岳城煤矿工作面灰岩突水危险性评价研究_王晓佳.pdf

江西煤炭科技2023年第1期摘要：为确保带压开采工作面顺槽巷道掘进期间的安全稳定，以岳城煤矿1 5 1 3 0 2工作面条件为背景，开展了工作面灰岩突水危险性精细化评价研究。结论如下：分析了1 5 1 3 0 2工作面顶板含水层特性及工作面充水因素，确定工作面胶带进风顺槽掘进期间不受上层老空水和地表水影响，顶板K2石灰岩岩溶隙含水层水的影响有限。对1 5 1 3 0 2工作面胶带进风顺槽掘进区域底板灰岩含水层富水性进行了分析，并对灰岩导水发育高度、底板安全隔水层厚度、突水系数等参数进行了计算。根据计算结果以及1 5 1 3 0 2工作面地质条件，工作面能够实现安全承压开采。关键词：工作面；带压开采；含水层；突水系数中图分类号：TD7 4 5文献标识码：B文章编号：1 0 0 6-2 5 7 2（2 0 2 3）0 1-0 1 3 5-0 3Study on Limestone Water Inrush Risk Evaluation at Working Face of Yuecheng CollieryWang Xiaojia(Geological Survey Dept.of Yuecheng Colliery,Qinxiu Co.,Jincheng Coal Division,Jinneng Holding Group Co.,Jincheng,Shanxi048200)Abstract:In order to ensure the safety and stability in driving the crossheading at 151302 working face under pressure inYuecheng Colliery,the paper makes a fine evaluation study on the risk of limestone water inrush at the working face,whoseconclusions are as follows:firstly,it is determined that the belt air inlet tunnel during driving is not affected by the goaf water andsurface water in the upper layer and the influence of roof K2on karst fissure aquifer water is limited by analyzing thecharacteristics of the floor aquifer and the factors of water filling at 151302 working face;and secondly,the water abundance offloor limestone aquifer in the excavation area is analyzed and the development height of limestone water diversion,the thicknessof floor safe water resisting layer and water inrush coefficient are calculated,which can realize safety mining under pressure.Key words:working face;mining under pressure;aquifer;water inrush coefficient岳城煤矿工作面灰岩突水危险性评价研究王晓佳（晋能控股煤业集团晋城煤炭事业部沁秀公司岳城煤矿地质测量部，山西晋城0 4 8 2 0 0）许多煤矿在开采过程中，都面临着煤层底板带压开采的问题，而煤层与底板承压水之间隔水层的厚度和稳定性是影响开采的主要因素1-2。随着矿井开采逐步向深部延伸，工作面带压开采风险增大，有必要对工作面突水危险性进行精细化评价3-5。本文以岳城煤矿地质条件为背景，对1 5 1 3 0 2工作面带压开采危险性进行评价，并针对性地提出了防控措施，为矿井的安全生产提供基础性数据。1工程背景岳城煤矿1 5 1 3 0 2工作面倾斜长度为1 8 0m，工作面东为煤柱，北为寺河矿矿界，南为1 5#煤东轨道大巷。当前正在掘进1 5 1 3 0 2工作面胶带进风顺槽，巷道采用矩形断面，高度为3.0m，宽度为4.2m。1 5 1 3 0 2工作面开采煤层为1 5#煤，煤层厚度平均为2.8m，煤层倾角0 4，为中等水文地质类型。1 5#煤底板标高为+2 5 2+2 9 1m，奥陶系岩溶裂隙含水层水位标高为+4 8 9.5+4 9 2.5m。