突水系數(shù)法在回坡底煤礦奧灰突水危險性評價中的應(yīng)用與研究（煤炭）
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突水系數(shù)法在回坡底煤礦奧灰突水危險性評價中的應(yīng)用與研究（煤炭）
劉德旺
（山西焦煤集團公司，山西省太原市，030024）
摘 要 應(yīng)用突水系數(shù)法對回坡底煤礦11#煤層帶壓開采的突水危險性進行計算和分區(qū)，在此基礎(chǔ)上針對11#煤層存在底板薄和雙重底板采動破壞問題，對分區(qū)實際安全性加以分析和評價。根據(jù)評價提出了11#煤層帶壓開采的安全防范技術(shù)措施。在采取安全防范措施的條件下，回坡底煤礦已進行了11#煤層的安全回采。
關(guān)鍵詞 突水系數(shù)法 突水危險性評價 突水危險性分區(qū) 防范技術(shù)措施
中圖分類號TD745
回坡底煤礦11#煤層是距奧陶系灰?guī)r最近的可采煤層，依據(jù)礦井中長期規(guī)劃，在近5年內(nèi)開采井田北部奧灰壓力水頭超過煤層底板的帶壓區(qū)的11#煤層，因此需要評價11#煤層帶壓開采的安全性。通常用隔水層底板所承水壓P與煤層底板至奧陶系灰?guī)r頂板之間的厚度M的比值，即突水系數(shù)T(P/M)來評價帶壓開采的安全性，并進行突水危險性分區(qū)。由于11#煤層距奧灰近，底板隔水層薄，因此需要根據(jù)礦井的帶壓特征對分區(qū)的實際安全性進行進一步的分析與評價，并在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的安全防范措施，保障煤礦的生產(chǎn)安全。
1 礦井概況
回坡底煤礦井田范圍呈北東一南西向長條多邊形分布，總面積40. 0088 km2，設(shè)計生產(chǎn)能力120萬t/a，分東西兩區(qū)，現(xiàn)主采下組10#、11#煤層。10#煤層平均厚2. 55 m，11#煤層平均厚3.27 m，兩煤層間距平均6. 54 m，11#煤層與奧灰層平均間距25.4 m。
井田主要含水層有太原組(K1、K2、K3)石灰?guī)r溶隙含水組和中奧陶統(tǒng)石灰?guī)r溶隙含水組。太原組灰?guī)r中K2灰?guī)r最厚，平均厚8.9 m，單位涌水量0. 0087～0.21L/s．m，水位標(biāo)高522.5～695.1 m，含水層富水性屬于弱一中等，是下組煤開采的頂板充水含水層。奧灰最上層是峰峰組上段(O2 f2)塊狀石灰?guī)r溶隙含水層，是帶壓區(qū)下組煤層開采的突水威脅含水層，平均厚38.6 m，質(zhì)純而溶隙發(fā)育，富水性較強。峰峰組水位標(biāo)高519.2～540.6 m，平均530.0 m，低于太原組K2灰?guī)r水位。井田位于上團柏和下團柏邊界斷層之間，總體為傾向北西，傾角50～150的單斜構(gòu)造，斷裂發(fā)育一般。煤層埋深向北遞增，井田北部為11#煤層奧灰?guī)簠^(qū)，帶壓區(qū)約為井田面積的一半。
2 11#煤層底板突水危險性預(yù)測及分區(qū)
2.1 突水危險性評價方法與計算
帶壓開采突水危險性評價通常采用《煤礦防治水規(guī)定》的突水系數(shù)法。
突水系數(shù)是水壓力和隔水層厚度的比值：
因此，11#煤層帶奧灰水壓突水系數(shù)就可用奧灰水位H、11#煤層底板（底面）標(biāo)高h、11#煤層底板至奧陶系灰?guī)r頂板之間的隔水層厚度M來計算。11#煤層至奧灰含水層之間的隔水層由鋁質(zhì)泥巖、粉砂巖、泥巖、石英砂巖等致密巖石組成，厚度15.14～35. 89 m，一般25.4 m，具有良好的隔水性能。
