许厂煤矿11603工作面带压开采安全性评价*

许海涛吴新庆丁顺华

（1.华北科技学院安全工程学院，河北省三河市，065201；2.山东能源淄博矿业集团许厂煤矿，山东省济宁市，272173）

许厂煤矿11603工作面带压开采安全性评价*

许海涛1吴新庆2丁顺华2

（1.华北科技学院安全工程学院，河北省三河市，065201；2.山东能源淄博矿业集团许厂煤矿，山东省济宁市，272173）

针对许厂煤矿11603工作面受底板十三灰、奥灰含水层威胁问题，开展了工作面带压开采安全性评价。分析了带压开采影响因素，并对工作面防治水工程效果进行了评价。采用突水系数法对十三灰、奥灰突水危险性进行了预测与评价，按疏降试验方案，十三灰疏降至安全水头情况下，对11603工作面安全开采影响较小；奥灰含水层突水系数小于临界值0.1 MPa/m，但已接近临界值，开采过程中应加强奥灰含水层的监测。

带压开采 疏水降压 突水系数 安全性评价

华北型煤田中下组煤基本都位于含水丰富的奥灰岩溶含水层之上，虽然二者之间存在厚度不等的隔水层，但在开采过程中仍然会受到底板水害威胁。引起煤层底板突水的因素极其复杂，通过对煤层底板突水机理研究，认为影响煤层底板突水的基本因素可以用若干物理、力学指标来表征。带压开采技术是指当煤层底板隔水层承受较高水压时，在不降低或少降低含水层水头压力的情况下确保安全采煤的技术。由于地质条件的复杂性、赋水条件的多样性和开采技术条件、排水能力的差异性，致使带压开采安全评价问题相对复杂。目前，带压开采工作面安全性评价方法主要有突水系数法、脆弱性指数法、五图双系数法、突水概率指数法等，但应用最为广泛、简便的方法为突水系数法，且突水系数法为 《煤矿防治水规定》中主要采用的预测评价方法。

1　11603工作面概况

11603工作面为许厂煤矿下组16上煤层首采工作面，走向长度1080 m，倾斜长度53 m，煤厚平均1.1 m，倾角0°～11°，平均3°。该区域构造类型为中等，主要表现为褶曲和断层，影响工作面回采断层15条，为工作面带压开采的突水危险薄弱区。工作面水文地质条件复杂，影响回采安全的含水层主要为底板十三灰含水层和奥灰含水层。十三灰含水层富水性中等、侧向补给条件好，为16上煤层的直接充水含水层。根据十三灰的15个钻孔数据，十三灰水压最大为3.61 MPa，多数钻孔突水系数大于0.1 MPa/m，十三灰是给工作面带压开采造成突水威胁的主要含水层。16上煤层下距奥灰含水层50 m左右，为带压开采间接充水含水层。

2　带压开采影响因素分析

2.1十三灰含水层影响分析

十三灰含水层厚3.80～9.35 m，平均7.02 m，裂隙较发育，部分被方解石充填，局部岩芯破碎。根据11603工作面十三灰含水层疏放钻孔及监测钻孔的统计分析，见表1，在疏降试验之前，14个钻孔涌水量在2.70～129.0 m3/h之间变化，16上煤层与十三灰含水层间距等值线见图1，水压在1.30～3.61 MPa之间变化，突水系数为0.057～0.149 MPa/m，且其中10个钻孔突水系数大于0.1 MPa/m。该含水层对11603工作面回采期间将造成一定突水威胁，若煤层底板裂隙发育或出现导水构造将引发该含水层的突水，该含水层为11603工作面重点防治对象。

