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带压开采防治水安全技术措施

随着我矿井巷道和水平的不断延伸和拓展，煤层所承受的水头压力愈来愈大，加之我矿井地质及水文地质条件较复杂，潜在的水害威胁将表现的更为突出，严重威胁着矿井的安全生产和职工的生命安全。因此，根据煤矿安全规程第269、270条之规定，特制定矿井带压开采安全技术措施。
第一节 矿井水文地质条件
井田内沟壑纵横，切割强烈，具典型的黄土地貌特征。在梁峁地带被第四系上更新统黄土所覆盖，沟谷中广泛出露上第三系上新统红土。基岩未见出露。区内最高点在井田中部以东则庄子村西北部的山顶上，标高1302.0m，最低点在井田南部红年洼村西的南川河河床中，标高1010.7m，最大相对高差为291.3m，属中山区。
一、地表水
井田地表水属黄河流域三川河水系。井田内无常年性水流，仅在雨季沟谷中有短暂洪水向西流入南川河。在雨季应做好防洪、防汛工作。
二、地下水
1.第四系全新统砂砾石含水层
井田西部外围为南川河河床东侧一级阶地，属第四系全新统淤积物，其砂砾层中含有一定潜水，为当地村民重要农业用水资源之一。
2.第三系上新统砾石含水层
井田内第三系广泛分布于沟谷两侧或沟低。下部为一层胶结或半胶结的砾石层，供人畜用水，水量一般很小，当有较好的补给源时，为较好的孔隙含水层。
3. 二叠系上、下石盒子组砂岩含水层
本组含水层一般由数层中粒粗砂岩组成，总厚约20m，其间多隔以泥岩、粘土岩等。据金春－乔家沟井田精查时的132号孔(位于本井田北部1700m处朱家店煤矿)抽水试验结果，单位涌水量（q）＝0.0072 L/s•m,渗透系数（K）＝0.0018m/d，钻孔揭露最大涌水量为0.33L/s，水位最高大于1078m，水量较小，属弱富水性含水层，水质类型为SO4·HCO3-Ca·Mg·Na。
4. 二叠系下统山西组砂岩含水层
本组主要含水层为03号煤层与4号煤之间的中粒砂岩，该含水层稳定连续。测井曲线上反映明显，厚度5－9m，泥质和钙质胶结。据金春－乔家沟井田精查时的132号孔抽水试验结果，单位涌水量（q）＝0.00107L/s·m,渗透系数（K）＝0.00413m/d，水位标高982.52m。110号孔抽水试验结果，单位涌水量（q）＝0.0065L/s•m,渗透系数（K）为0.00153m/d，水位标高1052.92m。属弱富水性含水层，水质类型为SO4·HCO3-Ca·Mg·Na。
5.石炭系上统太原组灰岩、砂岩含水层
本组中有L1、L2、L5三层灰岩组成，中间多隔以细砂岩和砂质泥岩等，间距在10m以内，L5灰岩厚度小，岩芯较完整，含水相对较弱；L2灰岩为本组最厚的灰岩，岩芯中见有溶蚀裂隙，其间多充填炭屑，裂隙面凸凹不平，该层为三层灰岩中相对富水的一层。L1灰岩为最下部的灰岩层，节理裂隙较发育，并具有溶蚀现象，富水性较弱。据金春－乔家沟精查勘探区抽水试验结果：单位涌水量（q）为0.0026－1.24L/s•m，渗透系数（K）为0.00275－10.72m/d，水位标高944.25－1043.84m。本含水层水质SO4·HCO3-Mg·Na型水。
本组10号煤层上部为一层稳定的中粒砂岩，厚约5－15m，泥质胶结，勘探抽水试验中，该层泥浆消耗量无明显变化，从测井曲线定性分析，其含水性比山西组砂岩含水层差，故其厚度虽大，也为弱富水性含水层。
6.奥陶系中统岩溶裂隙含水层
奥陶系中统峰峰组岩性以石灰岩、白云岩为主，夹泥灰岩、泥岩、石膏，为相对弱含水层。本区含水层主要为上马家沟组，该组岩溶裂隙发育，为强含水层。据金春—乔家沟精查勘探区资料，当灰岩埋藏深度大于347ｍ时，其裂隙及岩溶极不发育，钻进时水文钻孔基本无变化。当灰岩埋藏深度小于267ｍ时，岩层裂隙及岩溶颇为发育，钻进时水位突降，冲洗液消耗量显著增大或完全漏失，说明含水性显著增强，深度越浅，此种现象越明显。
