刘庄煤矿东区1煤开采行性分析
摘：刘庄煤矿开采1煤面底板太灰奥灰水安全威胁区未疏放灰岩水灰岩水位较高高水压较薄隔水层影响1煤安全开采利素围绕1煤首采区安全开采矿井开展井物探钻探相关研究工作文通分析研究矿井东区1煤底板隔水层隔水性1煤开采底板预测破坏深度灰岩富水性含水层水力联系1煤开采安全水头值质构造素1煤安全开采影响等东区1煤开采行性进行分析评价矿井东区1煤底板直接隔水层均厚度1567m1煤底板C33层灰岩顶板间岩层作1煤底板相隔水层厚度2099～3345m均2731m1煤开采底板破坏深度预测值18m1煤底板相隔水层均厚度底板破坏深度预测值C3Ⅰ组灰岩C3ⅡC3Ⅲ组灰岩奥灰间显著水力联系1煤底板太灰奥灰寒灰顶部弱富水性C3Ⅲ组灰岩偶见中等富水性质边界条件阻水弱水边界矿井处封闭～半封闭水文质单元水储存量1煤底板灰岩弱富水性制约断层岩溶陷落柱含导水性利条件东区762m水C3Ⅰ组灰岩水头压力707 MPa采相隔水层均厚度计算突水系数026MPam正常块段安全水头值2731MPa水压面标高需降48890m受构造破坏块段安全水头值1639MPa水压面标高需降59810m采掘程中针具体情况分采取留设断层防水煤柱界突水系数006MPam疏水降压安全水头值注浆加固三维震数二次处理精细解释7异常区超前进行综合探测等防范措施保证1煤安全开采
关键字：1煤开采行性底板隔水层隔水性质构造
1 质概况
中煤新集刘庄煤矿位淮南煤田西部井田东西走长16km南北宽35～8km面积约82km2井田位处淮河积原形坦面标高+24～+26m左右济河流井田东北部属季节性河流
11 层
淮南煤田位华北石炭二叠纪聚煤区南缘区层缺失奥陶统中三叠统中侏罗统外元古界第四系均程度发育绝部分层新生界层覆盖
刘庄煤矿位淮南煤田西部层老新发育寒武系奥陶系石炭系二叠系三叠系古系新系第四系等基岩均新生界覆盖
矿井含煤层二迭系山西组石盒子组采煤层13层中131112851煤采煤层
12 质构造
121 基构造特征
淮南煤田总体呈复斜形态轴北西西～东西复斜轴部层缓系列宽缓褶曲组成谢桥古沟斜陈桥背斜潘集背斜构造单元东西构造北北东构造组成区基构造格局
刘庄煤矿位淮南复斜中次级褶皱——陈桥背斜南翼轴北西西略起伏完整宽缓斜谢桥斜矿井位谢桥斜北翼层倾南倾角10°～20°F5F12断层分东西部边界区岩浆岩侵入构造复杂程度属中等见图11
图11 矿井构造示意图
122 褶曲
井田体构造属谢桥斜两翼次级褶曲甚发育仅F1推覆体断夹块褶曲发育呈称紧密褶曲
123 断层
断层三组：
北东正断层组：区断层北西正断层组：较发育北西西逆断层组：系区推覆构造北西断层组北东断层组均系斜切断层两者呈锐角相交F1断层组区域导构造行见三组断层统区域应力场中受南北侧挤压先形成推覆构造谢桥斜陈桥背斜配套轭剪切断层
13 水文质条件
淮南煤田位华北原南缘东西复斜构造盆水文质条件受区域构造新构造运动控制深浅层水存明显差异煤田基岩水文质条件受淮南复斜南北两翼阜风断层舜耕山断层尚塘集～明龙山断层等三条走逆断层控制复斜盆切割成南北中三水文质分区(见图12)中区包括潘谢矿区新集矿区复斜体二叠系伏老层均厚松散层覆盖南北两翼逆断层阻水作加斜切断层分割区成封闭～半封闭水文质单元潘集丁集顾桥北部新生界底部砂砾层直接覆盖基岩基岩含水层定补外余区水基处停滞状态水质具矿化度高硬度水温高ClNa型水等特点
图12 淮南煤田水文质分区略图
刘庄煤矿位淮南煤田水文质分区中区西部矿井水文质条件受区域条件控制
131含隔水层（组）
新生界松散层含隔水层（组）：矿井新生界松散层沉积厚度5245～55070 m均厚度39656 m中东区新生界松散层沉积厚度5245（1901孔）～50940m（ E3 O1+2孔）均厚度 38839 m
厚度变化总趋势东西南北增厚受古形控制局部起伏：井田南部发育19线1901孔（松散层总厚5245 m）11线1101孔（松散层总厚6160m）中心古潜山29线155孔（松散层总厚53550m）中心古洼井田北部发育35线143孔（松散层总厚55070m）中心古洼
新生界松散层分含隔二含二隔三含三隔段三隔段红层等8含隔水层（组）
二叠系砂岩裂隙含水层（组）：该含水层(组)分布采煤层泥岩间1煤顶板砂岩较稳定外余均属稳定型砂岩中细粒硅质胶结少量铁钙质胶结裂隙发育分布均匀般构造复杂段裂隙较发育补水源贫乏储存量
灰岩含隔水层组：1煤底板含水层石炭系太原组奥陶系寒武系灰岩
太原组薄层石灰岩泥岩砂岩薄煤等相间组成该组含砂岩层薄裂隙发育灰岩间隔水层
太原组层真厚均10557m含薄层灰岩12～13层根灰岩厚度间距分布矿井东区太原组划分三含隔水层组
1C3Ⅰ组灰岩含C31C32C33C34灰岩4层组厚2462～3576m均3047m灰岩总厚724～2379m均1861m层灰岩中C33C34层灰岩较厚C32分布稳定
C3Ⅰ组C３Ⅱ组灰岩间隔水层（C34底板C35层灰岩顶板）厚059～738m均351m岩性铝土岩铝质泥岩砂质泥岩局部见砂岩偶见煤线炭质泥岩
2C３Ⅱ组灰岩含C３5C３6C３7C３8C３9C３10灰岩6层组厚2368～3526m 均2708m灰岩总厚1128～1826m均总厚1458m
C３Ⅱ组C３Ⅲ组灰岩间隔水层（C310底板C311层灰岩顶板）厚1460～3130m均2146m岩性灰色细～粗粒砂岩泥岩粉砂岩太原组厚度较分布较稳定区域性隔水层组
3C3Ⅲ组灰岩含C311C312C313灰岩3层组厚 1304～2480 m均 1700m灰岩总厚1274～2370m均1617m层灰岩中C312厚C313赋存稳定
C３Ⅲ组灰岩奥灰间隔水层（C313底板奥灰顶板） 厚235～1844m均664m岩性紫红色灰绿色铁铝铝质泥岩含砾砂质泥岩 局部富含黄铁矿结核段相溪组
奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层岩溶裂隙发育
寒武系灰岩岩溶裂隙含水层岩溶裂隙发育
132 灰岩岩溶发育富水性特征
刘庄煤矿1煤底板灰岩岩溶现象发育钻孔未见溶洞仅局部见溶隙少见溶孔层(组)灰岩抽水试验 单位涌水量q0～0239 L(Sm)总体弱富水性均偶见中等富水性
太原组灰岩岩溶裂隙含水层 单位涌水量q0～0239 L(Sm)抽水试验資料表明 太原组具C3Ⅰ组C3Ⅱ组灰岩弱富水性C3Ⅲ组灰岩弱～中等富水性特征 C3Ⅰ组灰岩 单位涌水量q0～00866L(Sm)弱富水性 C3Ⅱ组灰岩 单位涌水量q0023L(Sm) 弱富水性 C3Ⅰ+ C3Ⅱ组灰岩 单位涌水量q0000248～0097 L(Sm)弱富水性 C3Ⅲ组灰岩 单位涌水量q0000074～0239L(Sm)弱～中等富水性
奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层 矿井奥陶系灰岩岩溶裂隙发育未见溶洞漏水单位涌水量q000155～00109L(Sm)弱富水性
寒武系灰岩岩溶裂隙含水层 灰岩岩溶裂隙发育钻孔未见溶洞漏水单位涌水量q0002360018444L(Sm)弱富水性
133 水补迳排条件含水层间水力联系
(1)新生界松散层第含水层（组）受气降水表水垂直入渗补水位季节变化水垂直循环水运动兼排泄途径蒸发民水井开采
第二含水层（组）受含越流局部渗透补水运动迳流条件排泄途径供水水源井开采
第三含水层（组）局部二隔粘土变薄缺失段会产生二含越流渗透补外般直接水力联系补排泄条件较差
三隔段三含间三隔段三隔段间均厚度等粘土相隔间仅局部存越流形式水力联系补条件差
