底板突水系数概念及其应用
基于突水系数法的煤层底板突水危险性评价
基于突水系数法的煤层底板突水危险性评价中国是煤矿开采大国，在煤矿开采过程中经常会有一些危险事故的发生，其中矿井水害是威胁我国煤矿安全开采的主要原因之一。
为有效控制煤层开采导致的煤层底板突水事故，以孙疃煤矿为例，通过对104采区10煤层底板岩性、隔水层特征以及太灰水富水性特征的研究，引入了突水系数法。
比较研究区突水前后的突水系数值，综合评价煤层底板突水危险性。
通过疏放水实验达到安全开采的目的。
结果表明疏放前底板存在突水威胁，疏水后研究区突水系数下降，达到了安全开采的目的。
标签：突水系数；底板突水；危险性评价0 引言近年来，煤矿开采受水害影响严重，尤其是煤层的底板突水，其突水机制复杂且难以预测。
为此，中国包括外国的研究人员通过实地考察，结合资料分析，试图寻找能够有效解决底板突水问题的方法[1]。
突水系数法是其中较为简单的也是使用最为普及的一种方法。
底板突水其实质是在众多的影响条件作用下，煤系地层原本的岩石结构及围岩体系遭到损坏从而导致的地下水动力场失去平衡的现象[2]。
煤层底板突水是一个牵涉到多方面原因的现象，其主要原因是由于水文地质，工程地质，开采条件等的影响所导致的[3]。
孙疃矿区开采煤层主要影响的含水层有太原组地下水岩溶化岩层及含煤沉积岩系砂岩含水层等。
本文在该矿区原有的灰岩水的前提上，通过突水系数法有效的提供了10煤层底板突水危害性的治理方法。
1 矿区概况孙疃煤矿位于安徽省淮北市，其主要的含煤岩层为石炭-二叠系。
整个采区从南至北长约10千米，东西宽约4千米。
其中104采区位于井田北部，其南北分别与102采区与杨柳煤矿相邻，整个采区约有6条勘探线经过，其钻孔主要揭露了太原组地层，以灰岩居多。
本采区构造发育较好，根据10煤层底板的主要岩石性质可知，其煤层底板主要为砂岩，隔水能力较弱。
同时据已有文件记载，104矿区煤层底板突水事件分析中太原组灰岩水和底板砂岩裂隙水是最重要的突水水源[4]。
2 底板突水影响因素分析导致底板突水的原因有很多，世界上很多国家的专家和研究人员都对导致底板突水的原因做了大量的分析与研究，目前认为导致底板突水的原因主要有矿山压力、地质构造、水压力、底板的隔水层特征、工作面开采的宽度和方法等[5]。
底板灰岩水害防治
底板水害防治
3）矿井主要充水含水层以静储水量为主，动态补给 量有限。以静储水量为主的矿井充水含水层发生矿井充 水时，往往是瞬间冲击水量大，后期水量迅速衰减甚至 干枯，当矿井生产诱发该类含水层突（透）水时，往往 在总出水量有限的条件下给矿井带来严重灾害，采用预 先疏水技术可以有效的消减峰值水量而达到消除矿井水 害的目的。
钻孔不少于2个，且钻孔在C33下灰岩内的水平间距 为50～75m。
2、顺层钻孔：
在三灰石门内沿C33上、C33下灰岩施工，孔
深200～500m；三灰石门间距400～ 1000m。
底板水害防治
3、灰岩钻孔施工及管理有关要求：
1）施工前要编制单孔设计和施工安全技术措施；
钻孔终孔层位为C33下灰岩底板，不得进入C34灰岩。
4）煤层底板存在高承压含水层，且煤层与含水层之 间的隔水层厚度较薄，在自然状态下隔水层不能阻抗高 压水的破坏和侵入。在这种条件下，可通过疏放水技术 降低含水层中的压力水头以达到实现带压开采的条件。
底板水害防治
三）局部底板加固疏水降压带压开采
对底板局部构造破碎带（断层破碎带、陷落柱及
影响带等）进行注浆加固，仍然采用疏水降压开采。如
A组煤开采底板水害防治
集团公司生产部 程爱民 二二0一二年十月
底板水害防治
一、A组煤开采底板水害防治技术
A组煤开采底板水害防治技术分为底 板注浆改造、疏水降压带压开采（疏干开 采）、底板局部注浆加固疏水降压带压开 采、加强工作面和矿井强排水开采等。
底板水害防治
一）A组煤底板注浆改造 1、注浆