1 5#煤隔水层主要为峰峰组上部岩层，根据岳城煤矿峰峰组隔水性评价报告，隔水层厚度为5 6 6 1m，平均5 8.5m，带压2.6 2 5 2.9 3 5M P a/m，突水系数0.0 4 3 0.0 5 2M P a/m。2工作面水文地质条件分析2.1主要含水层根据岳城煤矿的岩性岩征、水化学类型及空间分布特征，工作面顶底板含水层自上而下为：（1）第四系松散层类孔隙含水层含水层主要由砾石、砂组成，主要分布于山间河谷地带，透水性好，富水性变化较大，受大气降水及河水的补给影响明显，向河流排泄及下渗补给基岩风化带裂隙含水层。1 3 5江西煤炭科技2023年第1期（2）基岩风化带砂岩裂隙含水层主要由细至粗粒砂岩组成，含水空间主要以风化裂隙与构造裂隙为主，属砂岩裂隙弱富水含水层。（3）上、下石盒子组砂岩裂隙含水层主要由数层细至粗粒砂岩组成，在井田的低山区及沟谷中有出露，属砂岩裂隙弱富水含水层。（4）山西组砂岩裂隙含水层主要由煤层顶板中细粒砂岩组成，含水空间以构造裂隙为主，属砂岩裂隙弱富水含水层。（5）太原组灰岩岩溶裂隙含水层含水层主要由K6、K5、K4、K3和K2石灰岩组成，单层厚度除K3、K2石灰岩平均分别为3.8 7m和1 0.0 1m外，其他各层平均厚度在2m以下，属灰岩岩溶裂隙弱富水含水层。（6）奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层依据岩性、空间赋存特征及富水性，自上而下分为峰峰组、马家沟组含水层段，井田区内埋藏深度在3 0 0m以下。峰峰组灰岩岩溶裂隙含水层：主要由石灰岩和泥灰岩组成，依据水文孔和水源井揭露，厚度4 0 1 5 0m，平均1 0 0m，属灰岩岩溶裂隙弱富水含水层。马家沟组灰岩岩溶裂隙含水层：主要为石灰岩、白云质石灰岩、角砾状灰岩和泥灰岩，厚度约3 0 0m以上，局部岩溶裂隙较发育，属弱至强富水灰岩岩溶裂隙含水层。2.2工作面充水因素分析（1）地表水1 5 1 3 0 2工作面胶带进风顺槽的地表地形为东部、南部高，中部低，地表无裂隙发育，对应3#煤层1 3 0 3工作面，已回采塌陷范围无积水区域，地面降雨期间雨水随着沟谷由东向西流入郑村河。根据工作面开采后垮落带高度计算公式，1 5#煤层回采后垮落带最大高度1 8.2m，导水裂缝带最大高度为6 8.2m，小于3#、1 5#煤层最小层间距的7 9m，因此地表水对工作面开采无影响。（2）老空水1 5#煤1 5 1 3 0 2工作面上部为3#煤1 3 0 3工作面（2 0 1 1年回采结束），现场巡查1 3 0 3工作面密闭墙无水。1 3 0 3工作面最低点为辅助回风顺槽，下方为1 5 1 3 0 2工作面辅助切眼，两区域层间的岩层厚度 为9 1 9 8m，符 合 煤 矿 防 治 水 细 则 规 定，1 5 1 3 0 2工作面不受上层采空区积水影响。（3）含水层水1 5#煤层顶板太原组灰岩水掘进巷道直接揭露或遇裂隙会使直接顶板K2灰岩含水层水下渗，由于灰岩厚度小，以局部弱富水性为主，一般情况下对矿井正常生产影响不大。但由于灰岩岩溶裂隙发育程度和富水性具有显著的非均衡性，在局部相对富水区会出现涌突水，对正常掘进产生一定的影响，但由于水量有限，在配置完善排水条件的情况下，对掘进工作面和矿井安全不构成危害。1 5#煤层底板奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层煤层底板奥陶系灰岩水自上而下分为峰峰组、马家沟组含水层段。依据水文孔和水源井揭露，峰峰组含水层岩层厚度平均为1 0 0m，涌水量0.0 3 9 0.3 2 5L/s，单 位 涌 水 量0.0 0 04 0.0 0 37L/（sm），渗透系数0.0 0 04 0.0 0 49m/d。马家沟组灰岩含水层涌水量0.0 1 0 1 0.2 0L/s，单位涌水量0.0 0 09 1.7 9L/（sm），渗透系数0.0 0 03 0.4 6 2m/d，水化学类型为S O4H C O3-C a型，矿化度0.7 8 3g/L。煤层与峰峰组灰岩间本溪组砂质泥岩和铝土质泥岩隔水层，厚度为8.6 1 3 9.9 2m，平均为2 5.9 5m。峰峰组与本溪组累计平均厚度1 0 0m，由于区内大中型断层不发育，小型断层稀疏，且规模小，因此预测峰峰组灰岩水突水的可能性较小，而且对阻止奥陶系马家沟组灰岩岩溶裂隙水进入矿井起到了关键作用，可安全承压开采。根据上述分析，1 5 1 3 0 2工作面胶带进风顺槽掘进期间不受上层老空水和地表水影响，顶板K2石灰岩岩溶裂隙含水层水对工作面的影响有限。3工作面突水危险性评价3.1灰岩含水层富水性分析1 5#煤层底板奥陶系峰峰组灰岩岩溶裂隙含水层，厚度4 0 1 5 0m，平均1 0 0m。