井田南部古形隆起处新生界厚度减部层缺失二含三含直接老层接触远距煤系底部灰岩间水力联系
(2)三隔段底部粘土红层组合成新生界底部覆合隔水层组阻隔三隔段砂层三隔段砂层基岩间水力联系三隔段砂层直接覆盖煤系天窗煤系砂岩存着水力联系联系程度较弱抽水资料表明二者间关系密切基岩含水层（水4水5115水1114137孔）抽水时三隔部砂层观测孔水位（水2水3孔）均影响基岩含水层身言流量水位均呈单方衰减补水源充分致说明基岩古风化壳漫长沉降程中水溶融期沉积物充填胶结作形成相阻水层然状态二者间水力联系明显建矿矿井排水二者间水位差增产生渗入补补量受基岩含水层渗透性控制弱水2孔2011年7月31日观测水位标高12601m3年时间累计降水位027m
(3)二叠系煤系砂岩含水层间分布厚度较泥岩砂质泥岩粉砂岩煤层等 间水力联系
(4)太原组灰岩含水层1煤顶板砂岩含水层间太原组奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层间正常情况水力联系构造影响处会发生水力联系生产中应该注意灰岩煤层口部位
134 灰岩水文质边界条件分析
矿井位淮南煤田水文质分区中区西段区域属封闭～半封闭水文质单元根含隔水层边界构造分布水文质特征 水文质边界作划分
(1)顶部北部边界
矿井1煤底板灰岩露头新生界松散层总厚39905～55070m新生界底部复合隔水层(三隔底部粘土+红层)总厚870～8760 m
中矿井东区1煤底板灰岩露头新生界松散层总厚40825～50940m新生界底部复合隔水层总厚870～8760m外矿井东边界F5断层盘灰岩露头新生界松散层总厚34565～42710m新生界底部复合隔水层总厚310～5330m
矿井东区顶部北部相阻水边界
(2)东部边界
F5断层刘庄矿井东界
谢G2F5补2F5补3等孔穿F5断层未发现漏水岩性层厚等综合分析F5补2F5补3孔抽水反映寒灰富水性F5断层含导水
该断层造东区太灰奥灰盘谢桥矿奥灰寒灰相接具产生水力联系条件受盘奥灰寒灰侧补受两盘灰岩弱富水性限补水力联系程度较弱
层接触关系分析矿井东区东部弱水边界
(3)西部边界
F12断层刘庄矿井西界该断层盘矿井太灰奥灰盘口子东矿煤系接矿井西部阻水边界
F25断层位15～25线相矿井东西区分界构造根断层含导水性分析该断层C3Ⅰ+ C3Ⅱ组灰岩相阻水矿井东区西部局段相阻水边界
(4)南部边界
F1逆断层23线西进入刘庄矿井范围
矿井东区煤系灰岩层延展1000m灰岩层延倾连续分布弱水边界
2 矿井东区1煤底板隔水层隔水性分析
21 1煤底板隔水层划分
隔水层1煤开采阻隔伏承压灰岩水屏障
211 1煤底板直接隔水层
1煤底板C31层灰岩顶板间岩层
矿井1煤底板直接隔水层厚度 1195～2093m均1614m 中东区厚度1195～1920 m均1567m
岩性泥岩砂质泥岩粉砂岩次砂岩
212 1煤底板相隔水层
1煤底板C33层灰岩顶板间岩层
淮南煤田中区潘集朱集丁集顾桥张集谢桥口孜东新集矿二矿等矿井面勘探资料表明C31层灰岩赋存较稳定基水C32层灰岩赋存稳定水确认该条件基础年潘二潘北张集新集二矿开釆1煤时井疏水巷道直接布置C31层灰岩中仅局部出现少量滴淋水快干涸石门穿C31C32层灰岩C33灰岩顶基水证明C31C32层灰岩基含水新集二矿1煤首采面测试1灰均抗渗性少等35Mpam
刘庄矿井东区46钻孔穿C31层灰岩均厚度285m9线九O1+213线114等3孔基岩面2540～5025m处短时漏水表明该层灰岩浅部局部岩溶裂隙发育程度弱储水空间区C31层灰岩单层抽水资料114孔C3Ⅰ组灰岩抽水单位涌水量000929 L(Sm) 漏水孔抽水单位涌水量孔较见表21
表21 灰岩漏水孔抽水单位涌水量较表
勘探线
孔号
漏水
抽水试验
深度(m)
层位
基岩面(m)
层位
含水层
深度(m)
单位
涌水量
L(Sm)
东区
57
E3O1+2
53165
太原组10灰
2125
太710灰+奥灰
51500～62188
000027
9
九C3Ⅱ
56536
太原组4灰
8466
太410灰
55835～62760
0023
11西
十西C3Ⅲ
52058
太原组12灰
4498
太1112灰
52240～53900
0239
13
114
5088
太原组1灰
5025
太14灰
50675～54120
000929
19
水1
46125
太原组4灰
3485
太17灰
44283～48683
0097
西区
31
137
57825
太原组3灰
8555
太1112灰
56418～59287
00866
东区19钻孔穿C32层灰岩均厚度137m层薄赋存稳定岩溶裂隙发育未发现漏水
矿区水文质工程质勘探规范规定般钻孔单位涌水量0001L（s·m）岩层视隔水层综合分析认矿井东区C31C32层灰岩划相隔水层C31C32C32C33层灰岩间泥岩砂质泥岩粉砂岩等隔水岩性1煤底板C33层灰岩顶板间岩层作1煤底板相隔水层
矿井东区揭露1煤C33层灰岩19钻孔统计资料1煤底板相隔水层（1煤底板C33层灰岩顶板）厚度2099～3345m均2731m详见表22
22 1煤开采底板破坏深度预测分析
底板破坏深度1煤采动条件围岩应力衡状态发生改变动矿
表22 1煤底板相隔水层厚度统计表 单位 m
线
孔号
1煤底板直接隔水层厚度
13灰厚度间距
1煤底板3灰顶板间距
C31
C32
C33
m
r
m
r
m
r
13线
F5补1
1465
300
685
110
145
605
060
2705
3线
十二24
1490
355
739
167
098
759
118
2849
35线
水3C34
1654
336
706
158
128
548
321
2982
5线
E3覆岩1
1340
314
881
662
189
2176
57线
东风井检1
1920
335
745
128
162
512
319
3290
57线
E3覆岩2
1405
339
644
137
131
674
172
2656
79线
七西C3I
1261
276
758
138
167
522
660
2600
9线
十六26
1436
292
847
﹥196
2575
9线
九O1+2
1660
069
866
099
138
611
177
2832
9线
九C3I
1453
251
869
106
150
565
403
2829
9线
九C3II
1635
236
1014
098
172
551
295
3155
9线
九C3III
1868
236
906
197
138
689
276
3345
911线
水9O1+2
1381
335
775
100
120
645
145
2711
13线
115
1579
339
664
182
414
428
911
3178
13线
114
1771
320
680
068
139
763
867
2978
15线
118
1256
305
664
084
135
697
039
2444
17线
水15(112)1
1482
259
597
1322
109
2338
17线
1701
1527
345
433
143
108
625
059
2556
19线
160
1406
129
262
153
149
1005
287
2099
1195
069
262
068
098
428
039
2099
1920
355
1014
227
414
1322
911
3345
均
1567
285
708
134
155
673
305
