新元煤礦15#煤層突水危險性評價分析

（陽泉煤業（集團）有限責任公司，山西 陽泉 045000）

1 概況

新元煤礦15號煤層，位于太原組下段頂部，上距9號煤層41.97～92.95m，平均62.73m，煤層厚0～7.00m，平均3.29m，屬中厚煤層，其可采性指數為0.91、厚度變異系數為44%，為大部可采的穩定煤層，含0～5層夾石，結構簡單～復雜。頂板主要為石灰巖，局部為泥巖、砂質泥巖、粉砂巖、炭質泥巖及中、粗粒砂巖；底板主要為泥巖、砂質泥巖、炭質泥巖、粉砂巖，局部中、細粒砂巖。本層屬大部可采穩定的中厚煤層。

2 突水危險性評價

2.1 突水系數法

突水系數即單位隔水層厚度所承受的水壓，而臨界突水系數則為單位隔水層厚度所能承受的最大水壓。用突水系數法預測煤層底板突水，公式易于理解，計算簡單，其表達式中有水壓、隔水層厚度兩項因素，基本能反映底板突水因素的綜合作用。

本次各煤層底板巖溶水突水危險性評價采用《煤礦防治水細則》中突水系數計算公式，如下：

式中：T為突水系數，MPa/m；P為隔水層承受的水壓，MPa；M為底板隔水層厚度，m。

評價分區依據：對于正常塊段，臨界突水系數為0.1MPa/m，當T小于0.1MPa/m時為安全區，反之為危險區；對于構造破壞塊段，臨界突水系數為0.06MPa/m，當T小于0.06MPa/m時為安全區，反之為危險區。

3 煤層底板奧陶系峰峰組巖溶水突水危險性評價

3.1 隔水層底板承受的水壓

煤層底板突水實質是由于含水層的水壓作用等多種因素影響破壞后，導致隔水巖層失穩的結果。水壓是底板突水災害發生的主要因素之一，水壓愈大，突水的可能性也就越大。水壓的大小一方面與水位有關；另一方面也與煤層隔水層底板標高有關。

根據井田奧陶系峰峰組地下水水位等值線圖，采用內插法確定各控制鉆孔的水位標高，計算煤層與奧灰間隔水層底板承受的峰峰組巖溶水水壓（見表1），并繪制隔水層底板水壓等值線（見圖1）。煤層隔水層底板承受的水壓為0.07～4.69MPa，在井田內由東北向西南呈遞增趨勢：東北部較小，西南部較大。

表1 峰峰組水位標高和隔水層底板水壓計算

圖1 奧灰間隔水層底板承受峰峰組含水層水壓等值線圖

3.2 15#煤到奧灰頂界隔水層厚度

隔水層的厚度對煤層底板突水起著抑制作用，而隔水層的隔水能力與隔水層的厚度、強度和巖性組合有關。煤層受峰峰組含水層水壓作用的隔水層厚度為煤層底板到本溪組底部即奧灰頂界的地層間距。

15#煤到奧灰頂界面巖層厚度為51.49～132.30m，平均厚度為94.79 m。伴隨煤層開采，底板擾動破壞，其底板起主要隔水作用的巖層為太原組底部的砂質泥巖地層和本溪組的鋁土泥巖地層。底板隔水層巖性主要由泥巖、鋁土泥巖、砂質泥巖及粉砂巖等組成。砂質泥巖抗壓強度為4.10～21.7MPa，平均14.10MPa；鋁土泥巖抗壓強度4.7～35.1MPa，平均14.5MPa，且該地層在井田內分布規律穩定。軟硬巖石相互疊置的組合對底板巖溶裂隙水具有較好的隔水性能，且受構造破壞程度低。

3.3 15#煤層底板峰峰組巖溶水突水危險性評價

根據突水系數計算公式（1）計算，得到15#煤層底板峰峰組巖溶水突水系數為0.0151～0.0464MPa/m（見表2），小于構造塊段突水系數臨界值0.06MPa/m，在帶壓開采區內（綠色區）全區為安全區，井田西北部有小范圍的不帶壓區。

表2 15#煤層底板峰峰組巖溶水突水系數統計

序號 孔號 水位標高/m煤層底板標高/m水壓/MPa隔水層厚度/m突水系數/（MPa/m）13 19+649+352.43 3.93 104.1 0.0377 14 22+617+404.89 3.14 108.5 0.0290 15 24+621+448.58 16 25+626+432.49 17 28+598+446.30 18 29+606+440.79 19 30+618+409.86 20 34+586+429.80 21 35+591+427.22 22 44+549+415.38 23 45+563+397.89 24 51+548+404.87 25 58+517+526.51 2.57 2.92 2.32 2.43 3.29 2.46 2.60 2.59 2.61 2.39不帶壓26 60+524+451.59 27 Od-1+670+388.75 1.61 3.67 28 Od-2+520+344.43 29 Od-3+693.69+320.49 30 Od-4+678.83+592.02 31 Oj-6+568.4+384.51 2.57 4.69 1.62 2.73 32 KS-1+653+584.10 1.52 89.43 0.0287 103.9 0.0281 85.39 0.0272 82.22 0.0295 127.6 0.0258 94.56 0.0260 101.6 0.0256 132.3 0.0196 102.3 0.0255 114.6 0.0208 98.79 —91.63 0.0176 93.1 0.0395 83.87 0.0307 104.3 0.0450 78.12 0.0207 95.01 0.0288 85.95 0.0177

