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2023年第3 期江西煤炭科技111.地测防治水技术突水系数计算公式适用条件的探讨邓治国，姚荣胜，张娟娟（山西地宝能源有限公司，山西太原0 3 0 0 45）摘要：本文分别利用突水系数法、水头压力值法和隔水层阻水性能评价方法，对大佛寺煤矿三采区9+10 号煤层带压开采进行安全评价，得出完全不同的两种结果。其中利用突水系数和水头压力值法评价，三采区属于带压开采安全区；而利用隔水层阻水性能法评价，则三采区属于带压开采危险区。由此认为突水系数法有一定的适用条件，当有效阻水带厚度承担不了该范围的承压性时，采用突水系数法进行奥灰水带压安全性评价将失去其有效性。关键词：煤层带压开采；奥灰水；突水系数法；隔水层阻水性能；适用条件中图分类号：TD745+.2Abstract:The paper makes a safety evaluation of mining under safe water pressure of aquifer in No.9 and 10 coal seam of No.3mining area of Dafosi Colliery through water inrush coefficient method,water head pressure value method and water resistanceproperty of aquiclude method,in which it is concluded that No.3 mining area belongs to safe zone by water inrush coefficient andwater head pressure value evaluation while dangerous zone by water resistance property of aquiclude evaluation,determiningwater inrush coefficient method has certain applicable conditions,but loses its effectiveness in Ordovician limestone water safetyevaluation when the effective thickness of water resistance cant bear the pressure within the range.Key words:mining under safe water pressure of aquifer;Ordovician limestone water;water inrush coefficient method;waterresistance property of aquiclude;applicable conditions根据国家煤矿安全监察局制定，煤炭工业出版社2 0 18 年6 月发行的煤矿防治水细则中附录五，提出了用突水系数计算公式对奥灰水带压开采进行评价的方法，但未对该公式适用条件进行说明。本文以山西介休大佛寺煤矿三采区9+10号煤层带压开采评价中存在的问题，对防治水细则附录五中的突水系数计算公式应用于奥灰水带压开采评价的适用条件进行探讨。1奥灰含水层富水特征及煤层底板隔水性大佛寺煤矿位于介休市西南直距约12 km处的义棠镇田村一带。矿井采用斜井开拓方式,采用单水平开拓，全井田开采9+10 号煤层，全井田共划分为三个采区。未来将规划开采三采区9+10 号煤层。1.1奥灰含水层富水特征(1)岩性特征奥陶系中统峰峰组Of:钻孔揭露该组地层最文献标识码：ADiscussion on Applicable Conditions of Calculation Formula of Water Inrush CoefficientDeng Zhiguo,Yao Rongsheng,Zhang Juanjuan(Shanxi Dibao Energy Co.,Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030045)(2)抽水试验根据补1、补2 号钻孔抽水试验成果资料如表1所示,峰峰组岩溶裂隙含水层为富水性中等含水层，上马家沟组岩溶裂隙含水层为富水性强含水层表1钻孔抽水试验参数抽水单位涌水量渗透系数孔号水质类型层位q(1/sm)Of0.219补1O.f+O2sOf补2O.f+02s文章编号：10 0 6-2 57 2(2 0 2 3)0 3-0 111-0 4大厚度12 9.40 m，岩性上部深灰色、厚层状石灰岩，性脆，质纯,致密坚硬,岩溶裂隙发育，方解石脉充填；下部灰黄色角砾状泥灰岩，夹石膏层。