徐庄煤矿16、17煤层底板充水因素分析研究

汪继学 尹俊凯 张承斌

（山东泰山地质勘查公司，山东 泰安 271000）

徐庄煤矿一水平12煤已基本开采完毕，为延续矿井生产，现正开拓16、17煤巷道。依据以往地质工作，本矿区范围内太原组的十二灰、十四灰及奥陶系石灰岩为开采16、17煤层的主要充水含水层。为安全开采16、17煤层，煤矿于2011年8月至2012年5月施工水文补充勘探钻孔6个，进行简易放水试验6次，连通放水试验2次，现对16、17煤层底板充水因素进行分析研究。

1 矿井充水条件

徐庄井田位于滕县煤田（北部）的东部，为一从东北向西南略有倾斜的滨湖冲积平原，地面标高+48.02～ +56.88m，地形自然坡度约1.8‰。

1.1 含水层

徐庄井田内影响16、17煤层开采的含水层主要有石炭～二叠纪太原组石灰岩含水层（十二、十四灰）及奥陶系石灰岩含水层，对各含水层情况叙述如下。

1.1.1 太原组石灰岩含水层

（1）第十二层石灰岩

井田内十二灰厚2.56～9.20m，平均5.23m，局部裂隙较发育，有溶洞，多为泥质及方解石充填。根据本次井上井下注（放）水试验，该含水层单位涌水量0.0004～0.1363L/(s·m)，渗透系数0.0053～4.9195m/d，水位标高-193.60m，水质类型为 SO4-Na·Ca～SO4-Ca·Na 型。十二灰水以静水量为主且富水性差异较大，富水性弱至中等。

（2）第十四层石灰岩

井田内十四灰厚3.08～12.75m，平均8.66m，局部裂隙较发育，多为方解石充填。根据本次井上井下注（放）水试验，含水层单位涌水量0.0001～0.0041L/(s·m)，渗透系数 0.0053～0.0700m/d，水位标高-252.90～ -249.70m，含水层富水性弱且分布不均。水质类型为SO4-Na·Ca～SO4-Ca·Na型。

1.1.2 奥陶系石灰岩含水层

岩性为棕色、灰色厚层状微晶灰岩夹豹皮状灰岩。根据本次井上井下抽（放）水试验，单位涌水量0.00003～0.0860L/(s·m)，水质类型为SO4-Na·Ca～SO4-Ca·Na 型，奥灰水位标高-122.90～-113.90m，渗透系数0.0000001～0.1643m/d，含水层富水性弱且分布不均。

1.2 隔水层

主要由17煤层以下岩层和本溪组岩层组成，岩性包括泥岩、粘土岩、砂质泥岩、粉砂岩、细粒砂岩和石灰岩。厚度47.60～66.60m，平均52.01m。据钻探取芯观察，岩芯完整，裂隙不发育，无漏水层位，可视为相对隔水层段，为矿井开采16、17煤层防止奥灰水底鼓的重要隔水层段。

2 底板充水因素分析

根据《煤矿防治水规定》突水系数计算公式T=P/M，分析各含水层对16、17煤层开采影响。

式中：

T-突水系数，MPa/m；

P-底板隔水层承受的水头压力，MPa；

M-底板隔水层厚度，m。

2.1 奥灰充水分析

采用奥灰各钻孔放水试验的数据和各钻孔揭露16、17煤层及奥灰顶板的位置，计算各钻孔所在位置16、17煤层底板的奥灰突水系数，计算结果见表1、表2。

若奥灰水位标高按最高值-106.90m计算，16、17煤层隔水层厚度分别按60m、50m计算，则正常块段内16煤层开采时安全标高最低为-646.90m，17煤层开采时安全标高最低为-556.90m。

表1 奥灰对16煤层的影响情况表

表2 奥灰对17煤层的影响情况表

2.2 十四灰充水分析

采用十四灰各钻孔放水试验的数据和各钻孔揭露16、17煤层及十四灰顶板的位置，计算各钻孔所在位置16、17煤层底板的十四灰突水系数，计算结果见表3、表4。

若十四灰水位标高按最高值-253.30m计算，16、17煤层隔水层厚度分别按40m、30m计算，则正常块段内16煤层开采时安全标高最低为-613.30m，17煤层开采时安全标高最低为-523.30m。

表3 十四灰对16煤层的影响情况表

表4 十四灰对17煤层的影响情况表

2.3 十二灰充水分析

采用十二灰各钻孔放水试验的数据和各钻孔揭露16、17煤层及十二灰顶板的位置，计算各钻孔所在位置16、17煤层底板的十二突水系数，计算结果见表5、表6。

若十二灰水位标高按最高值-288.90m计算，16、17煤层隔水层厚度分别按30m、20m计算，则正常块段内16煤层开采时安全标高最低为-558.90m，17煤层开采时安全标高最低为-468.90m。

表5 十二灰对16煤层的影响情况表

表6 十二灰对17煤层的影响情况表

3 结论

（1）各孔所在位置的16、17煤层底板突水系数T均小于0.1MPa/m的临界值。所以在各钻孔所在位置附近开采16、17煤层时，正常块段内不受十二、十四灰及奥灰水底鼓威胁。

（2）经过计算，开采17煤层时，不受十二灰水底鼓威胁的最低安全标高为-468.90m；不受十四灰水底鼓威胁的最低安全标高为-523.30m；不受奥灰水底鼓威胁的最低安全标高为-556.90m。开采16煤层时，不受十二灰水底鼓威胁的最低安全标高为-558.90m；不受十四灰水底鼓威胁的最低安全标高为-613.30m；不受奥灰水底鼓威胁的最低安全标高为-646.90m。

（3）十二、十四灰水是以静贮量为主，可以通过对十二、十四灰的疏水降压以安全开采16、17煤层。

本文通过单孔放水试验、连通放水试验等手段获得实验数据，计算出开采16、17煤时的底板充水因素, 分析各含水层对16、17煤层开采影响，明确了矿井防治水的整体思路，为开拓延深提供了详实可靠的水文地质资料。