圖2 15#煤層底板峰峰組巖溶水突水危險性評價分區

4 煤層底板奧陶系上馬家溝組巖溶水突水危險性評價

4.1 隔水層底板承受的水壓

根據井田奧陶系上馬家溝組地下水水位等值線圖，采用內插法確定各控制鉆孔的水位標高，計算煤層與奧灰間隔水層底板承受的上馬家溝組巖溶水水壓（見表3），并繪制隔水層底板水壓等值線圖（見圖3）。煤層隔水層底板承受的水壓為0.05～3.73MPa，在井田內由北向南呈遞增趨勢，井田北部、西北部較小；井田南部、東南部較大。

表3 上馬家溝組水位標高和隔水層底板水壓計算

序號 孔號上馬家溝組水位標高/m奧陶系頂界標高/m隔水層底板承受的水壓/MPa 6 P65+567.50+392.27 1.72 7 P75+560.00+439.82 1.18 8 2+594.20+226.02 3.61 9 6+593.00+401.70 1.88 10 7+593.20+344.39 2.44 11 12+592.90+361.88 2.26 12 17+592.60+371.19 2.17 13 19+593.40+248.29 3.38 14 22+591.70+296.44 2.89 15 24+592.40+358.83 2.29 16 25+592.80+328.58 2.59 17 28+591.70+360.94 2.26 18 29+592.05+358.57 2.29 19 30+592.40+282.29 3.04 20 34+591.60+335.24 2.51 21 35+591.90+325.61 2.61 22 44+579.00+284.73 2.89 23 45+590.50+296.46 2.88 24 51+588.00+304.42 2.78 25 58+560.00+427.72 1.30 26 60+568.50+359.96 2.04 27 Od-1+593.47+295.20 2.92 28 Od-2+575.48+257.45 3.12 29 Od-3+595.32+215.00 3.73 30 Od-4+591.80+513.63 0.77 31 Oj-6+591.50+289.50 2.96 32 KS-1+590.20+498.15 0.90

圖3 15#煤層底板隔水層承受上馬家溝組含水層水壓等值線圖

4.2 15#煤到奧灰頂界隔水層厚度

由于前面所述奧陶系峰峰組位于上馬家溝組之上。而峰峰組本身為含水層，因此15#煤到奧灰頂界隔水層厚度仍然為煤層底板到本溪組底部即奧灰頂界的地層間距：51.49～132.30m，平均厚度為94.79 m。

4.3 15#煤層底板上馬家溝組巖溶水突水危險性評價

根據突水系數計算公式（1）計算，得到15#煤層底板上馬家溝組巖溶水突水系數為0.0101～0.0372MPa/m（見表4），小于構造塊段突水系數臨界值0.06MPa/m，井田北部邊緣為不帶壓區，其余區域均帶壓，帶壓開采區內全區為安全區。

圖4 15#煤層底板上馬家溝組巖溶水突水危險性評價分區

表4 15#煤層底板上馬家溝組巖溶水突水系數統計

序號 孔號 水位標高/m煤層底板標高/m水壓/MPa隔水層厚度/m突水系數/（MPa/m）27 Od-1+593.47+388.75 2.92 93.1 0.0314 28 Od-2+575.48+344.43 3.12 83.87 0.0372 29 Od-3+595.32+320.49 3.73 104.3 0.0357 30 Od-4+591.80+592.02 不帶壓 78.12 —31 Oj-6+591.50+384.51 2.96 95.01 0.0312 32 KS-1+590.20+584.1 0.90 85.95 0.0105

5 結語

1）峰峰組隔水層底板承受的水壓，在井田內由東北向西南呈遞增趨勢：東北部較小，西南部較大。

2）上馬家溝組隔水層底板承受的水壓，在井田內由北向南呈遞增趨勢，井田北部、西北部較小，在井田南部、東南部較大。

3）峰峰組水突水危險性評價：15#煤層西北角不帶壓，帶壓區內底板峰峰組巖溶水突水系數為0.0151～0.0464MPa/m，為帶壓開采安全區。

4）上馬家溝組水突水危險性評價：15#煤層在井田北部邊緣不帶壓，帶壓區內底板上馬家溝組巖溶水突水系數為0.0101～0.0372MPa/m，為帶壓開采安全區。