朱家店煤矿工业广场在1997年10月建有深水井，取水层位为奥陶系含水层。井口标高为990.5m，水位埋深为185.0m，水位标高为805.5m，单井出水量50m3/h。据此，本井田奥灰水水位标高为805.5m左右，山西省第三地质工程勘察院于2006年4月3日－6月17日，在本井田东北沈家峁村西南施工了一奥灰深井（坐标：x=4142356.299，y=19516594.156，H=1080.12m），降深4.90m时，出水量为33.13m3/h（合795.05m3/d），其水质类型为SO4·HCO3－Ca·Na·Mg型，终孔于奥陶系中统上马家沟组，地层揭露厚度242.10m。经抽水试验，测得静止水位埋深276.80m，计算得本井田内奥灰水水位标高为803.32m左右。
三、隔水层
井田内煤系中只有03号煤与4号煤之间的砂岩、太原组灰岩含水性较好，其余均可视为相对隔水层，隔水性能较好的主要有：
1.第三系红色亚粘土隔水层
该层沟谷中有出露，厚约10－70m。
2.石炭、二叠系灰岩、砂岩含水层之间分布的泥质岩隔水层
石炭、二叠系灰岩、砂岩含水层之间分布有厚度不等的泥岩、砂质泥岩，一般不透水，且可起到良好的层间隔水作用。
3.石炭系本溪组至太原组10号煤层下泥质岩隔水层
石炭系本溪组至太原组10号煤层以下为一套泥岩、砂质泥岩、铁铝岩、粘土岩地层，总厚69m左右，隔水性能较好，为隔断煤系地层与奥灰水力联系的重要隔水层。
四、地下水的补给、径流和排泄条件
第三系下部的砾石层主要靠大气降水补给，在地形控制有利的情况下，在沟谷中形成小泉。
石炭、二叠系的砂岩、灰岩含水层主要接受上覆松散层的入渗补给，少数露头部位直接接受大气降水的补给，另外还有承压含水层之间的越流补给，地下水沿层间裂隙向西北运动。各含水层间水力联系较弱，主要排泄途径是生产矿井的矿坑排水。
奥陶系灰岩岩溶水，区域上主要接受大气降水的补给，向西北流向柳林泉。
第二节 矿井充水因素分析
一、地表水对开采煤矿的影响
井田内没有大的地表水体，仅有季节性河流。一般来说河水通过基岩含水层渗透补给的水量是较弱的，但是，随着煤矿的开采，顶部岩层将遭到破坏，会使基岩裂隙加大、增多，特别是在北部及北东部煤层浅埋地段甚至形成地面塌陷，沟通断层以及其它构造形迹。因此在开采过程中一定要采取防范措施，以防洪水袭击，造成危害。
二、构造对矿床充水的影响
矿区内尚未发现大的构造形迹，总体为一向西倾斜的单斜构造。但由于奥灰水水位部分高于主采10号煤层底板，一旦有断层存在，有可能形成导水通道，使岩溶水涌入矿井，造成水害，因此一定要重视对隐伏断层以及其它构造形迹的发现与研究。以防断层导水造成淹矿事故。
三、构造对水文地质条件的影响
井田内未发现大的断层及陷落柱等构造现象，在井下生产过程中发现三条小的断层，这三条断层均具导水作用，因此在开采中应留足断层保安煤柱，并重视井下隐伏小断层的发现和研究，严格坚持“有掘必探，先探后掘”的原则，防止断层带及断层伴生构造导水诱发突水事故的发生。
四、采空区积水对开采煤层的影响
本矿井有较长的开采历史，根据煤矿提供资料，井田内有较大面积的采空区，南部有两块古空区，矿井充水因素主要是顶板砂岩、灰岩裂隙含水层通过冒落裂隙带向矿井充水为主。本井田存在9块采空（古空）积水区，采空（古空）区都有一定积水、积气存在。全矿井采（古）空积水量49800m3，其中6号煤层采空积水量为8000m3，10号煤层采（古）空积水量为41800m3（见下表）。
采（古）空区积水、积气情况调查结果表
煤矿
名称
煤层号
积水区编号
积水区面积(m2)
积水量
(m3)
积气情况
备注
备注
鑫 隆 煤 业
10
积水区1
158000
250000
有
原鑫隆煤矿采空区
采（古）空区积水位置及范围由我院向矿方进行调查，矿方向我院提供资料
积水区2
3000
5000
有
原邢家岭煤矿采空区
积水区3
41000
65000
有
原冯家岭煤矿采空区
积水区4
12600
20000
有
原郝家岭煤矿采空区
积水区5
6500
10000
有
原郝家岭煤矿采空区
积水区6
45000
70000
有
原郝家岭南古空区
积水区7
45000
70000
有
原崔家岭南古空区
小计