注浆是通过专门的设备、管路、工程，将预先配制好 的浆液或骨料注入含水层、隔水层中的空隙、断裂破碎带、 岩溶陷落柱、井巷或突（出）水点等，并使之与围岩固结 成不透水（或微透水）的、具有一定强度的整体，从而起 到堵塞过水通道、充填导含水空隙、降低受注岩体渗透性、 增大岩石强度和隔（阻）水作用的一种技术方法。该技术 可广泛地应用于封堵井下突水点以恢复被淹矿井、阻截含 水层水对矿井充水的补给以减少矿井排水量、变含水层为 隔水层以增加煤层顶底板有效隔水层的厚度、隔断连接充 水水源与矿井之间的导水通道以避免矿井突发性突水灾害 等。
煤层底板突水理论现状研究
煤层底板突水理论现状研究我国的煤炭资源的开采受水害威胁严重，尤其是随着开采深度、开采强度、开采速度、开采规模的增加和扩大，来自底部灰岩发育的裂隙岩溶高承压水的威胁日趋严重，煤层底板在采动的影响下其破坏也日趋加剧，许多矿井突水事故与之密切相关。
矿井突水机制是一个涉及采矿工程、工程地质、水文地质、岩体力学、岩体水力学、渗流力学等多门学科的理论课题，弄清楚突水理论机制对于防范底板突水以及底板岩层控制与管理具有重要的理论意义和实际应用价值。
2.底板突水理论研究2.1底板相对隔水层[1]早在20世纪初，欧洲的一些学者就注意到煤矿开采过程中底板隔水层的作用，并从若干次底板突水资料中认识到，只要煤层底板有隔水层，突水次数就少，突水量也小，隔水层越厚则突水次数及突水量越少。
20世纪40年代至50年代，匈牙利韦格弗伦斯第一次提出“底板相对隔水层”的概念。
他指出，煤层底板突水不仅与隔水层厚度有关，而且还与水压力有关。
突水条件受相对隔水层厚度的制约。
相对隔水层厚度是等值隔水层厚度与水压力值之比。
同时提出，在相对隔水层厚度大于1.5m/atm的情况下，开采过程中基本不突水，而80%～88%的突水都是相对隔水层厚度小于此值。
由此，许多承压水上采煤的国家引用了相对隔水层厚度大于2m/atm就不会引起煤层底板突水的概念。
这期间前苏联学者B.斯列萨列夫将煤层底板视作两端固定的承受均布载荷作用的梁，并结合强度理论，推导出底板理论安全水压值的计算公式。
20世纪70年代至80年代末期，很多国家的岩石力学工作者在研究矿柱的稳定性时，研究了底板的破坏机理。
其中最有代表性的是C.F.Santos(桑托斯)，Z.T.Bieniawski(宾尼威斯基)。
他们基于改进的Hoek-Brown岩体强度准则，引入临界能量释放点的概念分析了底板的承载能力。
2.2突水系数理论我国的底板突水规律研究始于20世纪60年代，当时注意到匈牙利底板相对隔水层理论在实践中的应用，在焦作矿区水文地质大会中，以煤科总院西安勘探分院为代表，提出了采用突水系数作为预测预报底板突水与否的标准。
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)。
突水系数法在王家沟煤矿底板突水评价中的应用
从上述两式中可 以看 出， 在其他条件不变 时， Ｐ 惯 性 与Ｃ ２ ／ ３ ． ￣ （ ） 成正 比 ， Ｐ 黏 性 与 ｃ ｌ ／ ２ ｘ ｄ Ｕ 成 正 比 。 当浓 度
矿物颗粒在螺旋分选机 中是 以粒群形 式存在的 ， 其比单个颗粒在螺旋分选机 内的受 力情况 更加复杂 ， 还需要考虑到颗粒间的相互碰撞、 摩擦等 因素。另外 水流 的流 态也 会发 生变 化 ， 固 体颗 粒 的 加入 ， 会减 弱 水 流的紊流程度 。粒群在流膜 中的运动形式主 要表现为 以下两个方面 ： 一方面是悬浮 ， 在泥沙运动学中前者称 为悬移质运动。二是沿底面滑动或滚动 ， 称为推移质 运 动 。其 中粒 群沿 底面 滑 动 的原 理 与单 个 矿粒 沿底 面 滑动的原理是相似的， 不过 对极 细的矿泥 还要考虑矿 粒间的黏结力和矿粒 与底面的附着力的作用。粒群在 流膜 中悬浮除 了水 流作用外 ， 还有颗粒层 间剪切产生 的分 散压 （ 斥力） 。 根据最小应力原则 ， 任 何受到应 力的物体具有将 其结构重新排列 ， 来释放这个应 力的趋势 。当悬浮液 中固体颗粒连 续受到剪切时 ， 垂直 于剪 切方向将产生 种分散压 ， 使颗粒具有向两侧膨胀的倾向， 以降低切 应力。分散压的大小达到使相 当一部分的运动颗粒在 分散压与重力间平衡 ， 保持悬浮状态。这 就是拜格诺 提出的颗粒层 间剪 切松散原理 ， 它较正确地解释 了层 流中大量颗粒能保持悬浮的原因。 拜格诺通过试验提 出计算分散压 的计算 公式 ， 见 式 ３—２ ４ 、 ３—２ ５ 。认为分散压 Ｐ主要是固体浓度 入 为线性浓度 ， 即颗粒直径与颗粒间径向平均分离距离
