[發明專利]一種深礦井煤層開采底板突水危險性評價Ts-q法

在審

• 申請號: 201410773039.7
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN104502995A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 李文平;喬偉;李小琴;孫如華;趙成喜
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01V9/00
• 分類號: G01V9/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 黃成萍

技術領域

本發明屬于煤礦水害范疇，涉及一種針對深部煤層開采時的底板巖溶含水層突水危險性評價的方法。

背景技術

我國煤礦床水文地質條件復雜，特別是巖溶水經常突入礦坑危害生產安全，華北型煤田下組煤(太原組煤)開采，普遍受到煤系地層基底奧灰承壓含水層的威脅。現場實用最多的為突水系數法。焦作、峰峰、淄博、肥城、淮北等礦區進行下組煤開采已有40余年的歷史。早期開采時，一般深度較小，奧灰對開采工作面底板隔水層的水壓一般都小于3MPa(大部分為1～2MPa)；長期的開采實踐和科學研究，編制了《煤礦防治水規定》，明確用突水系數T_s(底板充水含水層水壓除隔水層厚度)來分析評價底板突水危害程度，其臨界值為0.06～0.10MPa/m。開采實踐驗證，在一般水壓下(小于3MPa)，用突水系數來評價開采的安全性，基本符合實際；這是中國煤礦水文地質學家及相關專業技術人員對煤礦開采水害防治的巨大理論和技術貢獻。隨著開采深度的逐漸增大，奧灰的水壓逐漸增高；深部開采中，底板巖層在高圍壓下卸荷產生底板破壞帶，加之奧灰導升帶高度，由水壓除以相對隔水層厚度得到的突水系數遠遠大于規范規程中所規定的上限值。但是在某些井田，下組煤埋深可達1200m，奧灰亦處于向斜構造的核部，奧灰水水壓達7.3～13.0MPa，為底板超高承壓水，突水系數達0.144～0.256MPa/m，最小值亦超過規范安全開采突水系數上限，由于奧灰巖層位于深部，在高圍壓條件下，裂隙不發育，且沒有強逕流帶，富水性差，鉆孔單位涌水量為0.01～0.10L/(s·m)，含水層連通性不強。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中突水系數法評價開采危險性已經不能完全適用于深部開采的不足，本發明提供一種深礦井煤層開采底板突水危險性評價T_s-q法，在現有突水系數方法的基礎上，引入含水層富水性指標——單位涌水量(q值)這一指標，作為突水系數法的補充。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

本發明在大量突水實例統計分析的基礎上，對突水危險性與突水系數、充水含水層富水性之間的關系進行深入研究，得到了一些規律性的認識；提出了礦井煤層開采底板突水危險性評價T_s-q法，該方法彌補了傳統突水系數法評價突水危險性未考慮充水含水層(水源)富水性大小(鉆孔單位涌水量q)的不足，突破了深部“高承壓—弱富水”?水文地質條件因突水系數超限而不能開采的瓶頸；且方法簡單實用，便于生產單位普遍推廣應用。該方法具體包括如下步驟：

(1)在地面的測試點鉆水文地質鉆孔，通過水文地質鉆孔獲得煤層底界面距離含水層頂界面的厚度值M、含水層的水位值以及含水層的鉆孔單位涌水量值q，根據含水層的水位值計算水壓力值P；

(2)根據水壓力值P和厚度值M求取突水系數值T_s，然后綜合突水系數值T_s和鉆孔單位涌水量值q對測試點進行突水危險性的分類評價，具體為：

a.當0<q≤0.06時，測試點相對安全；

b.當0.06<q≤1：T_s≤0.04時，測試點相對安全；T_s>0.04時，測試點危險；

c.當1<q≤2：T_s≤0.04時，測試點相對安全；0.04<T_s≤0.06時，測試點危險；T_s>0.06時，測試點高危；

d.當2<q≤5：T_s≤0.01時，測試點相對安全；0.01<T_s≤0.06時，測試點危險；T_s>0.06時，測試點高危；

e.當q>5：T_s≤0.01時，測試點相對安全；0.01<T_s≤0.04時，測試點危險；T_s>0.04時，測試點高危；

其中，T_s的單位為MPa/m，q的單位為L/(s·m)。

具體的，對于某一個工作面進行突水危險性評價時，在工作面的范圍內和/或外至少取3個測試點進行突水危險性的分類評價，取最高危險等級的測試點的評價結果作為工作面的突水危險性評價結果。