关于突水系数的讨论_刘其声
第五章 矿井突水系统分析
Ca( HCO3 ) 2 2 Na 2 NaHCO3 Ca 2
（五）第三系底部砾岩含水层
该含水层在河南省矿区发育不稳定，对采煤一般不会造成威
胁。但在永夏矿区和鹤壁矿区尤其是冷泉、八矿一带，砾岩沉积 稳定、厚度大、分布广，孔隙裂隙发育。该砾岩水受淇河入渗补
给，富水性强，大部分直接覆盖于煤系地层之上，对矿井开采有
第五章 矿井突水系统分析
第一节 矿井突水水源判别
矿井生产过程中经常发生突然性的突水事故，突水后及
时准确判断突水水源是矿井防治突水工作中的关键所在。 由于矿井水文地质信息缺乏，运用数学方法来分析水质化
验资料，从而判断突水水源，不失为一种行之有效的矿井
地质工作方法。 河南省矿井充水含水层主要有 5 层，自下而上依次为中奥陶 统(Q2)灰岩含水层、石炭系第二层灰岩含水层（L2）、石炭系第八 层灰岩含水层（L8）、二叠系（P）砂岩含水层、晚第三系（N底部 砾岩含水层。另外，还有煤矿开采时经常遇到的老窑水，它们都有 可能成为矿井的突水水源。汪世花高级工程师自 1998 年开始对鹤 壁矿区各充水含水层水化学特征、水化学环境进行细致深入的研究， 井对多年来各含水层的水质分析结果进行了总结，从而揭开了河南 省煤矿应用水质资料判断突水源研究的序幕。
（二）石炭系第二层灰岩含水层
该层灰岩是下夹煤的直接顶板，平均厚度约8m，以溶蚀裂隙为主。 除了在西部山区接受上覆第三系松散含水层的潜水补给和大气降雨入渗 补给外，还要通过断层接受奥灰强含水层的对接补给。其含富含的金属硫化物FeS2
在氧化环境中生成硫酸盐：
（Ca+Mg）型水时，该水样可能是砂岩水或老窑水。
2 .详细识别
Na+为对Ⅱ（砾岩水）的隶属函数为-Na型和HCO -SO -Ca+Mg型水样 水质类型呈 HCO -Ca+Mg型、HCO 经过对同为 HCO -Ca+Mg型的奥灰水、砾岩水、八灰水水质指 建立水质指标对两个水源类型的隶属函数，如 Na+对Ⅰ（奥 数量多，采用模糊概率法和特征指标法识别；而其他类型的水样 标对比，发现奥灰水和八灰水水质指标非常接近，砾岩水同奥灰 灰水或八灰水）的隶属函数为 数量少，如采用模糊概率法识别无法保证找到合理的隶属函数， 水、八灰水的总硬度以及 xNa+、Cl-、SO 2-和固形物含量相差比较 0 所以只能选择若干水质指标作为识别的特征因子，用常规的方法 5 1.0 5 x 5 x 5 个水质指标作为识别水源类别的因子，组成因 大。因此，选这 HCO -Ca+Mgx 15 (5 3) Ⅱ( x) 15 5 型水为例，说明识别过程。 识别。以下以识别 x 10-、SO 2- ，固形物，总硬度｝，而取识别集 Ⅰ x) 5 x 15 (5 2) 素集 U=｛ (Na+、Cl x 15 1.0 10 老窑水固形物含量非常高，砂岩水 Na+含量高，Mg2+含量、 r V={Ⅰ，Ⅱ},Ⅰ代表奥灰水或八灰水，Ⅱ代表砾岩水。 x 15 根据下式计算各指标对于各水源类别的平均隶属度 2++Mg2+)（摩尔含量）低。首先应用剔除法将老窑水和砂岩水 0 （Ca 与奥灰水、砾岩水、八灰水区别开来。 b
老公营子煤矿煤层顶板突水机理
第43卷 第4期 煤田地质与勘探Vol. 43 No.42015年8月 COAL GEOLOGY & EXPLORA TION Aug . 2015收稿日期: 2014-09-28基金项目: “十二五”国家科技支撑计划课题(2012BAC10B03)；中煤科工集团西安研究院有限公司科技创新基金(2014MS012) 作者简介:张雁(1983—)，男，河南郑州人，从事矿井防治水工作. E-mail ：zhangyan@引用格式: 张雁. 老公营子煤矿煤层顶板突水机理[J]. 煤田地质与勘探，2015，43(4)：59–62.文章编号: 1001-1986(2015)04-0059-04老公营子煤矿煤层顶板突水机理张 雁(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)摘要: 为探查内蒙古平庄煤业(集团)有限责任公司老公营子煤矿03(2)Ⅰ工作面突水机理，从工作面涌(突)水量、含水层地下水位、突水点水质3个参数的动态变化判别了突水水源，认为第四系含水层水的参与使矿井涌水量变大而引发突水；从导水裂缝带发育高度、有效隔水层性质、基岩风化带厚度3方面分析了导水通道的形成过程，认为由导水裂缝带、顶板含水层水压作用下的渗流通道和基岩风化带组成的复合导水通道是突水发生的原因。
揭示了煤层顶板突水是在特定地质、采矿条件下发生的一个动态变化过程，导水裂缝带是否波及主要充水含水层并非突水是否发生的唯一判据。
关 键 词：顶板突水；导水裂缝带；基岩风化带；有效隔水层；复合导水通道；突水机理 中图分类号：P641.4 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.04.013Mechanism of water inrush in roof in Laogongyingzi mineZHANG Yan(Xi ′an Research Institute , China Coal Technology and Engineering Group Corp , Xi ′an 710077, China )Abstract: In order to identify the water inrush mechanism in working face Laogongyingzi I03 (2), the water inrush source was analyzed from water quantity, water table changes and water quality, it is thought that the Quaternary aquifer water made water inflow greater that cause water inrush. From the height of water-flowing fractured zone, the thickness of weathering zone and the nature of effective water-resisting layer, the water inrush channel forma-tion process was analyzed, and it is the composite channel composed by water-flowing fractured zone, seepage channel formed by roof water pressure and weathering zone. It is revealed that water inrush is a dynamic change process which occurs under the specific geological and mining conditions.Key words: water inrush in roof; water-flowing fractured zone; weathering zone of bed rock; effective water-resistinglayer; composite water channel; water inrush mechanism近年来，随着煤矿向深部延伸开采，矿井顶板水害事故频繁发生。
关于突水系数的讨论_刘其声
第37卷 第4期 煤田地质与勘探Vol. 37 No.4 2009年8月COAL GEOLOGY & EXPLORA TIONAug. 2009收稿日期: 2009-04-24作者简介:刘其声(1961—), 男, 山西运城人, 高级工程师, 主要从事矿井水害防治技术研究.文章编号: 1001-1986(2009)04-0034-04关于突水系数的讨论刘其声(煤炭科学研究总院西安研究院，陕西 西安 710054)摘要: 煤层底板突水在我国华北型煤田矿井采煤过程中经常发生。
