-q法
【專利摘要】本發明公開了一種深礦井煤層開采底板突水危險性評價Ts-q法，首先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；然后根據水壓力值P和厚度值M求取突水系數值Ts，然后綜合突水系數值Ts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。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富水性大小的不足，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。
【專利說明】一種深礦井煤層開采底板突水危險性評價Ts-q法
【技術領域】
[0001]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】
[0002]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I?2MPa);長期的開采實踐和科學研宄，編制了《煤礦防治水規定》，明確用突水系數Ts (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?0.1OL/(s.m)，含水層連通性不強。
【發明內容】
[0003]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Ts-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一一單位涌水量(q值)這一指標，作為突水系數法的補充。
[0004]技術方案:為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0005]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宄，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Ts-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“高承壓一弱富水”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:
[0006](I)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;
[0007](2)根據水壓力值P和厚度值M求取突水系數值Ts，然后綜合突水系數值Ts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:
[0008]a.當0〈q ( 0.06時，測試點相對安全；
[0009]b.當0.06〈q ( I:TS^ 0.04時，測試點相對安全；T s>0.04時，測試點危險；
[0010]c.當l〈q彡2:TS^ 0.04時，測試點相對安全；0.04〈T 0.06時，測試點危險；Ts>0.06時，測試點高危；
[0011]d.當2〈q彡5:TS^ 0.01時，測試點相對安全；0.0KT 0.06時，測試點危險；Ts>0.06時，測試點高危；
[0012]e.當q>5:TS^ 0.01時，測試點相對安全；0.0KT 0.04時，測試點危險；Ts>0.04時，測試點高危；
[0013]其中，Ts的單位為MPa/m，q的單位為L/ (s.m)。
[0014]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。
[0015]具體的，對某一個礦區進行突水危險性評價時，具體方法為:首先繪制各個測試點的突水系數值!；等值線圖和鉆孔單位涌水量值q的等值線圖，然后將兩個等值線圖進行疊加，將疊加后的圖根據Ts-q法(即步驟(2))確定礦區的突水危險性評價結果。
[0016]有益效果:本發明提供的深礦井煤層開采底板突水危險性評價1>(1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富水性大小的不足，突破了深部“高承壓一弱富水”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。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為肥城礦區底板突水中、小突水點Ts_q特征圖；
[0018]圖2為焦作礦區底板突水大、中、小突水點Ts_q特征圖；
[0019]圖3為淄博礦區底板突水中、小突水點Ts_q特征圖；
[0020]圖4為肥城、焦作、淄博3個礦區大、中、小突水點Ts_q特征圖；其中:4(a)為橫坐標(0-20)和縱坐標(0-2.5)時！；^特征圖；4(b)為橫坐標(0_20)和縱坐標(0-0.2)時Ts_q特征圖；4(c)為橫坐標(0_2)和縱坐標(0-0.1)時!^-。特征圖；4(d)為橫坐標(1-5)和縱坐標(1-0.1)時Ts-q特征圖;4(e)為橫坐標(0-0.1)和縱坐標(0-0.1)時Ts-q特征圖；
[0021]圖5為本發明Ts_q法示意圖；
[0022]圖6為本發明實施示意圖。
[0023]
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0029]本發明收集了肥城礦區、焦作礦區和淄博礦區的216個突水點資料，包括突水點水壓，相對隔水層厚度和q值；具體情況如下:
[0030]1、肥城礦區中等突水點全部位于含水層鉆孔單位涌水量q>2L/(s.m)時，而且當突水系數Ts〈0.015MPa/m時，中等突水點亦很少。如圖1所示。