岩溶裂隙不发育，为极弱富水性（钻孔涌水量0.0 3 96 0.3 2 5L/s，单位涌水量0.0 0 04 0.0 0 37L/sm，渗透系数0.0 0 04 0.0 0 49m/d），并且煤层与峰峰组灰岩间 本 溪 组 砂 质 泥 岩 和 铝 土 质 泥 岩 隔 水 层，厚8.6 1 3 9.9 2m，平均2 5.9 5m。峰峰组与本溪组累计平均厚度8 9.9 5m，由于区内大中型断层不发育，小型断层稀疏，且规模小（最大落差1 3m），预测峰峰组灰岩岩溶裂隙水不仅突水的可能性较小，而且对阻止奥陶系马家沟组灰岩进入矿井起到了关键作用，可安全承压开采。3.2灰岩导水裂缝带发育高度分析1 3 6江西煤炭科技2023年第1期根据 岳城煤矿峰峰组隔水性评价报告Y C-J 1钻孔水位观测数据，从孔深1 4 3m（进入奥灰3 7m）以后水位开始显现，通过连续观测，直至孔深1 8 4m出现水位出现明显波动，即进入峰峰组垂深3 7 7 8m之间，孔内奥灰水压逐渐显现、释放，释放的水压值为1.3 7M P a，因此峰峰组垂深3 7 7 8m之间岩层主要为导水层，即奥灰水在峰峰组的导水裂缝带高度为4 1m。3.3巷道底板安全隔水层厚度计算根据煤矿防治水细则，掘进巷道底板安全隔水层厚度计算公式为6：t=L(2L2+8 Kpp-L)4 Kp式中：t为煤层隔水层的安全厚度，m；p为底板隔水层承压压力，M P a；Kp为底板隔水层岩层抗拉强度，M P a，取1.5 6；L为巷道宽度，m；为底板隔水层容重，M N/m3。根据岳城煤矿峰峰组隔水性评价报告，底板隔水层承压压力为2.7M P a，隔 水 层抗拉强度为1.5 6M P a，隔水层容重为0.0 2 76M N/m3，巷道宽度为4.2m，经计算安全隔水层厚度为4.5 4m。考虑底板扰动破坏深度对隔水层厚度的影响，其计算公式为6：Hi=0.7 0 07+0.1 0 79 L式中：Hi为底板采动导水破坏带深度，m；L为工作面倾斜长度，m，取1 8 0。经计算底板采动导水破坏带深度为2 0.1m，加安全隔水层厚度4.5 4m取整为2 5m，即巷道掘进区域最小隔水层厚度应大于2 5m。根据 岳城煤矿峰峰组隔水性评价报告，1 5#煤隔水层为二叠系砂质泥岩和泥岩隔水层、石炭系太原组砂质泥岩隔水层以及1 5#煤层与峰峰组灰岩间的本溪组隔水层，二叠系砂质泥岩和泥岩隔水层由泥岩、砂质泥岩和粉砂岩组成，厚度在2.1 3 1 6.3 9m，平均为1 2.9 3m；石炭系太原组砂质泥岩隔水层由砂质泥岩和粉砂岩组成，厚度在2.8 5 3 6.3 9m，平均为2 1.5 4m；1 5#煤层与峰峰组灰岩间的本溪组隔水层由砂质泥岩和铝土质泥岩组成，厚度在8.6 1 3 9.9 2m，平均为2 5.9 5m，因此合计隔水层厚度为6 0m，大于最小隔水层厚度的2 5m，巷道可以安全带压掘进。3.4突水系数计算根据煤矿防治水细则，突水系数计算公式为：T=P/M式中：P为底板隔水层承压压力，M P a；M为底板隔水层厚度，m。根据 岳城煤矿峰峰组隔水性评价报告，1 5#煤底板隔水层厚度为6 0m，底板隔水层承压压力为2.7M P a/m，突水系数计算结果为0.0 4 5M P a/m，小于煤矿防治水细则规定的正常块段内临界突水系数（T s）0.1 0M P a/m，因此可进行带压掘进。4结论1）分析了1 5 1 3 0 2工作面顶部含水层特性，确定工作面胶带进风顺槽掘进期间不受上层老空水和地表水的影响，工作面顶板K2等灰岩岩溶裂隙含水层水的影响有限。2）对1 5 1 3 0 2工作面胶带进风顺槽掘进底板区域灰岩含水层富水性进行了分析，计算了工作面突水评价相关参数，确定奥灰导水高度为4 1m；计算安全隔水层厚度需2 5m，而实际隔水层厚度达6 0m；突水系数为0.0 4 5M P a/m，小于规定的0.1 0M P a/m，综所述，工作面能够实现安全承压开采。参考文献：1 冯光俊，李伍，张泳，等.林西矿深部水平奥灰水带压开采突水危险性评价J.北京：中国煤炭，2 0 1 5，4 1（8）：4 1-4 4，9 7.2 秦晓悦.汾源煤业5-1 0 2 2巷掘进工作面陷落柱突水危险性评价分析J.石家庄：煤炭与化工，2 0 2 1，4 4（6）：4 2-4 4，4 8.3 康健.保德煤矿奥灰突水危险性评价及其防治对策J.抚顺：煤矿安全，2 0 1 7，4 8（S1）：9 9-1 0 3，1 0 8.4 吴焘，孙艳清.1 6煤层底板突水危险性评价J.山东煤炭科技，2 0 1 6（5）：1 4 2-1 4 4.5 韩伟.石港煤业1 5 1 0 6工作面运输顺槽底板突水危险性评价与分析J.邹城：煤矿现代化，2 0 2 0（4）：9 3-9 5，9 8.6 陶文朋.巨厚煤层整层带压开采突水危险性评价J.内蒙古煤炭经济，2 0 1 9（2）：7 7-7 9.作者简介：王晓佳（1 9 8 7），男，山西临汾人，采煤助理工程师，现从事煤矿地质防治水工作。收稿日期：2 0 2 2-0 5-1 6编辑：郑学涛1 3 7