带压开采条件下，预测底板突水和评价突水危险程度的主要方法是突水系数法，但是关于突水系数计算、临界突水系数的确定等还存在一些值得讨论和研究的问题。
在阐述带压开采和突水系数理论的基础上，给出了突水系数的各种计算公式及公式中有关参数确定方法，详细说明了临界突水系数的由来和应用条件，提出了计算突水系数的新公式。
新公式不仅考虑了水压和隔水层厚度，而且考虑了底板破坏深度、导升高度和奥灰顶部隔水段等因素，为计算和统计分析确定突水系数新的临界值奠定了基础。
关 键 词：华北型煤田；煤层底板突水；带压开采；突水系数；临界突水系数 中图分类号：TD741 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.009A discussion on water inrush coefficientLIU Qisheng(Xi ′an Branch , China Coal Research Institute , Xi ′an 710054, China )Abstract: Water inrush from coal seam floor is a kind of natural disaster during coal mining process in Northern China coal field. The main method for predicting water inrush from coal seam floor and evaluating the water inrush degree of coal mining with water pressure is water inrush coefficient method. However, calculation and determina-tion of critical values of water inrush coefficient need to be studied further. Based on explaining coal mining with water pressure and water inrush coefficient, several formulas for calculating water inrush coefficient and determi-nation methods of parameters were discussed, the origination and application condition of critical water inrush co-efficient and a new formula of calculating water inrush coefficient were presented. Not only water pressure and aquiclude thickness but also fracture depth of coal seam floor, intrusion height and top aquiclude part in Ordovician limestone were considered in the formula which laid the foundation for calculating new critical value of water in-rush coefficient.Key words: Northern China coal field; water inrush from coal seam floor; coal mining with water pressure; water inrushcoefficient; critical water inrush coefficient煤层底板突水在华北石炭−二叠系煤田采煤过程中经常发生。
矿井突水及其预测评价
• 需要指出,“三带”仅对层状岩层有意义,岩浆岩不存在 “三带”。“三带”发育是否完整取决于采深,采深较 小时(一般小于100m)“三带”发育不完整。
Hf
100M 11.2 2.4n 2.1
Hf
100M 5.1 3.3n 3.8
Hf
100M 5.1 5.1n 5.2
400～600
辉绿岩、石灰岩、硅 质石英岩、砾岩、砂 质页岩等
全部陷 落
Hf
100mh 8.4 4.1h 133
＜400
砂质页岩、泥质砂岩、 页岩、粘土岩、风化岩 石、第三系和第四系松 散层等
图9-8 断层位于导水裂隙带范围内
第十五页，编辑于星期一：十六点 十三分。
5）采煤方法及顶板管理
• 正确选择采煤方法和顶板管理方法是控制两带高度及覆岩沉降 的重要手段。
• 选择采煤方法时，应有利于限制导水裂隙带高度，使 上覆岩层形成均衡破坏。应控制工作面长度、采厚和 阶段垂高不宜过大，分层采厚应小些，分层间接续宜 采用间歇式回采等；对缓倾斜煤层宜采用单一长壁全 部垮落法和倾斜分层长壁下行垮落法采煤；对急倾斜 煤层宜采用走向推进的伪倾斜柔性掩护支架法（阶段 垂高30～35m）或水平分层人工假顶下行垮落法采煤。
的破坏会出现三带
第四页，编辑于星期一：十六点 十三分。
1．冒落带
• 煤层采出后,上覆岩层失去平衡,由直接顶岩层开始逐层向上冒落,直到开 采空间被冒落岩块充满为止。下部,岩层呈不规则的岩块杂乱堆积于采
空区内,称不规则冒落带；向上冒落岩块渐大,甚至过渡为似层状断 块，不连续地覆盖于不规则冒落带之上,称规则冒落带。 • 冒落带最高点至回采上边界的垂直高度称为冒落带高度。冒落带 内岩块之间空隙多,连通性强,是水体和泥砂溃入井下的通道。 • 冒落岩石由于碎胀,体积增大，增大的比率称为碎胀系数。煤层
突水
1.21世纪是人类开发利用地下空间的世纪[1]。
地下工程施工，地质条件复杂、不确定因素多、操作难度高、实施工期长，灾害事故发生频繁。
研究表明，地下工程施工灾害事故发生的主要因素包括：地质与构造、地层与岩性、地应力、地下水、工程环境、工程体结构、开挖方法与工艺以及安全与支护等方面[2]，而地下水因其难以控制和预测、爆发突然、危害性大，在地下工程施工过程中是最棘手的一个问题。
2.涌水，是在地下面以下岩土体中采矿、开挖基坑或地下硐室时，地下水不断流入场地的现象；量大、势猛、突发的涌水，称为突水。
在地下工程施工中，突水主要是由先期赋存在隧道围岩中地下水，在隧道掘进施工过程中，通过构造裂隙、施工钻孔、爆破孔等涌入隧道形成的[3]，相当普遍且容易造成严重后果的工程灾害。
它不仅影响正常施工，且会波及到隧道建成后的安全运营。
据不完全统计，在我国1996年前已建成的4800余座隧道中，约三分之一发生过涌(突)水问题，其中30余座属大型涌(突)水，每座隧道的涌(突)水量均超过1.0×104m3/d，最大的达20.6×104m3/d。
一旦发生大规模的隧道涌(突)水，则严重危及隧道施工的安全，影响隧道施工的进度，且可能引起浅层地下水及地表水枯竭，甚至引起地面塌陷等伴生的环境地质问题[4]。
3.对于地下工程隧道施工中的突水问题，目前理论界和工程界的研究处理方法大致有：3.1理论分析3.1.1突水灾变条件与演化特征研究国际上，煤矿突水的构造地质与水文地质条件及特征研究相对其它地下工程领域起步较早：20世纪40～50年代，匈牙利韦格弗伦斯第一次提出隔水层厚度同水压之比的底板相对隔水层的概念。
前苏联学者 B.斯列萨列夫最早提出安全水头概念和预测突水的简支梁理论公式；匈牙利和南斯拉夫则利用相对隔水层厚度进行突水判断。
20世纪60～70年代，匈牙利国家矿业技术鉴定委员会将相对隔水层厚度的概念列入矿业安全规程中。
矿井(区)底板突水临界水系数的确定
矿井（区）底板突水临界水系数的确定一、|问题提出我国广大华北型、华南型石炭=迭系煤田，煤系假整合于原层石灰岩之上，在其上煤层开拓与回探过程中，频频发生底板薄层石灰岩和原层石灰岩透水事故，造成众多淹井事故，为探究其突水原因，掌握规律，做好底板突水预测、预报工作，保证煤矿安全生产，1964年煤炭部在焦作开展矿井水文地质会战，研讨了上述众多议题。
大量突水资料表明矿井底板突水是与该处的隔水层厚度、强度、隔水层的岩性及其组合方式、构造发育程度、水压大小、采动过程中的矿压等众多因素有关。
