高承压岩溶水上开采危险性评价

马杰 詹北淮 罗城

【摘要】针对芦岭矿三水平开采，统计与分析了矿井各阶段的地质勘探及水文资料。得出了10煤底板灰岩单层厚度较大的分别为3灰（6.86m）、4灰（16.44m）、6灰（8.4m）、10灰（6.28m）；10煤底～1灰顶之间隔水层分布较为稳定，隔水效果较好；经突水系数法计算，1灰突水危险程度较大。

【关键字】承压岩溶水；富水性；灰岩；隔水层

1.矿井地质水文地质概况

本矿区处于淮北煤田内，矿井范围内地形平坦，呈西北高东南低的变化趋势，标高在+22～+25m之间。地表水体主要是沱河及塌陷区积水。

据矿井勘探资料，本井田揭露的地层自下而上依次为奥陶系、石炭系、二叠系、新近系、第四系等。含煤地层主要为石炭-二叠系地层。矿区位于宿东向斜西南翼的东南段，总体形态为走向NW，倾向NE的单斜构造。井田内发育三组断层，即NW、NE、近SN向，断层面多以东倾为主，倾角较大，一般为60°～70°。

该区内水文地质条件较为复杂，出现的矿井水害事故突水水源既有地表的地表水体、松散层中的孔隙水体、煤系砂岩裂隙水体、薄层及厚層灰岩水体，还有特殊的岩浆岩裂隙（离层）水体。

2.10煤底板灰岩赋存特征及其富水性

2.1 10煤底板灰岩赋存特征

淮北煤田太原组薄层灰岩可划分为上、中、下三段。其中，1至4灰为上段，5至8灰属中段，9至15灰为下段[1]。据矿井地质报告对钻孔资料的统计，揭露太灰层数为11层，各单层灰岩含水层沉积厚度及间距变化较明显，如表1所示。

由表分析可知，灰岩发育总厚度平均值为60.96m，灰岩间隔的其他岩性的岩层发育总厚度平均值为66.98m。太原组地层中灰岩总厚占该组地层总厚的47.6%。各单层灰岩中，以3灰、4灰、6灰、10灰发育厚度较大，其平均值分别为6.86m、16.44m、8.4m、6.28m。其中，3灰、4灰厚度占该组地层总厚的18.2%，占该组灰岩总厚的38.2%。

1灰、2灰灰岩沉积厚度较小，其平均厚度分别为2.77m和2.68m，若经突水预测其水头超过安全水头值不大时，可通过疏水降压工程即可达到安全开采。

2.2 10煤底板灰岩富水性

为定量评价三水平10煤安全开采及富水程度，于三水平变电所及外侧钻场内施工了7个太原组灰岩钻孔对其富水性进行探查。

揭露太灰时，1灰、2灰、4灰均无出水，3灰为主要的出水层段。7#钻孔揭露1灰、2灰、3灰厚度分别为为1.73m、4灰厚度为12.1m。1灰、2灰发育厚度与上述赋存条件一致：厚度发育较小，反映富水性较差。而3灰揭露的厚度为全井田最小值，这进一步说明了太原组地层中单层灰岩厚度发育变化较大，呈不均一性。揭露3灰的钻孔个数有7个，出水钻孔有2个，出水率占28.5%。其中1#出水量为24 m3/h（目前为6 m3/h）、3#出水量为12 m3/h。这也验证了3灰在芦岭井田内富水性较强且分区性较明显。揭露4灰有5个，但均无出水。这与区域4灰的富水性有相悖之处。但从某种程度上也验证了4灰富水性具有分区性和不均一性。

10煤底板隔水层地质水文地质特征

利用矿区内29个揭露10煤底～1灰顶之间隔水层的钻孔资料，统计并分析了芦岭煤矿10煤底至1灰顶隔水层的厚度及岩性变化[2]。其变化规律如下：

1）10煤底板至1灰隔水层真厚度发育两极范围为24.77m～84.04m；平均厚度为62.31m；

隔水层厚度<50m的钻孔个数为1个，厚度为24.77m。占统计钻孔数量的3.45%；隔水层厚度在50m～60m之间的钻孔个数为11个，占统计钻孔数量的37.93%；隔水层厚度在60m～70m之间的钻孔个数为12个，占统计钻孔数量的41.38%；隔水层厚度在70m～80m之间的钻孔个数为4个，占统计钻孔数量的13.79%；隔水层厚度>80m的钻孔个数为1个，占统计钻孔数量的3.45%；

2）隔水层厚度在60m～80m之间的钻孔个数有16个，占统计钻孔数据量的55.17%。这说明该井田内10煤底板隔水层厚度分布较为稳定。

3）三水平隔水层厚度发育稳定在56m～72m，厚度变化不大较稳定。

经井田巷道揭露：10煤底板附近裂隙平均密度为0.125条/m2～0.43条/m2。底板隔水层岩性以泥岩、砂岩互层为主，且泥岩中裂隙不发育。因此，隔水层中裂隙发育相对较弱，隔水效果较好。

三水平10煤开采突水危险性评价

根据2009年颁布的《煤矿防治水规定》第七十七、七十八条规定，当进行带压开采时应计算突水系数，评价其突水危险性。本文采用突水系数法，对1灰、3灰突水的可能性进行分别评价。

经计算，三水平底板在未受构造影响，属正常块段情况下，-590m开采1灰突水系数均未超过0.1 Mpa/m，承压水上开采时较安全[3、4]；但受构造影响下，其突水系数均超过0.06 Mpa/m。-900m水平开采1灰突水系数均超过0.1Mpa/m，承压水上开采时安全系数较低，突水危险程度较大。

-590m水平开采时，3灰突水系数均未超过0.06Mpa/m，承压水上开采时水文地质条件较为简单，开采时较安全；-900m水平开采时，突水系数限于0.08 Mpa/m ～0.1Mpa/m，在正常地块可实现承压水上安全开采。但在受构造影响地块开采时，应进一步开展水害综合治理技术的实践与研究工作。

结论

1）10煤底～1灰顶之间隔水层的钻孔资料，隔水层发育的两极厚度为24.77m～84.04m；平均厚度为62.31m。三水平隔水层厚度发育稳定在56m～72m，厚度变化不大较稳定；

2）三水平10煤开采底板灰岩突水计算，1灰突水危险程度较大，应结合疏水降压、注浆加固、含水层隔水改造等水害防治技术进行10煤承压水上安全开采。

参考文献

[1]李伟，淮北矿区6（10）煤层底板灰岩水害防治评价及治理，淮南工业学院学报[J]，2002.22增，104-106.

[2]徐智敏，孙亚军等.煤层底板寒灰上段隔水性能及水文地质结构特征，采矿与安全工程学院[J]，2010.（3），399-403.

[3]煤矿防治水规定，2009，第28号

[4]管恩太，突水系数的产生及修正过程，中国煤炭地质[J]，2012.24（2），30-32