内蒙古双欣能源正丰矿业有限责任公司 内蒙古鄂尔多斯市棋盘井 017000
一、奥灰突水特征
在煤炭开采中，当煤层底板含水层的水位高于煤层的标高，称之为承压水上开采，也叫带压开采。在带压情况下，地下水有涌入开采工作面和巷道的危险性。在我国华北地区的煤田，煤层底板普遍存在着太原组灰岩含水层和奥陶系灰岩含水层，尤其是奥陶系灰岩含水层厚度大，岩溶发育，补给面积大，水位较高，水量极为丰富，是华北煤田开采下组煤的重要水害威胁。
1奥灰突水研究现状
（3）计算分析
将以上参数带入上述公式中，可得安全水头值为：P=100MPa
由于本矿井奥灰水位最高标高为1124.2m，最低开采水平为860m，水头压力最高为2.64MPa，远小于100MPa，所以在正常地段，巷道掘进是安全的；但在构造破坏地带，尤其是断层密集分布地带或者断层直接切割含水层的地带，有可能发生突水。
2.2回采过程中安全性评价
（1）突水系数评价
据最新颁布的《煤矿防治水规定》，本报告采用计算公式（4-6）来计算突水系数，公式（4-7）来计算采煤工作面的安全水头压力。
P为作用于底板隔水层的水压力，由奥灰水水位和隔水层底板标高确定，根据井田内和周边的2个奥灰水源井资料，取两者水位最大者1124.2m；M为隔水层厚度，由于隔水层厚度相对稳定，为安全起见，取隔水层最小值M=44.73m。本矿16煤底板最低标高为860m，因此隔水层底板所承受的水压力为3.09 MPa。由此可计算出突水系数最大值为0.069 MPa/m。根据《煤矿防治水规定》附录四的规定，在底板隔水层完整地段，当突水系数小于0.1 MPa/m，开采是安全的，在底板隔水层受构造破坏地段，当突水系数小于0.06 MPa/m，开采是安全的。由公式（4-7）可以求得当Ts为0.06时，据此可以16煤安全水头压力为2.68 MPa，此时16煤底板标高为900.55m。据此认为16号煤在900.55m水平以上时，因0<T<0.06 MPa/m，所以开采是安全的。当16号煤在900.55m以下时，因0.06<T<0.1 MPa/m，在底板隔水层完整地段开采是安全的，而在底板隔水层受构造破坏地段开采具有危险性。
（2）煤层开采底板“下三带”分析
1、底板导水破坏带高度的确定
通过对实测资料的统计分析，发现对影响底板导水破坏带的诸因素中，工作面斜长是最主要的影响因素，在下面的预计公式中，底板导水破坏带与工作面斜长的单相关系数都在0.90以上，属密切相关。
底板导水破坏带的预计（统计）公式如下：
h1=0.7007+0.1079L＝0.7007+0.1079×80=9.33m
式中L为工作面斜长，本矿井工作面的斜长约为80m，据此可得出底板导水破坏深度为9.33m。
2、承压水导升高度
工作面底板突水的下三带理论，在地下水压力作用下，地下水向上部岩层渗透，这样，在含水层的上部还存在一原始导升带。根据多年来的测试结果，原始导升的高度各不相同，在断层附近，原始导升带发育较高，而在一些完整的岩层，许多测试资料表明原始导升带高度为零。在构造影响带，原始导升带发育极不均匀，一般也都小于10m，一些特征构造，如少量裂隙可以使承压水导升带升很高，甚至接近或穿过煤层。煤矿在无构造影响情况下，奥灰水不会再向上导升，综合分析认为奥灰原始导升带为h3=0m。
3、有效阻水带厚度
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：中粗粒砂岩为0.3～0.5MPa/m，细砂岩约0.2～0.3MPa/m，粉砂岩约0.2MPa/m，泥岩约0.1～0.3MPa/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0.05～0.10MPa/m。
井田内底板隔水层泥岩（约22.04m）、砂岩（约26.87m）组成。根据“三下”规程规定，泥岩阻水系数取平均值0.2MPa/m，砂岩阻水系数取0.25MPa/m。则16煤的底板平均阻水系数可加权平均计算：
Z =(0.2×22.04+0.25×26.87)÷48.915=0.227Mpa/m
三、奥灰水上带压开采安全措施
（1）加强水文地质工作，目前，本矿井内奥灰水文孔较少，因此，必须探查本矿井奥灰含水层的富水性。建议该公司尽快施工奥灰水文孔，并进行奥灰抽水试验，查明16煤至奥灰的层间距，确定奥灰的水文地质参数，后期该孔作为奥灰长观孔，定期观测奥灰水位，随时掌握动态变化，做好奥灰水文地质常规资料的观测与整理工作。
（2）因本矿井的断层是导水的重要通道，因此，必须对断层留设防水煤柱，矿区含水或导水断层防隔水煤柱的留设方案如下：
① 当断层落差大于隔水层厚度（取40m）时，含水或导水断层防隔水煤柱的留设参照以下经验公式计算：
式中：L--防隔水煤柱宽度，m;
K--安全系数，一般取2~5;
M--煤层厚度或采高m; 9,,
P--水头压力，Mpa;
Kp--煤的抗拉强度，Mpa
L1,L2,L3--防隔水煤（岩）柱各分段宽度，m
HL--最大导水裂隙带高度，m；
θ--断层倾角，（°）；
δ--岩层塌陷角，（°）
M--断层上盘含水层层面高出下盘煤层底板的高度，m
Ha--导水裂隙带至含水层间防水岩柱的厚度，m
经以上公式计算，所得结果取较大值为留设的防水煤柱宽度。
论文作者:王刚
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/19
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