但主导因素为是含水层作用于隔水层上的水压力，它起着破坏作用，另一是隔水层的厚度及强度，它起着阻止水压力的破坏作用，而其它因素均可隐含于隔水层的厚度中，它们或是减弱隔水层的强度，或是减少隔水层的厚度。
故可以用它们的比值来刻划，隔水层的稳定程度即采场或巷道的平衡状态，帮以下式来表征：T V=式中，T V：称突水系数或阻力系数（Pa/m）P：作用于隔水层底界面上的水压力（PM：煤层底板至含水层顶界面间的隔水层厚度该比值即表征，巷道或采面下单位厚度隔水层所能承受的水压力。
岩体（隔水层）受力之后，依力的大小，所表现出来的变形与破坏有三个阶段，即弹性变形，塑性变形至永久变形。
当水压力值较小，隔水层厚度、强度较大时，该比值的数值较小，表现为处于弹性变形阶段，则反映在巷道掘进，工作面回采是处于安全状态，若比值大时，变形发展至破裂永久性变形阶段，则巷道掘进、采场回采时会出现突水事件。
该两种状态之间存在有塑性变形阶段，即处于极限平衡状态，则在工作面上会出底鼓现象。
上述诸现象在矿井（区）均可见，为此，我们可以把矿井（区）内、巷道掘进、工作面回采安全与不安全和极限状态的资料取各点上的水压力和隔水层原度值，分别标示于P——M图中，从中找出其临界点（线），该即为该矿井的临界突水系数值（线）以T V临示之。
二、具体做法选取一定数量的安全点和不安全点，将其数据展示在纵坐标表示隔水层原度（M）：横坐标表示含水层水压力（pa或kg/cm2）计算纸上，且对掘进、回采不安全分别用符号□、○表示；安全点以符号表示。
煤矿底板突水评价突水系数_单位涌水量法_乔伟
0.12
81
一、二、三灰、断层
9
淮北杨庄煤矿
III616 工作面
5.50
0.11
未出水
一、二、三灰
10
淄博黑山煤矿
1088 工作面
6.23
0.13
未出水
奥灰
滩和兴隆庄煤矿进行下组煤勘探时，在不同深度孔 深处取样利用声发射方法进行了地应力测量，并对 奥灰含水层进行了不同深度处的抽水试验，获得了 不同深度处的地应力值(见表 3)和不同深度处奥灰含 水层的钻孔单位涌水量、水压值(见表 4)。
表 4 不同深度处奥灰含水层单位涌水量和水压 Table 4 Unit inflow and water pressure of aquifer in
Ordovician limestone at different depths
测试深度/m
单位涌水量/(L·(s·m)－1)
水压/MPa
544.79
摘要：在突水系数 Ts 基础上，引入反映充水含水层富水性的指标——单位涌水量 q，并在大量突水实例统计分析 基础上，对突水危险性与突水系数、充水含水层富水性之间的关系进行深入研究，得到一些规律性的认识；提出
评价底板突水危险性的新方法：突水系数–单位涌水量法，作为突水系数法的补充，可为含水层富水性较弱而突
板突水危险性。
2 突水系数法的局限性
我国煤矿开采，对于底板水危害程度评价普遍 使用突水系数法计算底板临界隔水层厚度，此方法 是从长期的、大量的突水实际资料的统计分析中得 出的一种规律性的认识，并作为基本规定列入规程 规范和煤矿防治水条例中。几经变革，计算公式较 为完善，见表 1[11]。
该公式中 2 个重要指标为水压和相对隔水层厚 度，这 2 个指标是评价底板突水危险性的关键因素， 包含了含水层和隔水层双重信息，公式简单实用， 但是在反映含水层性质这一方面，仅仅考虑了水压， 没有考虑 q 值这一关键因素，而且在深部开采中， 许多矿区的安全开采深度已经远远超出现行煤矿规 程中所规定的 Ts 值指标，在突水系数超过 0.10 甚至 0.15 的一些开采工作面(肥城查庄煤矿 91002 面，奥 灰 Ts = 0.16；白庄煤矿 10404 面，奥灰 Ts = 0.17； 淄博矿区一些工作面徐灰突水系数 Ts = 0.35，奥灰 Ts = 0.18 等)，但开采中实际出水量较小，或经过采 取治理措施后实现了安全开采(见表 2)。
突水系数与煤矿水害防治
其它因素的综合 影响, 它 从统 计规律 上阐 述了 煤层底 板突
水的原 因。前 述 几个 矿 区 突水 系 数, 焦 作 0 60 ~ 1 00kg / cm2 /m, 峰 峰 0 66 ~ 0 72kg /cm2 /m, 淄 博 0 60 ~ 1 40kg / cm2 /m, 井陉 0 60~ 1 50kg / cm2 /m [ 3] 。
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生产技术
煤炭工程
2011年第 1期
基于小波变换的小电流接地 系统故障选线方法
于永进1, 臧宝花 2
( 1 山东科技大学 信电学院, 山东 青岛 266510; 2 青岛龙发热电有限公 司, 山东 青岛 266317)
摘 要: 配网单相接地故障时因故障电流小, 其选线问题一直未能得到很好的解决。文章以 适当的频率带宽对发生单相接地故障后各条线路的暂态零序电流进行分解, 利用暂态零序电流在 选线频带内小波系数的幅值和极性特征选出故障线路, 并对采样频率和分解尺度的选择做了说 明, 给出了详细的故障选线步骤, MATLAB仿真实验表明, 该方法不受接地电阻的影响, 抗干扰 能力强, 选线准确、可靠性高。
生产技术
煤炭工程
2011年第 1期
突水系数与煤矿水害防治
管恩太
(郑州煤炭工业 ( 集团 )有限责任公司, 河南 郑州 450042)
摘 要: 从煤层底板突水预测预报问题出发, 就突水系数评价水害方面, 从 1964年煤炭部 焦作水文地质会战开始, 分析了各个阶段突水系数公式, 论述了突水系数的演化, 到 煤矿防 治水规定 对突水系数的重新科学定义。突水系数的意义在于简明扼要, 符合实际, 解放了受 水威胁的大量的煤炭地质储量, 应大胆使用, 突水系数演化到今天并不影响我国煤矿水害的研究 和进展, 反而对我国煤矿水害评价起到了正确的指导作用。最后根据突水灾害的具体特点, 在突 水评价的基础上提出有效防治对策。
汾源煤业5号煤底板突水危险性评价
煤炭与化工Coal and Chemical Industry第43卷第12期2020年12月Vol.43 No. 12Dec. 2020地测与水害防治汾源煤业5号煤底板突水危险性评价王济德(霍州煤电集团汾源煤业有限公司，山西忻州035107)摘 要：汾源煤业5号煤受奥灰水影响较大，为实现安全回采，对5号煤底板突水危险性进 行评价，详细阐述了突水的影响因素，同时在底板施工钻孔，对底板阻水性能进行测试。
结果表明，底板存在破碎带，并且工作面回采后底板破坏深度和承压水导升带的高度超过了底板隔水层的高度，存在突水危险。
通过留设防水煤柱、底板注浆改造等防止底板突水的措施，实现了首采面的安全回采。
关键词：奥灰水；阻水性能；隔水层；破坏深度中图分类号：TD74文献标识码：B 文章编号：2095-5979 ( 2020 ) 12-0064-03Evaluation of the floor water burst risk of No.5coal seam in Fenyuan Coal IndustryWang Jide(Huozhou Coal and Power Group Fenyuan, Coal Industry Corporation Ltd., Xinzhou 035107, China )Abstract : No.5 coal of Fenyuan Coal Industry is affected by limestone water, in order to achieve safe recovery mining, therisk of floor water breakout of No.5 coal seam was evaluated, and the influencing factors of water breakout were elaborated,meanwhile, holes were constructed in the floor to test the water blocking performance. The results showed