论五图双系数法和突水评价法在煤矿防治水中的应用

论五图双系数法和突水评价法在煤矿防治水中的应用

同煤大唐塔山煤矿位于山西省北部大同市西南约30km处，地跨大同市和朔州市。其地理位置为：东经112°49′23″-113°04′03″，北纬39°53′23″-40°03′01″。分属大同市南郊区、左云县及朔州市怀仁县所辖。塔山煤矿由首采区及扩大区组成，井田范围由23个拐点坐标圈定，东西长约24.3km，南北宽约11.70km，面积170.9024km2。

标签：五图双系数法;突水评价法;矿井开发

1.矿区地质特征

1.1 地层

矿区内地层由老至新依次为：寒武系、奥陶系、石炭系中统本溪组，上统太原组;二叠系下统山西组、下石盒子组，上统上石盒子组;侏罗系下统永定庄组，中统大同组;第四系。

1.2 构造

矿区位于大同煤田的中缘地段，为一走向北10～50°东，倾向北西的单斜构造，地层倾角一般在3～10°，东部边缘陡，由南而北煤层露头部位的倾角由40～70°，局部直立、倒转。一般情况下，由煤层露头线向北西方向地层变缓到15°左右，水平距离约1OOm，而边缘部分超过25。以上的水平距离不超过300m。

2.区域水文地质特征

2.1 地下水系统划分

大同煤田寒武-奥陶系岩溶裂隙地下水从补给、径流至排泄构成一个独立、完整的地下水系统。该系统的边界如下：东部边界为推覆构造口泉大断裂;西部达滴水沿至金家花板、鹰往山一线;北部至青磁窑断层和北部寒武系灰岩尖灭线;南部边界为鹰往山一西碾头一元堡子一小京庄一潘家窑一线元子河与大峪河的地表分水岭。该系统南接朔州神头泉域，总面积约3000km2。

2.2 含水层组

根据含水介质和空隙类型，区内含水岩组有：第三、第四系松散岩孔隙含水岩组;石炭一二叠一侏罗一白垩系碎屑裂隙含水岩组;寒武一奥陶系碳酸盐岩裂隙岩溶含水岩组。

3.矿井充水因素分析

3.1 充水水源

大气降水及地表水，地下含水层水对矿井充水的影响：包括第四系松散岩类空隙含水层、大同组、云岗组含水层、永定庄组砂岩裂隙含水层、石盒子组砂岩裂隙含水层、山西组砂岩裂隙含水层、太原组砂岩裂隙含水层、寒武一奥陶系岩溶含水层

3.2 充水通道

煤层及其附近虽然有水存在，但只有通过某种通道，它们才能進入采煤巷道形成矿井涌水，充水通道可以根据形成因素分为自然通道及人工通道。地层裂隙及空隙带、岩溶陷落柱、断层等属于自然通道;煤层采后顶板冒裂带、底板破裂、及封闭不良钻孔等属于人T通道。

4.突水系数法评价

根据《煤矿防治水规定》采用公式7-1-1，利用各钻孔数据计算山4、3-5及8号煤的突水系数，对落差大于20m的断层单独计算了突水系数，在计算时隔水层厚度扣除断层的最大落差后，按正常块段的临界值进行对比。

计算公式为：Ts= P/M （7-1-1）

式中：Ts——突水系数（MPa/m）;

P——煤层底板隔水层承受水压（MPa）;

M——底板隔水层厚度（m）;

5.五图双系数法

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。

1）在工作面回采过程中，由于矿压等因素综合作用的结果，在煤层底板产生一定深度的破坏，这种破坏后的岩层具有导水能力，故称之为“导水破坏深度”，通过实验和计算可以获得该值的分布状况。据此绘制“底板保护层破坏深度等值线图”（第一图）。

2）煤层底面至含水层顶面之间的这段岩层称之为“底板保护层”。它是阻止承压水涌入采掘空间的屏障，需查明其厚度及其变化规律。据此绘制“底板保护层厚度等值线图”（第二图）。

3）煤层底板以下含水层的承压水头将分别作用在不同标高的底板上。根据

计算绘制”煤层底板上的水头等值线图“（第三图）。

4）把导水破坏深度从底板保护层厚度中减去，所剩厚度称之为“有效保护层”。它是真正具有阻抗水头压力能力且起安全保护作用的部分。据此绘制“有效保护层厚度等值线图”（第四图）。

5）最后根据有效保护层的存在与否和厚度大小，依照“双系数”和“三级判别”综合分析，即可绘制带压开采技术的最重要图件“带压开采评价图”（第五图）。

6.评价结果评述

突水系数法考虑了煤层底板隔水层厚度和隔水层底板所承受的水压两大因素，对落差大于20m的断层附近单独计算了突水系数，考虑了构造对底板突水的影响。其评价分区明确，针对性强，满足防治水规定的要求，更便于矿方针对不同块段采取相应的防治水措施。

五图双系数法在突水系数法基础上，进一步考虑了煤层开采底板破坏深度和奥陶系上部岩溶裂隙不发育段对底板突水的影响，采用有效隔水层厚度进行突水系数的计算，采用突水系数和带压系数双系数，通过三级判别对底板突水的直通式突水、非直通式突水的可能性及突水量的变化状况进行了评价，理论上其评价结果较突水系数法更接近于实际。但由于现阶段相关规程规范中没有明确基于五图双系数法评价成果上的相应防治水T作要求，因此对煤矿防治水工作而言，其实用性不如突水系数法评价成果。

综上，本次推荐采用突水系数法的评价结果，五图双系数法的评价结果可以作为制定防治水措施的参考。