基于突水系数法的煤层底板突水危险性评价

胡昌城+王来斌

摘 要：中国是煤矿开采大国，在煤矿开采过程中经常会有一些危险事故的发生，其中矿井水害是威胁我国煤矿安全开采的主要原因之一。为有效控制煤层开采导致的煤层底板突水事故，以孙疃煤矿为例，通过对104采区10煤层底板岩性、隔水层特征以及太灰水富水性特征的研究，引入了突水系数法。比较研究区突水前后的突水系数值，综合评价煤层底板突水危险性。通过疏放水实验达到安全开采的目的。结果表明疏放前底板存在突水威胁，疏水后研究区突水系数下降，达到了安全开采的目的。

关键词：突水系数；底板突水；危险性评价

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.065

0 引言

近年来，煤矿开采受水害影响严重，尤其是煤层的底板突水，其突水机制复杂且难以预测。为此，中国包括外国的研究人员通过实地考察，结合资料分析，试图寻找能够有效解决底板突水问题的方法[1]。突水系数法是其中较为简单的也是使用最为普及的一种方法。底板突水其实质是在众多的影响条件作用下，煤系地层原本的岩石结构及围岩体系遭到损坏从而导致的地下水动力场失去平衡的现象[2]。煤层底板突水是一个牵涉到多方面原因的现象，其主要原因是由于水文地质，工程地质，开采条件等的影响所导致的[3]。孙疃矿区开采煤层主要影响的含水层有太原组地下水岩溶化岩层及含煤沉积岩系砂岩含水层等。本文在该矿区原有的灰岩水的前提上，通过突水系数法有效的提供了10煤层底板突水危害性的治理方法。

1 矿区概况

孙疃煤矿位于安徽省淮北市，其主要的含煤岩层为石炭-二叠系。整个采区从南至北长约10千米，东西宽约4千米。其中104采区位于井田北部，其南北分别与102采区与杨柳煤矿相邻，整个采区约有6条勘探线经过，其钻孔主要揭露了太原组地层，以灰岩居多。本采区构造发育较好，根据10煤层底板的主要岩石性质可知，其煤层底板主要为砂岩，隔水能力较弱。同时据已有文件记载，104矿区煤层底板突水事件分析中太原组灰岩水和底板砂岩裂隙水是最重要的突水水源[4]。

2 底板突水影响因素分析

导致底板突水的原因有很多，世界上很多国家的专家和研究人员都对导致底板突水的原因做了大量的分析与研究，目前认为导致底板突水的原因主要有矿山压力、地质构造、水压力、底板的隔水层特征、工作面开采的宽度和方法等[5]。结合影响因素，分析其在安全承压开采中的影响，采取合适的方法，对底板突水事故进行预测与防治。

3 突水系数法

3.1 演化历程

突水系数法作为煤系岩层底板突水事故评判的基本方法，在实践过程取得了良好的效果。经过多年的发展与研究，突水系数法逐渐的完善了起来。这种方法已经被列入煤矿防治水条例中，其计算公式随着多年来的研究与探索也已逐步完善。表1给出了不同年代突水系数法的演变过程。

3.2 突水系数分析

依据孙疃煤矿104采区煤系岩层底板特征以及部分钻孔资料基本信息，结合该采区地理信息，等高线图等，得出对煤系岩层底板突水引响最为显著的是太灰水[7]。计算煤层1灰顶标高和10煤底至1灰顶的距离能够得出含水层的厚度以及隔水层厚度，利用突水系数公式：

Ts理论主要依据临界突水系数来评判是否具有突水可能性，其计算结果的大小与实际突水的记载数据以及所使用的突水算法公式有关[8]。根据《煤矿防治水规定》以及孙疃地区矿井开采的实际资料，认为该采区其Ts的临界值为0.07MPa/m。即当突水系数高于0.07MPa/m时，有机会出现突水现象，否则不会出现突水。同时其数值高低的也反映了突水可能性的高低。由此即可按临界Ts值将研究区分为3个区域。危险区：Ts>0.1MPa/m；威胁区：0.07

通过对104采区的数据处理和分析，将数据导入suffer软件中，可以得出放水前后该研究区的突水系数法评价图。

从图1中能够很清晰的得出，黑色部分为安全区即不突水区域，灰色部分为威胁区即有可能发生突水事故，浅灰色部分为危险区即无突水发生的可能。通过疏放水前后的对比可以很容易得出，经过疏水处理后研究区突水系数值比未疏水前低，安全地区范围增大，疏水效果较为显著。因此可以根据所得到的Ts划分图对孙疃煤矿工作区底板是否突水作出预判，有效的防止危险事故的发生，使得矿井生产的

安全得到保障。

4 结语

利用suffer软件及CAD制图，结合钻孔资料得出采区工作面底板的涌水情况。通过计算放水前后该地区的突水系数，并比较突水前后突水系数值，一定程度上为人们了解该区域是否具有突水可能性提供了有力的依据。为防止工作面发生突水事故，在工作面开采之前，通过放水实验减少了突水区的面积，为工作面的安全开采带来了保障。总的来说，本次的放水实验起到了良好的效果，但对于一些隔水层发育较为薄弱的地区仍然需要采取严格的灰岩水防治措施。

参考文献：

[1]逯娟，陈刚煤矿.底板突水防治研究进展与探讨[J].西部資源，2013（02）：143-146.

[2]郑飞，王来斌.孙疃104采区底板灰岩含水层富水性特征及安全评价[D].安徽理工大学，2013.

[3]白喜庆等.新驿煤田奥灰顶部相对隔水性及底板突水危险性评价[J].岩石力学与工程学报，2009（28）：273-280.

[4]郑飞，王来斌.淮北袁店煤矿101、102采区煤层底板突水危险性综合评价[J].

[5]张金才，刘天泉.煤层底板突水影响因素的分析与研究[J].煤炭科学研究总院北京开采所，1993.

[6]李忠建，魏久传，郭建斌等.运用突水系数法和模糊类法综合评价煤层底板突水危险性[J].矿业安全与环保，2010，37（01）：24-26.

[7]张志祥，王建和，王玉杰.突水系数法在平煤八矿突水预测中的应用[J].江西煤炭科技，2013，3（03）.

[8]张乐中，许田柱.煤层底板带压开采危险性评价方法探讨[J].人民长江，2012（13）：39-42.