井田灰巖承壓水突水危險性評價

王俊福

（晉能控股煤業集團挖金灣煤業有限公司，山西 大同037000）

0 引言

近年來，我國技術飛速發展，監測監控設備、機械設備等基礎裝備的普遍使用對礦井突出事故的抑制作用十分突出，但管理上依舊存在紕漏，導致突水事故的發生[1-2]。承壓水，由于存在上、下隔水層，導致整個含水層水壓隨著深度的變化而不斷增加[3]。礦井工作面回采、巷道掘進過程中，若遇到斷層、陷落柱等構造，將掘進頭、回采面和含水層貫通，導致嚴重突水事故[4-5]。

為有效遏制承壓水造成的突水事故，我國已進行了諸多相關研究。之前的研究主要針對于技術方面，包括鉆探、物探等防治措施，運用評價的方式制定歸納性防治措施的研究較少[7-10]。本文以挖金灣煤礦為依托，分析礦井承壓水災害原由，運用層次分析理論法對礦井3-5號煤突水危險性進行評估，制定防治措施。

1 礦井及水文情況

挖金灣煤礦隸屬大同煤礦集團有限責任公司，井田范圍灰巖巖溶水水位標高為1 100~1 135 m，巖溶水由西向東徑流，主要可采煤層山4號煤層底板標高為941~1 027 m。

其中，3-4號煤層的頂板標高在858~997 m范圍，8號煤層底板標高在836~952 m范圍內，綜合分析，3、4、5、8號煤層開采區域均存在巖溶水帶壓開采的現象。

可采煤層基本情況如表1所示。

表1 各可采煤層特征表

1.1 含水層特征

通過空隙類型和水系介質等情況分析，區域內含水的巖層組主要為：①寒武-奧陶系巖溶含水巖組；②第3、4系松散巖裂隙含水巖組；③石炭-二疊-侏羅系含水巖組。

測量含水層基本數據為：寒武-奧陶系石灰巖含水層單位涌水量0.003 55-0.341 0L/s.m，滲透系數0.005 96-0.600 5 m/d；第3、4系松散巖裂隙含水巖組裂隙含水層單位涌水量0.000 735-0.002 3 L/s.m，滲透系數0.000 697-0.015 38 m/d；石炭-二疊-侏羅系含水巖組組砂巖裂隙含水層單位涌水量0.000 56 L/s.m，滲透系數0.000 913 m/d。

分析區域內水流運移規律可知：礦井東部存在灰巖裸露區域，降水滲入后補給到巖溶地下水。寒武-奧陶系灰巖和白云巖表面均存在垂直斷層等構造，可導通地表水與地下。

1.2 隔水層特征

地質分析可知：奧陶系灰巖與太原組煤層間隔水層為本溪組。該層由粉灰巖、砂巖、等組成，厚度15~33 m。

石盒子組、山西組間有厚度不等的泥巖、砂質泥巖等具有隔水作用的巖層。

2 評價方式

本文主要運用層次分析法進行突水危險性評價，具體步驟如下。

2.1 建立層與結構分析模型

通過案例分析可知，導致突水事故的誘因可以分為3個方面，分別為地質構造、底板隔水層和承壓含水層，根據層次分析法基本原理，這一層級誘因為A級別；下一步剖析與之相關的因素為B級別因素；再向下剖析一層為C級別因素[11-12]。

因素剖析過程構建的模型如圖1所示。

圖1 層次模型

2.2 判斷矩陣的構建

為準確了解每一層級因素的重要性，本文依照T.L.SAATY創立的1~9標度方法，進行打分，數值模型發給全國相關領域專家進行打分，廣泛聽取現場技術人員、科研單位及高校相關研究人員進行打分。將原本定性分析的問題進行量化，通過統計的表2-表5權重矩陣值。

表2 判斷矩陣A～Bi（i=1～3）

表5 判斷矩陣B3～Ci（i=6～7）

層次單排序及一致性檢驗。

2.2.1 層次單排序

根據判斷矩陣計算出的權值（表6-10中W列）。

表3 判斷矩陣B1～Ci（i=1～2）

表4 判斷矩陣B2～Ci（i=3～5）

2.2.2 層次總排序

矩陣計算可知三級指標Ci對總目標的權重相對值如表6所示，計算過程中Bi為過渡矩陣，最終計算所得WA/Ci為決策矩陣，決策矩陣分析出煤層底板突水的4個誘因的權重值如表7所示。

表6 指標相對權重

表7 底板突水各主控誘因的權重

3 評價結果分析及建議

3.1 結果分析

運用層次分析法分析得出的結果可知：煤層底板突水主要誘因為含水層水壓，權重值為0.309 4；接下來分別是隔水層厚度、斷層分布情況、含水層富水性、陷落柱的分布情況、脆塑性巖厚度比、斷層規模指數。

由于水壓大小直接決定突水后水流涌出量，水壓越大，說明含水層內水量多、突水點距離含水層補水點錘距大，因此，含水水層水壓重要性大。隔水層厚度越大，則對含水層水系的保護作用越大，是防治突水的天然屏障，因此，重要性較大；斷層構造會將含水層的水系和裂縫貫通，因此加大了突水危險性。由于發生概率等因素，其他誘因重要性較低。

3.2 建議

根據以上權重制定的防治水措施如下：

1）加強探查作業，對含水層水壓等數據經常性進行考察、監測。

2）運用鉆頭、物探等技術，對隔水層厚度進行定期勘察分析。

3）加大構造的鉆探、物探工作，防治構造和承壓水系貫通。

4 結 論

本文以挖金灣煤礦為依托，運用層次分析法對概況承壓水突水事故進行了分析，分析得出不同誘因的權重值，根據重要性制定了相應的防治措施。