2731
山压力作底板岩层产生变形破坏深度评价底板隔水层安全度指标
类新集二矿模拟试验资料成果验公式法计算矿井东区762m水1煤开采底板破坏深度进行预测分析
221 类新集二矿模拟资料成果
2012年国投新集公司中国矿业学合作新集二矿1煤首采面（210108工作面）采岩土工程分析软件RFPA2DFLAC1煤层开采底板破坏特征进行数值模拟分析
首采面开采标高5914～6449m均倾长148m煤层倾角约1～16°模拟煤层厚度5m4mRFPA2DFLAC模拟底板破坏深度分19m195m验公式（见列验公式）计算结果183m相
1RFPA2D数值分析
模拟结果表明：工作面推进初期底板破坏深度较推进距离增加变化：工作面推进40m左右时发生初次压工作面推进60m时底板破坏深度达12m工作面推进100m时底板破坏深度达185m左右工作面推进110m时底板破坏深度达19m左右基衡破坏深度基推进距离增加变化见图21
图21 1煤底板破坏深度工作面推进距离变化曲线
2 FLAC数值模拟
通FLAC数值模拟煤层底板破坏规律：
(1）着工作面推进采动引起应力集中区断扩工作面前端围岩剪应力断增加达40m左右趋稳剪应力稳定455MPa左右相老顶初次压位置
(2）工作面推进初期底板破坏深度较工作面推进距离增加逐渐增加破坏深度达195m推进距离达100m达衡基推进距离增加变化详见表23图22
表23 1煤底板破坏深度工作面推进变化数表
推进距离（m）
5m
10m
20m
30m
40m
50m
60m
70m
破坏深度（m）
20
60
85
100
115
130
145
155
推进距离（m）
80m
90m
100m
110m
120m
130m
140m
150m
破坏深度（m）
165
180
190
195
195
195
195
195
图22 1煤底板破坏深度工作面推进变化曲线
22 2 类新集二矿1煤底板注水试验资料成果
2012年12月2013年4月国投新集源股份限公司中国矿业学合作新集二矿1煤首采面（210108工作面）开展底板注水试验实测工作面采底板破坏深度注水试验钻孔布置210108工作面风巷帮11#19#钻场钻场布置5钻孔
1注水试验数分析
1)19#钻场
① 1#钻孔12月18日泄压时间56min降1min见1#钻孔终孔位置已破坏时工作面距19#钻场19m距1#钻孔终孔水位置267m裂隙点工作面角度30~45度间符合底板裂隙破坏规律（图23）
图23 19#钻场1#钻孔泄压时间突变时注水试验钻孔位置导裂带高度示意图
② 2#3#5#钻孔泄压时间没明显突变致10min钟裂隙带没破坏2#3#5#孔中5#孔18日21日泄压时间9分钟8分钟说明微裂隙破坏5#孔终孔位置鉴2#3#孔较稳定5#孔终孔位置认定未产生量裂隙
③ 4#钻孔预注水试验直工作面推进前没达泄压时间10min数效参数分析
2)11#钻场
① 1#2#钻孔4月17日观测时泄压时间发生突变5min1min左右观测始终保持1min左右见1#2#钻孔终孔位置已破坏时工作面距11#钻场678m距1#钻孔终孔水位置178m裂隙点工作面角度45度左右符合底板裂隙破坏规律（图24）
② 3#4#5#钻孔泄压时间没明显突变致5min钟左右推断导裂带未达20m
③ 4月19日3#钻孔数出现波动续观测回正常统计学原理该观测数
图24 11#钻钻场1#2#泄压时间突变时注水试验钻孔位置导裂带高度示意图
2试验结
综合分析结合两次注水试验结果推测1煤首采210108工作面底板扰动深度达18m左右
22 3 验公式法
选择两种验公式计算矿井东区762m水1煤开采底板破坏深度
1验公式
1)验公式
式中h—底板破坏深度（m）
L—开采工作面斜长（m）
H—开采深度（m）
α—开采煤层倾角（°）
2)验公式二
h00021H+00956L+04186M
式中h—底板破坏深度（m）
L—开采工作面斜长（m）
H—开采深度（m）
M—工作面回采高度（m）
2采参数计算结果
采矿井东区面标高均2556m煤层倾角均15°计算第生产水(762m)1煤回采工作面均斜长200m回采高度5m时底板破坏深度计算结果见表24
表24 验公式计算底板破坏深度表 单位（m）
验公式
面
标高
开采
标高
开采
深度
煤层
倾角
(°)
工作面
斜长
回采
高度
底板破坏深度
公式
2556
762
78756
15°
200
2641
公式二
5
2287
差值
355
述种方法出底板破坏深度较表25
表25 底板破坏深度表 单位m
方法
矿
工作面
名称
开采
标高
煤层
倾角
工作面
斜长
回采
高度
底板破坏
深度
RFPA2D数值分析
新集
二矿
210108
6449
116°
148
4050
19
FLAC数值模拟
195
验公式
183
注水试验
18
验公式
刘庄矿
东区
762
15°
200
5
2641
验公式二
2287
22 4 1煤开采底板破坏深度预测
新集二矿1煤首采面RFPA2DFLAC分模拟煤层厚度5m4m底板破坏深度分19m195m根验公式计算1煤底板开采破坏深度183m注水试验结果述模拟验公式计算结果较接
考虑刘庄矿1煤开采质条件新集二矿类似建议矿井东区1煤开采底板破坏深度预计值采注水试验结果762水1煤工作面采高4～5m时底板破坏深度18m
矿井东区1煤底板直接隔水层均厚度1567m底板破坏深度预测建议采值1煤底板相隔水层（1煤底板C33层灰岩顶板）均厚度均2731m底板破坏深度预测建议采值尚余效保护层均厚度931m
23 762m水突水系数
根煤矿防治水规定附录七公式计算
TPM
P—底板隔水层承受水压MPa式中 T—突水系数MPa／m
M—底板隔水层厚度m
采矿井东区C3Ⅰ组灰岩观测孔2017年12月31日实测水位标高：3w线水3C34孔(1～4灰)44558m13线114孔(1～4灰)7714m9线九C3Ⅰ孔(1～4灰) 4242m取3孔水位标高均值54706mC3Ⅰ组灰岩初始水位标高
矿井东区1煤底板直接隔水层均厚度1567m762m水C3Ⅰ组灰岩水头压力均741 MPa突水系数045MPam1煤底板相隔水层均厚度2731m突水系数027MPam见表26
表26 突水系数计算成果表
开采
标高
（m）
水位
标高
（m）
底板隔水层承受水压（Mpa)
底板隔水层均厚度
（m）
突水系数
（MPam）
直接
隔水层
相
隔水层
直接
隔水层
相
隔水层
762
5471
707
1567
2731
045
026
24 762m水安全水头值
根煤矿防治水规定附录八公式计算
PTs×M
式中 P—安全水压MPa
M—底板隔水层厚度m
Ts—界突水系数MPa／m
1采界突水系数006MPa／m计算
底板直接隔水层厚度1567m安全水头值094 MPa安全水压面标高66800m
底板相隔水层厚度2731m安全水头值1639MPa安全水压面标高59810m
2采界突水系数01MPa／m计算
底板直接隔水层厚度1567m安全水头值1567MPa安全水压面标高60530m
底板相隔水层厚度2731m安全水头值3571MPa安全水压面标高48890m较见表27
表27 安全水头值计算成果较表
开采
标高
（m）
界突水系数（MPa／m)
底板隔水层均厚度
（m）
安全水头值
（MPa）
安全水压面标高
（m）
直接隔水层
相隔水层
直接隔水层
相隔水层
直接隔水层
相隔水层
762
006
1567
2731
094
1639
66800
59810
010
