基于“三圖—雙預測”原理的煤層頂板涌（突）水危險性評價

蘭華 趙建鵬

摘? ? 要：麥垛山煤礦屬水文地質條件復雜型礦井，近期開采的2煤層頂板存在巨厚含水層——直羅組砂巖含水層，該含水層是影響本礦安全開采2煤層的重大隱患問題。本文以近年開展的水文地質補勘成果為基礎，綜合運用GIS，FLAC3D數值模擬等技術，應用“三圖——雙預測”原理對2煤頂板涌（突）水危險性進行評價。通過本文研究，將2煤層頂板涌（突）水危險性劃分為相對安全區、較安全區、過渡區、較危險區和危險區，并提出可行防治水措施，為礦井安全生產提供技術保障。

關鍵詞：麥垛山煤礦;三圖—雙預測;頂板涌（突）水;富水性;危險性評價

1? 引言

麥垛山井田位于寧夏中東部，行政隸屬于靈武市寧東鎮馬家灘管轄，距銀川100km，。井田呈西北—東南條帶狀展布，北部與石槽村井田相鄰，東部與紅柳井田相鄰，西部為毛烏素沙漠，南至馬家灘。礦井面積65km2，設計生產規模8.00Mt/a，服務年限102年[1]。

井田可采煤層20層，采用主斜井-副立井、單水平開拓方式，首采煤層2、6煤 [2]。2007年10月開工建設，2015年8月投入試運行。

井田在水文地質單元上位處鄂爾多斯盆地都思兔河—鹽池地下水系統，陶（樂）、靈（武）、鹽（池）臺地裂隙孔隙地下水系統亞區。據以往勘探資料，該礦侏羅系直羅組砂巖裂隙孔隙水為2煤頂板充水水源，富水性強，含水層厚度27.33m～148.67m。含水層分上、下兩段，據礦井地質報告，直羅組上段含水層與下段含水層間存在厚層且分布穩定的泥巖隔水層，開采2煤引起的導水裂隙帶發育高度不會導通直羅組上段含水層，故本次評價以2煤直羅組下段含水層為研究對象展開。直羅組下段含水層平均厚度65m，水位標高1305.9m～1309.5m，經實測，2煤頂板承受水壓為1.44MPa～5.0MPa，在構造裂隙發育且富水性較好地段，頂板受地下水威脅程度大。

2? 基于“三圖—雙預測”原理的煤層頂板涌（突）水危險性評價

針對麥垛山煤礦2煤層頂板存在巨厚含水層威脅這一問題，本文采用《煤礦防治水規定》提出的“三圖一雙預測”原理和方法進行評價，即富水性分區圖、冒裂安全性分區圖、涌（突）水條件綜合分區圖。

2.1? 頂板充水含水層富水性分區

結合《麥垛山煤礦11采區水文地質補充勘探設計》、《麥垛山井田煤炭勘探報告》及《麥垛山煤礦11采區水文地質補充勘探報告》[3]相關資料，確定從以下六個主要因素分析麥垛山2煤頂板直羅組下段含水層富水性：含水層厚度、單位涌水量、滲透系數、脆塑性巖厚度比、巖芯采取率、沖洗液消耗量。

建立基于層次分析的含水層富水性評價模型，借助GIS軟件計算各信息專題圖疊加后各單元富水性指數值大小，每一單元內各單一地學信息量化后的歸一值一致，富水性指數值在0～1之間。根據富水性指數大小將全區分為富水程度不同的5個區。

從圖1可知，在中部區域富水性較強，北部和南部富水性較弱，在南部有局部過渡區域。

2.2? 頂板冒落安全性分區

利用FLAC3D數值模擬技術對采空區冒落裂隙帶發育高度特征進行模擬，并對經驗公式進行修正，再利用修正后公式計算整個研究區冒落裂隙帶發育高度特征。

2煤均厚2.8m，數值模擬開采冒落裂隙帶發育高度為66m，“三下”規范經驗公式計算為40.25m。利用FLAC3D得出的結果與經驗公式計算結果比值為1.64，用此系數對“三下”采煤規范經驗公式進行修正后得數據可知：直羅組下段含水層與2煤層之間基本無有效隔水層，開采2煤引起的導水裂隙帶高度較大，導通了直羅組下段含水層至2煤，故該段含水層為直接充水含水層，其冒裂安全性分區劃分全區為相對危險區（圖2）。

2.3? 煤層頂板充水條件綜合分區

煤層頂板充水條件綜合分區圖由含水層富水性分區圖和冒裂安全性分區圖疊加而成。2煤開采頂板涌（突）水條件評價綜合分區為：

開采2煤形成的導水裂隙帶可導通直羅組下段含水層，為冒裂安全性全區危險。故，該含水層涌（突）水條件綜合分區取決于其富水性分區，該段含水層綜合分區如圖1-3。分別以1.07，1.2，1.27，1.34，1.43，1.59為界限值，綜合性分區依次為相對安全區、較安全區、過渡區、較危險區、危險區。

2.4? 頂板涌（突）水危險性評價

從圖3所示，北部大部分為過渡區，西北角附近為較安全區，井田中西部為危險區;中部、南部和北部部分區域為較危險區和過渡區交雜;東南部為較安全區。故，該充水含水層涌（突）水的危險性中部比南部和北部大。

3? 礦井防治水措施

（1）加強地下水動態觀測，盡快建立健全的地下水位觀測系統。在2煤頂板含水層中布置一定密度水位（壓）觀測點，以井下觀測為主，在地表適當布置。

（2）開采前進行井下物探，對工作面及斷層實施水文超前探查，查明富水區，并采取相應疏放水措施，有針對性的進行疏放水。

（3）回采過程中，根據已掌握資料提前做好工作面突水預測預報，根據探測結果制定針對措施。

（4）對斷層發育區，探明斷層位置、產狀、規模、富水性及斷層兩盤對接部位巖性及富水性等。

（5）針對直羅組下段含水層，加強井下探放水，消除水災隱患。工作面出現異常時，探明水情，選擇性留設放水孔，必要時需留設防隔水煤柱。2煤頂板隔水層厚度薄且分布不均，需進行疏排降至安全開采水壓范圍，建議提前分階段、多鉆孔、長時間疏放，實現安全疏干。

參考文獻：

[1] 寧東煤田鴛鴦湖礦區麥垛山井田煤炭勘探報告[Z].寧夏煤田地質局，2011：85～142.

[2] 神華寧煤麥垛山礦井初步設計[Z].中煤國際北京華宇工程有限公司，2011：126～138.

[3]神華寧煤麥垛山煤礦11采區水文地質補充勘探報告[Z].中國煤炭地質總局華盛水文地質勘察工程公司，2012：13～27.