311100
490000

6
积水区8
6500
2000
有
原鑫隆煤矿采空区
积水区9
19500
6000
有
原鑫隆煤矿采空区
小计

26000
8000

合计

337100
498000

依据《煤炭安全手册》第五篇矿井防治水中的采空积水公式估算其积水量：

式中：—老空积水的静储量（m3）；
—小窑老空积水区平面积（m2）；
—煤层采厚（m）；
—煤层倾角（°）；
—老空区充水系数，取0.25。
根据以上公式，各积水区积水量为(采空区的充水系数采用0.25)：
10号煤层：
Q积水区1=(0.25×6.23×158000)/cos10°=25万m3
Q积水区2=(0.25×6.23×3000)/cos10°=0.5万m3
Q积水区3=(0.25×6.23×41000)/cos10°=6.5万m3
Q积水区4=(0.25×6.23×12600)/cos10°=2万m3
Q积水区5=(0.25×6.23×6500)/cos10°=1万m3
Q积水区6=(0.25×6.23×45000)/cos10°=7万m3
Q积水区7=(0.25×6.23×45000)/cos10°=7万m3
6号煤层：
Q积水区8=(0.25×1.21×6500)/cos10°=0.2万m3
Q积水区9=(0.25×1.21×19500)/cos10°=0.6万m3
井田西部采空区易于积水，下一步开拓、回采到采空区附近时要注意其积水，一定执行经审批的探放水措施。
井田北部为山西离柳宏岩煤业有限公司煤矿（原朱家店煤矿二坑）开采4号煤层，采空区距本井田工作面较远，积水、积气对本矿无影响，但在开采两矿边界附近煤层时，应加强探放水工作，留足保安煤柱；东北部为山西中阳联盛照阳煤业有限公司（由原照阳煤矿和原青蒿煤矿整合），原照阳煤矿开采10号煤，采空区位于照阳煤矿的东部，约有积水8500m³，原青蒿煤矿现采10号煤，采空区位于青蒿煤矿的中部，约有积水6000m3，也均有一定的积气现象，该矿井采空区距本井田工作面较远，矿井无越层开采现象，在开采两矿边界附近煤层时，应加强探放水工作，留足保安煤柱。因此周边矿井积水、积气对本矿开采不会造成危胁。据煤矿提供资料，本矿煤层露头附近曾有小窑破坏，不会对开采造成影响。
五、覆岩破坏高度及地下水对煤层开采的影响
覆岩破坏高度包括垮落带高度和导水裂隙带高度。
该矿现采10号煤层，根据煤矿提供资料，开采10号煤层时形成的垮落带和导水裂隙带暂没有发现沟通6号煤层的采空区。
4号煤层顶板为中细砂岩，局部为泥岩或砂质泥岩，属中硬岩层，煤层厚度为0.70m—1.28m，采用全部垮落法管理顶板，根据“三下”采煤工艺技术，垮落带及导水裂隙带高度经验公式，计算覆岩破坏高度如下：
垮落带高度：（取+2.2）
导水断裂带高度：
式中：—累计采厚（m）
求得4号煤层开采的垮落带高度为5.34—7.32m，导水裂隙带高度为24.00-35.6m，两带影响的累计高度为29.34—42.92m，4号煤层在井田西北部可采区内埋深大于50m，开采4号煤层形成的垮落带和导水裂隙带不会沟通地表水。
5上号煤层顶板为泥岩或砂质泥岩，属软弱岩层，煤层厚度为0.70m—1.44m，采用全部垮落法管理顶板，根据“三下”采煤工艺技术，垮落带及导水裂隙带高度经验公式，计算覆岩破坏高度如下：
垮落带高度：（取+1.5）
导水断裂带高度：
式中：—累计采厚（m）
求得5上号煤层开采的垮落带高度为4.92—6.52m，导水裂隙带高度为13.37-17.00m，两带影响的累计高度为18.29—23.52m，5上号煤层上距4号煤层8-10m，如开采5上号煤层，形成的导水裂隙带会沟通4号煤层的采空区。
据山西省煤炭工业局综合测试中心对6号煤层直接顶板泥岩测试结果顶板抗压强度为8.0MPa，属极软弱岩层，煤层厚度为0.98－1.40m，采用全部垮落法管理顶板，根据“三下”采煤工艺技术，垮落带及导水裂隙带高度经验公式，计算覆岩破坏高度如下：