1567
2731
60530
48890
25 1煤底板隔水层隔水性评述
1矿井东区762水1煤开采底板破坏深度预计值采新集二矿1煤首采面注水试验结果18m
东区1煤底板直接隔水层均厚度1567m底板破坏深度预测值1煤底板相隔水层（1煤底板C33层灰岩顶板）均厚度均2731m底板破坏深度预测值尚余效保护层均厚度931m
2东区762m水C3Ⅰ组灰岩水头压力707 MPa采相隔水层均厚度计算突水系数026MPam煤矿防治水规定：底板受构造破坏块段突水系数般006MPam正常块段01 MPam灰岩水头压力计算结果01 MPam
3安全水头影响1煤安全开采关键指标东区762m水1煤开采底板C3Ⅰ组灰岩安全水头采底板相隔水层厚度正常块段安全水头值2731MPa水压面标高需降48890m受构造破坏块段安全水头值1639MPa水压面标高需降59810m
4分析计算结果均矿井东区762水均值1煤开采底板破坏深度突水系数安全水头值等受种素参数影呴变化
3 质构造1煤安全开采影响分析
31 断层1煤安全开采影响分析
断层造成煤矿充水导水通道断层性质规模两盘岩性期改造等素含导水性决定断裂含（富）水性包括两素断裂带储水力二断裂两盘岩石岩性富水性
矿井面勘探井采掘工程资料未发现含导水断层分析矿井东区断层1煤安全开采影响：
11煤灰岩含水层接
2断层带附裂隙发肓受采动影响裂隙扩张延伸连通性增强导水
3受采动影响断层活化含导水
围岩岩层富水性控制断层含导水性关键素决定着断层带富水程度直接影响断层导水性1煤底板灰岩弱富水性制约断层含导水性利条件分析认 矿井东区断层1煤开采会造成较充水危害
32 岩溶陷落柱1煤安全开采影响分析
321 刘庄矿东区120601工作面实见陷落柱概况
120601工作面东二采区61煤首回采工作面开采标高5590～6337m应工作面方8煤112煤131煤采空区该面2013年3月10日开始回采4月15日出现构造异常 工作面71#～89#架全岩岩石泥岩砂质泥岩薄层状粉细砂岩岩石层理清晰岩层倾角13°左右90#～104#架全岩岩石泥岩细砂岩局部含破碎煤层61煤顶板岩石岩层紊乱层理清破碎砂岩混杂泥岩中局部岩层直立岩层裂隙非常发育方解石充填图31
图31 工作面实测质剖面
采种手段进行综合物探钻探验证
①公司物探队利电法工作面构造发育顶底板富水性情况进行初步探查初步分析该构造带总体富水性较弱
②安徽惠州灾害研究设计院采瞬变电磁行电法工作面顶底板富水性情况进行探查结果表明深部表现椭圆形态高阻异常区垂直发育深度超50m说明部岩石松散破碎f12060110(246°∠78°H0～4m)断层f12060111(114°∠33°H0～12m)断层质异常体边界揭露断层该陷落柱探测深度50m范围富水
③青岛博矿山科技限公司采功率坑透仪进行坑透圈定工作面构造位置范围1#异常位工作面附较衰落异常异常面图表现圆形直径约50m异常推断煤层陷落柱引起
④安徽省煤田质局物测队120601工作面构造异常区相关三维震资料进行分析发现61煤伏煤层应区震波异常煤层缺失
⑤120601轨道槽布置3钻孔物探结进行验证
⑥邀请关专家证认：120601工作面实际揭露异常构造隐伏陷落柱该陷落柱充填物胶结程度较含导水
实测资料分析该陷落柱61煤层面形态椭圆形长轴485 m短轴254 m61煤层附陷落距离4～5m陷落柱实测面见图32
322 矿井东区三维震解释异常区
中油油气勘探软件国家工程研究中心限公司2014年6月提交刘庄煤矿三维震数二次处理精细解释报告该次解释范围存7震反射波异常区东区5 西区2
XL2异常区：位东二采区东北部面展布形态椭圆形
图32 120601工作面陷落柱实测面图
长轴长141米短轴长88米影响5煤该异常区已证实含（导）水陷落柱
余六三位震反射波异常体长轴长148～308m短轴长103～196m
刘庄矿东东二采区浅部三维震补充勘探工程未发现区直径≥20m陷落柱疑似陷落柱
323 岩溶陷落柱1煤开采影响分析
岩溶陷落柱煤系伏溶岩系中溶洞发生持续塌陷产物岩溶塌陷产生基础水运动岩溶塌陷形成中十分重动力素
淮南煤田水文质分区中区封闭～半封闭水文质单元水储存量种水文质环境影响陷落柱含导水性重素
刘庄煤矿位处该区西部灰岩岩溶发育灰岩总体弱富水性制约岩溶陷落柱含导水性 岩溶陷落柱矿井东区1煤开采致造成重充水危害
4 结建议
（1） 矿井东区1煤底板直接隔水层（1煤底～C31层灰岩顶）厚度1195～1920 m均1567m岩性泥岩砂质泥岩次砂岩
（2） 确定1煤底板相隔水层综合矿面勘探资料淮南煤田中区矿井面勘探井巷揭露资料C31层灰岩赋存较稳定基水C32层灰岩赋存稳定水C31C32C32C33层灰岩间泥岩砂质泥岩粉砂岩等隔水岩性1煤底板C33层灰岩顶板间岩层作1煤底板相隔水层矿井东区1煤底板相隔水层（1煤底～C33层灰岩顶）厚度2099～3345m均2731m
（3）采类新集二矿模拟试验资料成果验公式法计算矿井东区762m水1煤开采底板破坏深度进行预测分析考虑刘庄矿1煤开采质条件新集二矿类似矿井东区1煤开采底板破坏深度预计值采二矿注水试验结果762水1煤工作面采高4～5m时底板破坏深度18m1煤底板相隔水层均厚度底板破坏深度预测值
（4）762m水C3Ⅰ组灰岩水头压力707 MPa采相隔水层均厚度计算突水系数026MPam正常块段安全水头值2731MPa水压面标高需降48890m受构造破坏块段安全水头值1639MPa水压面标高需降59810m
（5）矿井东区太原组奥陶系灰岩岩溶发育富水性特征：1煤底板太灰奥灰寒灰顶部弱富水性C3Ⅲ组灰岩偶见中等富水性
（6） 分析灰岩水补径排条件间水力联系
矿井东区范围1煤底板灰岩露头新生界底部复合隔水层(三隔底部粘土+红层)总厚870～8760 m未见含水砂层直接接天窗具新生界松散砂层水伏灰岩垂补条件间直接水力联系
F5断层含导水该断层造成东区太灰奥灰盘奥灰寒灰相接层接触关系分析具产生水力联系条件受盘奥灰寒灰侧补受两盘灰岩弱富水性限补水力联系程度较弱
C3ⅡC3Ⅲ组灰岩奥灰观测孔水位总趋势降幅度时波动2017年12月31日观测资料C3Ⅰ组灰岩观测孔水位高差达6225～6355m表明C3Ⅰ组灰岩间显著水力联系
（7） 分析矿井东区灰岩水文质边界条件
矿井位淮南煤田水文质分区中区西段区域属封闭～半封闭水文质单元东区灰岩水文质边界条件：顶部北部边界：1煤底板灰岩露头新生界底部复合隔水层相阻水边界南部边界：煤系灰岩层延展1000m弱水边界东部边界：F5断层弱水边界西部边界：F25断层相阻水边界
（8） 矿井处封闭～半封闭水文质单元水储存量种区域水文质环境影响断层岩溶陷落柱含导水性重素1煤底板灰岩弱富水性制约断层岩溶陷落柱含导水性利条件采掘工程中应针具体情况分采取留设断层防水煤柱界突水系数006MPam疏水降压安全水头值注浆加固三维震数二次处理精细解释7异常区超前进行综合探测等防范措施保证矿井安全生产
（9） 煤矿防治水规定附录四 钻孔单位涌水量q≤01 L(Sm) 含水层弱富水性矿井东区C3Ⅰ组C3Ⅱ组C3Ⅰ+ C3Ⅱ组灰岩抽水(含F25断层西19线水1孔)单位涌水量q0～0023L(Sm) 富水性弱C3ⅠC3Ⅱ组灰岩存着作1煤C3Ⅲ组灰岩奥灰间相隔水层性
5 研究成果指导意义
刘庄煤矿东区1煤开采行性分析成果1煤首采区安全开采着重指导作研究确定1煤首采区开采防治底板灰岩裂隙岩溶水总思路制定切实行探放水方案精准施策确保1煤安全开采
