-q法
【專利摘要】本發(fā)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(zhì)鉆孔，通過水文地質(zhì)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(jù)含水層的水位值計算水壓力值P；然后根據(jù)水壓力值P和厚度值M求取突水系數(shù)值Ts，然后綜合突水系數(shù)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(tǒng)突水系數(shù)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(zhì)條件因突水系數(shù)超限而不能開采的瓶頸；且方法簡單實用，便于生產(chǎn)單位普遍推廣應(yīng)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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(shù)】
[0002]我國煤礦床水文地質(zhì)條件復(fù)雜，特別是巖溶水經(jīng)常突入礦坑危害生產(chǎn)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?，F(xiàn)場實用最多的為突水系數(shù)法。焦作、峰峰、淄博、肥城、淮北等礦區(qū)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(xué)研宄，編制了《煤礦防治水規(guī)定》，明確用突水系數(shù)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(shù)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(zhì)學(xué)家及相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員對煤礦開采水害防治的巨大理論和技術(shù)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(chǎn)生底板破壞帶，加之奧灰導(dǎo)升帶高度，由水壓除以相對隔水層厚度得到的突水系數(shù)遠遠大于規(guī)范規(guī)程中所規(guī)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(gòu)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(shù)達0.144?0.256MPa/m，最小值亦超過規(guī)范安全開采突水系數(shù)上限，由于奧灰?guī)r層位于深部，在高圍壓條件下，裂隙不發(fā)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(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中突水系數(shù)法評價開采危險性已經(jīng)不能完全適用于深部開采的不足，本發(fā)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(xiàn)有突水系數(shù)方法的基礎(chǔ)上，引入含水層富水性指標(biāo)一一單位涌水量(q值)這一指標(biāo)，作為突水系數(shù)法的補充。
[0004]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0005]本發(fā)明在大量突水實例統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，對突水危險性與突水系數(shù)、充水含水層富水性之間的關(guān)系進行深入研宄，得到了一些規(guī)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(tǒng)突水系數(shù)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(zhì)條件因突水系數(shù)超限而不能開采的瓶頸；且方法簡單實用，便于生產(chǎn)單位普遍推廣應(yīng)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(zhì)鉆孔，通過水文地質(zhì)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(jù)含水層的水位值計算水壓力值P;
[0007](2)根據(jù)水壓力值P和厚度值M求取突水系數(shù)值Ts，然后綜合突水系數(shù)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(dāng)0〈q ( 0.06時，測試點相對安全；
[0009]b.當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(nèi)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(jié)果作為工作面的突水危險性評價結(jié)果。
[0015]具體的，對某一個礦區(qū)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(shù)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(jù)Ts-q法(即步驟(2))確定礦區(qū)的突水危險性評價結(jié)果。
[0016]有益效果:本發(fā)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(tǒng)突水系數(shù)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(zhì)條件因突水系數(shù)超限而不能開采的瓶頸；且方法簡單實用，便于生產(chǎn)單位普遍推廣應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為肥城礦區(qū)底板突水中、小突水點Ts_q特征圖；
[0018]圖2為焦作礦區(qū)底板突水大、中、小突水點Ts_q特征圖；
[0019]圖3為淄博礦區(qū)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(qū)大、中、小突水點Ts_q特征圖；其中:4(a)為橫坐標(biāo)(0-20)和縱坐標(biāo)(0-2.5)時?。籢特征圖；4(b)為橫坐標(biāo)(0_20)和縱坐標(biāo)(0-0.2)時Ts_q特征圖；4(c)為橫坐標(biāo)(0_2)和縱坐標(biāo)(0-0.1)時!^-。特征圖；4(d)為橫坐標(biāo)(1-5)和縱坐標(biāo)(1-0.1)時Ts-q特征圖;4(e)為橫坐標(biāo)(0-0.1)和縱坐標(biāo)(0-0.1)時Ts-q特征圖；