垮落带高度：（取+1.2）
导水断裂带高度：
式中：—累计采厚（m）
求得6号煤层开采的垮落带高度为2.60—3.12m，导水裂隙带高度为19.8-24.00m，两带影响的累计高度为22.40—27.12m，6号煤层上距5上号煤层15-20m，如开采6号煤层，形成的导水裂隙带会沟通5上号煤层的采空区。
据山西省煤炭工业局综合测试中心对10号煤层顶板细砂岩测试结果顶板抗压强度为39.8MPa，，属中硬岩层；煤层厚度为3.54-7.27m，采用全部垮落法管理顶板，根据“三下”采煤工艺技术，垮落带及导水裂隙带高度经验公式，计算覆岩破坏高度如下：
垮落带高度：（取+2.2）
导水断裂带高度：
式中：—累计采厚（m）
求得10号煤层开采的垮落带高度为12.13—15.87m，导水裂隙带高度为80.80m-155.40m，两带影响的累计高度为92.93—171.27m，10号煤层上距6号煤层40.00-54.00m，开采10号煤层形成的导水裂隙带会沟通6号煤层的采空区。
六、煤层突水系数
4号煤层最低底板标高620m，距奥灰顶界面距离平均为150m；5上号煤层最低底板标高670m，距奥灰顶界面距离平均为140m；6号煤层最低底板标高580m，距奥灰顶界面距离平均为120m；10号煤层最低底板标高540m，距奥灰顶界面距离平均为69m。各可采煤层底板标高部分位于奥灰水水位之下，现将各可采煤层的突水危险性计算如下：
计算公式：T=P/M
式中：T—突水系数（MPa/m）
P—底板隔水层承受的水压 (MPa)
M—隔水层厚度(m)
则：4号煤层：
T=(803.32-620+150) ×0.0098/150＝0.022 MPa/m
5上号煤层：
T=(803.32-670+140) ×0.0098/140＝0.019 MPa/m
6号煤层：
T=(803.32-580+120) ×0.0098/120＝0.028 MPa/m
10号煤层：
T=(803.32-540+69) ×0.0098/69＝0.047 MPa/m
因井田内构造条件简单，根据经验临界突水系数不大于0.06Mpa/m时，由计算结果可知，4、5上、6、10号煤层突水系数均小于0.06MPa/m，属岩层非完整块段突水性安全区。但在有断层等构造勾通奥灰水的情况下会发生突水事故，因此煤矿开采时应严格坚持“有掘必探，先探后掘”的原则，注意对隐伏构造的研究和发现，要留足保安煤柱，防止突水事故的发生。
七、矿井水文地质类型
井田4、5上号煤层直接充水含水层为太原组灰岩含水层，间接充水含水层为下石盒子组含水层，均属弱含水层。其山西组含水层单位涌水量仅为0.0065 1/s·m。矿井涌水量小于5m3/h，采掘面干燥。但煤层底板标高大部低于奥灰水位标高，若遇隐伏断层等导水构造，则存在奥灰水沿构造导水裂隙突入巷道的可能。根据上述情况并参照《矿井地质规程》中矿井水文地质类型分类标准综合分析，该矿4、5上号煤层井水文地质类型应属中等型。
6号煤层主要充水含水层为太原组灰岩含水层，单位涌水量为0.0149L/s•m。该含水层富水性不强。矿井涌水量小于15m3/h，但煤层底板标高大部低于奥灰水位标高，若遇隐伏断层等导水构造，则存在奥灰水沿构造导水裂隙突入巷道的可能。参照《矿井地质规程》中矿井水文地质类型分类标准综合分析，该矿6号煤层井水文地质类型应属中等型。
10号煤层厚而稳定，井下涌水量120－150m3/d，主要充水含水层为太原组灰岩含水层，单位涌水量为0.0149L/s•m。该含水层富水性不强。另外，考虑到井田中西部10号煤层底板标高大部低于奥灰水位标高(见10号煤层带压开采范围示意图)，若遇隐伏断层等导水构造，则存在奥灰水沿构造导水裂隙突入巷道的可能。参照《矿井地质规程》中矿井水文地质类型分类标准综合分析，该矿10号煤层矿井水文地质类型应为中等。

