矿井带压开采突水危险性分析

李立新

（梗阳煤业有限公司，山西吕梁033400）

矿井带压开采突水危险性分析

李立新

（梗阳煤业有限公司，山西吕梁033400）

针对梗阳煤业10#煤层西北部存在带压开采的问题，采用带压区域划分的原理，对井下巷道掘进、工作面回采过程安全性进行分析评价，找出10#煤层受带压开采危害最大区域，再根据《煤矿防治水规定》，确定矿井带压开采防治水的最佳方案，可为矿井安全生产提供保障。

带压开采；突水；评价；防水；对策

山西吕梁中阳梗阳煤业有限公司位于中阳县树则林-高家岭一带，距离中阳县城西南约12 km。井田地处吕梁山西侧，黄河东岸，属黄土高原地形地貌。最高点位于井田东南部山顶，海拔为1 387.5 m，最低点位于井田西部沟底，海拔1 133.0 m，最大相对高差约为254.5 m。

矿井井田面积13.75 km2，生产能力为210万t，井田构造复杂程度属简单类，矿井水文地质类型为中等，根据矿井水文地质资料推测井田内奥灰岩溶水水位标高在+838.0~+840.5 m，10#煤的底板等高线在+540~+1 100 m，井田内10#煤层西北部均存在带压开采问题。

1 矿井奥灰含水层的水文地质特征

该矿井10#煤层为太原组主采煤层，其直接充水因素为太原组灰岩溶裂隙含水层。10#煤层上部的砂岩裂隙含水层通过冒落裂隙带向矿井充水，是间接充水含水层。10#煤层西部最低底板标高为+540 m，距奥灰顶面距离约为48.95 m；根据突水计算公式可知，10#煤层最大突水系数为0.07 MPa/m，小于正常块段突水的临界值0.10 MPa/m，大于底板受破坏块段临界突水系数0.06 MPa/m。因此，正常情况下开采10#煤层发生底板奥灰突水的可能性小。

10#煤层的充水因素以太原组灰岩为主，间接充水含水层为顶板以上砂岩裂隙含水层，另外根据该矿在施工中巷道揭露的3条正断层均存在渗水、涌水现象，特别是F3断层导水性强，揭露断层时涌水量大，为保证矿井安全生产，对矿井内部的隐伏构造的探查非常必要，构造是导水的主要通道。

10#煤层以下至奥灰顶界面隔水层厚度48.95 m，10#煤层老顶为泥质石灰岩，厚度为2.50 m；直接顶板为泥岩或粉砂岩，厚度3.00～6.00 m，平均4.00 m。底板伪底0.50 m炭质泥岩，直接底板为泥岩，厚度1.30～3.10 m，平均2.50 m。煤层底板隔水层厚度较小，开采时底板破坏带会导通奥灰含水层，对煤层开采十分不利。

2 带压开采安全性分析

2.1 带压区域的划分

矿井带压开采，就是指主要含水层水位在主采煤层之上，奥灰水进入采掘工作面，主要的通路有断层、陷落柱、裂隙带等［1］。

根据前面的分析，该井田奥灰水位最低为+838 m，井田东南角10#煤层底板最低标高为+540 m。10#煤层东南部+838 m以下的煤层均存在带压开采问题。最大突水系数为0.07 MPa/m，在+838~+589.7 m，属于带压开采相对安全区，在+589.7~+540 m，属于带压开采相对危险区。

2.2 巷道掘进安全性评价

根据《煤矿防治水规定》附录四，掘进工作面底板隔水层安全水头压力值的计算公式如下：

式中：

t—安全隔水层厚度，m；

L—巷道底板宽度，m，取巷道设计宽度4 m，松动圈为2 m，L=6 m；

γ—底板隔水层的平均重度，MN/m3，取0．022；

Kp—底板隔水层的平均抗拉强度，MPa，取0．75；

P—底板隔水层承受的水头压力，MPa，10#煤为2．98。

经计算，10#煤层的安全隔水层最小厚度为8．2 m。

该井田的10#煤层隔水层厚度为48．95 m，大于理论计算的8．2 m，因此，在正常区域掘进时，不会导致矿井突水，受奥灰水威胁较小。但矿井掘进前，必须进行物探和钻探，摸清井下构造情况，保证掘进安全。2.3回采过程安全性评价

