-q法
【专利摘要】本发明公开了一种深矿井煤层开采底板突水危险性评价Ts-q法，首先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；然后根据水压力值P和厚度值M求取突水系数值Ts，然后综合突水系数值Ts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。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富水性大小的不足，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。
【专利说明】一种深矿井煤层开采底板突水危险性评价Ts-q法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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I?2MPa);长期的开采实践和科学研宄，编制了《煤矿防治水规定》，明确用突水系数Ts (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?0.1OL/(s.m)，含水层连通性不强。
【发明内容】
[0003]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Ts-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一一单位涌水量(q值)这一指标，作为突水系数法的补充。
[0004]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0005]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宄，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Ts-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“高承压一弱富水”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:
[0006](I)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;
[0007](2)根据水压力值P和厚度值M求取突水系数值Ts，然后综合突水系数值Ts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:
[0008]a.当0〈q ( 0.06时，测试点相对安全；
[0009]b.当0.06〈q ( I:TS^ 0.04时，测试点相对安全；T s>0.04时，测试点危险；
[0010]c.当l〈q彡2:TS^ 0.04时，测试点相对安全；0.04〈T 0.06时，测试点危险；Ts>0.06时，测试点高危；
[0011]d.当2〈q彡5:TS^ 0.01时，测试点相对安全；0.0KT 0.06时，测试点危险；Ts>0.06时，测试点高危；
[0012]e.当q>5:TS^ 0.01时，测试点相对安全；0.0KT 0.04时，测试点危险；Ts>0.04时，测试点高危；
[0013]其中，Ts的单位为MPa/m，q的单位为L/ (s.m)。
[0014]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。
[0015]具体的，对某一个矿区进行突水危险性评价时，具体方法为:首先绘制各个测试点的突水系数值!；等值线图和钻孔单位涌水量值q的等值线图，然后将两个等值线图进行叠加，将叠加后的图根据Ts-q法(即步骤(2))确定矿区的突水危险性评价结果。
[0016]有益效果:本发明提供的深矿井煤层开采底板突水危险性评价1>(1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富水性大小的不足，突破了深部“高承压一弱富水”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。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为肥城矿区底板突水中、小突水点Ts_q特征图；
[0018]图2为焦作矿区底板突水大、中、小突水点Ts_q特征图；
[0019]图3为淄博矿区底板突水中、小突水点Ts_q特征图；
[0020]图4为肥城、焦作、淄博3个矿区大、中、小突水点Ts_q特征图；其中:4(a)为横坐标(0-20)和纵坐标(0-2.5)时！；^特征图；4(b)为横坐标(0_20)和纵坐标(0-0.2)时Ts_q特征图；4(c)为横坐标(0_2)和纵坐标(0-0.1)时!^-。特征图；4(d)为横坐标(1-5)和纵坐标(1-0.1)时Ts-q特征图;4(e)为横坐标(0-0.1)和纵坐标(0-0.1)时Ts-q特征图；
[0021]图5为本发明Ts_q法示意图；
[0022]图6为本发明实施示意图。
[0023]
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【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0029]本发明收集了肥城矿区、焦作矿区和淄博矿区的216个突水点资料，包括突水点水压，相对隔水层厚度和q值；具体情况如下:
[0030]1、肥城矿区中等突水点全部位于含水层钻孔单位涌水量q>2L/(s.m)时，而且当突水系数Ts〈0.015MPa/m时，中等突水点亦很少。如图1所示。
