古叙石宝矿段C17煤层底板突水危险性分析

宋靓靓，师晓文，叶定南，丁思月，游文华

（四川省地质矿产勘查开发局一一三地质队，四川 泸州 646000）



古叙石宝矿段C17煤层底板突水危险性分析

宋靓靓，师晓文，叶定南，丁思月，游文华

（四川省地质矿产勘查开发局一一三地质队，四川 泸州 646000）

摘要：通过对古叙矿区石宝矿段详查水文地质资料的综合分析，阐述了C(17)煤层开采的充水含水层的富水性，采用突水系数法分析了C(17)煤层的底板突水危险性，为下步矿段内井田勘探阶段水文地质工作方向提供参考。

关键词：煤矿；底板；突水；石宝

古叙矿区石宝矿段位于川黔边界，古蔺县城125°方向直距约35km，行政区划属古蔺县石宝镇、金星乡、长坪乡等管辖，走向长15km，南北宽10km，是国家规划大型煤炭基地，现为详查阶段，为了解该矿段C17煤层是否存在底板突水的危险性，现通过对该矿段水文地质资料的分析，利用突水系数法对C17煤层底板隔水层的突水危险性进行分析评价。

1　矿段水文地质条件

1.1主要含水层

矿段内主要含煤地层为第二系上统龙潭组，全区可采或大部可采煤层8层（C13、C14、C15、C17、C20、C23、C24、C25），其中全区稳定其中全区采煤层为C17、C25煤层。根据详查水文地质资料综合分析，有两个可对煤系地层直接充水的含水层，分别为煤系上部长兴组岩溶裂隙含水层和煤系下部茅口组岩溶裂隙、岩溶管道含水层。

1.1.1二叠系上统长兴组岩溶裂隙含水层

岩性主要为深灰、黑色生物碎屑灰岩。区内共出露泉井46个，一般流量0.08～5.787 L/s，平均流量2.199 L/s，单位面积泉流量13.225L/s·km2，富水性中等。动态变化随季节变化，极不稳定。有31个钻孔揭露该层，简易水文观测中有8个钻孔出现冲洗液全孔漏失，最大消耗量达6 m3/h。浅部岩芯中溶蚀裂隙发育，大部分钻孔在该层开孔都出现全孔漏失；随深度变化溶蚀作用逐渐变弱，裂隙多呈闭合或被充填，钻进过程中消耗量都较小。在向斜扬起端6号勘查线硐坝河旁602号孔，此层地下水具承压性，矿段普查中少数钻孔揭穿此层涌水，水头高出地表0.65m，涌水量为0.17L/s。单位涌水量q＝2.95×10-3～0.13L/s·m，渗透系数k为3.56×10-3～0.155 5m/d。由于C13煤层距长兴灰岩含水层距4.36～27.92m，平均 15.71m，在开采该层时长兴组岩溶裂隙水可通过冒落带和导水裂隙带进入矿井，为煤系顶板直接充水含水层。

1.1.2二叠系下统茅口、栖霞组岩溶强含水层

浅灰、深灰色灰岩，局部含燧石结核，平均厚约451.00m，出露面积广，主要接受大气降水和韩家店组地层溪沟水补给。区内共调查出露泉井75个，一般流量0.014～33.02L/s，平均流量10.20L/s，单位面积泉流量10.83L/s·km2，富水性强。动态变化极大。

本次勘查所有见煤钻孔均揭露本组地层，一般孔揭露钻探厚度8～15m，水文孔揭露钻探厚度44.69～102.63m，标高850.29～1 275.73m。据钻孔水文工程地质编录和抽水试验成果，茅口组地层含水层厚度4.51～6.53m，含水率4%～12.3%，所有钻孔均未见到溶洞，溶裂隙发育极不均一，少量孔见有微弱的溶蚀裂隙，并随深度增加逐渐变弱，大部分灰岩裂隙均被方解石充填。靠近煤系附近深部茅口灰岩富水性弱，钻孔冲洗液消耗量较小。局部遇溶蚀裂隙，漏失量较大。在该层进行钻孔分层静止水位观测，地下水位标高为886.89～1 331.09m。该段岩层为强透水、强富水岩溶裂隙、岩溶管道含水层。由于C25煤层距下部茅口组含水层仅0.03～19.11m，平均3.76m，厚度小难起隔水作用，可直接导水。调查发现有些小煤窑在开挖浅部C25煤层时，遭遇茅口组股状涌水而废弃。该层为煤系底板直接充水含水层。