带压开采区
图2-1 4号煤层带压开采区分布范围图
带压开采区
图2-2 6号煤层带压开采区分布范围图
带压开采区
图2-3 10号煤层带压开采区分布范围图
八、矿井充水通道
矿井充水必备的两个条件，一是充水水源，二是充水途径。只有两个条件都具备了才有可能发生突水，因此煤矿的充水途径也是我们研究煤矿突水的一个重要因素。矿井充水通道包括导水断层、岩层裂隙、采空导水裂隙带、封闭不良的钻孔等。
1、断裂及破碎带
构造裂隙（断裂），它包括各种节理、断层、断裂破碎带和陷落柱等，是矿井充水和矿井透水的主要通道。构造裂隙对矿井充水的影响，一方面表现在其本身的富水性；另一方面又往往是各种水源进入采掘工作面的天然通道。所以，当采掘工作面和它们相遇或接近时，与它有关的水源则会通过它们涌入井下。
井田地表大部为松散岩类覆盖，据钻孔资料，井田内构造简单，总体上位倾向北西的单斜构造，局部有次一级宽缓波状起伏，地层倾角8－14°，平均10°左右。现有勘探程度下，尚未发现大的断裂构造形迹。建井及开采阶段巷道揭露断层3条，断距5-17m，
井田西部煤层底板标高低于奥陶系岩溶水位标高（803.32m），如果有断裂存在可能形成导水通道，使下伏岩溶水涌入矿井，造成矿井水害。因此，一定要重视对隐伏断裂及其它构造形迹的探查和研究，防止断层突水造成的水害。
2、底板突破
煤层间接底板存在岩溶承压水，其水压随着巷道或回采区隔水岩柱底板埋藏深度而增大，当水压值超过隔水岩柱的强度时，将可能破坏间接底板，使岩溶水溃入矿坑，称为底板突破或突水。它既是一种工程地质现象又是一种人为的充水作用。对其间接底板充水作用必须作出评价，这种评价的实质，就是评价隔水底板的稳定性。
井田内4、6、10号煤层突水系数均小于断裂构造发育地段临界突水系数值0.06MPa/m，属岩层非完整块段突水性安全区。但在有断层等构造勾通奥灰水的情况下会发生突水事故，断层诱发底板突水，可分为以下几种情况：
① 当张性、张扭性导水断层或裂隙直接切割煤层及其底板承压水含水层时，引发底板承压水突水，见图2-4。