that there werebroken zones in the bottom slab, and the depth of damage of the bottom slab and the height of the pressurized water conduction zone exceeded the height of the water barrier after the recovery mining, so there was a risk of water breakout.Measures like retaining coal pillar, grouting reconstruction of floor were taken to prevent water burst, the safe recovery of thefirst mining iace was realized.Key words : limestone water; water barrier performance ; water barrier ; damage depth1概况霍州煤电集团汾源煤业位于山西省忻州市静乐县，紧邻该矿的大远矿在2号煤的开采中曾发生过 2次奥灰突水事故，突水量均大于300 m 3/h 0对比 两矿的地质条件，汾源矿5号煤的开采存在一定的风险，须对底板进行突水评价。
五图-双系数法在煤矿突水评价中的应用
五图-双系数法在煤矿突水评价中的应用易伟欣【摘要】为安全开采受承压水威胁的一1煤层,分析了郑州矿区大平煤矿主要底板突水因素,并用单一突水系数公式对底板突水进行了预测分区.研究表明,用单一的突水系数公式来预测突水事故并不准确.在突水系数法的基础上,把含水层奥灰岩富水区、矿山压力、大中型断层、小断层密集带等主要突水因素考虑进去,对突水系数法进行修正,用五图-双系数法对大平矿底板突水进行预测分区,其预测结果可以指导煤矿安全开采.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(032)005【总页数】5页(P556-560)【关键词】一1煤层;突水因素;突水系数;五图-双系数法【作者】易伟欣【作者单位】河南理工大学资源环境学院,河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】P641.461为防止发生煤层底板突水事故，煤矿开采前需进行底板突水危险性评价与预测，划分出突水危险区、威胁区、安全区，指导矿井煤层安全开采.在《煤矿防治水规定》中，对底板是否突水的评价方法较多，有突水系数法、脆弱性指数法、地理信息系统法，等等.但在实际应用过程中，以上方法所需数据和参数需通过专门的勘探手段或者实验获得.故本文讨论一种五图-双系数法，直接利用煤矿开采中常用的基本地质资料和数据，对煤层底板是否突水进行评价.郑州矿区大平煤矿由于主采的二1煤层可采储量减少，被评为轻度危机矿山.为解决今后的生存和发展问题，计划开采二1煤层下部的一1煤层，一1煤层的间接底板为较厚的奥陶系灰岩，普遍认为是一个强含水层.但是，一1煤层直接底板本溪组铝土质泥岩隔水层在本区平均厚度只有9.05 m，有些地方更薄甚至消失，而奥灰含水层的水头标高为210 m,开采一1煤层属于典型的带压开采.在高水压、薄隔水层下开采，很有可能发生一1煤层底板突水事故.近年来，对带压开采的底板突水机理和突水因素的研究比较多，普遍认为，带压开采下煤层是否突水主要和含水层发育情况、矿山压力、构造、隔水层发育情况[1]有关.底板水来源于底板下部的奥陶系灰岩含水层中，灰岩是一种可溶解岩，在地下水和CO2的共同作用下，溶解形成岩溶孔洞、裂隙等构成水源的赋存空间，含水层的岩溶发育情况控制着底板水赋存与运移，水源是矿井突水的前提，查明了奥陶系灰岩的岩溶发育规律就能有效防治底板水，含水层的岩溶发育情况在所有的底板突水影响因素中为主要因素，在底板突水评价中占的权重应最大.通过归纳总结大平矿钻孔资料，认为大平矿奥陶系灰岩岩溶发育程度很不均一，垂向上：有的区段钻孔一揭露奥陶系灰岩就大量涌水或漏水，例如矿区西部0702孔在马家沟灰岩底部(标高+7.02 m)大量漏水，另有不少钻孔显示奥灰顶面12 m范围内被铝土质黏土充填，基本无水；有的区段进入奥灰40 m以下才打到富水段，例如，1001孔在冶里组顶部(标高为-40.43 m)遇溶洞，大量漏水，水位标高为+208.63 m，单位涌水量为7.216 L/(s·m)，渗透系数为7.85 m/d.1201孔于标高-40.15 m(冶里组)见溶洞和裂隙，钻孔漏水量9～10.80 m3/h.向下延深奥陶系灰岩溶裂隙越来越少，地下水赋存空间明显减少.在水平方向上：钻孔资料显示，大平矿奥陶系灰岩质地较纯，岩溶发育相对较好，岩溶可见率达到23%，钻孔岩芯中只见有0.10～0.60 m的小溶洞、溶孔,灰岩中溶蚀裂隙、溶孔普遍发育，但是，赋存大量地下水的大溶洞没有发现.岩溶的整体发育规律与构造有很大关系，大平井田构造特征为一轴向近东西的向斜构造，大平井田奥灰含水层的水位在+200～220 m之间，均是南高北低，从南向北径流，到井田东部在折向东，因此，井田向斜北翼水量富于南翼，东部富于西部.这一特点二1煤层回采过程中已经证实.此外，奥灰在向斜的北翼特别是西北部岩溶发育，富水性强.根据大平矿大量钻孔岩心资料、水文、电法勘探资料，表明一1煤层间接底板奥陶系灰岩含水层在垂向、水平方向上具有分带和分区性，并且做出了大平矿奥陶系灰岩含水层富水区带划分图(图略).含水层的发育情况是决定底板突水水量大小、突水时间长短的基本条件.矿山压力为底板突水提供动力，由于煤层采空、顶板放顶，产生采动矿压，使底板岩层的完整性、连续性被破坏，产生大量裂隙、裂缝，导致地下水沿着裂缝、裂隙涌入.底板破坏带的深度主要与煤层开采深度、工作面尺寸、开采方法有关，关系最密切的是工作面尺寸.自然条件不变的情况下，工作面尺寸越大，采动压力越大，底板破坏深度也越大.底板破坏带深度可根据段水云经验公式计算，即0.044 8 α-0.311 3 f，式中:h1为底板破坏带深度，m；L为工作面的倾斜长度，m，选择L为40～120 m；H为煤层开采深度，m；f为底板岩层的坚固系数.在突水系数公式的计算中，一1煤层开采厚度为1.04 m，开采水平分成+150～+100 m，+100～+50 m，+50～±0……-200～-250 m等8个水平.对于选定的工作面斜长来说，公式中L，α，f是已知参数，只有H是变量，因此，破坏带深度实际上是开采深度的函数，两者为线性关系.根据公式计算结果，得出各不同开采斜长的底板保护层破坏深度等值线图(图略).在所有的突水因素中，只有隔水层起着抑制底板水突出的作用.底板水是否突出，隔水层的发育情况至关重要.隔水层厚度越大，岩层强度越大，抵抗底板水突出的能力就越大.大平矿一1煤层的直接底板主要为铝土质泥岩，平均厚度很薄，为9.05 m，厚度发育不均，厚的达20多m,薄的直接缺失.另外，铝土质泥岩岩体为软弱岩层，强度低，抵抗地下高水压的能力有限.整体来说，由于大平矿一1煤层直接底板厚度薄、强度低，增加了一1煤层底板水突出的危险性.根据钻孔数据统计，得出大平矿本溪组铝土质泥岩隔水层厚度等值线图(图略)，从图1中可以看出，铝土质泥岩的厚度分布没有规律，并没有随着深度的加深而变厚的特点，也没有表现出在某一区域厚度大，某一区域厚度小的现象.一1煤层底板隔水层除了铝土质泥岩外，还包括其间所夹薄层灰岩，由于隔水层的岩体强度不同，组合岩性不同，其抵抗水压的性能也不同.等值隔水层是指质量不同而单位厚度相同的两个岩层，在相同的水文地质边界条件下，阻隔水作用相同.隔水层的真正隔水能力，取决于等值隔水层厚度.在煤矿防治水规定中，把1 m厚的泥岩岩层隔水能力作为标准单位隔水层厚度，则铝土质泥岩等值系数为1，当中夹杂的灰岩、砂岩、砾岩等强度较大的岩层取1.3.根据钻孔资料统计，12A-补3，10A-补56这2个钻孔的铝土质泥岩中分别夹有厚度不等的灰岩，由于其厚度薄、不含水且夹杂在铝土质泥岩中，与泥岩一样起着隔水作用.灰岩强度大，隔水性能好，其等值系数取1.3.