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带压系数及突水系数在防治水中的应用 沙雨勤, 周保东 河北金能 邯矿集团安全监察部, 河北 邯郸 056002 摘 要 介绍了在邯郸矿区长期带压开采和矿井防治水工作中的实践经验, 论述了 带压系数 、 突水系数 在防治水工作中的重要概念。 关键词 带压系数;突水系数; 应用 中图分类号 TD82462 文献标识码B 文章编号 1007- 1083 2007 04- 0021- 02 Application of the coefficient of the construction pressure and the coefficient of the water breaking through the rock ation SHA Yu- qin,ZHOU Bao- dong 1 带压系数 在带压开采下组煤过程中, 为评价煤层的带压 程度, 评价工作面开采的安全性,评价断层带安全 程度以及防水煤岩柱留设等, 于上世纪 70 年代引 入了 突水系数 和 带压系数 概念。1984 年 后颁布的 矿井水文地质规程∀、矿井安全规程∀、 矿井水文地质工作条例∀ 及邯矿集团公司 原邯 郸矿务局 制定的 邯郸矿务局王凤煤矿一坑六采 区试采大青、下架煤预防奥灰水害的防探水规定∀, 以上规程和规定中均有一个重要概念即 突水系 数 和 带压系数 。 1978年原邯郸矿务局王凤矿首先引用 突水 系数 概念。当时煤炭科学院西安分院收集了淄 博、焦作、峰峰等大水矿区的突水资料进行统计, 结合国外有关经验,综合分析后提出了 临界带压 系数 概念 当时称为 临界突水系数 ,与后来 的 突水系数 在内涵上有区别 。所谓 临界带 压系数 是指煤层底板每米隔水层所能承受的临界 水压值,表达式为 Ts Ps/ M。 式中 Ps 临界水压值, MPa; M 底板隔水层厚度, m; Ts 临界带压系数, MPa/ m。 11 带压系数 井田范围内各地区隔水层厚度和水压都不相 同, 因此,将 M 值定义为煤层的隔水层厚度,P 值定义为煤层承受的水头压力, 即得带压系数 T P/ M, 是评价煤层带水压程度技术指标,其意义 为单位厚度隔水层承受的水头压力。临界带压系数 Ts Ps/ M 反映了底板隔水层厚度与其承受水压 值在突水时刻的临界关系,这是概括大量突水资料 总结的经验数据。各大水矿区的 临界带压系数 为 淄博矿区 006MPa, 焦作矿区 005 010MPa, 峰峰矿区 0066 0076MPa,井 陉矿区 006 015MPa。邯郸矿区在应用带压系数时,对峰峰矿 区已有突水资料、采样点资料进行分析发现临界系 数临界值并非常数, 而是随着隔水层厚度的加大而 有规律的增加,表达式 Ts 00006M 0026,M 14 。 12 相关因素 1 水压 P 即水头压力。取决于开采时至采后 稳定期间的最高水头压力。 2 隔水层厚度 M, 由于地层倾角影响均采用 真厚度。 3 因缺乏倾斜和急倾斜煤层资料, 所以, 应 用时应掌握在缓倾斜条件下。 4 临界带压系数, 只适用于不导水构造; 对 于导水构造, 达不到临界值时也会突水。 13 应用带压系数时注意事项 1 水头压力的确定。由煤层底面算起还是由 隔水层底面算起,历来争议较大, 在实际工作中采 用前者。 2 隔水层厚度。指含水层顶界面至煤层底面 的距离, 即隔水岩层厚度,并非岩性界面。 212007年第 4期 河 北 煤 炭 2 突水系数 在1984 年颁布的 矿井水文地质规程∀,定义 了突水系数概念,其表达式为 Ts P/ M- Cp , 并说明 就全国情况而言,断层破坏地段不大于 005, 完整块段不大于 015 ,但在应用中不易操 作。