奥陶系中统上马家沟组O2s：钻孔揭露该组地层最大厚度19 0.0 0 m，岩性为灰色、灰黑色，见有豹皮灰岩,质纯、节理发育、方解石脉充填,岩溶较发育。质量K(m/d)评定0.271SO-NaCa合格1.9470.972 7SO.-CaNa0.001 90.000 90.14371.1521SO-NaCa0.169 01.296 8SO-NaCa合格112.(3)奥灰水位根据邻矿水井资料及补1、补2 号水文孔资料，推测三采区奥灰水水位为+52 8+52 6 m。岩溶地下水流场的基本形态是井田内自西北向东南方向径流。根据钻孔及井下揭露资料9+10 号煤层赋存底板标高为+53 0+42 0 m，三采区9+10 煤层大部分范围底板标高低于奥灰水水位标高，属大部分带压开采煤层。1.2煤层底板隔水层特征02顶至10 号硬岩厚度钻孔煤底距离/m补122.30补229.05大3-417.61大3-525.49大4-327.72大4-428.16大5-322.30大5-528.16内插点22.30平均24.79(2)隔水层厚度特征根据最新施工的补1水文孔、大5-5、大4-4、大5-3 及煤层最低点隔水层厚度资料可知，9+10号煤层底板到奥灰界面的隔水层厚度为2 2.3 0 28.16 m,平均 2 4.6 4 m。2回采工作面奥灰带压评价本文分别采用煤矿防治水细则附录四和附录五中的突水系数法和安全水头压力值法，分别对三采区9+10 煤层回采底板奥灰水带压开采进行评价。2.1突水系数法根据煤矿防治水细则附录五，突水系数法进行评价见式(1)：(1)M式中：T为突水系数,MPa/m;P为煤层底板隔水层的水头压力，MPa;M为底板隔水层厚度，m。突水系数小于0.0 6 MPa/m时,奥灰水带压开采范围属带压安全区；突水系数介于0.10 MPa/m和0.0 6 MPa/m之间，奥灰水带压开采范围属带江西煤炭科技(1)岩性特征根据井田补1、补2 号水文孔及井田内外揭露峰峰组钻孔资料,井田范围内9+10 号煤层与奥陶系中统峰峰组顶之间隔水层主要为本溪组中一套泥岩、粘土岩为主夹砂岩、灰岩和铁铝岩地层，厚度3.2 512.3 3 m,平均8.3 2 m,隔水性能好。井田内的硬岩一般为砂岩、石灰岩等,软岩为泥岩、砂质泥岩及铝质泥岩等。煤层至奥灰顶面岩性组合情况如表2 所示。表2 9+10 号煤层至奥灰顶面岩性组合硬岩比例软岩厚度/m/%1.306%4.4015%2.3013%1.506%3.1011%4.7017%2.9013%4.2015%3.0512%2023年第3 期软岩比例备注/m/%21.0094%24.6585%15.3187%23.9994%24.6289%23.4683%19.4087%23.9085%22.0488%压相对安全区；突水系数大于0.10 MPa/m时,奥灰水带压开采范围属带压危险区。P值确定方法为利用三采区及周边奥灰水文孔推测出奥灰水水位等值线，利用线性插值方法计算各钻孔奥灰水水压值。M值确定方法为利用三采区及周边带压压区钻孔揭露的煤层底板隔水层厚度数值。将各参数代入式（1），求出三采区带压区的9+10号煤层突水系数T。然后再利用式(1)计算出补1、大5-5、大5-3、大4-4及10 号煤层最低点的底板奥灰突水系数，如表3 所示。