另外，根据岩芯试样的矿物与化学成分分析结果、奥陶系灰岩露头观察结果和对钻孔岩芯数据统计，铝土质泥岩下部也就是奥陶系顶部有平均厚度为12m的灰岩.由于裂隙、孔洞被上部的泥岩充填，后期被压实、胶结，孔隙度小、致密，具有高强度和低渗透性.由于与铝土质泥岩一样起着隔水作用，可作为隔水层计算其等值隔水层厚度[3-4].根据隔水层的实际厚度和等值系数，等值隔水层厚度计算公式为式中：MD为等值隔水层厚度，m；di为等值系数，铝土质泥岩取1，其他岩类取1.3；Mi为某一岩层的实际厚度.用目前煤炭系统公认的突水系数法[5-6]，对开采一1煤层开采突水危险性进行评价，划分出安全区、威胁区和危险区.根据2009年新颁布的《煤矿防治水规定》中突水系数计算公式为式中：Ts为突水系数，MPa/m；p为底板隔水层承受的水压，MPa；M为底板隔水层厚度，m.该公式虽然简单实用，但很难反映出煤矿实际开采中复杂的底板突水因素和突水机理，所以在《煤矿防治水规定释义》中，提出了可以根据矿区的实际对突水系数公式进行修正的观点，目前常用的突水系数公式为[7-8]式中：MD为有效等值隔水层厚度，m；h1为底板导水破坏深度，m；h3为底板承压水导升高度，m.依据大平矿打到奥灰的47个钻孔、电法勘探等资料的数据，分别对水压p、有效等值隔水层厚度MD、底板导水破坏深度及承压水导升高度h1与h3进行取值和公式计算(略)，得出突水系数Ts.另外，2009年《煤矿防治水规定》还规定了可以用脆弱性指数法、五图-双系数法等方法对煤层底板水害进行评价.其中，五图是指底板保护层破坏深度等值线图、底板保护层厚度等值线图、煤层底板以上水头等值线图、有效保护层厚度等值线图、带压开采评价图.双系数是指带压系数和突水系数.实质上五图-双系数法是把公式Ts=p/(MD-h1-h3)用图件的方式直观表达出来，其参与评价的突水因素是一样的.根据试验结果，每米铝土质泥岩能降低奥灰水水头32 m，相当于能抵抗0.3MPa/m的水头压力.在煤矿开采中，出于安全考虑，实际岩层突水系数取值小于试验值.根据相近矿区河北峰峰、井陉与河南焦作一1煤层底板突水系数的经验值，临界突水系数取0.05～0.1，最小值0.05为临界突水系数，如计算出的突水系数Ts小于0.05，划分为安全区，突水系数Ts大于0.1的区域评价为突水危险区[9-10].鉴于突水系数取值偏于保守，将突水系数Ts为0.05～0.1划分为威胁区.根据突水系数法，得出大平矿一1煤层单一突水系数法突水预测分区图(图略)，结果表明，整个矿区全为突水危险区，无法安全开采，但这个预测结果和大平矿实际水文地质条件情况并不符合，主要原因是由于p取统一的水头压力，导致相应的Ts值偏大.另外，单一突水系数法没有把主要导致突水的因素——富水区分布、大中型突水断层、小断层密集带等都考虑进去，导致预测结果失真.在突水系数公式中，突水系数法把导致底板突水的影响因素如水压、隔水层厚度、隔水层强度、开采水平与采长等都考虑到了，所以突水系数是突水评价综合分区的主要参考依据.但是，突水系数公式中的水压p的取值是根据现在的奥灰水位标高+210 m，把下部奥陶系灰岩看成是一个统一含水层，水压分布均一，水压随开采深度的加深而变大这一观点而取值的.但相邻矿井王庄矿开采一1煤层揭露表明,一1煤层下部奥陶系灰岩富水性极不均一,采掘生产过程中,多次直接揭露奥陶系灰岩,并没有突水现象；大平矿开采二1煤时也具有相同的特点，也就是p值在同一开采水平不可能是一个统一值，在岩溶不发育、不富水、连通性不好的奥陶系灰岩地段p值甚至为0.p值的取值随开采深度的加深而变大这一方法是错误的，p值要通过奥陶系灰岩富水区的划分结果来修正.相邻矿井王庄矿开采一1煤期间共发生过4次底板奥灰突水[11]，4次底板突水通道都是小断层密集带，其中1999年5月31号发生的45081工作面突水事故的最大涌水量为324 m3/h，揭露落差为14 m的F8断层导致出水，矿井总涌水量接近最大排水能力，严重威胁矿井安全生产.小断层密集带是导致一1煤层底板突水的主要因素，突水系数法计算时并没有把这因素考虑进去.另外,大中型断层的透水性也是突水的主要影响因素.因此，在综合突水预测分区中，大中型透水断层、小断层密集带也作为主要考虑因素.底板保护层的厚度是抵抗承压水突水的关键，开采条件不一样，矿山压力对底板的破坏程度也不一样，所以突水危险性分区时需要考虑不同的开采斜长底板保护层破坏深度.本文借用了《煤矿防治水规定》中五图-双系数概念，但此五图与《煤矿防治水规定》中的五图内容不同.据上文所述，单一的突水系数法同样也无法反映出煤矿开采中复杂的突水机理和突水因素.所以,在突水机理分析的基础上，充分考虑导致大平矿开采一1煤层突水的三大主要因素,把大平矿富水区带图、大中型断层、小断层密集带发育图、不同工作面斜长底板保护层破坏深度等值线图、单一突水系数法突水预测分区图拟合在一起，得到突水危险性分区评价预测图，此谓五图.另外,双系数-矿压系数(与开采水平与工作面斜长有关)、突水系数已直接体现在五图中.其中，三大主要因素根据水文地质条件分3个等级，不同的等级赋予0,1,2这3个值，把突水系数小于0.05时取为0，突水系数0.05～0.1时取为1，突水系数大于0.1时取为2；弱富水区取为0，中等富水区取为1，强富水区取为2；构造简单区取为0，小构造发育区取1，小构造发育和边部靠近大断层区取为2.突水区域的取值在0～3为安全区;3～5为威胁区;大于5为危险区，结果见图2.根据五图-双系数法,划分结果是如下.(1)+120 m水平以上基本为安全区.在井田的浅部,由于小型构造不发育、富水性弱,安全区相应地向深部延伸.但是，区内有密集小断层和靠近井田边界断层处为突水威胁区.(2)+120 m水平以下基本上为危险区.因为突水系数大，强富水区带多、大中型断层多、小断层密集带发育.(3)无中间过渡地带突水威胁区.此结果表明，五图-双系数法突水分区评价和单一突水系数法评价结果不同，解放了浅部+120 m水平以上受水威胁的煤炭资源.(1)研究表明，用单一的突水系数法预测底板突水结果与煤矿实际水文地质情况不符，所以在大平矿开采一1煤层的突水预测分区中，对单一的突水系数法进行了修正，全面考虑了导致一1煤层底板突水的主要因素，用五图-双系数拟合法重新划定了底板突水安全区、威胁区和危险区.五图基本上是使用煤矿开采中的基本地质图件，直观方便实用，预测分区结果也更符合煤矿实际水文地质条件.(2)在突水系数公式中，p值的取值最重要.通过煤矿中常用的水文勘探手段，就可以查清含水层赋水情况，从而对p值进行正确的取值，可以修正突水系数公式中p值偏差太大的问题.大平矿对预测分区结果高度认同，根据预测分区成果开采了部分浅部+120 m水平以上一1煤.在开采过程中，涌水量一般较小，最大不超过100 m3/h，一般为5～30 m3/h.涌水方式以片状淋水、滴水为主，少量呈小股流水.初期一般水量较小，然后急剧增大至峰值，很快又衰减至某一稳定水量，说明消耗的是静水储量.据水样分析，涌水来源于顶板砂岩段裂隙水，无一1煤层底板奥陶系灰岩水突出，说明预测结果正确.【相关文献】[1] 徐星，吴金刚，张惠聚.赵家寨二1煤底板突水影响因素分析与防治建议[J].煤矿安全，2011(9)：151-153.[2] 李普山，胡城，黄存捍.平顶山煤田两翼矿区断层突水危险性分类研究[J].煤炭工程，2012(7)：78-80.[3] 白喜庆，白海波，沈智慧.新驿煤田奥灰顶部相对隔水性及底板突水危险性评价[J].岩石力学与工程学报，2009，28(2)：273-280.[4] 缪协兴，白海波.华北奥陶系顶部碳酸岩层隔水特性及分布规律[J].煤炭学报，2011，36(2)：185-193.[5] 李本军，刘海新，刘晓威.突水系数法在煤矿深部开采中的应用[J].河北工程大学学报：自然科学版，2011，28(3)：68-70.[6] 王计堂，王秀兰.突水系数法分析预测煤层底板突水危险性的探讨[J].煤炭科学技术，2011，39(7)：106-111.[7] 田干.突水系数计算公式的演变及实验研究[J].煤炭工程，2010(5)：99-102.[8] 贺志宏.地下水突水系数在安全开采评价中的应用缺陷[J].地下水，2012，34(2)：35-37.[9] 丁自伟，赵志强，高洋.赵各庄矿深部开采底板突水特征及防治技术[J].煤炭工程，2010(12)：72-75.[10] 李龙清，王永洪，刘金辉.京府八尺沟矿8～(-2)煤层底板突水危险性分析[J].中国煤炭，2010，36(2)：94-96.[11] 刘丙申，侯宏亮，郭绪华.对王庄煤矿一1煤45081工作面运输巷突水的认识[J].中州煤炭，1999(6)：24-25.。