一
增加时 ， 分散压会 随之 增加。但 当容积浓度在 小范围 内变化时 ， 对矿浆 的黏度 及颗粒在矿 浆内的颗 粒碰撞 概率影响不大 ， 分散压上升的幅度也不明显 ， 即对整个 分选过程影 响不大 。当容积浓度大幅增加时 ， 分散压 随之出现较大的增 加。且 当浓度增加 到某一范 围时 ， 颗粒在矿浆中的存在形式发生变化。由于黏度大 的原 因， 一些颗粒会黏结成团运动 ， 会破坏颗粒按 比重分层 的过程 ， 明显 降 低液流 的 环 流对 矿 物 颗粒 的作 用 ， 选 别 次数大幅降低 ， 对分选过程产生不利影响。
预防矿井底板突水的_下三带_理论及其发展与应用
第18卷第4期山东矿业学院学报(自然科学版)Vol.18№4 1999年12月Journal of Shandong Institute of Mining and T echnology(Natural Science)Dec.1999 文章编号:1000-2308(1999)04-0011-08预防矿井底板突水的“下三带”理论及其发展与应用Ξ李白英(山东科技大学特殊开采研究所)摘 要:总结了二十年来“下三带”理论的发展和应用,对“下三带”的概念、形成、确定方法、测定数据、效果评价等均作了系统深入的论述。
“下三带”理论经过二十余年的理论研究和生产实践已发展得日趋完善,该理论在承压水上安全开采评价及防治矿井底板突水灾害中起了重要作用。
本文旨在促进对该理论的深入理解,更好地推广应用,为矿井安全生产服务。
关键词:下三带;底板导水破坏深度;承压水导高;保护层;阻水带;底板突水中图分类号:TD745+.2 文献标识码:A 我国是世界上矿井水文地质条件中最复杂的国家,相应也是矿井突水灾害发生最频繁、突水量最大,危害最严重的国家。
我们与矿井水害已斗争了五十年,虽然在防治理论与技术上已取得很大进展,但岩溶承压水对矿井安全生产的威胁仍相当严重。
“下三带”理论就是为此而提出并在安全开采评价及指导水害防治中起了重要作用。
经过二十余年的深入研究和生产实践,该理论及其配套技术已日趋成熟和完善,并将收入规程指导生产应用。
为此,撰写此文,对该理论作较系统深入地论述,以便更好地掌握,促进推广应用。
1 “下三带”理论的概念自1979年开始,经过七年深入开采煤层底板内部进行综合观测,并结合模拟实验、电算分析等各项研究成果发现:开采煤层底板岩层也与采动覆岩类似存在着“三带”,故称之为“下三带”以示与覆岩中“三带”的区别。
“下三带”从煤层底面至含水层顶面分为:(1)底板导水破坏带(h1);(2)保护带(h2);(3)承压水导升带(h3)。
煤矿常用计算公式及其应用范围
矿井水文地质常用计算公式目录一、突水系数公式： (1)二、底板安全隔水层厚度(斯列沙辽夫公式)： (2)三、防水煤柱经验公式： (2)四、老空积水量估算公式： (3)五、明渠稳定均匀流计算公式： (4)六、矿井排水能力计算公式： (4)㈠矿井正常排水能力计算： (4)㈡抢险排水能力计算： (5)㈢排水扬程的计算： (5)㈣排水管径计算： (5)㈤排水时间计算： (6)㈥水仓容量： (6)七、矿井涌水量计算： (6)八、矿井水文点流量测定计算方法： (7)㈠容积法： (7)㈡淹没法： (7)㈢浮标法： (7)㈣堰测法： (7)九、浆液注入量预算公式： (8)十、常用注浆材料计算公式及参数： (9)㈠普通水泥主要性质： (9)㈡水泥浆配制公式： (9)㈢水玻璃浓度 (10)㈣粘土浆主要参数： (10)十一、钻探常用计算公式： (10)十二、单孔出水量估算公式： (11)十三、注浆压力计算公式： (11)十三、冒落带导水裂隙带最大高度经验公式表 (12)十四、煤层底板破坏深度计算公式 (12)十五、巷道洞室围岩塑性破坏圈厚度计算 (14)一、突水系数公式：㈠定义：每米有效隔水层厚度所能承受的最大水压值。
㈡公式：Ts＝P/(M-Cp-Dg)式中：Ts—突水系数（MPa/m）；P—隔水层承受的水压（MPa）；M—底板隔水层厚度（m）；Cp—采矿对底板隔水层的扰动破坏深度（m）；Dg—隔水层中危险导高（m）。
