突水系数理论在桃园矿区的实践.pdf
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1、2 0 1 0年2月 矿 业安 全 与 环 保 第3 7卷第1 期 突水系数理论在桃园矿区的实践 李 涛 , 李文平 , 高 颖 , 李明胜 ( 1 中国矿业大学, 江苏 徐州 2 2 1 8 ; 2 江苏煤炭地质局, 江苏 常州 2 1 3 0 0 0 ) 摘 要 : 实践中发现淮北桃园矿各工作面按突水系数理论计算得出的突水系数, 在参考临界突水 系 数评价底板突水与否时, 常出现一些特殊的情况, 如有时计算出的突水系数高于临界突水系数却没有发 生突水事故; 有时计算得 出的突水系数低于临界突水系数却发生 了突水事故。通过对桃 园矿的地质条 件进行分析, 并结合突水 系数理论 的原理解释其存
2、在的合理性。认为从地质条件 的实际出发, 先进行地 质分 区再利用突水系数理论评价会有更高的准确性。 关键词 : 突水系数理论 ; 复杂构造; 弱富水高承压灰岩水 中图分类号 : T D 7 4 5 文献标志码 : C 文章编号: 1 0 0 8 4 4 9 5 ( 2 0 1 0 ) 0 1 0 0 7 5 0 3 高承压灰岩水上采煤底板突水是我国华北型煤 田主要的水文地质工程地质 问题, 严重影响着煤炭 的正常安全生产 。桃园矿 1 0煤开采受底板灰岩 水威胁 , 多次发生 中小型突水。为了对底板灰岩突 水有科学 、 合理的认识 , 淮北桃园矿区是全 国较早引 入突水系数理论对底板灰岩水害
3、进行评价 的矿 区之 ,其实践经验值得思考。 1 突水 系数理论 突水系数理论首先是 由原苏联学者 B 斯列萨 列夫提出, 1 9 8 1 年 专门水文地质学 明确指出该公 式是按“ 梁和强度理论” 得出的 , 1 9 8 5年潘元伯教 授利用材料力学中的有关原理 , 结合这一实际问题 , 对公式的具体依据和来历做 了推导 , 进一步证 明该 公式不是经验公式而是理论公式 。突水系数计算 公式如下: : ( 1 ) M C 一 式中 突水系数 , MP a m; p 隔水层承受的水压 , MP a ; 底板隔水层厚度 , m; c 。 采矿对底板隔水层的扰动破坏厚度, m。 根据实践对其修改和
4、完善: T = ( 2 ) M Cph2 式中 h 为底板可能存在的原始导高 , m。 由式( 1 ) 可以看出, 突水系数 与隔水层承受 的静水 压力 P成正 比, 与有效隔水层 的厚度 ( C 。 ) 成反比。但由于地质条件的复杂性 , 工作面底板 收稿 日期 : 2 0 0 9 0 1 0 5 ; 2 0 0 9 0 7 3 0修订 突水与否不仅由这两个 因素决定, 还在一定程度上 与含水层的富水性 、 构造影响情况 、 隔水层岩性及其 组合等因素有关 。 2 桃园矿 的实践经验 2 1 矿井地质概况 桃园煤矿位于淮北煤 田的东南缘 , 在地层 区划 分上属于华北地层区鲁西地层分区徐宿地
5、层小 区。 桃园矿井位于宿南向斜西翼的北段。宿南向斜为一 宽缓的不完整向斜, 其东翼受一组逆断层的作用 , 破 坏了其完整性 。矿井 内以 F 断层为界 , 以北为北北 西向, 以南为南南西向。其中在 F , 断层以南从南到 北依次分布了桃园矿井的三采区 、 一采区、 二采区 、 四采区。 桃园矿 l 0煤底板灰岩水特征 : 太原组地层总厚 约 1 9 0 m, 灰岩总厚约 7 6 m, 占本组总厚的 4 2 ; 矿 区内共有 3 2个钻孔揭露灰岩, 其中一灰、 二灰、 三灰 、 四灰的漏水钻孔分别有 1 , 7, l 1 , 9个( 见表 1 ) , 表 明 三灰 、 四灰较一灰 、 二灰
6、富水性强 ; 根据一至四采 区 回采时涌水量 的观测发现 , 桃园矿 区的灰岩富水性 从强到弱依次为二采区、 四采区、 三采区、 一采区。 表 l 桃园矿一灰至 四灰涌水孔率统计 2 2 桃园矿各工作面突水系数的确定 1 0煤各工作面采矿 、 地质 、 水文地质条件主要 参数和安全技术效果见表 2 。 7 5 2 0 1 0 年2 月 矿 业安 全 与环 保 第3 7 卷第1 期 在表 2中的突水系数 采用式 ( 1 ) 计算 。P值 采用回采前一灰实测水压值换算成工作面最低点隔 水层底板承受的水压值; M分别采用隔水层至 1 0煤 底( 探查) 实测间距 的最小值 ; C 为采动底板破坏深
7、度 , 采用淮北矿区的研究成果 1 3 m。 表 2中回采效果以突水是否影响正常生产为标 准, 即每小时突水量是 否大 于矿井的单 位时间排水 能力来判断。 由表 2可知: 1 )计算得出的突水系数未超过淮北矿 区临界 突水系数 0 0 7的工作面中, 绝大多数没有发生突水 事故 , 仅构造较为发育的三采区 1 0 3 1工作 面发生了 影响生产的小型突水 。 2 )计算得 出的突水 系数超过淮北 矿区临界突 水系数 0 0 7的工作面中, 构造较为发育的但经局部 注浆加固的工作 面能够安全 回采 ; 构造一般发育甚 至不发 育 的工 作 面绝 大部 分 可 以实 现带 压 安 全 回采 。
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