突水系数法在矿井底板突水评价中的应用
突水系数法在矿井底板突水评价中的应用地质工程-刘强强1.前言煤层底板突水的机制非常复杂，预测预报困难，为了预测煤层底板突水，我国矿山科技人员进行了大量的试验和研究，提出了很多理论和学说，其中突水系数理论在分析预测煤层底板突水方面得到了广泛应用，在评价煤层底板突水危险性中发挥了重要作用。
从20世纪60年代起，我国矿山科技人员在科研和生产实践中，以大水矿区矿井实际突水资料为基础，综合分析研究煤层底板突水状况，提出了突水系数公式，并在实践中不断深入研究探讨，使突水系数公式不断得以改进，每一次的改进都基于模拟试验结果和实际开采资料 并逐渐克服之前公式的不足。
突水系数公式历经了近年的探讨研究和改进，所考虑的引发底板突水的各项影响因素逐渐接近客观实际 采用改进的突水系数公式进行突水系数计算并用其进行带压开采预测及分区，分区的安全性均高于初期突水系数公式。
2.规范中的突水系数公式由国家技术监督局发布,1991年10月1日起施行的《矿区水文地质工程地质勘探规范》( GB12719-91)规定的计算公式为公式：PP T M C =- （1） 对临界突水系数作如下规定: 就全国实际资料看,底板受构造破坏块段突水系一般不大于0.06MPa/m,正常块段不大于0.15MPa/m 。
由国家安全生产监督管理总局发布, 2009年12月1日起施行的《煤矿防治水规定》规定的计算公式为公式P T M= （2） 对临界突水系数作如下规定:就全国实际资料看, 底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.06MPa/m, 正常块段不大于0.1MPa/m 。
式中T-突水系数,MPa/m; p-底板隔水层承受的水头压力,MPa;M-底板隔水层厚度,m 。
2.突水系数的演变历史20世纪60年代，我国矿山科技人员分析研究了大量的生产煤矿突水案例，从中筛选出含水层水压和隔水层厚度2个主要因子，提出了突水系数的概念，并建立了最初的突水系数 公式( 以下简称初期公式) :/T P M = （3） 初期公式考虑了水压与隔水层厚度对底板突水的影响，但没有考虑在煤层开采条件下矿山压力对底板扰动破坏的影响问题。
磁西一号超千米深井煤层开采底板突水危险性分析
磁西一号超千米深井煤层开采底板突水危险性分析梁红书;秦万能【摘要】磁西一号井田煤层埋藏较深,其开采主要受深部奥灰承压水的威胁,为了成功开采以解放深部呆滞煤炭资源,保障矿区可持续发展,对磁西一号矿2#煤层开采奥灰突水危险性进行了评价.文章以峰峰矿区东部和磁西一号矿水文地质条件为基础,对矿井充水因素、含水层之间水力联系、采动裂隙带有效隔水层厚度、底板抗压强度及隔水能力等进行分析研究,主要采用突水系数法对煤层底板突水危险性进行了评价,通过计算得出:带压开采2 #煤层突水系数平均为0.056MPa/m,位于过渡区,突水系数具备带压开采的基本条件.由于井田内煤层埋藏深度较大的区域控制程度较低,地质、水文地质条件不清楚,开采前需要进行补充勘探,经充分论证后,方可进行试采.【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2016(025)008【总页数】4页(P108-111)【关键词】超千米深井;奥灰水;突水危险性;防治水;磁西一号井【作者】梁红书;秦万能【作者单位】贵州省有色金属和核工业地质勘查局三总队,贵州遵义563000;贵州省有色金属和核工业地质勘查局三总队,贵州遵义563000【正文语种】中文【中图分类】TD824.6+2我国煤矿生产过程中，煤层底板突水事故频发，特大突水事故多与奥灰水关系密切，尤其在我国华北地区石炭二叠纪煤系基底，存有溶洞非常发育的奥陶系石灰岩，为奥灰水提供了足够的储存空间，奥灰含水层一旦突水，危害极大。
近年来，国内外不少专家及学者对煤层底板突水可能性进行分析评价[1-6]，如武强、李建林等均提出了各自评价底板突水性预测的方法[7-11]，但对超千米深井煤层开采底板突水研究较少。
普遍认为，煤层埋藏越深，奥灰水头压力越大，突水危险性也随之增大，本文从奥灰含水层顶部隔水层和突水系数危险性评价两方面对磁西一号矿超千米深井煤层开采底板突水危险性进行分析研究，为超千米深井煤层开采底板突水危险性研究提供借鉴。
关于富水构造型底板突水系数计算方法的探讨
关于富水构造型底板突水系数计算方法的探讨樊振丽【摘要】为了反映底板突水主控因素对评价结果的作用,将承压含水层富水性和地质构造因素引入到改进型突水系数计算公式中,提出含水层富水性影响系数(Kω)和底板完整性系数(Kc),并提出了富水构造型突水系数计算公式.通过原始突水系数和富水构造系数计算公式评价结果对比,改进的全要素突水系数计算公式可解决富水性和地质构造发育程度不一区域的底板突水评价不准确的问题.【期刊名称】《煤矿开采》【年(卷),期】2019(024)001【总页数】5页(P35-39)【关键词】构造突水;底板突水;突水系数;主控因素【作者】樊振丽【作者单位】天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京100013;煤炭科学研究总院开采研究分院,北京100013【正文语种】中文【中图分类】TD745.2随着我国煤矿开采水平的不断延伸、开采深度及强度的增大，许多矿井将面临更加复杂的水文地质条件，特别是华北型煤田下组煤开采受灰岩岩溶承压含水层的威胁日益严重[1-3]。
目前，对底板水害的评价方法主要有突水系数法、脆弱性指数法及五图双系数法等，其中，突水系数法以其简单、实用的优点被广泛应用于煤层底板突水危险性评价以及矿井的生产实践中。
众所周知，突水系数法是以典型大水矿区底板突水资料为基础，经统计分析于1964年焦作水文地质大会提出的，计算式为Ts =P(水压)/M(底板隔水层厚度)。
煤炭科技及现场工程人员经几十年的实践和研究，认为煤层底板突水是受含水层水压、富水性及渗透性、底板隔水层厚度、矿山压力、底板岩层组合以及地质构造等多种因素综合作用的结果，且初始的突水系数计算公式评价结果在不同矿井出现了不适用等情况，因而国内相关科研机构及学者在实践中不断深入研究探讨，使突水系数计算公式不断得以改进，所考虑的引发底板突水的各项影响因素逐渐接近客观实际[4-5]。
2018年6月4日，国家煤矿安全监察局印发的《煤矿防治水细则》将初始公式作为评价底板突水危险性的计算公式，即仅以含水层水压和底板隔水层厚度作为计算要素获取突水系数值。
突水系数法在平煤八矿突水预测中的应用
该 矿特殊的水文地质特征 ， 运用突水系数 法 和 Ｓ ＵＦ Ｆ Ｅ Ｒ软件 ， 结合 现场数据 ， 对 平 煤 股 份 八 矿 井 田 进 行 了突 水 危 险 性 评 价， 得 到 了突 水 危 险性 分 区 图 ， 对 该 矿 矿 井 防 治 水 工 作 具 有 一 定 的参 考 价 值 。
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突水系数法在煤矿工作中的应用与意义
突水系数法在煤矿工作中的应用与意义摘要：突水系数法作为较早的评价煤矿底板水害威胁程度的方法，具有其明显的适用性与局限性，本文详细介绍了突水系数法的重要性与该方法的产生和发展，并以平朔集团井工三矿为例，建立各个主采煤层的突水系数模型，更为直观的明确各个主采煤层底板受到的水害威胁，对于煤矿的一线工作具有重要的实际意义。
关键词：突水系数；煤层底板；煤矿安全开采与世界其他国家煤矿开采地质条件相比，我国煤矿开采地质条件较为复杂[1]，存在“五大自然灾害”[2]。
近年来，随着深部煤层的开采，煤矿底板突水问题日益突出，严重制约着煤矿的安全生产。
因此，煤层底板突水机理的研究对煤矿的防治水工作具有重要意义。