（a） （b）
图2-4导水断层和裂隙引发的底板突水
② 断层虽然切割底板隔水岩层，但天然状态下不导水，当断层带存在水压影响的扩展效应时，由于水压扩展效应，使断层或裂隙改变其性质，产生引张，导致底板突水，见图2-5。

（a） （b）
图2-5 导水断层引发的底板突水
③ 断裂带中的充填物，若是由胶结不紧密的泥质、炭质组成和钙质胶结时，天然状态下不导水，但由于受采后矿压与水压的共同作用，断层或裂隙中的填充物和胶结物被掏蚀、溶蚀，引发底板突水，见图2-6。

（a） （b）
图2-6 断层、矿压与水压引发的底板突水
因此煤矿开采时应严格坚持“有掘必探、先探后掘、有采必探、先探后采”的原则，注意对隐伏构造的研究和发现，要留足保安煤柱，防止突水事故的发生。
3、顶板采动导水裂隙
顶板破坏也是一种人为的充水途径，由于开采矿体在地下形成采空区，采空区上方顶板岩层失去支撑和平衡后，会产生变形，以致破坏，这就会给上部含水层提供充水途径。
按照国家煤矿安监局2009年9月颁发的《煤矿防治水规定释义》要求，采用国家煤炭工业局制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（煤行管字[2000]第81号）中的公式，分别进行计算了各煤层导水裂隙带高度。
（1）4号煤层顶板为中细砂岩，局部为泥岩或砂质泥岩，属中硬岩层，煤层厚度为0.70m—1.28m，采用全部垮落法管理顶板，根据“三下”采煤工艺技术，垮落带及导水裂隙带高度经验公式，计算覆岩破坏高度如下：
垮落带高度：（取+2.2）
导水断裂带高度：
式中：—累计采厚（m）
求得4号煤层开采的垮落带高度为5.34—7.32m，导水裂隙带高度为24.00-35.6m，两带影响的累计高度为29.34—42.92m，4号煤层在井田西北部可采区内埋深大于50m，开采4号煤层形成的垮落带和导水裂隙带不会沟通地表水。地表水一般不会通过导水裂隙带进入井下，影响生产。
（2）据山西省煤炭工业局综合测试中心对6号煤层直接顶板泥岩测试结果顶板抗压强度为8.0MPa，属极软弱岩层，煤层厚度为0.98－1.40m，采用全部垮落法管理顶板，根据“三下”采煤工艺技术，垮落带及导水裂隙带高度经验公式，计算覆岩破坏高度如下：
垮落带高度：（取+1.2）
导水断裂带高度：
式中：—累计采厚（m）
求得6号煤层开采的垮落带高度为2.60—3.12m，导水裂隙带高度为19.8-24.00m，两带影响的累计高度为22.40—27.12m，6号煤层上距4号煤层23-30m，如开采6号煤层，形成的导水裂隙带会沟通4号煤层的采空区。因此开采6号煤层时，应加强探放水防止4号煤层采空后积水对开采6号煤层的影响。
（3）据山西省煤炭工业局综合测试中心对10号煤层顶板细砂岩测试结果顶板抗压强度为39.8MPa，属中硬岩层；煤层厚度为3.54-7.27m，采用全部垮落法管理顶板，根据“三下”采煤工艺技术，垮落带及导水裂隙带高度经验公式，计算覆岩破坏高度如下：
垮落带高度：（取+2.2）
导水断裂带高度：
式中：—累计采厚（m）
求得10号煤层开采的垮落带高度为12.13—15.87m，导水裂隙带高度为80.80m-155.40m，两带影响的累计高度为92.93—171.27m，10号煤层上距6号煤层40.00-54.00m，开采10号煤层形成的导水裂隙带会沟通6号煤层的采空区，导水裂隙带可能造成采空区积水下渗。因此开采10号煤层时，应加强探放水防止6号煤层采空后积水对开采10号煤层的影响。
4、井巷工程连通
井巷施工过程中揭露并连通了所经过的含水层组，由于巷道壁后封闭止水不良，会使得浅部孔隙水或基岩风化带裂隙水渗入井下，形成矿井充水，现状条件下，井筒渗水是鑫隆煤矿充水的形式之一。
5、封闭不良的钻孔导通
按规定，勘探时施工的各种钻孔，在工作结束后都要按要求进行封闭，如果封孔质量未达到标准要求，钻孔就成了煤层与其顶底板含水层或地表水之间的充水通道。在开采过程中，遇到或接近它们时，就会引起涌水或造成淹井事故。
我矿井田内共有19个地质钻孔，各钻孔施工年代已久，封孔情况不清，在邻近开采时应加强探放水工作，各钻孔坐标位置、孔口标高、终孔深度等参数具体如下：
钻孔及井巷见煤点情况一览表
孔号
纬距（X）
经距（Y）
孔（井）口高程
(H)
终孔深度
(m)
终孔层位
备注
21
4139200.91
19514903.51
1048.07
510.86
10号煤下
钻孔
82
4139318.58
19516073.16
1071.48
405.48
10号煤下
钻孔
83
4136184.13
19516681.15
1083.10
130.68
10号煤下
钻孔
84
413623.35
19515277.67
1047.84
275.16
K2
钻孔
103
4138407.56
19514899.63
1048.71
508.97
10号煤下
钻孔
104
4138063.31
19515980.04
1078.04
437.43
K1
钻孔
105
4137355.90
19517111.44
1111.78
139.02
10号煤下
钻孔
106
4137377.76
19516363.58
1147.25
375.15
K1
钻孔
107
4137207.82
19515781.19
1073.04
452.83
K1
钻孔
108
4136843.87
19516822.63
1084.21
148.81
10号煤下
钻孔
109
4136720.98
19515263.16
1042.47
417.24
10号煤下
钻孔
110
4136453.88
19515870.70
1058.38
285.59
K1
钻孔
116
4139141.50
19516949.90
1091.00

10号煤下
钻孔
117
4140147.55
19516666.40
1241.24
461.69
10号煤下
钻孔
118
4140136.69
19517229.70
1240.68
408.52
10号煤下
钻孔
123
4139821.78
19514710.83
1180.03
641.09
10号煤下
钻孔
160
4139982.60
19515697.90
1197.61
575.23
10号煤下
钻孔
112
4135223.66
19516194.60
1060.55
271.97
O2
钻孔
113
4134839.92
19516862.65
1071.51
81.39
10号煤下
钻孔