图1　16上煤层与十三灰层间距等值线图

表1　疏降前十三灰含水层钻孔参数统计

2.2奥灰含水层影响分析

奥灰含水层平均厚度713.20 m，岩溶裂隙发育，裂隙宽达2～5 mm，沿裂隙发展成小溶洞，一般2～5 mm，最大可达50～100 mm。井田内奥灰一方面接受区外强富水区补给，另一方面又通过导水断裂构造向各含水层提供水源。在11603工作面回采过程中不能完全排除奥灰含水层突水的可能性，尤其是断层等破碎薄弱带。在工作面回采前，应加强奥灰含水层的监测与防治工作，尤其应通过含水层疏降试验确定奥灰与十三灰水力联系程度，以确保工作面回采安全。

2.3断层含导水性影响分析

该区域构造类型为中等，主要表现为褶曲和断层。依据工作面轨道巷、运输巷施工揭露分析，影响工作面回采断层15条。其中孙氏店支1-2断层，落差0～20 m，11603工作面切眼距离该断层仅有70 m左右，为避免工作面采掘扰动引起突水灾害，需要对该断层带进行含导水性探查。其余14条断层为巷道掘进揭露断层，在揭露过程中可以判断其导富水性。断层的出现破坏了煤层的完整性和连续性，使煤层变软、煤质变差，造成顶底板支护困难，产生割顶、割底现象，且易导致底板承压水沿断层裂隙涌出造成水害事故，在回采前应探明断层的含导水性。

3　工作面防治水工程评价

3.1物探工程

采用矿井全方位探测仪探查11603工作面内部煤层底板下0～20 m层段、20～40 m层段含水层中含水性异常的分布范围及其含水性的相对强弱等情况，探测长度1050 m。根据探测成果，工作面内划分出3个富水异常区。1号异常区位于切眼以外260～330 m范围，2号异常区位于切眼以外780～950 m范围，3号异常区位于切眼以外1000～1050 m范围。3个富水异常区在水平范围内连续性较好。1号异常区在垂深上具有一定导通性，2、3号异常区范围从浅部向深部富水性有所减弱，连通性相对较弱。在回采前应对富水异常区进行探放水验证，以排除工作面回采期间异常区突水风险。

3.2断层导富水性探查

影响11603工作面回采的断层共15条，其中较大断层为孙氏店支1-2断层，且靠近11603轨道巷切眼区域。根据国家煤矿安全监察局 《防治水管理规定》要求，在11603轨道巷、11601轨道巷对孙氏店支1-2断层进行了钻探探查，探明孙氏店支1-2断层的位置、落差、倾角破碎带宽度及含（导）水性情况。根据钻探结果分析计算，孙氏店支1-2断层破碎带宽度3.7～4.0 m，断层倾角82°，断层落差26 m，孙氏店支1-2断层在钻探区域属不含水、不导水断层。11603工作面轨道巷及运输巷掘进共揭露14条断层，根据实际揭露情况14条断层不（含）导水。

3.3十三灰含水层疏水降压试验

（1）疏降试验目的。通过疏降试验对11603工作面区域的水文地质条件进行分析，主要分析十三灰疏降条件下与奥灰含水层的水力联系程度。通过疏降试验查明十三灰突水系数是否能降至0.1 MPa/m以下，能否达到安全回采条件。以施工疏放水工程为基础，调整疏降工程规模或增补其它防治水措施。

（2）疏降试验方法。根据疏降试验目的和任务，疏降的层位为16上煤层底板十三灰含水层。由于其属高承压含水层，井下已具备足够的排水能力和完备的测流、测压装置，疏降试验按照非稳定流方法，采用井下放水，井上、下同步观测的方法。利用井上、下已完成的21个十下灰、十三灰和奥灰孔所形成的水文地质观测网进行疏降试验，其中奥灰观测孔4个，十三灰孔15个，十下灰孔2个。为充分暴露水文地质条件，又采用分阶段疏降试验，从而达到评价11603工作面水文地质条件的目的，并为下一步开采防治水方案确定提供依据。

（3）疏降试验成果。从放水试验资料来看，11603工作面十三灰疏降效果较好，除L13监-6突水系数略高于0.1 MPa/m，其余各孔均降至0.1 MPa/m之下。从十三灰疏降试验结果看，11603工作面中部OX观-3孔奥灰水位没有明显降深，基本判断工作面内部没有奥灰与十三灰水力联系密切的大的垂直导水通道，在十三灰疏降至安全水头情况下，可基本保证工作面安全开采。

