滇東某煤礦早石炭系煤層底板泥盆系灰巖水突水性分析

邱華華

摘要：煤層底板突水是一種受控于多因素且具有復雜的非線性動力特征的復合動態現象，一直是威脅我國煤礦安全生產的主要災害之一，尤其是隨著開采深度的不斷增加，帶壓開采已成為深部煤炭資源開發的主要方式，底部灰巖發育的裂隙巖溶高承壓水的威脅日趨嚴重，因此進行底板突水防治就顯得尤為重要。通過對滇東地區石炭系含煤地層主要可采煤層水文地質條件、底板充水水源和充水通道深入分析，提取評價煤層底板突水危險性關鍵指標，綜合考慮巖溶裂隙發育、地質構造、隔水層厚度、巖溶裂隙含水層富水性、灰巖含水層厚度5個突水主控因素，并進行底板突水危險性分區。

關鍵詞：煤底板，突水，危險性評價，巖溶水

前 言

滇東地區某煤礦煤系地層為石炭系下統萬壽山組地層，主要可采煤層為C4煤層，由于C4煤層底板距下部灰巖僅有6.4m，因此底板水成為該煤礦煤層開采的主要威脅，對礦區突水危險性分區及評價就顯得尤為重要。

1、礦區底板水文地質條件分析

1.1 礦區C4煤層底板含水層

礦區地貌類型屬高原構造侵蝕和構造溶蝕高中山地貌，屬區域水文地質單元的補給徑流區，最低侵蝕基準面高程為1950m，底板含水層為石炭系下統金子溝組（C1j）巖溶裂隙含水層及泥盆系上統（D3）巖溶裂隙強含水層。金子溝組（C1j），巖性以灰、灰白色薄層灰巖及塊狀含燧石鈣質白云巖為主，厚27.61m，該巖溶含水層距礦區主采C4煤層平均垂距僅為6.4m，屬礦床底板含水層，且與下伏D3之間無隔水層，對礦區中深部煤層開采及礦坑底板涌水、突水具有直接威脅。泥盆系上統（D3）巖性為深灰色厚層白云巖、灰黑色中厚層狀粗晶白云巖，厚度大于100m。地面調查及鉆探揭露C1j、D3兩個巖溶含水層之間無隔水層存在，為同一個含水層組，鉆孔靜止水位觀測結果：101孔水位埋深661.33m，標高2306.22m;102孔水位埋深515.88m，標高2331.68m，201孔水位埋深695.26m，標高2205.14m，202孔水位埋深490.16m，標高2245.24m，煤礦主平硐初見水位2068.46m。C1j、D3兩個巖溶含水層平均水頭標高為2231.35m， 單位涌水量0.293 L/s.m ，滲透系數0.1302 m/d。

1.2 礦區水文地質條件類型

礦區地形陡竣，溝、谷切割較深，巖溶含水層導水性強，最低侵蝕基準面之上有利于地下水的自然排泄而不利于富存，但由于煤系地層較薄，煤系上覆及下覆地層均為巖溶裂隙強和較強含水層，上覆巖溶裂隙含水層單位涌水量0.0158～0.293 L/s.m，顯示含水層富水性極不均勻，煤系地層雖然富水性極弱，為相對隔水層，但厚度較薄，煤層開采后其導水裂隙將直接溝通上覆巖溶含水層對礦坑充水。主采C4煤層下距D3、C1j巖溶含水層垂距平均僅為6.4m，煤層底板且為軟弱地層，加之巖層由于裂隙、斷裂構造影響強度降低，深部開采時具有底板突水的威脅，無論為頂板充水或是底板突水，巖溶含水層均具有管道復雜、不均勻，水量大，點狀集中排泄涌出、難于預防的特點，且礦區大部分資源位于最底侵蝕基準面以下，因此礦區水文地質條件類型為以巖溶裂隙含水層充水為主的中等偏復雜類型。