表3 9+10 号煤层底板突水系数计算结果统计突水底板煤层奥灰水位水头系数位置隔水层底板标高/m压力厚度/m标高/m/MPa(MPa/m)补1+526.67大5-5+527.60大5-3+526.68大4-4+527.4710号煤层+527.28底板最低点备注：未到奥灰钻孔隔水层厚度均采用邻近钻孔资料东南边界（井田三采区范围内）邻矿主井附近中东边界井田外东部井田外东部井田中东部（井田三采区附近）井田南部（井田三采区范围内）井田中部（井田三采区范围内）10号煤层最低点（井田三采区范围内）奥灰/22.30+530.6528.16+423.391.0422.30+439.760.8728.16+513.5822.30+415.001.1200.1400.0370.0390.0050.0502023年第3 期从表3 中可以看出，9+10 号煤层突水系数最大值(0.0 50 MPa/m)小于0.0 6 MPa/m，三采区开采范围属带压安全区。正常情况下，开采三采区的9+10 号煤层不会受奥灰水突水威胁影响。2.2水头压力值计算法依据煤矿防治水细则中附录四相关内容，安全水头压力值计算法进行评价见式（2），适用于采煤回采工作面，安全水头压力值计算法进行评价,见式(2)：Ps=T,M式中:T,为临界突水系数值,MPa/m;M为底板隔水层厚度，m;Ps为安全水头压力,MPa。T本次取在具有构造破坏的隔水层岩层地段取值,即 0.0 6 MPa/m。M值确定方法为：利用三采区及周边带压区钻孔揭露的煤层底板隔水层厚度数值。将各参数代入式（2),计算出大5-5、大5-3、大4-4及10 号煤层最低点的安全水头压力。计算结果如表4所示。表49+10 号煤层底板奥灰水水头压力奥灰临界突水底板安全水头位置系数值/隔水层压力水头结论压力(MPa/m)厚度/m/MPa补10.06大5-50.06大5-30.06大4-40.0610号煤层0.06底板最低点备注：未到奥灰钻孔隔水层厚度均采用邻近钻孔资料从表4中可以看出,5-5、大5-3、大4-4及10号煤层最低点底板隔水层承受的水头压力均小于安全水头压力数值，三采区属带压开采安全区。3利用隔水层阻水性能评价3.1厂底板导水破坏带高度的确定底板导水破坏带高度通过对全国二十几个矿并的实测资料的回归分析所获得的统计公式进行分析计算。通过对实测数据的统计分析，发现工作面倾斜长度是影响底板导水率破坏区域最重要的因素。在下一个采面进行预测模型公式中,底板导水破坏带与工作面倾斜长度单位之间的单相关系数在0.9 0 以上，且密切结合相关。底板导水破坏江西煤炭科技带高度计算，见式（3），此公式采用于矿山压力与岩层控制中底板破坏深度经验计算公式：h,=0.0085H+0.1665a+0.1079L-4.3579式中:hi为底板导水破坏深度,m;L为开采工作面斜长,m;H为开采深度,m;为开采煤层倾角。根据大佛寺煤矿初步设计，三采区9+10 号煤层回采工作面最大斜长为17 0 m，本次开采工作面斜长采用17 0 m；根据三采区钻孔及以往勘查资料，三采区9+10 号煤层埋深在450 m左右，本次开采(2)深度采用450 m；根据三采区钻孔及以往勘查资料，三采区9+10 号煤层倾角平均5.3，本次开采煤层倾角采用5.3。综上所述，将上述参数代人式(3)，经计算三采区开采9+10 号煤层，形成的底板导水破坏深度为18.6 9 m。另外相邻煤矿底板导水破坏高度测试数据显示，底板破坏深度为18.519.2 m。可见利用式(3)计算结果接近实测数据，故本次底板最大破坏深度取最大值为18.6 9m。3.2有效阻水带厚度有效阻水带厚度可根据试验法确定的阻水系数进行计算。阻水系数法是由现场钻孔水力压裂法实测的单位底板隔水岩层的平均阻水能力，其表达式为：/MPa22.301.3428.161.6922.301.3428.161.6922.301.34113.9(3)Z=P,-R(4)0式中：Z为阻水系数,MPa/m;R为裂缝扩展半径，水头压力1.04均小于安0.87全水头压力数值，0.14属带压开采安全区1.12现场测得，也可取经验值一般为40 50 m;P，为岩体破裂压力，与地应力和岩体抗张强度有关。根据华北型煤系地层大量实测资料分析，不同岩层阻水能力不同：粗粒砂岩为0.5MPa/m,细砂岩约0.2 0.3 MPa/m,泥岩约0.1 0.3 MPa/m,石灰岩约0.4MPa/m。断层带因其充填物性质及胶结密实程度不同，阻水能力变化很大，按弱强度充填物考虑，阻水能力为0.0 5 0.10 MPa/m。三采区范围内底板隔水层岩性主要为泥岩、砂岩、薄层灰岩组成的岩柱。其中泥岩阻水系数取平均值0.2 MPa/m,灰岩阻水系数取0.4MPa/m，细砂岩阻水系数取0.2 5MPa/m。