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摘：刘庄煤矿开采1煤面底板太灰奥灰水安全威胁区未疏放灰岩水灰岩水位较高高水压较薄隔水层影响1煤安全开采利素围绕1煤首采区安全开采矿井开展井物探钻探相关研究工作文通分析研究矿井东区1煤底板隔水层隔水性1煤开采底板预测破坏深度灰岩富水性含水层水力联系1煤开采安全水头值质构造素1煤安全开采影响等东区1煤开采行性进行分析评价矿井东区1煤底板直接隔水层均厚度1567m1煤底板C33层灰岩顶板间岩层作1煤底板相隔水层厚度2099～3345m均2731m1煤开采底板破坏深度预测值18m1煤底板相隔水层均厚度底板破坏深度预测值C3Ⅰ组灰岩C3ⅡC3Ⅲ组灰岩奥灰间显著水力联系1煤底板太灰奥灰寒灰顶部弱富水性C3Ⅲ组灰岩偶见中等富水性质边界条件阻水弱水边界矿井处封闭～半封闭水文质单元水储存量1煤底板灰岩弱富水性制约断层岩溶陷落柱含导水性利条件东区762m水C3Ⅰ组灰岩水头压力707 MPa采相隔水层均厚度计算突水系数026MPam正常块段安全水头值2731MPa水压面标高需降48890m受构造破坏块段安全水头值1639MPa水压面标高需降59810m采掘程中针具体情况分采取留设断层防水煤柱界突水系数006MPam疏水降压安全水头值注浆加固三维震数二次处理精细解释7异常区超前进行综合探测等防范措施保证1煤安全开采
关键字：1煤开采行性底板隔水层隔水性质构造
1 质概况
中煤新集刘庄煤矿位淮南煤田西部井田东西走长16km南北宽35～8km面积约82km2井田位处淮河积原形坦面标高+24～+26m左右济河流井田东北部属季节性河流
11 层
淮南煤田位华北石炭二叠纪聚煤区南缘区层缺失奥陶统中三叠统中侏罗统外元古界第四系均程度发育绝部分层新生界层覆盖
刘庄煤矿位淮南煤田西部层老新发育寒武系奥陶系石炭系二叠系三叠系古系新系第四系等基岩均新生界覆盖
矿井含煤层二迭系山西组石盒子组采煤层13层中131112851煤采煤层
12 质构造
121 基构造特征
淮南煤田总体呈复斜形态轴北西西～东西复斜轴部层缓系列宽缓褶曲组成谢桥古沟斜陈桥背斜潘集背斜构造单元东西构造北北东构造组成区基构造格局
刘庄煤矿位淮南复斜中次级褶皱——陈桥背斜南翼轴北西西略起伏完整宽缓斜谢桥斜矿井位谢桥斜北翼层倾南倾角10°～20°F5F12断层分东西部边界区岩浆岩侵入构造复杂程度属中等见图11
图11 矿井构造示意图
122 褶曲
井田体构造属谢桥斜两翼次级褶曲甚发育仅F1推覆体断夹块褶曲发育呈称紧密褶曲
123 断层
断层三组：
北东正断层组：区断层北西正断层组：较发育北西西逆断层组：系区推覆构造北西断层组北东断层组均系斜切断层两者呈锐角相交F1断层组区域导构造行见三组断层统区域应力场中受南北侧挤压先形成推覆构造谢桥斜陈桥背斜配套轭剪切断层
13 水文质条件
淮南煤田位华北原南缘东西复斜构造盆水文质条件受区域构造新构造运动控制深浅层水存明显差异煤田基岩水文质条件受淮南复斜南北两翼阜风断层舜耕山断层尚塘集～明龙山断层等三条走逆断层控制复斜盆切割成南北中三水文质分区(见图12)中区包括潘谢矿区新集矿区复斜体二叠系伏老层均厚松散层覆盖南北两翼逆断层阻水作加斜切断层分割区成封闭～半封闭水文质单元潘集丁集顾桥北部新生界底部砂砾层直接覆盖基岩基岩含水层定补外余区水基处停滞状态水质具矿化度高硬度水温高ClNa型水等特点
图12 淮南煤田水文质分区略图
刘庄煤矿位淮南煤田水文质分区中区西部矿井水文质条件受区域条件控制
131含隔水层（组）
新生界松散层含隔水层（组）：矿井新生界松散层沉积厚度5245～55070 m均厚度39656 m中东区新生界松散层沉积厚度5245（1901孔）～50940m（ E3 O1+2孔）均厚度 38839 m
厚度变化总趋势东西南北增厚受古形控制局部起伏：井田南部发育19线1901孔（松散层总厚5245 m）11线1101孔（松散层总厚6160m）中心古潜山29线155孔（松散层总厚53550m）中心古洼井田北部发育35线143孔（松散层总厚55070m）中心古洼
新生界松散层分含隔二含二隔三含三隔段三隔段红层等8含隔水层（组）
二叠系砂岩裂隙含水层（组）：该含水层(组)分布采煤层泥岩间1煤顶板砂岩较稳定外余均属稳定型砂岩中细粒硅质胶结少量铁钙质胶结裂隙发育分布均匀般构造复杂段裂隙较发育补水源贫乏储存量
灰岩含隔水层组：1煤底板含水层石炭系太原组奥陶系寒武系灰岩
太原组薄层石灰岩泥岩砂岩薄煤等相间组成该组含砂岩层薄裂隙发育灰岩间隔水层
太原组层真厚均10557m含薄层灰岩12～13层根灰岩厚度间距分布矿井东区太原组划分三含隔水层组
1C3Ⅰ组灰岩含C31C32C33C34灰岩4层组厚2462～3576m均3047m灰岩总厚724～2379m均1861m层灰岩中C33C34层灰岩较厚C32分布稳定
C3Ⅰ组C３Ⅱ组灰岩间隔水层（C34底板C35层灰岩顶板）厚059～738m均351m岩性铝土岩铝质泥岩砂质泥岩局部见砂岩偶见煤线炭质泥岩
2C３Ⅱ组灰岩含C３5C３6C３7C３8C３9C３10灰岩6层组厚2368～3526m 均2708m灰岩总厚1128～1826m均总厚1458m
C３Ⅱ组C３Ⅲ组灰岩间隔水层（C310底板C311层灰岩顶板）厚1460～3130m均2146m岩性灰色细～粗粒砂岩泥岩粉砂岩太原组厚度较分布较稳定区域性隔水层组
3C3Ⅲ组灰岩含C311C312C313灰岩3层组厚 1304～2480 m均 1700m灰岩总厚1274～2370m均1617m层灰岩中C312厚C313赋存稳定
C３Ⅲ组灰岩奥灰间隔水层（C313底板奥灰顶板） 厚235～1844m均664m岩性紫红色灰绿色铁铝铝质泥岩含砾砂质泥岩 局部富含黄铁矿结核段相溪组
奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层岩溶裂隙发育
寒武系灰岩岩溶裂隙含水层岩溶裂隙发育
132 灰岩岩溶发育富水性特征
刘庄煤矿1煤底板灰岩岩溶现象发育钻孔未见溶洞仅局部见溶隙少见溶孔层(组)灰岩抽水试验 单位涌水量q0～0239 L(Sm)总体弱富水性均偶见中等富水性
太原组灰岩岩溶裂隙含水层 单位涌水量q0～0239 L(Sm)抽水试验資料表明 太原组具C3Ⅰ组C3Ⅱ组灰岩弱富水性C3Ⅲ组灰岩弱～中等富水性特征 C3Ⅰ组灰岩 单位涌水量q0～00866L(Sm)弱富水性 C3Ⅱ组灰岩 单位涌水量q0023L(Sm) 弱富水性 C3Ⅰ+ C3Ⅱ组灰岩 单位涌水量q0000248～0097 L(Sm)弱富水性 C3Ⅲ组灰岩 单位涌水量q0000074～0239L(Sm)弱～中等富水性
奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层 矿井奥陶系灰岩岩溶裂隙发育未见溶洞漏水单位涌水量q000155～00109L(Sm)弱富水性
寒武系灰岩岩溶裂隙含水层 灰岩岩溶裂隙发育钻孔未见溶洞漏水单位涌水量q0002360018444L(Sm)弱富水性
133 水补迳排条件含水层间水力联系
(1)新生界松散层第含水层（组）受气降水表水垂直入渗补水位季节变化水垂直循环水运动兼排泄途径蒸发民水井开采
第二含水层（组）受含越流局部渗透补水运动迳流条件排泄途径供水水源井开采
第三含水层（组）局部二隔粘土变薄缺失段会产生二含越流渗透补外般直接水力联系补排泄条件较差
三隔段三含间三隔段三隔段间均厚度等粘土相隔间仅局部存越流形式水力联系补条件差