[0031]2、焦作矿区小突水点绝大部分是在q〈2L/(s -m)的情况下发生，而当q>2L/(s -m)大突水点数量占大突水点实例总数的100%，中等突水点数量占中等突水点实例总数的95% Ts〈0.01MPa/m时，没有突水点；小突水点横坐标q值大都分布在小于2L/(s -m)的范围内，并且所有的突水点大都分布在突水系数小于0.1MPa/m的范围内，小突水点和中等突水点的横坐标分界线大致为q = 2L/(s -m)的直线，并且当突水系数Ts值小于0.0lMPa/m时，大中小突水点分布较少。如图2所示。
[0032]3、淄博矿区中小突水点的横坐标分界线大致为直线q = 2L/(s.πι)，而且突水点大都位于突水系数1；〈0.2MPa/m的范围内，小突水点主要集中在q〈2L/(s.m)的范围内，并且在突水系数Ts〈0.04MPa/m的范围内，小突水点少有分布；在突水系数Ts〈0.02MPa/m的范围内，中等突水点没有分布。如图3所示。
[0033]4、三个矿区的小突水点主要集中在q〈2L/(s.πι)的范围内，突水点大都集中于Ts= 0.00?0.25MPa/m的范围内；从突水水量来看，横坐标越靠近O点，突水水量越小；当突水系数Ts〈0.04MPa/m时，小突水点较少；当q〈0.1L/(s.m)时，突水点较少，而当q〈0.06 L/(s.m)时，无突水点；当Ts〈0.04MPa/m，而q>2L/(s.m)时，中等突水点增多，但当Ts〈0.0 IMPa/m时，突水点很少。如图4所示。
[0034]基于上述数据，建立一个在直角坐标系中，纵坐标为突水系数值Ts，横坐标为钻孔单位涌水量值q;首先在图中设定一条折线，折线与坐标轴之间区域的突水点突水量<0m3/h，并考虑一定的安全系数，最终得到折线1，折线I与坐标轴之间的区域作为底板突水安全性评价的相对安全区域；中等突水点聚集的范围可以用一条折线大致圈出，并考虑一定的安全系数，作为折线2 ;折线I与折线2之间的距离作为危险区，即中等突水易发生区域；折线2以外的区域作为高危险区，即大突水及特大突水易发生区域。最终建立如图5所示深矿井煤层开采底板突水危险性评价Ts-q法示意图，具体数据如下:
[0035]a.当0〈q ( 0.06时，测试点相对安全;
[0036]b.当0.06〈q ( I:TS^ 0.04时，测试点相对安全；T s>0.04时，测试点危险；
[0037]c.当l〈q彡2:TS^ 0.04时，测试点相对安全；0.04〈T 0.06时，测试点危险；Ts>0.06时，测试点高危；
[0038]d.当2〈q彡5:TS^ 0.01时，测试点相对安全；0.0KT 0.06时，测试点危险；Ts>0.06时，测试点高危；
[0039]e.当q>5:TS^ 0.01时，测试点相对安全；0.0KT 0.04时，测试点危险；Ts>0.04时，测试点高危；
[0040]其中，Ts的单位为MPa/m，q的单位为L/ (s.m)。
[0041]基于上述分析，我们提供的深矿井煤层开采底板突水危险性评价Ts-q法，具体包括如下步骤:
[0042](I)在地面I的测试点钻水文地质钻孔4，通过水文地质钻孔4获得煤层2底界面距离含水层3顶界面的厚度值M、含水层3的水位值以及含水层3的钻孔单位涌水量值q，根据含水层3的水位值计算水压力值P ;
[0043](2)根据水压力值P和厚度值M求取突水系数值Ts，然后综合突水系数值Ts和钻孔单位涌水量值q参照图5对测试点进行突水危险性的分类评价。
[0044]在实际应用时，首先算取开采或开掘地块的突水系数，并根据底板含水层的富水性指标q，即可在Ts-q法示意图坐标上得到对应的一点，根据此点的位置，可以判断开采或开掘地块的突水危险性。
[0045]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种深矿井煤层开采底板突水危险性评价T s-q法，其特征在于:包括如下步骤: (1)在地面(I)的测试点钻水文地质钻孔(4)，通过水文地质钻孔(4)获得煤层(2)底界面距离含水层(3)顶界面的厚度值M、含水层(3)的水位值以及含水层(3)的钻孔单位涌水量值q，根据含水层(3)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Ts，然后综合突水系数值1；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 ( I:TS^ 0.04时，测试点相对安全；T s>0.04时，测试点危险； c.当l〈q彡2:TS<0.04时，测试点相对安全;0.04〈TS< 0.06时，测试点危险；TS>0.06时，测试点高危； d.当2〈q彡5:TS<0.01时，测试点相对安全;0.01〈TS< 0.06时，测试点危险；TS>0.06时，测试点高危； e.当q>5K0.01时，测试点相对安全;0.01〈T 0.04时，测试点危险;TS>0.04时，测试点高危； 其中，Ts的单位为MPa/m，q的单位为L/ (s.m)。
2.根据权利要求1所述的深矿井煤层开采底板突水危险性评价Ts-q法，其特征在于: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。
3.根据权利要求1所述的深矿井煤层开采底板突水危险性评价Ts-q法，其特征在于:对某一个矿区进行突水危险性评价时，具体方法为:首先绘制各个测试点的突水系数值Ts等值线图和钻孔单位涌水量值q的等值线图，然后将两个等值线图进行叠加，将叠加后的图根据步骤(2)确定矿区的突水危险性评价结果。
【文档编号】G01V9/00GK104502995SQ201410773039
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】李文平, 乔伟, 李小琴, 孙如华, 赵成喜 申请人:中国矿业大学