1突水系数法的重要性在上个世纪50年代末期，受到匈牙利学者韦格弗伦斯提出的底板相对隔水层的影响，我国部分矿区开始采用突水系数的概念[3]，并于1964年的焦作水文会战中，提出利用煤层底板隔水层所承受的水压值与底板隔水层有效厚度的比值来评价突水危险性，即现在的突水系数法[4]。
我国于2009年颁布了《煤矿防治水规定》用以指导煤矿防治水工作，其中明确提出了突水系数法的使用及其临界值[5]。
同时，在2018年颁布的《煤矿防治水细则》中再次强调了突水系数的作用，并有相应附表进行详细叙述[6]。
由此可见，无论是煤矿一线的防治水工作中还是国家官方指导文件中，突水系数都具有重要的意义，对煤矿防治水工作进一步研究的有很大的帮助。
2 突水系数公式的演化突水系数法从提出到目前的几十年时间内得到了极大的发展与补充，并根据含水层特性，隔水层特性以及采动破坏研究成果发展出不同的经验公式。
本文中，笔者主要介绍突水系数法发展中重要的三次修正[7-8]：1、第一次修正是由煤炭科学研究院西安煤田地质研究所于1979年提出的修改：T=P/(M-CP)。
主要变化内容为将隔水层的厚度替换为隔水层总厚度减去矿压破坏带深度CP后的厚度。
2、第二次修正出现在1992年《煤矿安全规程》修编中，突水系数修改为煤层底板隔水层所承受的水压值与底板隔水层有效厚度的比值，表达公式为T=P/(M-CP -Z)，其中底板有效隔水层厚度为总厚度M减去煤层底板矿压破坏深度CP 和隔水层底板的自然承压导升高度Z后的值。
刘桥一矿Ⅱ622工作面充水条件与防治水技术探讨
刘桥一矿Ⅱ622工作面充水条件与防治水技术探讨
刘其声;蔡东红;彭龙超
【期刊名称】《煤田地质与勘探》
【年(卷),期】2002(030)006
【摘要】结合刘桥一矿二水平II623和II626工作面突水资料,对即将回采的II622工作面矿床水文地质条件和突水因素进行了分析.在此基础上,分析了该工作面回采过程中的突水机理和突水模式,提出了工作面在回采过程中应采取的防治水安全技术保障措施.
【总页数】4页(P44-47)
【作者】刘其声;蔡东红;彭龙超
【作者单位】煤炭科学研究总院西安分院,陕西,西安,710054;皖北煤电集团公司刘桥一矿,安徽,宿州,235163;皖北煤电集团公司刘桥一矿,安徽,宿州,235163
【正文语种】中文
【中图分类】P641.4
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两种突水系数计算公式的比较
两种突水系数计算公式的比较
张荣华
【期刊名称】《中国煤炭地质》
【年(卷),期】2012(024)007
【摘要】《煤矿床水文地质、工程地质及环境地质勘查评价标准》和《煤矿防治水规定》中各给出了一个突水系数计算公式,分别称为公式(1)和公式(2).比较发现,两个计算公式在参数的选择、规定的正常块段的临界突水系数、安全系数、使用的方便程度4方面是不同的,并逐一进行了分析.然后以山西省临县新民煤矿1井田9号煤层的开采为例,进行了突水系数的计算.结果表明,采用公式(1)计算出的突水系数大于采用公式(2)计算出的突水系数；采用公式(1)计算,井田范围内9号煤开采全部处在带压开采临界区内；采用公式(2)计算,井田南部有一部分范围9号煤开采处在带压开采安全区内,井田北部大部分范围9号煤开采处在带压开采临界区内.最后指出,在计算突水系数时,水文地质条件简单、含水层富水性较弱、补给条件差的矿区,选择公式(1)；水文地质条件复杂、含水层富水性较强、补给条件好的矿区,可以选择公式(2).
【总页数】4页(P44-47)
【作者】张荣华
【作者单位】山西省煤炭地质148勘查院,山西太原030053
【正文语种】中文
【中图分类】TD745
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防治水学科前沿讲座-矿井突水渗流理论及研究方法
1 dV dp V
1 dVb dp Vb
α—多孔介质压缩系数
1 de dp 1 e
§2 地下水渗流基本理论概述
4、达西定律—线性渗透定律 Darcy, 1856年，验证： 通过饱和土体断面的流量Q与 断面面积A和水力梯度J成正比， 比例系数为K，称为“渗透系数”。
物理含义： 某一渗流场中，流入流出单元体的质量差等于单元体内液体质 量的变化。 6、地下水渗流数学模型 一个或一组数学方程与其定解条件加在一起，构成一个描述某 地下水渗流问题的数学模型。
§1 断层突水机理简介
2、复杂性方法方面
邱秀梅、周瑞光等利用重整化群方法研究了断层单元体破 裂的随机性和关联性，并对断层导水裂隙的扩展规律进行 了分析。 白峰青基于极限设计思想的概率方法提出断层防水煤柱设 计的可靠度方法，认为断层沿侧向突水的概率小于沿工作 面底板突水的概率. 潘岳根据Mises增量理论，对岩体断层破裂的突变进行理 论分析。 杜文堂使用了可靠度分析的“JC”方法，分析了水压力 、煤层抗张强度及突水系数的不确定性，建立了防水煤柱 可靠度分析的极限状态方程。
1、由于断层突水问题本身的复杂性，大多数理论只从单一学 科或某一方面进行研究。 2、断层带渗流的定量化研究较少。 因此，就以上两个方面作了一点探索。
§2 地下水渗流基本理论概述
一、有关渗流的几个概念
1、渗流 流体通过多孔介质的流动称为渗流。渗流实质上不是真实的流 体运动，而是一种假想的流动方式。 “为了研究地下水的整体运动特征而引入的一种假想的水流， 这种假想的水流具有实际水流的运动特点，并连续充满整个含 水层”。—地下水动力学 渗流一词是我国学者的“创新性发明”。在美国等西方国家渗 流被描述为flow through porous media，即是通过多孔介质的流 动，有时也简称为porous flow或seepage 。而俄文中渗流的对应 词意思为过滤器中的流动或“渗滤” 。20世纪60年代初期我国 学者给出了多孔介质流动的汉语定义：渗流。
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第37卷 第4期 煤田地质与勘探Vol. 37 No.4 2009年8月COAL GEOLOGY & EXPLORA TIONAug. 2009收稿日期: 2009-04-24作者简介:刘其声(1961—), 男, 山西运城人, 高级工程师, 主要从事矿井水害防治技术研究.文章编号: 1001-1986(2009)04-0034-04关于突水系数的讨论刘其声(煤炭科学研究总院西安研究院，陕西 西安 710054)摘要: 煤层底板突水在我国华北型煤田矿井采煤过程中经常发生。
带压开采条件下，预测底板突水和评价突水危险程度的主要方法是突水系数法，但是关于突水系数计算、临界突水系数的确定等还存在一些值得讨论和研究的问题。
在阐述带压开采和突水系数理论的基础上，给出了突水系数的各种计算公式及公式中有关参数确定方法，详细说明了临界突水系数的由来和应用条件，提出了计算突水系数的新公式。
新公式不仅考虑了水压和隔水层厚度，而且考虑了底板破坏深度、导升高度和奥灰顶部隔水段等因素，为计算和统计分析确定突水系数新的临界值奠定了基础。