井田南部古形隆起处新生界厚度减部层缺失二含三含直接老层接触远距煤系底部灰岩间水力联系
(2)三隔段底部粘土红层组合成新生界底部覆合隔水层组阻隔三隔段砂层三隔段砂层基岩间水力联系三隔段砂层直接覆盖煤系天窗煤系砂岩存着水力联系联系程度较弱抽水资料表明二者间关系密切基岩含水层（水4水5115水1114137孔）抽水时三隔部砂层观测孔水位（水2水3孔）均影响基岩含水层身言流量水位均呈单方衰减补水源充分致说明基岩古风化壳漫长沉降程中水溶融期沉积物充填胶结作形成相阻水层然状态二者间水力联系明显建矿矿井排水二者间水位差增产生渗入补补量受基岩含水层渗透性控制弱水2孔2011年7月31日观测水位标高12601m3年时间累计降水位027m
(3)二叠系煤系砂岩含水层间分布厚度较泥岩砂质泥岩粉砂岩煤层等 间水力联系
(4)太原组灰岩含水层1煤顶板砂岩含水层间太原组奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层间正常情况水力联系构造影响处会发生水力联系生产中应该注意灰岩煤层口部位
134 灰岩水文质边界条件分析
矿井位淮南煤田水文质分区中区西段区域属封闭～半封闭水文质单元根含隔水层边界构造分布水文质特征 水文质边界作划分
(1)顶部北部边界
矿井1煤底板灰岩露头新生界松散层总厚39905～55070m新生界底部复合隔水层(三隔底部粘土+红层)总厚870～8760 m
中矿井东区1煤底板灰岩露头新生界松散层总厚40825～50940m新生界底部复合隔水层总厚870～8760m外矿井东边界F5断层盘灰岩露头新生界松散层总厚34565～42710m新生界底部复合隔水层总厚310～5330m
矿井东区顶部北部相阻水边界
(2)东部边界
F5断层刘庄矿井东界
谢G2F5补2F5补3等孔穿F5断层未发现漏水岩性层厚等综合分析F5补2F5补3孔抽水反映寒灰富水性F5断层含导水
该断层造东区太灰奥灰盘谢桥矿奥灰寒灰相接具产生水力联系条件受盘奥灰寒灰侧补受两盘灰岩弱富水性限补水力联系程度较弱
层接触关系分析矿井东区东部弱水边界
(3)西部边界
F12断层刘庄矿井西界该断层盘矿井太灰奥灰盘口子东矿煤系接矿井西部阻水边界
F25断层位15～25线相矿井东西区分界构造根断层含导水性分析该断层C3Ⅰ+ C3Ⅱ组灰岩相阻水矿井东区西部局段相阻水边界
(4)南部边界
F1逆断层23线西进入刘庄矿井范围
矿井东区煤系灰岩层延展1000m灰岩层延倾连续分布弱水边界
2 矿井东区1煤底板隔水层隔水性分析
21 1煤底板隔水层划分
隔水层1煤开采阻隔伏承压灰岩水屏障
211 1煤底板直接隔水层
1煤底板C31层灰岩顶板间岩层
矿井1煤底板直接隔水层厚度 1195～2093m均1614m 中东区厚度1195～1920 m均1567m
岩性泥岩砂质泥岩粉砂岩次砂岩
212 1煤底板相隔水层
1煤底板C33层灰岩顶板间岩层
淮南煤田中区潘集朱集丁集顾桥张集谢桥口孜东新集矿二矿等矿井面勘探资料表明C31层灰岩赋存较稳定基水C32层灰岩赋存稳定水确认该条件基础年潘二潘北张集新集二矿开釆1煤时井疏水巷道直接布置C31层灰岩中仅局部出现少量滴淋水快干涸石门穿C31C32层灰岩C33灰岩顶基水证明C31C32层灰岩基含水新集二矿1煤首采面测试1灰均抗渗性少等35Mpam
刘庄矿井东区46钻孔穿C31层灰岩均厚度285m9线九O1+213线114等3孔基岩面2540～5025m处短时漏水表明该层灰岩浅部局部岩溶裂隙发育程度弱储水空间区C31层灰岩单层抽水资料114孔C3Ⅰ组灰岩抽水单位涌水量000929 L(Sm) 漏水孔抽水单位涌水量孔较见表21
表21 灰岩漏水孔抽水单位涌水量较表
勘探线
孔号
漏水
抽水试验
深度(m)
层位
基岩面(m)
层位
含水层
深度(m)
单位
涌水量
L(Sm)
东区
57
E3O1+2
53165
太原组10灰
2125
太710灰+奥灰
51500～62188
000027
9
九C3Ⅱ
56536
太原组4灰
8466
太410灰
55835～62760
0023
11西
十西C3Ⅲ
52058
太原组12灰
4498
太1112灰
52240～53900
0239
13
114
5088
太原组1灰
5025
太14灰
50675～54120
000929
19
水1
46125
太原组4灰
3485
太17灰
44283～48683
0097
西区
31
137
57825
太原组3灰
8555
太1112灰
56418～59287
00866
东区19钻孔穿C32层灰岩均厚度137m层薄赋存稳定岩溶裂隙发育未发现漏水
矿区水文质工程质勘探规范规定般钻孔单位涌水量0001L（s·m）岩层视隔水层综合分析认矿井东区C31C32层灰岩划相隔水层C31C32C32C33层灰岩间泥岩砂质泥岩粉砂岩等隔水岩性1煤底板C33层灰岩顶板间岩层作1煤底板相隔水层
矿井东区揭露1煤C33层灰岩19钻孔统计资料1煤底板相隔水层（1煤底板C33层灰岩顶板）厚度2099～3345m均2731m详见表22
22 1煤开采底板破坏深度预测分析
底板破坏深度1煤采动条件围岩应力衡状态发生改变动矿
表22 1煤底板相隔水层厚度统计表 单位 m
线
孔号
1煤底板直接隔水层厚度
13灰厚度间距
1煤底板3灰顶板间距
C31
C32
C33
m
r
m
r
m
r
13线
F5补1
1465
300
685
110
145
605
060
2705
3线
十二24
1490
355
739
167
098
759
118
2849
35线
水3C34
1654
336
706
158
128
548
321
2982
5线
E3覆岩1
1340
314
881
662
189
2176
57线
东风井检1
1920
335
745
128
162
512
319
3290
57线
E3覆岩2
1405
339
644
137
131
674
172
2656
79线
七西C3I
1261
276
758
138
167
522
660
2600
9线
十六26
1436
292
847
﹥196
2575
9线
九O1+2
1660
069
866
099
138
611
177
2832
9线
九C3I
1453
251
869
106
150
565
403
2829
9线
九C3II
1635
236
1014
098
172
551
295
3155
9线
九C3III
1868
236
906
197
138
689
276
3345
911线
水9O1+2
1381
335
775
100
120
645
145
2711
13线
115
1579
339
664
182
414
428
911
3178
13线
114
1771
320
680
068
139
763
867
2978
15线
118
1256
305
664
084
135
697
039
2444
17线
水15(112)1
1482
259
597
1322
109
2338
17线
1701
1527
345
433
143
108
625
059
2556
19线
160
1406
129
262
153
149
1005
287
2099
1195
069
262
068
098
428
039
2099
1920
355
1014
227
414
1322
911
3345
均
1567
285
708
134
155
673
305
2731