[0031]2、焦作礦區小突水點絕大部分是在q〈2L/(s -m)的情況下發生，而當q>2L/(s -m)大突水點數量占大突水點實例總數的100%，中等突水點數量占中等突水點實例總數的95% Ts〈0.01MPa/m時，沒有突水點；小突水點橫坐標q值大都分布在小于2L/(s -m)的范圍內，并且所有的突水點大都分布在突水系數小于0.1MPa/m的范圍內，小突水點和中等突水點的橫坐標分界線大致為q = 2L/(s -m)的直線，并且當突水系數Ts值小于0.0lMPa/m時，大中小突水點分布較少。如圖2所示。
[0032]3、淄博礦區中小突水點的橫坐標分界線大致為直線q = 2L/(s.πι)，而且突水點大都位于突水系數1；〈0.2MPa/m的范圍內，小突水點主要集中在q〈2L/(s.m)的范圍內，并且在突水系數Ts〈0.04MPa/m的范圍內，小突水點少有分布；在突水系數Ts〈0.02MPa/m的范圍內，中等突水點沒有分布。如圖3所示。
[0033]4、三個礦區的小突水點主要集中在q〈2L/(s.πι)的范圍內，突水點大都集中于Ts= 0.00?0.25MPa/m的范圍內；從突水水量來看，橫坐標越靠近O點，突水水量越小；當突水系數Ts〈0.04MPa/m時，小突水點較少；當q〈0.1L/(s.m)時，突水點較少，而當q〈0.06 L/(s.m)時，無突水點；當Ts〈0.04MPa/m，而q>2L/(s.m)時，中等突水點增多，但當Ts〈0.0 IMPa/m時，突水點很少。如圖4所示。
[0034]基于上述數據，建立一個在直角坐標系中，縱坐標為突水系數值Ts，橫坐標為鉆孔單位涌水量值q;首先在圖中設定一條折線，折線與坐標軸之間區域的突水點突水量<0m3/h，并考慮一定的安全系數，最終得到折線1，折線I與坐標軸之間的區域作為底板突水安全性評價的相對安全區域；中等突水點聚集的范圍可以用一條折線大致圈出，并考慮一定的安全系數，作為折線2 ;折線I與折線2之間的距離作為危險區，即中等突水易發生區域；折線2以外的區域作為高危險區，即大突水及特大突水易發生區域。最終建立如圖5所示深礦井煤層開采底板突水危險性評價Ts-q法示意圖，具體數據如下:
[0035]a.當0〈q ( 0.06時，測試點相對安全;
[0036]b.當0.06〈q ( I:TS^ 0.04時，測試點相對安全；T s>0.04時，測試點危險；
[0037]c.當l〈q彡2:TS^ 0.04時，測試點相對安全；0.04〈T 0.06時，測試點危險；Ts>0.06時，測試點高危；
[0038]d.當2〈q彡5:TS^ 0.01時，測試點相對安全；0.0KT 0.06時，測試點危險；Ts>0.06時，測試點高危；
[0039]e.當q>5:TS^ 0.01時，測試點相對安全；0.0KT 0.04時，測試點危險；Ts>0.04時，測試點高危；
[0040]其中，Ts的單位為MPa/m，q的單位為L/ (s.m)。
[0041]基于上述分析，我們提供的深礦井煤層開采底板突水危險性評價Ts-q法，具體包括如下步驟:
[0042](I)在地面I的測試點鉆水文地質鉆孔4，通過水文地質鉆孔4獲得煤層2底界面距離含水層3頂界面的厚度值M、含水層3的水位值以及含水層3的鉆孔單位涌水量值q，根據含水層3的水位值計算水壓力值P ;
[0043](2)根據水壓力值P和厚度值M求取突水系數值Ts，然后綜合突水系數值Ts和鉆孔單位涌水量值q參照圖5對測試點進行突水危險性的分類評價。
[0044]在實際應用時，首先算取開采或開掘地塊的突水系數，并根據底板含水層的富水性指標q，即可在Ts-q法示意圖坐標上得到對應的一點，根據此點的位置，可以判斷開采或開掘地塊的突水危險性。
[0045]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種深礦井煤層開采底板突水危險性評價T s-q法，其特征在于:包括如下步驟: (1)在地面(I)的測試點鉆水文地質鉆孔(4)，通過水文地質鉆孔(4)獲得煤層(2)底界面距離含水層(3)頂界面的厚度值M、含水層(3)的水位值以及含水層(3)的鉆孔單位涌水量值q，根據含水層(3)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Ts，然后綜合突水系數值1；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 ( I:TS^ 0.04時，測試點相對安全；T s>0.04時，測試點危險； c.當l〈q彡2:TS<0.04時，測試點相對安全;0.04〈TS< 0.06時，測試點危險；TS>0.06時，測試點高危； d.當2〈q彡5:TS<0.01時，測試點相對安全;0.01〈TS< 0.06時，測試點危險；TS>0.06時，測試點高危； e.當q>5K0.01時，測試點相對安全;0.01〈T 0.04時，測試點危險;TS>0.04時，測試點高危； 其中，Ts的單位為MPa/m，q的單位為L/ (s.m)。
2.根據權利要求1所述的深礦井煤層開采底板突水危險性評價Ts-q法，其特征在于: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。
3.根據權利要求1所述的深礦井煤層開采底板突水危險性評價Ts-q法，其特征在于:對某一個礦區進行突水危險性評價時，具體方法為:首先繪制各個測試點的突水系數值Ts等值線圖和鉆孔單位涌水量值q的等值線圖，然后將兩個等值線圖進行疊加，將疊加后的圖根據步驟(2)確定礦區的突水危險性評價結果。
【文檔編號】G01V9/00GK104502995SQ201410773039
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月15日 優先權日:2014年12月15日
【發明者】李文平, 喬偉, 李小琴, 孫如華, 趙成喜 申請人:中國礦業大學