1.2主要隔水层

二叠系上统龙潭组相对隔水层由灰至深灰色细砂岩、粉砂岩、泥岩、粘土岩、煤层（线）和硫铁矿等等组成含煤岩系。厚度76.25～105.62m，平均厚89.56m。一般流量0.018～0.601 L/s，平均流量0.192L/s，单位面积泉流量0.616L/s·km2。本次勘查的所有钻孔简易水文观测，水位和消耗量变化无明显异常。据水文孔物探水文测井，煤系地层无涌水反应，说明本组不含水，属富水性弱的相对隔水层。

2　C17煤层底板突水危险性分析

2.1突水系数法

1）开采C17煤层主要受底板茅口组灰岩水的威胁，煤层底板隔水层是有效阻止突水的唯一因素，所以采用突水系数法对底板突水危险性进行分析评价是比较科学和常用的方法之一。根据 《煤矿防治水规定》指出的突水系数是单位隔水层所能承受的极限水压值，即

式中：Ts——突水系数，MPa/m；P——含水层水压，Mpa；M——隔水层厚度，m。

2）煤炭资源的开采破坏了该区原始地应力，在地应力的影响下随着开采深度的增加，采矿对底板隔水层的扰动破坏厚度逐步变大。根据《矿区水文地质工程地质勘探规范，GB12719—1991》所给出的在考虑采矿对底板隔水层扰动破坏的作用下的突水系数计算公式：

式中：Ts——突水系数，MPa/m；P——隔水层承受的水压，Mpa；M——底板隔水厚度，m；CP——采矿对底板隔水层扰动破坏厚度，m。

2.2参数选择

根据矿段内钻孔简易水文观测和水文工程地质编录资料，C17煤层底部到茅口组含水层顶部未见涌漏水现象，岩性主要为泥岩、粉砂质泥岩和粘土岩，是相对隔水层。根据研究显示，岩石的柔韧性是阻止水进入的有利因素，但抵抗矿压破坏能力弱，而刚性岩石抵抗抗压破坏的能力强，但阻水能力低。由于该处岩石主要有泥岩和粘土岩，故此处底板岩石有效阻水系数选1.0。

据我国常用采矿对底板隔水层扰动破坏厚度经验公式计算：CP=0.008 5*开采深度(m)+0.166 4*开采煤层倾角(rad)+0.107 9*开采工作面斜长(m)+4.3579，结合石宝矿段茅口组水文工作钻孔实际情况，计算出开采C17煤层时底板隔水层扰动破坏厚度见表1。

表1　开采 C17煤层对底板隔水层扰动破坏厚度

表2　C17煤层底板有效隔水层厚度和突水系数

2.3突水系数计算

在根据以上8个钻孔茅口组分层静止水头标高、C17煤层相关参数及结合表1，计算出有效隔水层厚度和突水系数值见表2。

2.4底板突水危险性判定

根据《煤矿防治水规定》底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.06 MPa/m，正常块段不大于0.1MPa/m。根据详查报告显示破坏茅口和煤系地层的断层少，本文以突水系数一般不大于0.1 MPa/m作为评价界限值。由表2可以看出，8个钻孔有5个钻孔均大于评价界线值，最大的突水系数对应甚至为0.26 MPa/m，据此分析C17煤层在开采过程中存在底板突水的危险性。

3　结论

1）由表1分析得出，采矿对底板隔水层扰动破坏厚度CP，在采深增加时矿压随着增加，采动对底板的破坏特征明显变化，不可忽视。

2）根据该矿段数据分析，在考虑采矿对底板隔水层扰动破坏情况下，利用突水系数公式计算出的结果大部分大于评价界线值，该矿段在开采在C17煤层过程中存在底板突水的危险性。

参考文献：

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Analysis of Danger of Water Bursting From the C17Coal Seam Floor in the Shibao Block of the Guxu Coal Mine

SONG Liang-liang SHI Xiao-wen YE Ding-nan DING Shi-yue YOU Wen-hua
(No.113 Geological Team,BGEEMRSP,Luzhou,Sichuan 646000)

Abstract:This paper deals with danger of water bursting from the C(17)coal seam floor in the Shibao block of the Guxu Coal Mine by the use of water bursting coefficient method and based on detailed hydrogeological data.

Key words:aquifer; hydrogeology; water bursting coefficient

作者简介：宋靓靓（1987-），女，河南扶沟人，工程师，主要从事地质勘查与找矿工作

收稿日期：2015-04-09

DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2016.01.027

中图分类号：P641.4；P618.11

文献标识码：A

文章编号：1006-0995（2016）01-0123-03