山压力作底板岩层产生变形破坏深度评价底板隔水层安全度指标
类新集二矿模拟试验资料成果验公式法计算矿井东区762m水1煤开采底板破坏深度进行预测分析
221 类新集二矿模拟资料成果
2012年国投新集公司中国矿业学合作新集二矿1煤首采面（210108工作面）采岩土工程分析软件RFPA2DFLAC1煤层开采底板破坏特征进行数值模拟分析
首采面开采标高5914～6449m均倾长148m煤层倾角约1～16°模拟煤层厚度5m4mRFPA2DFLAC模拟底板破坏深度分19m195m验公式（见列验公式）计算结果183m相
1RFPA2D数值分析
模拟结果表明：工作面推进初期底板破坏深度较推进距离增加变化：工作面推进40m左右时发生初次压工作面推进60m时底板破坏深度达12m工作面推进100m时底板破坏深度达185m左右工作面推进110m时底板破坏深度达19m左右基衡破坏深度基推进距离增加变化见图21
图21 1煤底板破坏深度工作面推进距离变化曲线
2 FLAC数值模拟
通FLAC数值模拟煤层底板破坏规律：
(1）着工作面推进采动引起应力集中区断扩工作面前端围岩剪应力断增加达40m左右趋稳剪应力稳定455MPa左右相老顶初次压位置
(2）工作面推进初期底板破坏深度较工作面推进距离增加逐渐增加破坏深度达195m推进距离达100m达衡基推进距离增加变化详见表23图22
表23 1煤底板破坏深度工作面推进变化数表
推进距离（m）
5m
10m
20m
30m
40m
50m
60m
70m
破坏深度（m）
20
60
85
100
115
130
145
155
推进距离（m）
80m
90m
100m
110m
120m
130m
140m
150m
破坏深度（m）
165
180
190
195
195
195
195
195
图22 1煤底板破坏深度工作面推进变化曲线
22 2 类新集二矿1煤底板注水试验资料成果
2012年12月2013年4月国投新集源股份限公司中国矿业学合作新集二矿1煤首采面（210108工作面）开展底板注水试验实测工作面采底板破坏深度注水试验钻孔布置210108工作面风巷帮11#19#钻场钻场布置5钻孔
1注水试验数分析
1)19#钻场
① 1#钻孔12月18日泄压时间56min降1min见1#钻孔终孔位置已破坏时工作面距19#钻场19m距1#钻孔终孔水位置267m裂隙点工作面角度30~45度间符合底板裂隙破坏规律（图23）
图23 19#钻场1#钻孔泄压时间突变时注水试验钻孔位置导裂带高度示意图
② 2#3#5#钻孔泄压时间没明显突变致10min钟裂隙带没破坏2#3#5#孔中5#孔18日21日泄压时间9分钟8分钟说明微裂隙破坏5#孔终孔位置鉴2#3#孔较稳定5#孔终孔位置认定未产生量裂隙
③ 4#钻孔预注水试验直工作面推进前没达泄压时间10min数效参数分析
2)11#钻场
① 1#2#钻孔4月17日观测时泄压时间发生突变5min1min左右观测始终保持1min左右见1#2#钻孔终孔位置已破坏时工作面距11#钻场678m距1#钻孔终孔水位置178m裂隙点工作面角度45度左右符合底板裂隙破坏规律（图24）
② 3#4#5#钻孔泄压时间没明显突变致5min钟左右推断导裂带未达20m
③ 4月19日3#钻孔数出现波动续观测回正常统计学原理该观测数
图24 11#钻钻场1#2#泄压时间突变时注水试验钻孔位置导裂带高度示意图
2试验结
综合分析结合两次注水试验结果推测1煤首采210108工作面底板扰动深度达18m左右
22 3 验公式法
选择两种验公式计算矿井东区762m水1煤开采底板破坏深度
1验公式
1)验公式
式中h—底板破坏深度（m）
L—开采工作面斜长（m）
H—开采深度（m）
α—开采煤层倾角（°）
2)验公式二
h00021H+00956L+04186M
式中h—底板破坏深度（m）
L—开采工作面斜长（m）
H—开采深度（m）
M—工作面回采高度（m）
2采参数计算结果
采矿井东区面标高均2556m煤层倾角均15°计算第生产水(762m)1煤回采工作面均斜长200m回采高度5m时底板破坏深度计算结果见表24
表24 验公式计算底板破坏深度表 单位（m）
验公式
面
标高
开采
标高
开采
深度
煤层
倾角
(°)
工作面
斜长
回采
高度
底板破坏深度
公式
2556
762
78756
15°
200
2641
公式二
5
2287
差值
355
述种方法出底板破坏深度较表25
表25 底板破坏深度表 单位m
方法
矿
工作面
名称
开采
标高
煤层
倾角
工作面
斜长
回采
高度
底板破坏
深度
RFPA2D数值分析
新集
二矿
210108
6449
116°
148
4050
19
FLAC数值模拟
195
验公式
183
注水试验
18
验公式
刘庄矿
东区
762
15°
200
5
2641
验公式二
2287
22 4 1煤开采底板破坏深度预测
新集二矿1煤首采面RFPA2DFLAC分模拟煤层厚度5m4m底板破坏深度分19m195m根验公式计算1煤底板开采破坏深度183m注水试验结果述模拟验公式计算结果较接
考虑刘庄矿1煤开采质条件新集二矿类似建议矿井东区1煤开采底板破坏深度预计值采注水试验结果762水1煤工作面采高4～5m时底板破坏深度18m
矿井东区1煤底板直接隔水层均厚度1567m底板破坏深度预测建议采值1煤底板相隔水层（1煤底板C33层灰岩顶板）均厚度均2731m底板破坏深度预测建议采值尚余效保护层均厚度931m
23 762m水突水系数
根煤矿防治水规定附录七公式计算
TPM
P—底板隔水层承受水压MPa式中 T—突水系数MPa／m
M—底板隔水层厚度m
采矿井东区C3Ⅰ组灰岩观测孔2017年12月31日实测水位标高：3w线水3C34孔(1～4灰)44558m13线114孔(1～4灰)7714m9线九C3Ⅰ孔(1～4灰) 4242m取3孔水位标高均值54706mC3Ⅰ组灰岩初始水位标高
矿井东区1煤底板直接隔水层均厚度1567m762m水C3Ⅰ组灰岩水头压力均741 MPa突水系数045MPam1煤底板相隔水层均厚度2731m突水系数027MPam见表26
表26 突水系数计算成果表
开采
标高
（m）
水位
标高
（m）
底板隔水层承受水压（Mpa)
底板隔水层均厚度
（m）
突水系数
（MPam）
直接
隔水层
相
隔水层
直接
隔水层
相
隔水层
762
5471
707
1567
2731
045
026
24 762m水安全水头值
根煤矿防治水规定附录八公式计算
PTs×M
式中 P—安全水压MPa
M—底板隔水层厚度m
Ts—界突水系数MPa／m
1采界突水系数006MPa／m计算
底板直接隔水层厚度1567m安全水头值094 MPa安全水压面标高66800m
底板相隔水层厚度2731m安全水头值1639MPa安全水压面标高59810m
2采界突水系数01MPa／m计算
底板直接隔水层厚度1567m安全水头值1567MPa安全水压面标高60530m
底板相隔水层厚度2731m安全水头值3571MPa安全水压面标高48890m较见表27
表27 安全水头值计算成果较表
开采
标高
（m）
界突水系数（MPa／m)
底板隔水层均厚度
（m）
安全水头值
（MPa）
安全水压面标高
（m）
直接隔水层
相隔水层
直接隔水层
相隔水层
直接隔水层
相隔水层
762
006
1567
2731
094
1639
66800
59810
010
1567
2731
