评价煤层顶板涌(突)水条件的“三图双预测法”

评价煤层顶板涌（突）水条件的“三图-双预测法”

摘要：针对我国煤矿日益严重的顶板涌（突）水问题，提出了解决煤层顶板涌（突）水条件定量评价的“三图-双预测法”，并在开滦荆各庄矿和东欢坨矿得到成功的应用.在对荆各庄矿煤9顶板直接充水含水层的富水性和开采顶板冒落的安全性进行分区研究的基础上，运用多源地学信息复合叠加原理，提出了煤9顶板冒落涌（突）水条件综合分区的划分方案.最后运用国际先进的VisualModflow专业软件对即将回采的2099，2393两工作面的工程涌水量和顶板直接充水含水层的采前预疏放方案进行了动态预测.

关键词：“三图-双预测法”；顶板涌（突）水条件；工程涌水量预测；多源地学信息复合

分类号：TD742文献标识码：A

文章编号：0253-9993(2000)01-0060-06

“Threemaps-twopredictions”methodtoevaluate waterburstingcoditionsonroofcoal

WUQiang,HUANGXiao-ling,DONGDong-lin

(BeijingCampus,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing 100083,China)

YINZuo-ru,LIJian-min,HONGYi-qing,ZHANGHou-jun (KailuanMiningBureau,Tangshan063018，China)

Abstract：

Inthelightofmoreandmoreseriouswaterburstingproblemsonroofofcoallayer s,anewmethodwhichiscalledas“threemaps-twopredictions”isputforwardfir stly.Themethodhasbeensuccessfullyappliedtosolvetheroofwaterburstingpr oblemsatJinggezhuangandDonghuantuoCoalMineinKailuan.Onbasisofdivisi onresearchsforaquiferwater-enrichmentandinbreakinsafetyofcoalseamNo. 9inJinggezhuangCoalMine,thefinalcomprehensivedivisionprogramofwater burstingconditionsispresentedthroughoverlappingofmultiplesourcegeo-inf ormation.Finally,bothwaterburstinginflowsofminingfaces2099and2393and beforehanddewateringprogramforthewater-fillingaquiferarepredictedbyuti lizingadvancedprofessionalsoftwareVisualModflow.

Keywords：“theremaps-twopredictions”;waterburstingconditionincoalroof;prediction ofengineeringinflow;overlappingofmultiplesourcegeo-information▲煤层底板突水问题一直是困扰华北型煤田煤炭工业可持续性发展的主要水患，其顶板水问题可用留设有效防水煤柱措施加以解决.但是，随着矿山开采深度逐渐加大和下组煤开采，顶板冒落沟通上覆含水层而导致顶板涌(突)水灾害发生或恶化工作面生产环境的实例日益增多，例如开滦矿务局目前近一半的生产矿井遭受顶板水害的严重威胁.以荆各庄矿为例，该矿自1979年正式投产以来，共发生了3次大的突水事故，均为煤9顶板突水，突水水源是煤9上覆的煤5顶板砂岩裂隙含水层，其最大突水量高达44m3/min，造成工作面整体被淹，生产被迫

终止.另外，根据目前矿井涌水量实测资料统计，荆各庄矿煤5顶板砂岩裂隙水占矿井总涌水量的50%左右，即将开采的2099和2393工作面正位于断层带附近，故上覆充水含水层对矿井安全生产威胁很大.

因此，如何解决煤9回采的顶板涌(突)水条件定量评价问题，对扭转荆各庄矿目前煤炭生产的被动局面具有极其重要的理论指导意义和实用价值.

笔者根据多年工作实践，提出了解决煤层[换行]顶板涌(突)水灾害定量评价的“三图-双预测法”，即顶板直接充水含水层的富水性分区图、顶板冒落安全性分区图、顶板涌(突)水条件综合分区图及回采工作面整体和分段工程涌水量预测、顶板直接充水含水层采前预疏放方案预测.其中涌(突)水条件综合分区图由富水性和冒落安全性分区图复合叠加而成.

1矿井水文地质背景

根据对荆各庄矿井水文地质条件的系统综合分析认为，与煤9顶板突水关系密切的主要充水含水层为煤5顶板砂岩裂隙含水层和第四系底部卵砾石孔隙含水层，它们分别是煤9顶板突水的直接和间接充水含水层，在两含水层之间存在一粉粘土弱透水层.

荆各庄井田东部和东南部以F1～F3断层组为界，其余部分以隐伏露头为界.由于第四系底部卵砾石含水层覆盖于整个井田之上，因此该含水层的边界条件属于二类流量边界；煤5顶板砂岩裂隙含水层四周均为隔水边界，在垂向上通过窄条状隐伏露头内边界接受上部含水层

补给；底卵底部粘土层为一弱透水层，它的外边界均作为隔水边界，该层在矿区东南部不发育，致使底卵含水层几乎与基岩含水层直接接触，而在西北部发育较厚，底卵含水层与砂岩裂隙含水层的水力联系较弱.

2煤9顶板充水含水层富水性分区研究

针对矿井水文地质条件的复杂多变性、各种勘探资料在地域上的局限性和在观测精度上的不真实性，笔者运用多源地学信息复合叠加原理［1］，尽可能多地挖掘了荆各庄矿自建矿以来的所有勘探资料，对各种水文地质物理场的地学信息进行了系统综合叠加处理，信息源之间相互对比印证，取得了很好的效果.

2.1第四系底部卵砾石孔隙含水层

本含水层为煤9顶板突水的间接充水水源，根据现有资料对含水层厚度和渗流场特征进行了分析.

(1)含水层厚度本充水含水层位于冲积层下部，厚度随整个冲积层的沉积厚度变化而变化，具有北薄南厚的特点，大、小极值分别为

1.12和53.10m，茅草营以北不足10m，向南最厚达53.10m.

(2)渗流场特征根据底卵含水层抽水试验结果可知，其渗透系数由南向北逐渐增大，在井田南部大约为4m/d，而在井田北部可达32m/d，说明该含水层北部渗透性大于南部；含水层单位涌水量为0.93～2.25L/(s.m)，由西向东逐渐增大.

综上可知，底卵含水层北部渗透性较好，南部却较差，而富水性