11#煤層最低點的突水系數(shù)是井田中最大的突水系數(shù)，最低點11#煤層底面標(biāo)高為+240 m，隔水層厚度為25.4 m，奧灰壓力水頭標(biāo)高為+530 m，由式(1)計算得出突水系數(shù)為0.122MPa／m，大于完整地段臨界突水系數(shù)0.1M Pa／m。依據(jù)計算結(jié)果得井田11#煤層突水系數(shù)等值線圖，如圖1所示。
2.2 11#煤層帶壓開采突水危險性理論預(yù)測分區(qū)
按《煤礦防治水規(guī)定》臨界突水系數(shù)在隔水底板構(gòu)造破壞地段為0. 06MPa／m、隔水層完整無斷裂構(gòu)造破壞地段為0.1MPa/m的規(guī)定值，帶壓突水危險性分區(qū)：相對安全區(qū)即帶壓開采突水危險性小，一般不會發(fā)生突水，僅在存在導(dǎo)水構(gòu)造（導(dǎo)水?dāng)嗔鸦蛳萋渲⿻r發(fā)生突水，其突水系數(shù)取值范圍為0. 0098 M Pa/m <T≤0.06 M Pa／m；突水危險區(qū)即帶壓開采突水危險性較大，隔水底板完整地段是安全的，斷裂構(gòu)造破壞地段不安全，一般情況下，底板都存在或大或小的斷裂構(gòu)造，其突水系數(shù)取值范圍為0. 06MPa／m <T≤0.1 M Pa／m；突水高危險區(qū)即帶壓開采存在突水的高危險，突水系數(shù)已超過完整底板的臨界值，一般會發(fā)生突水，其突水系數(shù)取值范圍為T>0.1 M Pa／m。
根據(jù)上述帶壓突水危險性分區(qū)情況及式(1)和圖1得出，當(dāng)承壓含水層壓力水頭剛到開采11#煤層底面時，突水系數(shù)0.0098MPa／m以上的井田北半部處于帶壓區(qū)，11#煤層帶壓區(qū)存在高危險區(qū)、危險區(qū)和相對安全區(qū)3個突水危險性分區(qū)。高危險區(qū)位于井田北東部局部地區(qū)；危險區(qū)在北部呈北東向長條分布；相對安全區(qū)分布在帶壓區(qū)南部，占帶壓區(qū)面積大半。
為保障帶壓開采安全，對突水危險性理論分區(qū)進行實際安全性的評價。
3 11#煤層帶壓分區(qū)的安全性分析與評價
3.1 底板隔水層厚度安全分析
臨界突水系數(shù)是隔水底板平均每米厚度所能承受的最大安全水壓力，代表底板的隔水質(zhì)量，臨界突水系數(shù)越大，隔水質(zhì)量越高。計算突水系數(shù)的M是整個底板的厚度，而不是有效隔水層厚度。
11#煤層隔水層厚度15.14～35. 89 m，厚度變化較大，在隔水層薄弱處、構(gòu)造裂隙發(fā)育處需要進行底板注漿加固。
3.2 突水危險性分區(qū)實際安全性的評價
影響底板突水主要有水壓P，底板厚度M、底板巖性及組合、構(gòu)造發(fā)育程度及導(dǎo)水性、底板承壓含水層的巖溶發(fā)育程度、煤厚或采高、采煤方法的工程條件（如工作面長度等）等因素。按一般突水系數(shù)法對回坡底礦井11#煤層帶壓區(qū)進行計算和分區(qū)。但一般突水系數(shù)法僅包含水壓和厚度兩種因素，而且在厚度中未考慮實際存在的底板導(dǎo)水破壞深度，這在一般情況下是可以的，但在礦井有特殊情況時是不夠的，需要針對實際情況，對分區(qū)安全性進行分析與評價。
回坡底煤礦對安全生產(chǎn)不利的特殊情況是11#煤層底板偏薄及與上覆開采煤層10#煤層間距小。
(1)底板偏薄。11#煤層平均厚度25.4 m較一般中等厚度偏薄，在底板導(dǎo)水破壞深度和底板自重等因素作用下，其實際臨界安全壓力和臨界突水系數(shù)都偏小，破壞地段的實際臨界突水系數(shù)小于0. 06 M Pa/m。
