曹村煤礦十采區2 號煤充水條件及突水危險性分析

郝曉虎

（霍州煤電集團 大地煤業有限公司，山西 吉縣 042202）

1 概 況

煤炭在我國能源結構中占據主體地位，水害事故是制約煤炭安全開采的礦井災害之一，據統計，我國受水害威脅的礦井達到8 000 余座以上，因此，水害防治是煤炭開采的重要工作。為實現水害事故的有效防治，國家相關部門提出了“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”防治水十六字方針。曹村煤礦十采區2 號煤開采標高為-250—+120 m，上部第四系沖積層厚度在400～600 m，存在K9、K8 等砂巖含水層，對開采2 號煤層有較大影響；底板下存在O2 厚層灰巖，O2灰巖水靜水位標高約520 m，開采煤層承壓達3.5 MPa。因此，對曹村煤礦十采區2 號煤充水條件以及頂底板突水危險性進行分析。

2 2 號煤充水條件

充水條件主要包括充水水源和充水通道，是導致礦井水害的關鍵因素。曹村煤礦十采區2 號煤充水水源主要為地下含水層水，充水通道主要為孔隙裂隙、采動裂隙以及導水構造。

2.1 充水水源

（1） 大氣降水和地表水。

資料顯示，曹村煤礦涌水量受年降水量及降水季節性變化影響較小，且隨著礦井開采深度的增大，大氣降水和地表水的影響越來越小。

（2） 地下含水層水。

曹村煤礦2 號煤頂板充水水源主要為二疊系下石盒子組K8、K9 中粒及細粒砂巖和上石盒子組K10、K12、K13 中粒及中粗粒砂巖水，砂巖含水層累計厚度約25 m 左右，其中，K8、K9 為直接充水水源，K10、K12、K13 為間接充水水源，礦井充水水源以直接充水水源為主，單位涌水量0.001～0.045 L/s·m。

曹村煤礦2 號煤底板直接充水水源主要為二疊系山西組K7 中粒砂巖水，含水層厚6 m 左右，富水性較弱，間接充水水源主要為石炭系太原組K5中粒砂巖水、K4、K3、K2 石灰巖水和K1 中細粒砂巖水，其中，K7、K5 和K1 砂巖含水層累厚約12 m 左右，富水性弱，K4、K3、K2 石灰巖含水層累厚15 m 左右，巖溶裂隙相對較發育，但不均一，一般屬富水性中等、局部富水性強的含水層，在構造發育部位且有導水斷層溝通的情況下，是2 號煤底板的主要充水源。

（3） 采空區積水。

曹村煤礦井田邊界煤層露頭及淺埋區老窯采空區及小窯較多，其中有些與曹村煤礦井下巷道很近，易對曹村煤礦煤層的開采造成威脅。

2.2 充水通道

（1） 孔隙裂隙。

曹村煤礦2 號煤層的基本頂為K8 砂巖，2 號煤層開采過程中頂板裂隙水可沿巖層內部的天然孔隙裂隙流入工作面形成涌水。

（2） 采動裂隙。

曹村煤礦2 號煤層工作面采用全部垮落法處理采空區，2 號煤層開采破壞了頂、底板隔水層的穩定性，形成采動裂隙通道，使頂板含水層水以及地表水進入礦井，同時在采掘過程中，在底部含水層的水頭壓力及礦山壓力的作用之下，可能突破底板隔水層形成底板導水裂隙通道，底板水涌入礦井。

（3） 導水斷層。

曹村井田范圍內共有斷距5 m 以上斷層32 條，其中落差在100 m 以上的1 條；斷距在20～100 m的斷層有3 條，均呈NE 向展布；斷距在5～20 m之間的斷層共有28 條，走向主要呈NE-SW 向。由此可見，曹村煤礦斷裂構造異常發育，構造裂隙帶破碎帶也是導致曹村煤礦礦井的主要充水通道。

3 2 號突水危險性分析

3.1 頂板突水危險性

曹村煤礦十采區2 號煤基本頂為K8 砂巖裂隙含水層，平均厚度5.24 m，下距2 號煤層平均4.46 m，全區層位穩定，中等富水。資料顯示，十采區第三系地層被剝蝕，基巖風化帶厚度小于50 m，2號煤層開采形成的導水裂隙帶溝通第四系砂礫巖含水層、基巖風化帶裂隙含水層及K8 砂巖含水層，將對曹村煤礦十采區2 號煤開采造成嚴重的水害威脅。

根據《礦井水文地質規程》相關要求，曹村煤礦十采區2 號煤導水裂隙帶高度采用公式（1） 進行計算。

式中：M 為累計采高，m；n 為煤層分層層數。

經計算，曹村煤礦十采區2 號煤層開采導致頂板導水裂隙帶高度為47.177 m，在十采區2 號煤回采過程中，導水裂隙帶一旦與第四系砂礫石含水層溝通，其2 號煤頂板水害程度將加大，因此，2 號煤頂板至基巖面厚度小于47.177 m 的范圍內，遭遇頂板水害的危險性最大。

3.2 底板突水危險性

采用有效隔水層突水系數法分析底板突水危險性，有效隔水層突水系數法突出考慮了礦山壓力對隔水層的擾動破壞，同時還考慮了巖性、構造等地質因素。

（1） 底板隔水層厚度。

根據勘查資料，曹村煤礦十采區2 號煤底板的隔水層平均厚度為120.24 m，最大厚度為125.3 m，最小厚度為113.45 m。

（2） 礦壓擾動破壞厚度。

根據現場實測，結合礦區的經驗值，曹村煤礦十采區2 號煤底板破壞深度為14 m，潛越帶高度為0，合計14 m。因此，有效隔水層厚度為99.45～107.98 m，平均為106.24 m。

（3） 2 號煤底板奧灰突水系數。

采用有效隔水層突水系數法計算曹村煤礦十采區2 號煤底板奧灰突水系數，結果見表1。

（4） 2 號煤底板奧灰突水危險性分析。

依據2 號煤底板奧灰突水系數，可將曹村煤礦十采區2 號煤底板奧灰突水危險性分為2 個區，如圖1 所示。

Ⅰ區位于2 號煤底板標高120—-3.5m，分布面積為1 538 689m2，突水危險性小；Ⅱ區位于2號煤底板標高-3.5—-250 m，分布面積為1 715 195m2，突水危險性較小。

表1 2 號煤底板（鉆孔控制點） 奧灰突水系數Table 1 Water outburst coefficient of Ordovician limestone in No.2 coal floor(drilling control point)

4 結 語

以曹村煤礦十采區2 號煤水文地質條件為背景，調查了曹村煤礦十采區2 號煤充水條件，其充水水源主要為地下含水層水，充水通道主要為孔隙裂隙、采動裂隙以及導水構造，分析了曹村煤礦十采區2 號煤頂底板突水危險性。經計算，2 號煤層開采形成的頂板導水裂隙帶高度為47.177 m，當兩帶高度與第四系砂礫石含水層溝通，其頂板水害程度將加大；依據2 號煤底板奧灰突水系數，對十采區2 號煤底板突水危險性區域進行了劃分，指導曹村煤礦十采區2 號煤防治水工作。