奥灰水带压开采分析及防治措施研究

奥灰水带压开采分析及防治措施研究

张海涛

中煤科工开采研究院有限公司，100013

摘要：奥灰水带压开采对矿井安全生产有着重大影响，本文在分析矿井地质条件的基础上，通过奥灰突水影响因素、开采煤层底板隔水层分析，开展15号煤层带压开采分区安全性评价，提出带压开采安全技术措施及防治水工程。本研究方法可在类似条件的矿井防治水防治工作提供参考。

关键字：带压开采；奥灰水；防治水

1 工程概况

本次研究矿井生产能力0.60Mt/a，批准开采2号、15号煤层。井田内主要地层由老至新为奥陶系中统下马家沟组、奥陶系中统上马家沟组、奥陶系中统峰峰组、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组、二叠系下统下石盒子组、二叠系中统上石盒子组、新近系上新统、第四系全新统。

其中区内主要含水层为奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层，奥陶系地层埋藏较深，为石灰岩岩溶裂隙含水层组，含水空间以岩溶裂隙为主，岩溶裂隙发育及富水性具有随深度的增加而增强的特点。

2 奥灰突水影响因素分析

按煤矿底板变形和破坏程度的不同，可将煤层底板以下至含水层部位分成三个带，即直接底板采动裂隙带、中间弹塑性变形带和底板采动地下水导升裂隙带。

在矿压、水压的联合作用下，水压强度大于底板岩层有效保护层厚度及物理力学指标时，地下水就会沿岩层溶蚀地带（如断层破碎带、裂隙发育带）涌入矿井，常见的主要是奥陶系岩溶水，本矿主要突水威胁即来源于此。

奥灰含水层影响其突水性的因素主要有：隔水底板软岩与硬岩组合及隔水能力、地质构造发育程度、底板下伏奥灰水压分布、奥灰含水层富水性与上部充填带岩溶发育程度等。

3 开采煤层底板隔水层分析

3.1 隔水岩柱的厚度

隔水岩柱的厚度决定于地层沉积时的古地理环境及后期构造运动的改造，如褶皱变薄带、断裂构造破碎带等。判断隔水岩柱厚度变化情况，区内钻孔是最好的资料。

3.2 隔水岩柱的空间分布及其组合关系

15号煤层隔水岩柱中，柔性岩类岩性主要为泥岩、铝质泥岩，砂质泥岩，地层结构致密，岩芯完整性较好，构成了不透水的良好隔水层，这对煤层的采掘和防治水工作是较为有利的，但带压区内整体隔水层较薄，容易受到采矿扰动破坏，形成奥灰水突水通道，需对底板进行注浆加固并进行验证才可开采。

3.3 峰峰组隔水性能分析

据井田内钻孔资料，峰峰组地层厚103.2～111.0m，其中上部为青灰色纯质石灰岩，下部为角砾状泥灰岩互层，偶见石膏层。整体上岩芯较完整。峰峰组底部岩层中的角砾状灰岩，偶见石膏层，在局部属相对的隔水层，这对开采15号煤层增加了安全系数。

4 煤层带压开采分区安全性评价

五图双系数法是一种深层煤层底板水害评价的方法。其中，五图是指底板隔水层破坏深度等值线图、底板隔水层厚度等值线图、煤层底板水头压力等值线图、有效保护层厚度等值线图、带压开采评价图，双系数是指带压系数和突水系数该方法主要是根据影响煤层底板突水的四个因素统计的计算结果分析得出带压系数和突水系数，再结合“三级判别”对来煤矿底板是否会发生突水、发生突水形式以及发生突水时突水量的大小进行判别，最终综合形成带水头压力开采评价图。根据五图双系数带压分区评价：

（1）区为非直通式安全区，位于带压区南部。该区域有效保护层较薄但同时隔水层实际承受水压较小，突水系数小于突水系数临界系数0.06MPa/m，根据三级评价标准划分该区域为非直通式安全区。

（2）区为非直通式较安全区，主要位于带压区的中部。该区域含水层水压较小,有效保护层厚度较薄,使该区域突水系数大于0.06MPa/m小于0.1MPa/m，根据三级评价标准划分该区域为非直通式较安全区，遇到断层发生底板突水的可能性较大，应做好相应的防治水措施。

（3）区为非直通式危险区，位于带压区的北部。该区域含水层水压较大,有效保护层厚度较薄,使该区域突水系数大于0.10MPa/m,很有可能发生底板突水事故，根据三级评价标准划分该区域为非直通式危险区。

5 带压开采安全技术措施及防治水工程

通过分析本矿井的水文地质条件及矿井面临的水害情况，本矿井带压开采研究的重点为煤层底板隔水层的防护能力，在有构造影响的地段隔水层的隔水性能受到一定的破坏。因此，应考虑因受断层落差的影响，隔水层厚度变薄并隔水性能减弱。另外，也应同时考虑受隐伏构造的影响程度。

5.1 矿井地质及水文地质工作

认真做好地质及水文地质调查研究工作：构造导水性探测，物探先行、钻探验证；排水系统的维护，保证正常运行。

5.2 隐伏构造导水性、富水性的探查

煤层底板隐伏导水构造具有潜藏隐蔽性，发生突水时具有突发性和滞后特征，煤矿应采用井下物探探测，钻探验证的方法查明导水构造，核实构造的位置、规模，分析构造裂隙的导通性，对富水性弱、落差小、裂隙导通性差的构造直接掘进，对富水性强、落差大，裂隙导通性好的构造采取注浆加固或按《煤矿防治水细则》的要求留设防隔水煤柱等防治水措施。由于构造导水有一定的滞后性，故回采后也应做好构造导水性的预防工作。

5.3 煤层底板的注浆加固

15号煤层底板突水的可能主要因为为隔水层较薄，采矿扰动破坏深度达到奥灰顶面，破坏15号底板隔水层性能，需要对15号煤层底板进行注浆加固。

5.4 防隔水煤(岩)柱的留设

按要求留设断层煤柱、陷落柱煤柱。15号煤层开采前需根据实际情况进行防（隔）煤柱的专项设计，并严格按照方案实施。

6 结论和建议

（1）15号煤层的最大突水系数为0.0583MPa/m，均小于底板受构造破坏块段临界突水系数（0.06MPa/m），属带压开采安全区。其中15号煤层按照五图双系数法评价，带压区内北部有大面积的区域属于非直通式危险区，该区域含水层水压较大，有效保护层厚度较薄，使该区域突水系数大于0.10MPa/m，很有可能发生底板突水事故。在做好隐伏导水构造探查的基础上，采取必要的防治水措施，加强底板防治，合理布置采长，以满足带压开采的要求。

（2）根据矿井水文地质条件以及矿井面临的水害情况，应采取一系列防治水措施，认真做好水文地质研究工作，加强水害隐患的探测预报，隐伏导水构造的探查，优化工作面开采设计等。

（3）进入带压区开采时，应合理布设排水系统，提高系统抗御水害的能力。

参考文献

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[2]王连国,宋扬,缪协兴.基于尖点突变模型的煤层底板突水预测研究[J].徐州:岩石力学与工程学报,2003,(4)

[3]王连国,宋扬.煤层底板突水[M].北京:煤炭工业出版社,2000

[4]吴振岭，沈智慧．煤层底板突水危险性评价中奥灰含水层的阻水作用分析[J]．煤矿安全，2009,(2)

作者简介：张海涛（1983—），男，陕西宝鸡人，工程硕士，高级工程师，主要从事煤矿设计咨询及管理工作。