　直接充水含水层是太原组砂岩、灰岩含水层。间接充　水含水层为山西组砂岩含水层。　３）　采空区积水。井田存在７处采空积水区，　４号和１０号煤层采空区有积水，５　号和６号煤层　尚未开采。无采空积水。采空区积水是开采下山煤　裂隙不发育，补给条件差，以静储量为主，矿井开采　初期涌水量稍大，中期随着开采时间的延续，矿井涌　水量有逐渐减小的趋势。到开采后期，随开采面积　的增大，塌陷裂隙发育到地面，这时大气降水可能通　过塌陷裂隙渗入矿井，致使矿井涌水量有所增加，并　收稿日期：２０１３—１２－３０　作者简介：李丽娟（１９７９一），女，山西太原人，硕士，工程师，从事煤炭基础地质工作。　６０　李丽娟：煤矿充水条件及突水危险性分析　第２３卷第５期　随季节变化而变化。正常涌水量对矿井开采没有太　大的影响，充水强度较弱。　非正常情况即存在突水点时，充水强度与充水　水源的性质和充水通道的大小有关。假如大气降水　或者地表水溃入矿井，水量大，来势猛，充水强度大，　若奥灰水为充水水源或者为太原组薄层灰岩含水层　的补给水源，充水强度还与充水点所处的奥陶系灰　岩富水性有关，如同井下钻孔的奥灰水涌水量与钻　孔所处区域的奥陶系灰岩富水性有关一样。若充水　点处于奥灰水强径流带上，则充水强度大，处于弱径　流带上则充水强度小。　奥灰的充水强度还与奥灰充水点的富水性有　关。如同井下奥灰钻孔的涌水量与钻孔所处奥灰区　域的富水性有关一样。若奥灰充水点处于强径流带　上，强径流带过水强，充水强度大，处于弱径流带上　充水强度小。　作为充水通道，断层和陷落柱因其通道断面大、　过水能力强、可以直接导通含水层和工作面而使充　水强度变大，突水案例表明，许多后果严重的突水事　故都是由断层和陷落柱引起的。比较而言，裂隙密　集带的通道断面小，过水能力稍差，充水强度低。钻　孔是一种常见的导水通道，充水强度一般不大。　正常情况下，该井田充水强度较弱，一旦在奥灰　水富水区遇到陷落柱等强充水通道，充水强度将变　大　３突水危险性分析　３．１导水裂隙带发育　４号煤层顶板为砂质泥岩、局部为少量砂岩，５　号煤层顶板为泥岩和细砂岩，１０号煤层顶板为砂　岩和砂质泥岩，覆岩岩性均为软弱，可根据“三下”　开采规程水体下缓倾斜煤层开采时．软弱岩性导水　裂隙带高度计算公式进行计算；６号煤层顶板为石　灰岩和泥岩，覆岩岩性为坚硬．可根据“三下”开采　规程水体下缓倾斜煤层开采时，坚硬岩性导水裂隙　带高度计算公式…进行计算：　软弱岩性导水裂隙带计算公式：　ｏ　Ｈ１：＝１０￣／∑Ｍ＋５　坚硬岩性导水裂隙带计算公式：　＝　±８＿９　Ｈｌｉ＝３０￣／∑Ｍ＋１Ｏ　式中：　ｉ为导水裂隙带高度，ｍ；Ｍ为累计采厚，　由计算可知，４号煤层最大导水裂隙带高度为　２１．４０　ｍ，根据井田内最高点在井田东部山梁上．标　高约为１　３２３　ｍ，最低点在井田西部季节性河沟中．　标高约为１　０９１．０　ｍ，相对高差约为２３２　ｍ。４号煤　层的底板标高为８５０～１　１００　ｍ。４号煤层导水裂隙　带不会与松散层勾通，地表水及大气降水对４号煤　层的开采影响较小。４号煤层与５　号煤层平均层　间距为１０．１５　ｍ，５　号煤层最大导水裂隙带高度为　１８．９９　ｍ。５　号煤层导水裂隙带最大高度可达到　４号煤层底板，４号煤层的采空积水对５　号煤层的　开采有影响。５　号煤层与６号煤层层间距为　１４．４０　ｍ，６号煤层导水裂隙带最大高度为５３．８３　ｍ。　６号煤层最大导水裂隙带最大高度可达到４号煤层　和５　号煤层底板，４号煤层和５　号煤层的采空积　水对６号煤层的开采有影响。６号煤层与ｌ０号煤　层间距为３５．７５　ｍ，１０号煤层最大导水裂隙带的最　大高度为３１．３８　ｍ，１０号煤层导水裂隙带最大高度　达不到６号煤层底板，６号煤层的采空积水对１０号　煤层的开采影响较小。　３．２底板奥灰水水压　井田内奥灰岩溶水位标高在８０４～８０９　ｍ。井　田内４号煤层底板最低标高处于井田西南部为　８５０　ｍ，５　号煤层底板最低标高处于井田西南部为　８４０　ｍ，６号煤层底板最低标高处于井田西南部为　８３０　ｍ，１０号煤层底板最低标高处于井田西南部为　７９０　ｍ。