式中：

Ts—突水系数，MPa/m；

H—井田西部推测奥灰水最高水位标高与10#煤层最低底板标高的高差，m，取298；

M—10#煤层以下至奥灰顶界面隔水层厚度，m，取48．95。

经计算，井田西北部10#煤层奥灰水最大突水系数为0．07 MPa/m，即大于突水系数值0．06 MPa/m小于0．10 MPa/m，为带压开采相对安全区，但在构造破坏地段存在突水危险性。

3 根据“下三带”理论验证带压开采安全性

矿井在采掘过程中会对煤层底板造成很大的破坏，破坏煤层底板到奥灰岩顶板间的隔水层，从上至下形成破坏带（h1）、有效阻水带（h2）和承压水导升带（h3）3段，底板防水安全煤柱设计示意图见图1。当矿井的底板隔水层厚度（ha）大于三带之和时，10#煤层在正常地段不会受奥灰水的威胁［2］。

通过对回采工作面的长期观察得出煤层底板破坏带的高度主要由回采工作面的长度决定，该矿回采工作面长度为180 m，根据统计公式h1=0．7+0．1 L，回采工作面底板破坏深度为18．7 m。

图1 底板防水安全煤柱设计示意图

有效阻水带厚度等于作用在底板上的水压力（P）除以阻水系数（Z），该井田10#煤层顶、底板岩性主要为泥岩、砂质泥岩。根据井下实际测量数据，泥岩的阻水系数约为0．2 MPa/m。10#煤层最大水头压力为2．98 MPa，经计算，得有效阻水带为14．9 m。

根据离柳矿区实际揭露的奥灰岩承压水导升带，h3一般在5 m左右，该矿取承压水导升带高度为5 m。

因此：h1+h2+h3=18．7+14．9+5=38．6 m＜48．95 m

经计算得：10#煤层底板防水安全煤柱最少需要厚度为40．03 m，矿井10#煤层底板至奥灰岩顶板间的隔水层厚度为48．95 m。因此，在正常块段（无构造）回采期间，不会导致工作面底板突水，但矿井在回采时应积极探查隐伏构造，以防断层和陷落柱导水，做好防治水工作，确保回采安全。

4 带压开采防治水措施

通过对矿井在掘进和回采期间，奥灰突水危险的分析，得出矿井在正常块段（无构造）进行回采时，不会受奥灰水的威胁。但矿井在导水断层和陷落柱附近进行采掘活动时，必须做好防治水工作，留足保护煤柱，针对该矿井主要的防治水措施有以下几点：1）做好该矿井井田内隐伏构造的探查工作，利用物探技术进行提前探查，用钻探进行验证，同时防治水工作应当坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则，采取防、堵、疏、排、截的综合治理措施。2）井下采掘工作面在靠近或穿过断层作业时，必须对断层采取物探、钻探等有效的探测手段，确定断层的导水性、富水性以及瓦斯情况，采取有效措施防止水灾和瓦斯事故。3）对井田边界、老采空区及积水区、导水断层、陷落柱等按照《煤矿防治水规定》留设符合安全要求的防水安全煤柱。4）在矿井生产过程中应采取可靠的探放水措施，加强探放水管理工作，及时进行工作面预注浆，以保证矿井安全生产。

5 结论

本文通过带压区域划分、巷道掘进安全性评价、回采过程安全性评价对该矿井带压开采的安全性进行全面分析，利用“下三带”理论对10#煤层回采时有无突水可能进行验证，为矿井安全生产提供了重要的理论基础。同时应认识到矿井带压开采的危险性，加强防治水工作，确保证矿井带压开采的安全。

［1］煤炭科学研究总院北京开采所.地下开采现代技术理论与实践新进展［M］.北京：煤炭工业出版社，2007:47-49.

［2］赵铁锤.全国煤矿典型水害案例与防治技术［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2007:16-23.

Analysis on Water Inrush Risk of Mining with Water Pressure

Li Li-xin

Aims at Gengyang coal company No.10 coal seam northwest existing problems of mining with water pressure.Using the principle of dividing the pressure zone，analyzes and evaluates the safety of underground roadway on drivage and mining process.Finds the maximum area of No.10 coal seam danger.According to the regulations of mine water prevention and control，determines the best scheme of mining with pressure for prevention and treatment of water，and provides guarantee for the safety in production of coal mine.

Mining with high pressure；Evaluation of water inrush；Control measures of water inrush

TD745

B

1672-0652（2014）12-0043-02

2014-11-03

李立新（1966—），男，江苏徐州人，1988年毕业于徐州煤炭工业学校，工程师，主要从事煤矿生产技术管理工作（E-mail）841600247@qq.com