㈢公式主要用途：1.确定安全疏降水头；2.反映工作面受水威胁程度。
富水区或底板受构造破坏块段Ts大于0.06MPa/m；正常块段大于0.1MPa/m为受水威胁。
㈣参数取值依据：Ts—常用工作面最大突水系数。
一般按工作面最高水压，最薄有效隔水层厚度计算，或者对工作面分块段计算最大突水系数，取最大一个值作为工作面的最大突水系数。
P—最大水压的取值，一般根据工作面内或附近井下或地面钻孔观测水位与工作面最低标高计算而得，水压值计算至含水层顶面。
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。
煤矿常用计算公式(地质、通风)
煤矿常用计算公式（地质、通风类）水文地质类一、突水系数公式：㈠定义：每米有效隔水层厚度所能承受的最大水压值。
㈡公式：Ts＝P/(M-Cp-Dg)式中：Ts—突水系数（MPa/m）；P—隔水层承受的水压（MPa）；M—底板隔水层厚度（m）；Cp—采矿对底板隔水层的扰动破坏深度（m）；Dg—隔水层中危险导高（m）。
注Cp可采下式参考计算：h=0.0021H+0.0956L+0.4186Mh—煤层底板破坏深度（m）；H—煤层埋藏深度（m）；L—工作面倾斜长度（m）；M—工作面回采高度（m）。
二、底板安全隔水层厚度(斯列沙辽夫公式)：㈠公式：t=L(rL-)/4Kp或H=2Kpt2/L2+rt式中t—底板安全隔水层厚度(m)；L—采掘工作面底板最大宽度(m)；r—隔水层岩石的容重(t/m3);Kp—隔水层岩石的抗张强度(t/m2)；H—隔水层底板承受的水头压力(t/m2)。
㈡公式参数取值依据：r—隔水层岩石的容重，取2.5～3.0t/m3。
H—隔水层底板承受的水头压力，此处为计算至含水层顶面的水头高度。
Kp—一般取4.26～10 t/m2。
三、防水煤柱经验公式：㈠公式：L 0.5=式中：L—煤柱留设宽度(m);K—安全系数(一般取2～5)；M—煤层厚度或采高(m);P—水头压力(t/m2);Kp—煤的抗张强度(t/m2)。
㈡主要参数取值依据：Kp取值依据：河津矿区在设计太原群系煤柱留设时Kp取1.0 t/m2。
四、老空积水量估算公式：㈠公式：Q积=∑Q采+∑Q巷Q采=KMF/cosa=KMBh/sinaQ巷=WLK式中：Q积—相互连通的各积水区总积水量(m3)；∑Q采—有水力联系采空区积水量之和(m3)；∑Q巷—与采空区有联系的各种巷道积水量之和(m3)；K—充水系数：采空区一般用0.25～0.5，煤巷充水系数一般取0.5～0.8，岩巷取0.8～1.0；M—采空区的平均采高或煤厚(m);F—采空积水区的水平投影面积(m2);a—煤层倾角；W—积水巷道原有断面(m2)；L—不同断面巷道长度(m);B—老空走向长度(m);h—老空水头高度(m)。
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。
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。
突水系数法在煤层底板突水危险性评价中的应用
突水系数法在煤层底板突水危险性评价中的应用发表时间：2017-09-18T16:42:18.400Z 来源：《基层建设》2017年第13期作者：付辉[导读] 摘要：通过分析采区内钻孔揭露的静水位标高、单位涌水量、渗透系数和1#煤有效隔水层厚度，计算1#煤底板突水系数，以突水系数作为带压开采安全与否的计算指标。
中国矿业大学（北京）北京 100083 开滦（集团）蔚州矿业公司崔家寨矿河北张家口 075700摘要：通过分析采区内钻孔揭露的静水位标高、单位涌水量、渗透系数和1#煤有效隔水层厚度，计算1#煤底板突水系数，以突水系数作为带压开采安全与否的计算指标。
根据南留庄矿四采区1#煤突水系数计算结果，绘制采区突水系数等值线及带压开采安全性分区图，可以为四采区1#煤设计开采提供较高的技术指导。
关键词：隔水层厚度；突水系数；底板破坏深度1、前言凡影响生产、威胁采掘工作面或矿井安全的、增加吨煤成本，使矿井局部或全部被淹没的矿井水，都称为矿井水害。