井田内４号、５　号和６号煤层均不存在带　压现象。１０号煤层底板西部地段位于奥灰岩溶水　位标高之下，存在局带压开采现象。　井田西部１０号煤层底板最低标高为７９０　ｍ．该　地段奥灰岩溶水水位标高（Ｈｏ）８０５　ｍ，据井田中部　１２０号钻孑Ｌ　１０号煤层距奥灰顶面隔水层厚度（　）　为６１．０７　ｍ。　下面对奥灰水的突水危险性进行计算，突水系　数计算公式ｌ１　如下：　突水系数计算公式：　＝　Ｐ＝（Ｈｏ一日ｌ＋Ｍ）×０．００９　８　式中：　为突水系数，ＭＰａ／ｍ；Ｐ为隔水层底板　承受的静水压力，ＭＰａ；Ｍ为底板隔水层厚度，ｍ；Ｈ　为煤层底板最低标高，ＩＴＩ；Ｈｏ为奥灰岩溶水水位标　高，ｍ。　经计算，井田内ｌ０号煤层奥灰水最大突水系数　为０．０１２　２　ＭＰａ／ｍ，其小于受构造破坏块段临界突　水系数值０．０６　ＭＰａ／ｍ。　综合上述，井田内４号、５　号和６号煤层均不　６１　李丽娟：煤矿充水条件及突水危险性分析　第２３卷第５期　存在带压开采现象；ｌＯ号煤层西部局部存在带压开　采现象，经计算井田内ｌ０号煤层奥灰水最大突水系　表２邻矿采空积水量估算　数为０．０１２　２　ＭＰａ／ｍ，其小于受构造破坏块段临界　突水系数值０．０６　ＭＰａ／ｍ。因此奥灰水突水危险性　较小。　３．３采空区积水　１）　井田内采空区积水情况。本井田存在多　处采空积水区，４、１０号煤层采空区有积水，５　６号　煤层尚未开采，无采空积水。采空区积水量情况。　根据《煤矿安全手册》第五篇矿井防治水的采　空区积水公式：　Ｑ采＝（ＫＭＦ）／ｃｏｓｏ￣　由表２可知，井田北部的山西中阳沈家峁煤业　有限公司４号煤层有３处积水区，合计积水量　１３　９０１　ｍ　；井田南部山西鑫隆煤源有限公司在１０号　煤层有１处积水区，合计积水量１０１　３６２　ｍ　。　Ｑ采为相互连通的各积水区总积水量，ｔＴＩ　；Ｋ为　４结语　采空区的充水系数，结合矿井采煤方法和回采率情　况，该次采用０．３０；Ｍ为煤层厚度，ｍ；Ｆ为采空区积　水的投影面积，ｍ　；　为煤层倾角。该井田内煤层　根据井田充水条件的分析确定，该井田受地表　水、采空区积水和井田内各含水层的充水因素影响。　倾角较小，该次计算按水平煤层对待。　表１　井田内采空区积水量估算　采掘工作受水害的影响，但不威胁矿井安全，防治水　工作难易程度属简单类型，但不容忽视。井上应建　立完善的防水和排水系统．对井田范围内的塌陷裂　隙及时充填：井下要根据探放水原则．认真贯彻执行　“预测预报、有掘必探、有采必探、先探后掘、先探后　采”的要求和“探掘分离”管理规定，加强矿井地质　及水文地质工作，以确保安全生产。　参考文献：　『１］　国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局．　由表１可知，原照阳煤业４号煤层有１处采空　积水，积水面积为２００　７９３　ｍ　，积水量为９５　２３７　ｒｎ　。　煤矿防治水规定　Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，２００９．　『２］　中国煤炭工业劳动保护科学技术学会．矿井水害防治　技术［Ｍ］．北京：煤炭Ｔ业出版社，２００７．　［３］　吴玉华，张文泉，赵开全．矿井水害综合防治技术研究　［Ｍ］．北京：中国矿业大学出版社，２００９．　［４］　沈照理．水文地质学［Ｍ１．北京：科学出版社，１９８５．　［５］　王秀兰．矿山水文地质［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，　２００７　原照阳煤业１０号煤层有ｌ处采空积水．积水面积为　５７　６２８　ｍ　，积水量为８７　８８０　ｍ　。原七头山煤矿　１０号煤层有２处采空积水，积水面积为５　１７４　ｍ。．积　水量为７　７９１　ｉｎ　。原金明煤业１０号煤层有３处采　空积水，积水面积为２２　７３４　ｍ　，积水量为３５　１０１　ｍ　。　２）　周边矿井采空积水情况。井田北部与山　两中阳沈家峁煤业有限公司相接，西南部为山西鑫　隆煤源有限公司。西部为山西离柳朱家店煤业有限　［责任编辑：路方］　６２