[发明专利]一种深矿井煤层开采底板突水危险性评价Ts-q法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿水害范畴，涉及一种针对深部煤层开采时的底板岩溶含水层突水危险性评价的方法。

背景技术

我国煤矿床水文地质条件复杂，特别是岩溶水经常突入矿坑危害生产安全，华北型煤田下组煤(太原组煤)开采，普遍受到煤系地层基底奥灰承压含水层的威胁。现场实用最多的为突水系数法。焦作、峰峰、淄博、肥城、淮北等矿区进行下组煤开采已有40余年的历史。早期开采时，一般深度较小，奥灰对开采工作面底板隔水层的水压一般都小于3MPa(大部分为1～2MPa)；长期的开采实践和科学研究，编制了《煤矿防治水规定》，明确用突水系数T_s(底板充水含水层水压除隔水层厚度)来分析评价底板突水危害程度，其临界值为0.06～0.10MPa/m。开采实践验证，在一般水压下(小于3MPa)，用突水系数来评价开采的安全性，基本符合实际；这是中国煤矿水文地质学家及相关专业技术人员对煤矿开采水害防治的巨大理论和技术贡献。随着开采深度的逐渐增大，奥灰的水压逐渐增高；深部开采中，底板岩层在高围压下卸荷产生底板破坏带，加之奥灰导升带高度，由水压除以相对隔水层厚度得到的突水系数远远大于规范规程中所规定的上限值。但是在某些井田，下组煤埋深可达1200m，奥灰亦处于向斜构造的核部，奥灰水水压达7.3～13.0MPa，为底板超高承压水，突水系数达0.144～0.256MPa/m，最小值亦超过规范安全开采突水系数上限，由于奥灰岩层位于深部，在高围压条件下，裂隙不发育，且没有强迳流带，富水性差，钻孔单位涌水量为0.01～0.10L/(s·m)，含水层连通性不强。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中突水系数法评价开采危险性已经不能完全适用于深部开采的不足，本发明提供一种深矿井煤层开采底板突水危险性评价T_s-q法，在现有突水系数方法的基础上，引入含水层富水性指标——单位涌水量(q值)这一指标，作为突水系数法的补充。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明在大量突水实例统计分析的基础上，对突水危险性与突水系数、充水含水层富水性之间的关系进行深入研究，得到了一些规律性的认识；提出了矿井煤层开采底板突水危险性评价T_s-q法，该方法弥补了传统突水系数法评价突水危险性未考虑充水含水层(水源)富水性大小(钻孔单位涌水量q)的不足，突破了深部“高承压—弱富水” 水文地质条件因突水系数超限而不能开采的瓶颈；且方法简单实用，便于生产单位普遍推广应用。该方法具体包括如下步骤：

(1)在地面的测试点钻水文地质钻孔，通过水文地质钻孔获得煤层底界面距离含水层顶界面的厚度值M、含水层的水位值以及含水层的钻孔单位涌水量值q，根据含水层的水位值计算水压力值P；

(2)根据水压力值P和厚度值M求取突水系数值T_s，然后综合突水系数值T_s和钻孔单位涌水量值q对测试点进行突水危险性的分类评价，具体为：

a.当0<q≤0.06时，测试点相对安全；

b.当0.06<q≤1：T_s≤0.04时，测试点相对安全；T_s>0.04时，测试点危险；

c.当1<q≤2：T_s≤0.04时，测试点相对安全；0.04<T_s≤0.06时，测试点危险；T_s>0.06时，测试点高危；

d.当2<q≤5：T_s≤0.01时，测试点相对安全；0.01<T_s≤0.06时，测试点危险；T_s>0.06时，测试点高危；

e.当q>5：T_s≤0.01时，测试点相对安全；0.01<T_s≤0.04时，测试点危险；T_s>0.04时，测试点高危；

其中，T_s的单位为MPa/m，q的单位为L/(s·m)。

具体的，对于某一个工作面进行突水危险性评价时，在工作面的范围内和/或外至少取3个测试点进行突水危险性的分类评价，取最高危险等级的测试点的评价结果作为工作面的突水危险性评价结果。