第三节 煤层底板突水系数计算及带压开采分区
一、煤层底板突水系数计算
井田内各可采煤层均存在局部奥灰带压开采区，开采煤层时是否会发生煤层底板奥灰突水，可采用突水系数法进行分析评价。
采用《煤矿防治水规定》中的突水系数公式：
T=P/M
式中：T——突水系数，MPa/m；
P——隔水层承受的压力，MPa；
M——煤层底板有效隔水层厚度（m）。
M={h-（h1+h3）}§
其中：h——煤层底板距奥灰顶面的距离（m）；
h1——煤层底板采动破坏带深度（m）；
h3——承压含水层导升带高度（m）；
§——等值隔水系数，取平均值0.8.
根据计算的突水系数值，可对带压开采区进行危安区的划分：当突水系数T＜0.06MPa/m时，为相对安全区；当突水系数0.06＜T＜0.1MPa/m时，为过渡区；当突水系数T＞0.1MPa/m时，为突水危险区。
计算结果见下表：
完整岩层块段区突水系数计算结果表
煤层编号
4
5上
6
10
煤层底板距奥灰顶面的距离h（m）
150
140
120
69
煤层底板采动破坏带深度h1（m）
18
18
18
18
承压含水层导升带高度h3（m）
3
3
3
3
煤层底板有效隔水层厚度M（m）
103.2
95.2
79.2
38.4
底板隔水层承受的最大水头压力P（MPa）
3.33
2.37
3.43
3.32
最大突水系数T（MPa）
0.026
0.025
0.043
0.086
断层附近突水系数计算结果表
煤层编号
4
5上
6
10
煤层底板距奥灰顶面的距离h（m）
150
140
120
69
煤层底板采动破坏带深度h1（m）
37
37
37
37
承压含水层导升带高度h3（m）
6
6
6
6
煤层底板有效隔水层厚度M（m）
85.6
77.6
64
20.8
底板隔水层承受的最大水头压力P（MPa）
3.33
2.37
3.43
3.32
最大突水系数T（MPa）
0.039
0.031
0.054
0.16
带压开采区危安区划分结果表
煤层号
煤层底板标高（m）
煤层底板隔水层承受的最大水头（m）
煤层底板隔水层承受的最大水压（MPa）
突水系数T（MPa/m）
分区
4
803-1100
/
/
/
煤层底板高于奥灰水位，为绝对安全开采区
620-803
333
3.33
0.026
T≤0.06MPa，为相对安全区
5上
803-1100
/
/
/
煤层底板高于奥灰水位，为绝对安全开采区
670-803
273
2.73
0.025
T≤0.06MPa，为相对安全区
6
803-1100
/
/
/
煤层底板高于奥灰水位，为绝对安全开采区
580-803
343
3.43
0.043
T≤0.06MPa，为相对安全区
10
803-1140
/
/
/
煤层底板高于奥灰水位，为绝对安全开采区
573-803
230
2.30
0.06
T≤0.06MPa，为相对安全区
540-573
332
3.32
0.086
T＞0.06MPa，为过渡区
二、带压开采分区及奥灰突水危险性评价
根据突水系数计算结果，对各可采煤层奥灰突水性分析评价如下：
（1）4号煤层底板奥灰突水性评价
803m-1100m标高段，奥灰水位低于煤层底板标高，在此标高段开采4号煤层，即使有贯穿性导水构造，也不存在煤层底板奥灰突水的威胁，此地段为绝对安全开采区。
‚620m-803m标高段，奥灰水位高于煤层底板标高，突水系数T=0.026-0.039＜0.06MPa/m，在此标高段开采4号煤层，一般情况下不存在煤层底板奥灰突水威胁，但若此区段有隐伏贯穿性导水构造时，则存在煤层底板奥灰突水危险，此地段为相对安全开采区。
（2）5上号煤层底板奥灰突水性评价
803m-1100m标高段，奥灰水位低于煤层底板标高，在此标高段开采5上号煤层，即使存在贯穿性导水构造，也不存在煤层底板奥灰突水的威胁，此地段为绝对安全开采区。
‚670m-803m标高段，奥灰水位高于煤层底板标高，突水系数T=0.025-0.031＜0.06MPa/m，在此标高段开采5上号煤层，一般情况下不存在煤层底板奥灰突水威胁，但若此区段有隐伏贯穿性导水构造时，则存在煤层底板奥灰突水危险，此地段为相对安全开采区。
（3）6号煤层底板奥灰突水性评价
803m-1160m标高段，奥灰水位低于煤层底板标高，在此标高段开采6号煤层，即使存在贯穿性导水构造，也不存在煤层底板奥灰突水的威胁，此地段为绝对安全开采区。