2、煤層底板突水性分區概述

通過對煤層底板標高與底板巖溶含水層水頭標高及主平硐井口之間關系的分析，將煤礦煤層開采區域分為以下4個區域：

（1）安全區

開采煤層均位于底板巖溶含水層水位以上，無突水性危險。

（2）較安全區

通過疏干降壓的方式，降低底板巖溶水位的水頭，處于這部份水頭之上的煤層為較安全區，應配合井下物探、鉆探驗證。

（3）突水危險性較小區

通過各種手段降低底板水的水頭標高后，預測礦區的突水性及突水量，部分突水區的水量能夠通過排水設備排出井口，這部分區域為突水性危險較小區。

（4）突水危險區

處于突水性危險區，且通過排水設備不能及時排出井巷的水并可能導致淹井，這部分區域為突水性較大區。

3、煤礦煤層底板突水性分區

根據煤礦水文數據，以C4煤層底等高線圖畫出煤層底板等水位線圖（見圖1）。

（1）安全區

由圖1所知，A區C4煤層均位于底板含水層水頭之上，因此無突水危險，為安全區。

（2）較安全區

《煤礦安全規程》規定：“承壓含水層與開采煤層之間的隔水層能承受的水頭值大于實際水頭值時，可以帶水壓開采，但必須制訂安全措施，報企業主要負責人審批”;“承壓含水層與開采煤層之間的隔水層能承受的水頭值小于實際水頭值時，開采前必須采取下列措施，由企業主要負責人審批：①采取疏水降壓的方法，把承壓含水層的水頭值降到隔水層能承受的安全水頭值以下，并制訂安全措施。②承壓含水層不具備疏水降壓條件時，必須采取建筑防水閘門、注漿加固底板、留設防水煤柱，增加抗災強排能力等防水措施”。由于煤礦主井布置于由煤層底板泥盆系灰巖內，符合①的條件，通過前期疏干降壓的方式，可以自然排出礦區內2068m以上的巖溶水，由于C4煤層底板與灰巖含水層之間平均有6.4m的泥巖隔水層，按照周邊煤礦的經驗值，1m厚的泥巖隔水層可以承受64m的水頭壓力，因此將煤層底板標高2000m區域以上均視為較安全區，但在掘進時必須通過物探，鉆探手段進行探測，安全時方可進行開采。（見圖B區）。

（3）突水危險性較小區

根據相關水文試驗數據，煤層底板標高2000m以下肯定會發生突水，因此應預算相應的突水量。根據煤礦的排水設備情況，突水量10000m3/d以內的水量均能通過排水設備排出井巷外，也就是說發生突水時，如果突水量小于10000m3/d，按煤礦現有的井巷情況及排水設備，水能及時排出而不致淹井。因此必須預測出突水量小于10000m3/d的區域，以指導煤礦生產。

根據礦區突水面積，灰巖含水層厚度，以及抽水試驗得出的各項數據，利用公式--，反算出H值（H為煤層底板至含水層水位的高度，即突水時的降深值），即灰巖水頭高度。將各項數據代入公式（計算過程略），計算出H值為526m，和煤層底板等高線疊加后，得到圖1中CD分界線，而C區即為突水危險性較小區。

（4）突水危險區

根據（3）可知，圖1中D區即為突水危險區

4、突水危險性分區的意義

（1）便于結合煤層受灰巖水的威脅程度區別開采煤層受灰巖水威脅的情況錯綜復雜，不同煤層、同一煤層的不同部位在隔水層、構造、水壓、含水層水力聯系等因素的共同影響下，呈現出不同的受水威脅情況，進行突水危險性分區后，可以較為方便地掌握開采區域的受水威脅情況。如可在采掘工程平面圖或充水性圖上構列出各區的界線，隨時了解采掘工作面所處的區域。

（2） 便于防治水技術管理實行突水危險性分區后，煤層的突水危險程度在圖紙上一目了然，在編制采掘計劃時可以一并考慮防治水技術措施;同時，業務保安、技術管理部門和安全監察、行業監管部門在檢查指導防治水工作時，也更具針對性。

（3）便于采取不同的防治水措施進行突水危險性分區后，各區的防治水工作可以按相應區域的措施執行，便于程序化、規范化操作。

5、結語

突水危險性分區是工作經驗和理論探索的提煉，目前還存在基礎較為薄弱、劃分依據尚需推敲的的問題，如何在以后的實際工作中完善和發展，還需要做大量的工作，需要結合礦山實際，根據某一礦山的治水經驗，經實踐認證后推廣到具有相類似水文地質條件的礦山，突水危險性分區才更有意義。

參考文獻：

[1] 章至潔，韓寶平，張月華。水文地質學基礎。徐州：中國礦業大學出版社，1995。

[2] 徐恒力等。水資源開發與保護。北京：地質出版社，2001。

[3] 薛禹群。地下水動力學。北京：地質出版社，1997。

[4] 鄭世書，陳江中，孫亞軍等。專門水文地質學。徐州：中國礦業大學出版社，1999。

[5] 張平卿，淺談底板灰巖水的突水危險性分區。中州煤炭2009 年第10期