关 键 词：华北型煤田；煤层底板突水；带压开采；突水系数；临界突水系数 中图分类号：TD741 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.009A discussion on water inrush coefficientLIU Qisheng(Xi ′an Branch , China Coal Research Institute , Xi ′an 710054, China )Abstract: Water inrush from coal seam floor is a kind of natural disaster during coal mining process in Northern China coal field. The main method for predicting water inrush from coal seam floor and evaluating the water inrush degree of coal mining with water pressure is water inrush coefficient method. However, calculation and determina-tion of critical values of water inrush coefficient need to be studied further. Based on explaining coal mining with water pressure and water inrush coefficient, several formulas for calculating water inrush coefficient and determi-nation methods of parameters were discussed, the origination and application condition of critical water inrush co-efficient and a new formula of calculating water inrush coefficient were presented. Not only water pressure and aquiclude thickness but also fracture depth of coal seam floor, intrusion height and top aquiclude part in Ordovician limestone were considered in the formula which laid the foundation for calculating new critical value of water in-rush coefficient.Key words: Northern China coal field; water inrush from coal seam floor; coal mining with water pressure; water inrushcoefficient; critical water inrush coefficient煤层底板突水在华北石炭−二叠系煤田采煤过程中经常发生。
形成底板突水的水源主要是奥陶系岩溶裂隙含水层或与其有水力联系的石炭系薄层灰岩含水层，而突水通道则往往是断层、陷落柱、裂隙密集带或其它薄弱带。
由于奥灰含水层厚度大，岩溶裂隙发育，富水性强，因此一旦发生突水，大部分情况是灾难性的。
随着煤炭工业的快速发展，华北的许多煤矿已进入或正在进入下组煤开采阶段。
与上组煤比较，下组煤埋藏深，距奥陶系灰岩强含水层近，煤层底板承受的水压大，因此开采下组煤更容易发生底板突水事故。
为了预测煤层底板突水，国内外学者进行了大量的试验和研究，提出了很多理论和学说[1-5]，其中突水系数理论得到广泛应用 [4,6-10]，对评价和预测煤矿底板突水起到了积极作用。
但由于历史和其他原因，在实际防治水工作中关于突水系数的计算、临界突水系数的确定等方面还存在一些值得探讨和研究的问题。
本文在阐述了带水压开采和突水系数的基础上，给出了突水系数的各种计算公式及公式中有关参数的取值和确定方法，详细说明了临界突水系数的由来和应用条件，提出了计算突水系数的新公式。
新公式考虑了水压、隔水层厚度、底板破坏深度、导升高度和奥灰顶部相对隔水段厚度等诸多因素，为今后计算和统计分析确定突水系数新的临界值奠定了基础。
1 带压开采基本概念带水压开采(简称带压开采，又称承压水上开采)第4期刘其声: 关于突水系数的讨论·35 ·主要指采掘工程(采煤工作面和掘进巷道等)位于煤层底板含水层的承压水位以下的一种作业状态。
图1中，ABC代表上组煤，DEF代表下组煤，上组煤的AB部分和下组煤的全部处于奥灰承压水位以下，因此是带压开采，而上组煤的BC部分位于奥灰承压水位以上是非带压开采。
我国北方的许多矿区，如晋城的寺河矿和成庄矿，潞安的王庄矿情况大体如此。
当奥灰含水层受大气降水补给明显时，带压区的范围可以发生变化。
图1 带压开采和非带压开采示意图Fig 1. Mining with water pressure and miningwithout water pressure目前评价带压区内掘进巷道和回采工作面底板突水危险程度最常用的方法是突水系数法和斯列萨列夫公式。
对于巷道或沿地层倾向跨度小的采掘空间可用如下斯列萨列夫公式[11-12]来评价：pt=，(1) 式中t为安全隔水层厚度，m；L为巷道底板宽度，m；γ为底板隔水层的平均容重，t/m3；K P为底板隔水层的平均抗拉强度，10−2 MPa；H为底板隔水层承受的水头压力，10−2 MPa。
如果用式(1)计算的安全隔水层厚度t小于或等于实际隔水层厚度(t实)，即t≤t实，则安全或极限平衡；如果t＞t实，则可能发生突水。
斯氏公式的推导是以两端固定承受均布荷载的这种简化力学模型为基础的，而对于斜长较大的回采工作面，倾向方向承受的压力，不是均布荷载而是梯形荷载，因此在评价其底板突水危险程度时一般不采用斯氏公式，而是采用突水系数方法。
在防治水工作中，斯氏公式适于巷道和跨度小的采掘工程，而突水系数法既适用巷道，也适用于回采工作面。
用斯氏公式评价回采工作面底板突水危险程度值得商榷。
2突水系数与临界突水系数突水系数定义为煤层底板单位隔水层厚度所承受的水压力，它是带压开采条件下衡量煤层底板突水危险程度的定量指标。
对于华北石炭-二叠系煤田，突水系数主要是计算某一煤层关于奥灰含水层或与其有密切水力联系的薄层灰岩含水层的突水系数，例如在焦作矿区主要是计算煤层对八灰、二灰和奥灰的突水系数，在肥城矿区主要是计算煤层对五灰和奥灰的突水系数。
20世纪60年代，原煤炭工业部组织有关部门技术人员在焦作进行矿井水文地质“会战”时，以焦作矿区矿井突水资料为基础，经综合分析研究全国煤矿底板突水的经验，提出如下突水系数计算公式：PTM=， (2) 式中T为突水系数，MPa/m；P为煤层底板隔水层承受的水压力，MPa；M为煤层底板隔水层厚度，m。
由式(2)可以看出，突水系数越大，煤层底板突水的危险性越大。
采用突水系数预测煤层底板突水的关键问题是确定临界突水系数T s。
临界突水系数T s定义为单位隔水层厚度所能承受的最大水压力。
如果计算的突水系数T小于或等于临界突水系数T s，即T≤T s，说明底板一般不会突水；如果T＞T s，说明底板可能突水。
临界突水系数是对矿区大量突水资料统计分析得到的。
表1列出了“焦作会战”时对几个矿区突水资料统计分析得出的临界突水系数。
表1某些矿区临界突水系数Table 1 Critical water inrush coefficient ofsome mine areas in China矿区临界突水系数T s/MPa·m−1峰峰、邯郸0.066~0.076焦作0.060~0.100淄博0.060~0.140井陉0.060~0.150应当注意，表1中的临界突水系数是利用式(2)计算统计分析上述几个矿区的实际突水资料得到的，因此现在常用的临界突水系数0.06 MPa/m、0.1 MPa/m或0.15 MPa/m的应用受上述条件限制。
在其他具有较多突水资料的矿区，应通过计算统计分析，确定自己的临界突水系数[6,11]。
在缺少实际突水资料的矿区，可以参考使用表1中的临界突水系数，但应综合考虑底板隔水层的岩性及岩性组合、物理力学性质、开采条件等[12]。
考虑到采矿对底板破坏的影响，20世纪70年代煤炭科学研究总院西安分院和其他有关单位对式(2)进行了修正，提出了以下突水系数计算公式：pPTM C=−， (3) 式中C p为采矿对底板扰动的破坏深度，m，其他· 36 ·煤田地质与勘探 第37卷符号同前。
在1984年煤炭工业部颁发的《矿井水文地质规程》(试行)[13]和1986年颁发的《煤矿防治水工作条例》(试行)[14]中采用的都是这个公式。
《条例》中指出，临界突水系数T s 应根据本区资料确定，一般情况下，在构造破坏地区按0.06计算，隔水层完整无断裂构造破坏地区按0.1计算[14]。
在一些文献中，将表1中的临界突水系数0.06、0.1或0.15作为式(3)计算统计分析的临界突水系数显然是偏于保守。