‚580m-803m标高段，奥灰水位高于煤层底板标高，突水系数T=0.043-0.054＜0.06MPa/m，在此标高段开采6号煤层，一般情况下不存在煤层底板奥灰突水威胁，但若此区段有隐伏贯穿性导水构造时，则存在煤层底板奥灰突水危险，此地段为相对安全开采区。
（4）10号煤层底板奥灰突水性评价
803m-1140m标高段，奥灰水位低于煤层底板标高，在此标高段开采10号煤层，即使有隐伏贯穿性导水构造，也不存在煤层底板奥灰突水的威胁，此地段为绝对安全开采区。
‚573m-803m标高段，奥灰水位高于煤层底板标高，突水系数T=0.06-0.16MPa/m，0.06＜T＜0.1MPa/m，在此标高段开采10号煤层，完整岩层段一般情况下不存在煤层底板奥灰突水威胁，但在断层附近有奥灰突水危险性；当此区段有隐伏贯穿性导水构造时，则存在煤层底板奥灰突水危险。在完整岩层区为相对安全开采区，在断层附近则为危险区。
ƒ540m-573m标高段，奥灰水位高于煤层底板标高，突水系数T=0.086-0.16MPa/m，T＞0.06-0.1MPa/m。在此标高段开采10号煤层，在完整岩层区为过渡区，在断层附近则为危险区。当此地段存在隐伏贯穿性导水构造时，奥灰突水危险性大。
断层（陷落柱）等地质构造破坏隔水底板的完整性，降低隔水层厚度和抗、隔水性能，成为底板突水的潜在通道，是最容易发生突水的区段，也是矿井防治水的重点。在带压开采过渡区及危险区开采煤层时，必须根据实际情况采取留设防水煤柱或其它安全措施才能进行采掘作业。
矿井生产应采用物探方法探测井田内的隐伏断层和陷落柱，落差较大的断层和陷落柱要留设防隔水煤柱或进行注浆工程。
同时在生产过程中，通过直流电法或（井上或井下）钻探对煤层的底板承压含水层灰岩探测后，建议在带压开采区内进行采掘作业时，采取物探和钻探措施，查明采掘工作面前方隐伏构造及已知构造的导水性。同时对灰岩含水层的水文地质特征，尤其富水部位进行认真探查，为带压开采提供准确的参考数据，从而采取针对性的防治奥灰水突水措施。
三、首采工作面带压开采情况
（1）10401综采工作面
1、工作面位置
10401综采工作面位于我矿井田南部，所在煤层为10#煤，采区为四采区，地面标高1095.0m—1232.6m，煤层底板标高687m—855m。地表地形多为坡、沟和耕地，工作面对应于地表黄土丘陵区，沟谷纵横，工作面范围内无任何建筑物、公路、河流分布。
2、工作面设计参数
10401综采工作面可采长度578m，倾斜长155.8m，可采面积为90052.4m2，煤层厚度6.23m，容重1.35m3/t，工业储量92.84万吨，采高2.6m，放顶煤高度为3.63m，回采率93%，可采储量为68.32万吨。
3、工作面四周采掘情况
10401综采工作面井上下位置及四邻情况：工作面上下部均无巷道形成，东邻南翼总回风巷二；北邻10#煤西回风、轨道、皮带下山，工作面顺槽在此巷道开口；西部为尚未掘进的10403运输顺槽，其间留设保安煤柱30m；南部为原乔家沟煤矿采空区，期间留设50米保安煤柱。
4、工作面地质构造情况
（1）褶曲情况及其对回采的影响
根据工作面顺槽实际揭露煤层资料显示，该工作面煤层为南-北走向，东西倾向，倾角6-16°，工作面构造简单，为单斜构造，煤的普氏硬度为F=2.5-3。
（2）其他因素对回采的影响（陷落柱、火成岩等）
在两顺槽掘进的过程中未发现有陷落柱、火成岩等，也无岩浆岩侵入活动，预计回采工作面也不会出现陷落柱、火成岩等。
（3）断层情况及其对回采的影响
在工作面回风顺槽125m处，运输顺槽280m处及回风顺槽143m处遇到断层,断层走向为东西63。,断层落差5-8米，属于正断层，对工作面回采有一定的影响。
本工作面地质构造复杂程度属于简单型。
5、工作面煤层赋存情况及顶底岩性
本掘进工作面布置在10号煤层，位于太原组中段底部，为本组主要可采煤层。上距6号煤层44.84m，煤层厚3.54－7.27m，平均6.23m。结构简单－复杂，含夹矸0－5层，夹矸厚度为0.08－0.66m，多为0.05－0.22m。赋存区内为厚度、层位稳定的全区可采煤层。
煤层顶板情况表
顶底板名称
岩石类别
厚度/m
岩 性 描 述

顶板
老顶
L1石灰岩
7.0
深灰色，含有动物化石及其碎片，两层石灰岩中间一般夹有一层平均厚度为1.48m的黑色泥岩或钙质泥岩。
直接顶
砂质泥岩或细砂岩
2.0
灰色，含有植物化石碎片。
底板
直接底
泥岩、砂质泥岩
1.0
灰色,砂质泥岩，多含植物化