4　带压开采安全性评价

影响工作面带压开采含水层主要包括十三灰和奥灰，安全性评价主要针对疏降试验后十三灰与奥灰含水层，采用 《煤矿防治水规定》中的突水系数法进行评价。

4.1十三灰突水系数法评价

表2为评价区十三灰在经过疏降试验后钻孔参数统计表，根据钻孔相关参数，绘制了16上煤层与十三灰层间距等值线图（图1）、十三灰水压等值线图，见图2。按照 《煤矿防治水规定》对十三灰含水层突水系数进行计算，各钻孔突水系数值见表2，并绘制了十三灰突水系数等值线，见图3。根据表2和图3可以看出，在评价区内7个钻孔的突水系数值差别不是很大，变化范围在0.010～0.060 MPa/m，平均为0.041 MPa/m，最大为0.060 MPa/m，最小为0.010 MPa/m，按照《煤矿防治水规定》要求，在正常地段及构造发育地段，十三灰对工作面安全回采影响较小。

表2　疏降后十三灰含水层钻孔参数统计

图2　十三灰疏降后水压等值线图

图3　十三灰突水系数等值线图

4.2奥灰突水系数法评价

表3统计了工作面附近2个奥灰钻孔参数，根据 《煤矿防治水规定》对奥灰突水系数进行计算，两个钻孔突水系数分别为0.086 MPa/m、 0.083 MPa/m，突水系数比较接近。虽然满足在正常块段突水系数小于临界值0.1 MPa/m的要求，但突水系数值接近临界条件，仍存在一定的威胁，在开采过程中应加强对奥灰含水层的监测与防治。

表3　奥灰突水系数

5　结论

以许厂煤矿下组煤首采11603带压开采工作面为研究对象，采用突水系数法对十三灰、奥灰突水危险性进行了预测与评价，按疏降试验的疏降方案，十三灰疏降至安全水头情况下，十三灰对11603工作面安全开采影响较小。奥灰含水层满足在正常块段突水系数小于临界值0.1 MPa/m的要求，但突水系数值接近临界条件，尤其是断层等破碎薄弱带，应加强奥灰含水层的监测与防治工作，以确保工作面回采安全。

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Safety evaluation for mining above aquifer in No.11603 face of Xuchang Coal Mine

Xu Haitao1，Wu Xinqing2，Ding Shunhua2
（1.Safety Engineering College，North China Institute of Science and Technology，Sanhe，Hebei 065201，China；2.Xuchang Coal Mine，Shandong Energy Zibo Mining Group Co.，Ltd.，Jining，Shandong 272173，China）

The No.11603 face of Xuchang Coal Mine was threatened by the No.13 limestone and Ordovician limestone under floor，aiming at the problem，the safety evaluation for mining above aquifer was carried out.Firstly，the influence factors of mining above aquifer were analyzed，and the effect of water control projects was evaluated.Then the water inrush dangers of No.13 limestone and Ordovician limestone were predicted and evaluated by using water bursting coefficient method.According to the dewatering and depressurizing test scheme，the water level of No.13 limestone dropped to secure hydraulic head，safety mining of No.11603 face would be little influenced.The water bursting coefficient of Ordovician limestone aquifer was less than the critical value 0.1 MPa/m，but it was close to the critical value，so the monitoring of the Ordovician limestone aquifer should be strengthened during the exploitation.

mining above aquifer，dewatering and depressurizing，water bursting coefficient，safety evaluation

TD823.8

A

许海涛（1979-），男，山东菏泽人，讲师，硕士，主要从事特殊开采、矿井水害防治及相关领域理论与技术研究工作。

（责任编辑 张毅玲）

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国家自然科学基金资助项目（40802062），中央高校基本科研业务费资助（3142013100）