[0021]圖5為本發(fā)明Ts_q法示意圖；
[0022]圖6為本發(fā)明實施示意圖。
[0023]
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]

【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0029]本發(fā)明收集了肥城礦區(qū)、焦作礦區(qū)和淄博礦區(qū)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(qū)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(dāng)突水系數(shù)Ts〈0.015MPa/m時，中等突水點亦很少。如圖1所示。
[0031]2、焦作礦區(qū)小突水點絕大部分是在q〈2L/(s -m)的情況下發(fā)生，而當(dāng)q>2L/(s -m)大突水點數(shù)量占大突水點實例總數(shù)的100%，中等突水點數(shù)量占中等突水點實例總數(shù)的95% Ts〈0.01MPa/m時，沒有突水點；小突水點橫坐標(biāo)q值大都分布在小于2L/(s -m)的范圍內(nèi)，并且所有的突水點大都分布在突水系數(shù)小于0.1MPa/m的范圍內(nèi)，小突水點和中等突水點的橫坐標(biāo)分界線大致為q = 2L/(s -m)的直線，并且當(dāng)突水系數(shù)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(qū)中小突水點的橫坐標(biāo)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(shù)1；〈0.2MPa/m的范圍內(nèi)，小突水點主要集中在q〈2L/(s.m)的范圍內(nèi)，并且在突水系數(shù)Ts〈0.04MPa/m的范圍內(nèi)，小突水點少有分布；在突水系數(shù)Ts〈0.02MPa/m的范圍內(nèi)，中等突水點沒有分布。如圖3所示。
[0033]4、三個礦區(qū)的小突水點主要集中在q〈2L/(s.πι)的范圍內(nèi)，突水點大都集中于Ts= 0.00?0.25MPa/m的范圍內(nèi)；從突水水量來看，橫坐標(biāo)越靠近O點，突水水量越??；當(dāng)突水系數(shù)Ts〈0.04MPa/m時，小突水點較少；當(dāng)q〈0.1L/(s.m)時，突水點較少，而當(dāng)q〈0.06 L/(s.m)時，無突水點；當(dāng)Ts〈0.04MPa/m，而q>2L/(s.m)時，中等突水點增多，但當(dāng)Ts〈0.0 IMPa/m時，突水點很少。如圖4所示。
[0034]基于上述數(shù)據(jù)，建立一個在直角坐標(biāo)系中，縱坐標(biāo)為突水系數(shù)值Ts，橫坐標(biāo)為鉆孔單位涌水量值q;首先在圖中設(shè)定一條折線，折線與坐標(biāo)軸之間區(qū)域的突水點突水量<0m3/h，并考慮一定的安全系數(shù)，最終得到折線1，折線I與坐標(biāo)軸之間的區(qū)域作為底板突水安全性評價的相對安全區(qū)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(shù)，作為折線2 ;折線I與折線2之間的距離作為危險區(qū)，即中等突水易發(fā)生區(qū)域；折線2以外的區(qū)域作為高危險區(qū)，即大突水及特大突水易發(fā)生區(qū)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(shù)據(jù)如下:
[0035]a.當(dāng)0〈q ( 0.06時，測試點相對安全;
[0036]b.當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(zhì)鉆孔4，通過水文地質(zhì)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(jù)含水層3的水位值計算水壓力值P ;
[0043](2)根據(jù)水壓力值P和厚度值M求取突水系數(shù)值Ts，然后綜合突水系數(shù)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(yīng)用時，首先算取開采或開掘地塊的突水系數(shù)，并根據(jù)底板含水層的富水性指標(biāo)q，即可在Ts-q法示意圖坐標(biāo)上得到對應(yīng)的一點，根據(jù)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(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)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(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)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(zhì)鉆孔(4)，通過水文地質(zhì)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(jù)含水層(3)的水位值計算水壓力值P; (2)根據(jù)水壓力值P和厚度值M求取突水系數(shù)值Ts，然后綜合突水系數(shù)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(dāng)0〈q( 0.06時，測試點相對安全； b.當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(jù)權(quán)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(nèi)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(jié)果作為工作面的突水危險性評價結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)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(qū)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(shù)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(jù)步驟(2)確定礦區(qū)的突水危險性評價結(jié)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(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】李文平, 喬偉, 李小琴, 孫如華, 趙成喜 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)