煤矿水害是与瓦斯突出、粉尘爆炸、顶板冒裂、火灾等并列的五大灾害之一，其严重程度仅次于瓦斯列第二。
长期以来，因为煤矿水害而造成的国家和人民生命财产及经济损失极为惨重。
本文以南留庄矿四采区为例论述了利用突水系数法如何评价煤层底板突水危险性，对于本矿四采区的防治水工作具有一定的借鉴意义。
2、矿井概况开滦（集团）蔚州矿业公司南留庄矿自1995年建成投产以来，已有14年的开采历史，现已形成年产30万吨的生产能力。
主采煤层为侏罗系中下统下花园组的1#煤，随着矿井持续开采，目前仅剩最后一个采区四采区，由于其它采区在巷道施工和采煤过程中已发生1#煤底板奥灰水突水事件10次，四采区又位于井田南部奥灰含水层强径流带附近，同样面临奥灰底板突水的危险。
为保证煤层的安全回采，必须开展四采区奥灰底板突水危险性评价工作，以实现井田的安全开采，保证煤炭企业的可持续发展。
3、1#煤底板突水系数分析我国煤炭系统一直将判别突水与否的突水系数临界值作为划分煤炭资源是否受水害威胁的标准。
五图双系数法在煤层底板承压水突水危险性评价中的应用
五图双系数法在煤层底板承压水突水危险性评价中的应用作者：王立仁来源：《河南科技》2019年第17期摘要：在煤矿资源日益匮乏的现实条件下，深部煤层开采面临的形势越发严峻，奥灰岩溶突水问题越发凸显。
以大同塔山煤矿为例，利用五图双系数法对承压煤层进行突水危险性评价，以期能为9号煤层安全开采提供有益支撑。
关键词：五图双系数法;承压水;突水;煤矿安全中图分类号：TD745 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）17-0071-03Abstract： Under the realistic condition of increasingly scarce coal resources， the situation of deep coal seam mining is more and more serious， and the problem of water inrush from Ordovician limestone karst is more and more prominent. Taking Tashan Coal Mine in Datong as an example，this paper evaluated the water inrush risk of confined coal seam by using the method of five charts and two coefficients， in order to provide beneficial support for safe mining of No. 9 coal seam.Keywords： five-figure double coefficient method;confined water;water inrush;coal mine safety塔山井田分上下兩个煤组开采，其中深部的9号煤层底板等高线值在+955～+1 040m，下部的奥灰岩溶水最高水位在+978m～+1 052m。
煤层底板突水研究的理论和方法
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引言
我国是煤炭大国， 煤炭一直是我国的主要能源， 由于埋藏深度和煤层赋存条件的限制， 开采煤炭资 源主要是以井工开采为主。我国许多煤田的水文地
质条件十分复杂， 在煤层开采过程中受到多种水体 的威胁。对于受水体威胁的煤层而言， 井工开采带 来的最大安全问题就是矿井突水事故。矿井突水多 数是由煤层底板突水引起的， 针对此问题， 文中在我 国煤层底板突水研究理论、 煤层底板破坏研究方法
工作面底板突水因素初步分析及其防治
工作面底板突水因素初步分析及其防治摘要：本文根据现场工作的实际，参考有关资料，将众多的突水因素归纳为矿压、断裂、隔水层、含水层四个方面，在比较全面深入的分析了突水因素的基础上，提出了针对不同的水文地质条件，采取不同的防治水措施，减少突水因素的影响，预防突水，保证矿井安全的几点认识。