则煤层底板平均阻水系数可加权平均计算,Z=0.21MPa/m；采区奥灰水位值取52 6 m，10 煤开采最低标高为415.00m，隔水层厚度2 2.3 0 m，采区内最高水压值P取1.12 MPa，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),即h2=P/Z。综上所述将以上参数代人公式得出h2=5.33m。114.3.3承压水导高带本井田未作承压水导高带的研究，根据华北煤田揭露的实际情况，承压水导高带h3一般在05m。本次导升带高度采取5m。3.4带压安全性评价利用“下三带”研究理论，奥灰水对开采区是否有影响主要看底板采动、原始破坏区是否波及水体，或与承压水导升带沟通。当底板防水安全隔水层厚度(h。)大于或等于底板导水破坏带（h1）、阻水带厚度(h2)及承压水导高带(h3)之和(hahi+h2+h3)时，可以认为带压开采是安全的，反之,则认为带压开采是不安全的。三采区内10 号煤层底板至奥灰顶板的距离为2 2.3 0 2 8.16 m,平均为2 4.6 4m(ha),而hi+h2+h3=18.69+5.33+7=31.02mha(24.64m),由此可知三采区9+10 号煤层开采属于带压开采危险区。4结语根据煤矿防治水细则附录四和附录五中的突水系数法、安全水头压力值法评价，三采区9+10号煤层开采属于带压开采安全区；但根据隔水层阻水性评价，三采区9+10 号煤层开采属于带压开采危险区。同样的开采范围及煤层开采参数，使用不同的评价方法，结果不同。再者三采区开采9+10号煤层底板导水破坏带加承压水导高带的数值25.69m,一般亦大于隔水层平均距离2 4.6 4m,开江西煤炭科技采9+10 号煤层奥灰水通过裂隙可直接进人开采工作面,形成水害。山西河津的船窝煤矿也存在同样的问题。因此，采用突水系数和安全水头压力值法进行带压开采评价，应该具有一定的适用条件，当有效阻水带厚度承担不了该范围内的承压性，采用突水系数法进行奥灰水带压安全性评价会失去有效性。因此，突水危险性评价关键还在于阻水带阻水性能的评价。参考文献：1周马宁.中峪井田底板奥灰带压开采突水系数法评价.石家庄：煤炭与化工,2 0 2 1,44(4)：46-49.2】任玺宁.突水系数法预测煤层突水危险性的分析与探讨J.内蒙古煤炭经济,2 0 2 0（14)：8-10.3武志高.带压开采底板突水有效阻水系数法评价在西峪煤矿的应用研究J.郑州：能源与环保,2 0 18,40(3)：1-6.4】张业智.运用阻水厚度法和突水系数法评价底板突水危险性J.山东煤炭科技，2 0 11(5)：6 9-7 0.5孙涛.屯兰矿8 号煤层底板岩石隔水性能研究J.山西焦煤科技,2 0 14(S1)：157-159.6谭云亮.矿山压力与岩层控制M.北京：煤炭工业出版社,2 0 14:2 47.作者简介：邓治国（197 7 一），男，山西代县人，地质工程硕士，矿山地质与测量高级工程师，研究方向：煤炭资源勘查与评价、矿山灾害防治。收稿日期：2 0 2 2-0 8-0 12023年第3 期编辑：郑学涛(上接110 页)进扰动引起的动载荷。3)采取小断面两次成巷掘进后，矿压显现减弱，煤炮等动力现象得以有效控制，掘进效率明显提升。参考文献：1】尹金喜.特厚煤层区段煤柱宽度变化区冲击危险性分析及防治实践J.北京：矿业装备，2 0 2 2（2)：17 0-17 1.2凌志强，赵森，顿长健.特厚煤层区段煤柱宽度变化区冲击危险性分析及防治实践J.重庆：矿业安全与环保,2 0 2 1,48(6)：118-12 2.3】成琦，张宗文，张建，等.复杂地质灾害条件下沿空掘巷施工工艺研究J.北京：煤炭科学技术，2 0 2 0,48（S2)：40-46.4董敬源，薛成春,曹安业，等.邻空侧不规则遗留煤柱区巷道掘进冲击地压防治技术J.抚顺：煤矿安全，2 0 2 0，51(9):89-93.5陈祥祺，李化敏，王伸，等.特厚煤层综放工作面渐变煤柱段巷道掘进期间围岩矿压显现特征分析J.河南理工大学学报（自然科学版）,2 0 2 0,3 9（2）：1-7.作者简介：徐文平（198 9一），男，山西临汾人，2 0 12 年毕业于山西大同大学采矿工程专业，工程师，现从事煤矿生产管理工作。收稿日期：2 0 2 2-0 8-3 0编辑：李永华