1986 年颁布 煤矿防治水工作条例∀,对突水 系数的相关概念进行了界定。 1 隔水层厚度 M 是指煤层底面至含水层之 间的完整岩层的厚度, 即扣除了原始导升高度之后 的厚度。 2 CP值应由各矿区试验后确定, 没有条件 的一般取 Cp 10m。地板扰动破坏深度 CP值王 凤矿在1978 年起陆续进行了4 个采面、6 组现场观 测试验,其结论是一般回采破坏深度 6 8m,规 定实际应用时采用 Cp 10m; 北部矿区虽然未进行 专门试验,但由底板注浆堵水钻孔施工表明,2 煤层开采底板破坏深度在 15 20m 之间。 3 突水系数为 Ts在完整无构造破坏地段一 般取 010; 在断裂破坏地段取 006。 3 突水系数的应用情况 31 对回采工作面进行底板安全评价 由突水系数表达式可得临界带压值,公式为 Ps Ts M- Cp。对工作面进行底板安全评价的 方法和步骤是 1 首先确定有效隔水层厚度。有效隔水层厚 度与隔水层厚度 或起隔水作用的岩层厚度 有时 是不同的。例如,隔水层内发育原始导升承压水, 或者含水层顶部不含水实际上起隔水作用。 2 确定底板扰动破坏深度 Cp 值。可以采用 王凤矿的试验结论,即一般取 10m, 但必须考虑采 面大小、埋深、岩层性质和采煤方法工艺等因素, 具体问题具体解决。 3 确定突水系数值 Ts。断层破坏地段采用 006MPa,完整无破坏地段采用 010MPa。 4 计算安全水压值 Ps。利用 Ps Ts M- Cp,计算出 Ps 值,即为安全水压值。实际水压 P 与Ps 对比即可判断是否突水,P 大于Ps 时不安 全,可以据此预报突水事故。 32 留设断层防水煤岩柱 利用突水系数留设断层防水煤岩柱。矿井水 文地质规程∀ 附录八中有比较具体的规定和说明。 4 确定有效隔水层厚度的特殊技术方法 41 正确区分含水层承压水的导升和潜伏 含水层承压水必须具有其特定的水压特征, 导 升水具有与含水层承压水一致或相近的水压。一般 规定水压大于含水层水压的一半时,即确定为导升 水; 潜伏水一般有较大差异, 一般规定水压小于下 伏含水层水压的 1/ 2 时,确定为潜伏水。 42 导潜水空间分布对隔水层厚度的影响 1 原地导升潜伏型。即含水层承压水向隔水 层内导潜是在原地进行的,水压在垂向上与含水层 水压一致或接近一致,变化不大。例如王凤矿一坑 六采区1961 工作面南部, 钻孔探测发现含水层承 压水是较大范围内沿孔裂隙就地垂向导潜, 在隔水 层内揭露导潜水时具有奥灰水压, 继续钻进至奥灰 内水压一致, 水量明显增大。 2 异地导升潜伏型。隔水层内导潜水并非都 是原地导升和潜伏的,其特征是顺层方向上导潜水 压一致或接近一致, 垂直方向上与含水层水压具有 较大差异。这是含水层承压水进入隔水层的通道特 征性质决定的。例如王凤矿一坑五采区, 奥灰顶 部 3 5m 内基本不含承压水, 下架煤底板隔水层 底部发育厚度 1 6m 的细砂岩, 局部裂隙与含水 层承压水连通, 承压水进入细砂岩后向各个方向潜 伏, 各个方向的水压具有明显区别,因此, 这时确 定隔水层有效厚度比较困难。 3 确定隔水层厚度的技术手段。一般采用钻 探和物探方法。物探采用四极对称电测深法、三极 电测深法、中间梯度剖面法等。 5 结 论 总之, 带压系数 、 突水系数 是带压开采 中评价底板安全、指导防治水工作的重要技术概 念, 是水文地质和水情及突水预测预报的主要依据 之一,必须深入理解,才能更好地应用;同时, 要 针对不同地区不同矿井的实际情况,区别情况具体 研究和应用。 作者简介 沙雨勤 1964- ,男,河北河间人, 采矿工 程师, 河北金能邯矿集团安全监察部部长。 收稿日期 2007- 04- 12; 编辑 毛志国 22 河 北 煤 炭 2007年第 4期