关键词：工作面突水因素防治肥城煤田水文地质条件极为复杂，全局可采煤层储量中受水威胁达47％。
水患已成为威胁肥城矿区安全生产的重要灾害。
如何深入分析突水原因，研究突水因素，针对不同的水文地质条件采取相应的防治水措施，减少或消除某些突水因素的影响，预防工作面底板突水，保证矿井安全生产，是广大工程技术人员正在不断实践探索的问题。
1 突水因素分析采掘过程中，造成底板突水的因素是多方面的，是多种因素综合作用的结果。
根据现场实际观测，结合有关资料综合作用的结果。
根据现场实际观测，结合有关资料综合分析归纳，认为影响底板突水的因素主要有以下几个方面。
1.1 矿压采矿过程中的矿山压力，对工作面底板具有严重的破坏作用，产生新裂隙，并“活化”原有断裂，导致底板突水。
随着采煤工作面的推进，底板任一断面总是经历超前支撑压力压缩破坏，采后悬顶卸压膨胀破坏，采空周边剪切破坏，最后顶板冒落压实的再受压过程。
（图1）其中采空卸压膨胀区及其周边，矿压对底板破坏最严重，产生的采动裂隙最多。
矿压对底板具有严重的破坏作用，但其破坏程度是不一样的。
根据现场观测，工作面初压及周期来压时顶板悬顶面积最大，工作面周围煤体的支承压力及煤壁处的剪切力达到最大值，煤层底板最易造成破坏，底板最易突水。
如图2为陶阳矿突水点平面位置分布图。
由图上可看出突水点多在初压及周压地段或煤壁处。
一般工作面自切眼推至60m这段距离内即初压及第一次周压位置时底板发生突水的概率最大，为72％。
总之，只有进行长期、艰苦、细致的工作，进一步查清矿井地质及水文地质条件，加快矿井防治水工作的步伐，将查庄煤矿地下水害治理纳人西四矿综合采煤治水工程中去，才能实现技术可行、安全可靠、经济合理地开采受水威胁的煤层，为矿井创造更安全的开采环境，保证采场正常接续，不断提高矿井的经济效益。
_脆弱性指数法_在赵各庄矿底板突水评价中的应用
煤层底板突水是威胁煤矿安全的重要因素。
随着煤矿开采深度的不断增加，煤田水文地质条件越来越复杂,但由于不同矿井甚至同一矿井不同地段的地质条件及水文地质条件存在较大差异，在生产实践中不易掌握，而现有理论的预测方法无法考虑突水发生过程表现出的非线性动态特征和多种影响控制因素，所以吸收丰富的专家知识，根据研究矿区复杂的实际生产情况，应用先进理论指导，研究一个能够真实全面描述煤层底板突水的复杂水文地质物理概念模型，操作简单且用户易于掌握的煤层底板突水预测评价方法，具有重要的理论指导意义和实用价值[1]。
脆弱性指数法的提出，为此问题的解决提供了一套完整可行的有效工作方法。
其中层次分析模型简便、灵活、普遍适用于受控多因素影响且又难以准确量化的复杂系统评价问题，具有系统化和层次化的多准则决策特点[2，3]。
1理论基础层次分析法（Analytic Hierarchy Process ，简称AHP ）的基本原理是对评价系统有关方案的各种要素分解成若干层次，以上一层要求为准则，对同一层次的要素进行两两的判断比较和计算，求出各要素的权重。
根据综合权重按最大权重原则确定最优方案。
层次分析法一般分为四个步骤[4，5]：第一是建立层次结构模型；第二是构造比较判断矩阵；第三是“脆弱性指数法”在赵各庄矿底板突水评价中的应用武强1，杨柳1，朱斌1,2，李建民2，洪益清2，刘伯2，戚春前2，赵文德1，马荣1(1.中国矿业大学水害防治与水资源研究所，北京100083；2.开滦（集团）有限责任公司，河北唐山063001)摘要：为解决开滦赵各庄十三水平的12煤层底板突水评价难题，引用了GIS 的AHP 型脆弱性指数法，即首先建立煤层底板突水主控因素体系，并通过GIS 对主控因素数据进行采集及归一化处理，建立子专题图层，然后运用AHP 法确定各主控因素的权重比例，在此基础上提出煤层底板突水脆弱性的分区方案。
将新的脆弱性指数法与传统的突水系数法的评价结果进行详细对比和分析,证明脆弱性指数法在煤层底板突水脆弱性评价的许多方面具有明显优势,能够妥善解决安全生产实践中遇到的突水评价问题。
煤矿安全隔水层厚度和突水系数计算公式