60530
48890
25 1煤底板隔水层隔水性评述
1矿井东区762水1煤开采底板破坏深度预计值采新集二矿1煤首采面注水试验结果18m
东区1煤底板直接隔水层均厚度1567m底板破坏深度预测值1煤底板相隔水层（1煤底板C33层灰岩顶板）均厚度均2731m底板破坏深度预测值尚余效保护层均厚度931m
2东区762m水C3Ⅰ组灰岩水头压力707 MPa采相隔水层均厚度计算突水系数026MPam煤矿防治水规定：底板受构造破坏块段突水系数般006MPam正常块段01 MPam灰岩水头压力计算结果01 MPam
3安全水头影响1煤安全开采关键指标东区762m水1煤开采底板C3Ⅰ组灰岩安全水头采底板相隔水层厚度正常块段安全水头值2731MPa水压面标高需降48890m受构造破坏块段安全水头值1639MPa水压面标高需降59810m
4分析计算结果均矿井东区762水均值1煤开采底板破坏深度突水系数安全水头值等受种素参数影呴变化
3 质构造1煤安全开采影响分析
31 断层1煤安全开采影响分析
断层造成煤矿充水导水通道断层性质规模两盘岩性期改造等素含导水性决定断裂含（富）水性包括两素断裂带储水力二断裂两盘岩石岩性富水性
矿井面勘探井采掘工程资料未发现含导水断层分析矿井东区断层1煤安全开采影响：
11煤灰岩含水层接
2断层带附裂隙发肓受采动影响裂隙扩张延伸连通性增强导水
3受采动影响断层活化含导水
围岩岩层富水性控制断层含导水性关键素决定着断层带富水程度直接影响断层导水性1煤底板灰岩弱富水性制约断层含导水性利条件分析认 矿井东区断层1煤开采会造成较充水危害
32 岩溶陷落柱1煤安全开采影响分析
321 刘庄矿东区120601工作面实见陷落柱概况
120601工作面东二采区61煤首回采工作面开采标高5590～6337m应工作面方8煤112煤131煤采空区该面2013年3月10日开始回采4月15日出现构造异常 工作面71#～89#架全岩岩石泥岩砂质泥岩薄层状粉细砂岩岩石层理清晰岩层倾角13°左右90#～104#架全岩岩石泥岩细砂岩局部含破碎煤层61煤顶板岩石岩层紊乱层理清破碎砂岩混杂泥岩中局部岩层直立岩层裂隙非常发育方解石充填图31
图31 工作面实测质剖面
采种手段进行综合物探钻探验证
①公司物探队利电法工作面构造发育顶底板富水性情况进行初步探查初步分析该构造带总体富水性较弱
②安徽惠州灾害研究设计院采瞬变电磁行电法工作面顶底板富水性情况进行探查结果表明深部表现椭圆形态高阻异常区垂直发育深度超50m说明部岩石松散破碎f12060110(246°∠78°H0～4m)断层f12060111(114°∠33°H0～12m)断层质异常体边界揭露断层该陷落柱探测深度50m范围富水
③青岛博矿山科技限公司采功率坑透仪进行坑透圈定工作面构造位置范围1#异常位工作面附较衰落异常异常面图表现圆形直径约50m异常推断煤层陷落柱引起
④安徽省煤田质局物测队120601工作面构造异常区相关三维震资料进行分析发现61煤伏煤层应区震波异常煤层缺失
⑤120601轨道槽布置3钻孔物探结进行验证
⑥邀请关专家证认：120601工作面实际揭露异常构造隐伏陷落柱该陷落柱充填物胶结程度较含导水
实测资料分析该陷落柱61煤层面形态椭圆形长轴485 m短轴254 m61煤层附陷落距离4～5m陷落柱实测面见图32
322 矿井东区三维震解释异常区
中油油气勘探软件国家工程研究中心限公司2014年6月提交刘庄煤矿三维震数二次处理精细解释报告该次解释范围存7震反射波异常区东区5 西区2
XL2异常区：位东二采区东北部面展布形态椭圆形
图32 120601工作面陷落柱实测面图
长轴长141米短轴长88米影响5煤该异常区已证实含（导）水陷落柱
余六三位震反射波异常体长轴长148～308m短轴长103～196m
刘庄矿东东二采区浅部三维震补充勘探工程未发现区直径≥20m陷落柱疑似陷落柱
323 岩溶陷落柱1煤开采影响分析
岩溶陷落柱煤系伏溶岩系中溶洞发生持续塌陷产物岩溶塌陷产生基础水运动岩溶塌陷形成中十分重动力素
淮南煤田水文质分区中区封闭～半封闭水文质单元水储存量种水文质环境影响陷落柱含导水性重素
刘庄煤矿位处该区西部灰岩岩溶发育灰岩总体弱富水性制约岩溶陷落柱含导水性 岩溶陷落柱矿井东区1煤开采致造成重充水危害
4 结建议
（1） 矿井东区1煤底板直接隔水层（1煤底～C31层灰岩顶）厚度1195～1920 m均1567m岩性泥岩砂质泥岩次砂岩
（2） 确定1煤底板相隔水层综合矿面勘探资料淮南煤田中区矿井面勘探井巷揭露资料C31层灰岩赋存较稳定基水C32层灰岩赋存稳定水C31C32C32C33层灰岩间泥岩砂质泥岩粉砂岩等隔水岩性1煤底板C33层灰岩顶板间岩层作1煤底板相隔水层矿井东区1煤底板相隔水层（1煤底～C33层灰岩顶）厚度2099～3345m均2731m
（3）采类新集二矿模拟试验资料成果验公式法计算矿井东区762m水1煤开采底板破坏深度进行预测分析考虑刘庄矿1煤开采质条件新集二矿类似矿井东区1煤开采底板破坏深度预计值采二矿注水试验结果762水1煤工作面采高4～5m时底板破坏深度18m1煤底板相隔水层均厚度底板破坏深度预测值
（4）762m水C3Ⅰ组灰岩水头压力707 MPa采相隔水层均厚度计算突水系数026MPam正常块段安全水头值2731MPa水压面标高需降48890m受构造破坏块段安全水头值1639MPa水压面标高需降59810m
（5）矿井东区太原组奥陶系灰岩岩溶发育富水性特征：1煤底板太灰奥灰寒灰顶部弱富水性C3Ⅲ组灰岩偶见中等富水性
（6） 分析灰岩水补径排条件间水力联系
矿井东区范围1煤底板灰岩露头新生界底部复合隔水层(三隔底部粘土+红层)总厚870～8760 m未见含水砂层直接接天窗具新生界松散砂层水伏灰岩垂补条件间直接水力联系
F5断层含导水该断层造成东区太灰奥灰盘奥灰寒灰相接层接触关系分析具产生水力联系条件受盘奥灰寒灰侧补受两盘灰岩弱富水性限补水力联系程度较弱
C3ⅡC3Ⅲ组灰岩奥灰观测孔水位总趋势降幅度时波动2017年12月31日观测资料C3Ⅰ组灰岩观测孔水位高差达6225～6355m表明C3Ⅰ组灰岩间显著水力联系
（7） 分析矿井东区灰岩水文质边界条件
矿井位淮南煤田水文质分区中区西段区域属封闭～半封闭水文质单元东区灰岩水文质边界条件：顶部北部边界：1煤底板灰岩露头新生界底部复合隔水层相阻水边界南部边界：煤系灰岩层延展1000m弱水边界东部边界：F5断层弱水边界西部边界：F25断层相阻水边界
（8） 矿井处封闭～半封闭水文质单元水储存量种区域水文质环境影响断层岩溶陷落柱含导水性重素1煤底板灰岩弱富水性制约断层岩溶陷落柱含导水性利条件采掘工程中应针具体情况分采取留设断层防水煤柱界突水系数006MPam疏水降压安全水头值注浆加固三维震数二次处理精细解释7异常区超前进行综合探测等防范措施保证矿井安全生产
（9） 煤矿防治水规定附录四 钻孔单位涌水量q≤01 L(Sm) 含水层弱富水性矿井东区C3Ⅰ组C3Ⅱ组C3Ⅰ+ C3Ⅱ组灰岩抽水(含F25断层西19线水1孔)单位涌水量q0～0023L(Sm) 富水性弱C3ⅠC3Ⅱ组灰岩存着作1煤C3Ⅲ组灰岩奥灰间相隔水层性
5 研究成果指导意义
刘庄煤矿东区1煤开采行性分析成果1煤首采区安全开采着重指导作研究确定1煤首采区开采防治底板灰岩裂隙岩溶水总思路制定切实行探放水方案精准施策确保1煤安全开采
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