【摘 要】王行庄煤矿开采二1煤层，目前观测到最高水压2.8MPa，本文通过研究王行庄矿底板隔水层厚度及其阻隔水能力，讨论了充分利用有效隔水层，采用局部实施疏水降压开采等防治水技术的可能性；采用突水系数法及弹塑性力学分析法，论证了王行庄矿谋炭资源带压开采的可行性。

　　【关键词】带压开采；含水层；有效隔水层

　　0 前言

　　带压开采主要是针对底板存在较强承压充水含水层的煤层。由于煤层与底板强岩溶承压充水含水层之间往往沉积一定厚度的隔水岩体，故对于底板存在充水含水层的煤层，无需进行疏干开采，只要使煤层底板承压充水含水层的水头压力疏降至安全开采高度，即可进行安全带压回采，以获得更好的经济效益。

　　1 矿井水文地质条件

　　1.1 含水层隔水层结构分析

　　王行庄煤矿含水层从上至下分为6层。其中第四系砾石层孔隙潜水含水层（Ⅵ），上、下石盒子组及上部砂岩孔隙、裂隙承压水含水层（Ⅴ）及山西组（P1sh）二1煤层顶板砂岩孔隙承压水含水层组（Ⅳ）对二1煤炭资源开采影响较小，从矿床水文地质角度来看，这三含水层组不作为重点研究对象。对二1煤炭资源开采起主要影响的是奥陶系中统马家沟组（O2m）灰岩岩溶裂隙承压水含水层（Ⅰ）、太原组下段（C2tL1-4）灰岩岩溶裂隙承压水含水层（Ⅱ），太原组上段（C2tL7—8）灰岩岩溶裂隙承压水含水层（Ⅲ）。其中III含水层充水源目前基本疏干，正常开采情况下一般不会造成淹井事故。威胁二1煤炭开采的主要因素是奥陶系中统马家沟组（O2m）灰岩岩溶裂隙承压水含水层（Ⅰ）和太原组下段（C2tL1-4）灰岩岩溶裂隙承压水含水层（Ⅱ），与二1煤层底板相距分别为65.50m和57.62m。这两个含水层该含水层岩溶发育，含水性强，联通性好，是巨大的富水体，是威胁安全生产的主要含水层，必须采取措施防治。

　　1.2 构造特征

　　王行庄煤矿位于新密复向斜的东段的东南角内侧。矿区内断裂构造较发育。矿区构造是在次级褶曲—草场沟背斜的基础上，发育有多条大小不等的正断层。构造线方向以东西向、北西向为主，与区域不同的是北东向不明显。受区域构造的影响与控制，东西向、北西向断裂构造（欧阳寺正断层、新庄正断层）构成本矿区南北自然边界。

　　1.3 充水因素分析

　　（1）二1煤层顶板砂岩裂隙水，该含水层为二1煤层的直接顶板，是矿床充水水源之一，但含水层富水性弱，（6001孔q=0.004L/s·m，K=0.01564m/d），地下水径流迟缓，补给条件较差。充水通道均系微细的孔隙和裂隙，故一般不会对矿井形成较大的充水。

　　（2）太原群下部C2tL1-4灰岩岩溶裂隙水，该含水层由L1-4灰岩组成，其中灰岩厚度14.37～29.46m，平均厚度20.05m，该含水层溶洞裂隙发育，富水性强，在岩层破碎带或断裂带处将成为矿井间接充水水源。

　　（3）寒武～奥陶系灰岩岩溶水，矿区内普遍发育寒武-奥陶系灰岩含水层，该含水层岩溶发育，尤其是草场沟背斜轴部、断裂带、露头区。虽然富水性不均匀，但含水性强，在岩层破碎带或裂隙发育带会成为矿井间接充水水源。

　　（4）钻孔因素，王行庄煤矿范围勘查中，1978年以前施工的有73个钻孔封闭未达要求，同时有19孔长观孔及大3孔未封闭。这些钻孔垂向上使不同含水层之间发生水力联系，增大矿井的涌水量，同时也存在着直接导通含水层进入矿井的隐患。

　　（5）地质构造，矿区采区断裂构造较发育，二1煤层顶、底板岩层中的构造裂隙是构成王行庄煤矿二1煤开采突水的主要导水通道，在巷道掘进或工作面回采过程中遇到该类导水裂隙可能会造成矿井突水。

　　（6）采矿活动，当采矿工作面上部有含水层、导水断裂、充水老空时，由于采矿的作用，可使煤层顶底板产生破坏，并降低强度或形成人工裂隙，造成突水事故，此外，连续采矿活动会不断加剧对上覆地层及塌陷带的破坏，增加了大气降水渗人补给奥灰进而充入矿井的涌水量。

　　2 煤层带压开采的可行性

　　根据王行庄煤矿水文地质的特点，是煤系基底为奥陶系厚层灰岩岩溶含水层地应力高，水压高，对开采威胁大。虽然赋藏高压水，但若充分利用底板隔水层的防护作用，就可在不进行或很少进行疏水降压的情况下实现带压开采。

　　2.1 采动对煤层顶、底板岩层的破坏

　　（1）顶板采动裂隙

　　（2）底板岩体破坏深度计算

　　目前，王行庄矿主采二1煤层，开采-300m以浅。下面以二1煤为例计算采场底板破坏深度，二1煤厚0-24.76m，平均厚度7.07m，煤岩层倾角3～18°。在本文中计算时选取：煤层在-300m采取倾斜分带开采（11011工作面、11071工作面、11091工作面）；工作面上方地表标高一般为+120m，矿区工作面选取值为：11011工作面走向长度为650m，倾斜长度为150m；11071工作面走向长度为960m，倾斜长度为150m。11091工作面还在布置中。工作面采深为420m。由于当工作面倾斜长度大于70m，其它条件不变时，工作面几乎不影响突水强度。下面选取11071工作面为计算参数。二1煤层下伏太原组下段灰岩含水层和奥陶系灰岩含水层，与煤层底板相距分别为57.62m和65.50m。

　　根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》附录六中计算底板采动最大破坏深度公式为：

　　h1=0.0085H+0.1665a+0.1079L-4.3579（2）

　　式中：h1——底板采动破坏带深度，m；

　　H——开采深度，m；

　　L——壁式工作面斜长，取150m；

　　a——煤层倾角，取10°。

　　则有：在-300m水平

　　h1=0.0085×420+0.165×10+0.1079×150-4.3579

　　=17.05m

　　（3）底板导升高度（h3）的确定

　　底板导升高度指含水层中的承压水沿隔水底板中的裂隙或断裂破碎带上升的高度。王行庄矿奥陶系灰岩上覆有厚约10m的铝土岩。该岩层裂隙很少，不利于原始导高带的发育。据井田内揭露奥灰的钻孔统计资料，在地层完整地段，钻进至奥灰顶面左右时，钻孔水位、水量基本未发生变化，说明正常区原始导高带基木不存在或局部存在，但一般小于5m，只有极少数地段大于10m，因此，本文在计算过程中将正常区底板导升高度定为5m，生产中按物探、钻探结果参与分析计算进行修正，特别是在构造发育影响区应作为探查重点。

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