按底板破壞深度經(jīng)驗公式計算，長度150 m回采工作面底板破壞深度約為16 m。依照此破壞深度，11#煤層底板的有效隔水層厚度為0～20 m，平均10 m，占底板平均厚度的39%，小于一半，因此底板平均隔水質(zhì)量偏低，實際臨界突水系數(shù)小于規(guī)定值(0.06 M Pa/m、0.1 M Pa/m)。當(dāng)遇到較大斷層時，底板有效隔水層厚度就為零或接近于零。
(2)底板雙重采動破壞。11#煤層較厚，平均為3. 27 m，其上的10#煤層平均厚2.5 m，且兩煤層層間距平均為6. 54 m，故先采10#煤層，因此開采11#煤層就存在雙重采動破壞問題，破壞力度和深度大，大幅減小了底板有效隔水層厚度，對帶壓安全開采不利。
4 11#煤層帶壓開采的安全防范技術(shù)措施
(1)將11#煤層突水系數(shù)超過0. 10 M Pa/m的突水高危險區(qū)列為禁采區(qū)。
(2)在突水系數(shù)超過0.06 M Pa／m的突水危險區(qū)，不得將開拓巷道設(shè)計（布置）在11#煤層底板中。
(3)利用10#煤層開采資料，對落差大于5m的較大斷層進行注漿加固或留設(shè)11#煤層防隔水煤柱；對11#煤層底板薄弱處進行底板注漿加固。
(4)帶壓區(qū)開采由淺至深，循深漸進，回采工作面不跳采。
(5)加強11#煤層整個帶壓區(qū)的水文動態(tài)觀測，準(zhǔn)確測定深部奧灰峰峰組含水層水位標(biāo)高，同時加強對井下涌水量的觀測。
(6)加強和完善東一采區(qū)排水系統(tǒng)，排水設(shè)備采用具有抗淹沒性能的潛水電泵，以臥式為宜。帶壓采區(qū)深部建立由潛水泵組成的抗災(zāi)強排系統(tǒng)，強排水能力不小于400m3／h。
(7)制定11#煤層帶壓開采奧灰突水處置預(yù)案，帶壓開采期間24 h有人進行底板水情觀測記錄，保證通訊暢通。
(8)加強有掘必探、有采必探、有疑必鉆，嚴(yán)格執(zhí)行物探先行、化探跟進、鉆探驗證的措施，積極采用物探、鉆探相結(jié)合的手段對斷層、陷落柱等隱伏構(gòu)造進行超前探測，及時對物探異常區(qū)進行鉆探驗證。
(9)完善水災(zāi)應(yīng)急救援預(yù)案和現(xiàn)場處置方案，定期組織進行水災(zāi)救援演練。
(10)定期組織防治水知識培訓(xùn)教育，使各級管理技術(shù)人員、一線職工熟悉透水征兆、避水災(zāi)路線，提高其水害防范意識。
5結(jié)語
應(yīng)用突水系數(shù)法對礦井11#煤層帶壓開采的突 水危險性進行計算和分區(qū)，在此基礎(chǔ)上針對11#煤層存在底板薄和雙重底板采動 全知識考核，堅持崗位知識考評和持證上崗等制
度，通過營造良好的組織學(xué)習(xí)氛圍，促使礦工的安全知識、安全行為績效的改善。
4結(jié)論
綜上所述，積極領(lǐng)導(dǎo)行為不但會直接影響礦工安全行為，而且會通過組織安全氛圍、礦工安全知識等因素影響礦工安全行為。因此，在煤礦管理者中應(yīng)該倡導(dǎo)積極領(lǐng)導(dǎo)行為，通過實施諸如變革型領(lǐng)導(dǎo)、真誠型領(lǐng)導(dǎo)以及道德型領(lǐng)導(dǎo)等行為，在煤礦中積極營造良好的安全氛圍，不斷提升礦工的安全知識水平，更多地向礦工實施正向而積極的管理和心理引導(dǎo)，促使其選擇安全的工作行為。當(dāng)然，本研究也存在一些不足之處，如實證研究數(shù)據(jù)比較單一，數(shù)據(jù)量也不是很大；所使用的積極領(lǐng)導(dǎo)行為量表主要取自已有的相關(guān)研究文獻，沒有進行特定的積極領(lǐng)導(dǎo)行為的量表開發(fā)；組織安全氛圍、礦工安全知識等中介變量的分析也有待深化等，這些都是接下來在研究工作中需要加以重視的地方。