煤矿安全隔水层厚度和突水系数计算公式一、安全隔水层厚度计算公式p p 224)8(K L p K L L t γγ-+= (4-1)式中 t --安全隔水层厚度，m ；L --巷道底板宽度，m ；γ--底板隔水层的平均重度， MN/m 3；K p --底板隔水层的平均抗拉强度，MPa ；p --底板隔水层承受的水头压力，MPa 。
二、突水系数计算公式Mp T = (4-2) 式中 Ｔ--突水系数，MPa/m ；p --底板隔水层承受的水压，MPa ；M --底板隔水层厚度，m 。
式（4-1）主要适用于掘进工作面，式（4-2）适用于回采和掘进工作面。
按式（4-1）计算，如底板隔水层实际厚度小于计算值时，就是不安全的。
按式（4-2）计算，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0.06 MPa/m ，正常块段不大于0.1 MPa/m 。
附录五 安全水头压力值计算公式一、 掘进巷道底板隔水层t L t K p γ+=22p 2 (5-1)式中 p ——底板隔水层能够承受的安全水压，MPa ；t ——隔水层厚度，m ；L ——巷道宽度，m ；γ——底板隔水层的平均重度，MN/m 3； K p ——底板隔水层的平均抗拉强度，MPa 。
二、采煤工作面M T p s = (5-2) 式中 M --底板隔水层厚度，m ；p --安全水压，MPa ；T s --临界突水系数，MPa/m 。
T s 值应当根据本区资料确定，一般情况下，在具有构造破坏的地段按0.06 MPa/m 计算，隔水层完整无断裂构造破坏地段按0.1 MPa/m 计算。
附录六采掘工作面水害分析预报表和预测图模式一、采掘工作面水害分析预报表附表6-1 采掘工作面水害分析预测表注：水害类型指地表水、孔隙水、裂隙水、岩溶水、老空水、断裂构造水、陷落柱水、钻孔水、顶板水、底板水等。
二、水害预测图在矿井采掘工程图（月报图）上，按预报表上的项目，在可能发生水害的部位，用红颜色标上水害类型符号。
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。
任务3：矿井底板水的防治
1、以煤层底板等高线图为底图
某矿1718采区底板等高线图
2、根据水位资料编制等水位线图
某矿1718采区底板含水层放水等水位线图
3、根据以上两种资料绘制底板等水压线图
某矿1718采区放水等水压线图
4、编制有效保护层厚度等值线图
某矿1718采区有效隔水层等厚线图
5、根据底板等水压线图和有效保护层厚度等值 线图，绘出突水系数等值线图
某矿1718采区底板放水突水系数图
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（一）划分突水性分区
-编制带压开采地质、水文地质说明书
• 开采受水威胁地区的煤层，在编制开拓、掘进与回采 设计之前，必须编制该范围的地质、水文地质说明书， 以作为设计的依据。
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（二）带压开采的措施
• 1.短壁式开采 • 2.带压分段后退式开采
分段后退式开采方法示意图
典型工作任务
• • • • • • • • —矿井底板水突水预测及防治方案 1.工作任务 (1)未来开采7、10+11号煤层时，煤层底板突水性进行分析预测。 (2)进行突水危险性分区。 (3)试提出开采9、10+11号煤层时，防治底板突水的初步防治措施、方案。 2.工作方法：分组讨论，独立完成。 3.背景资料 某矿井田内太原组可采的煤层有9、10+11号煤层，较稳定局部可采煤层有7号煤 层，其余煤层均不可采。井田内10+11号煤层底板标高：440m～860m；奥灰顶面 距10+11号煤层底板隔水层平均厚度33.19m，岩性以砂岩、粉砂岩、砂质页岩、 铝土泥岩为主。井田内奥灰水水位标高562.50m～567.60m。 井田内太原组可采煤层特征见下表。 井田可采煤层特征表
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四、利用隔水层带压开采
(一)划分突水性分区 (二)带压开采的措施