下组煤突水危险性评价方法

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[摘 要] 下组煤的开采受下部承压水的威胁，经常发生底板突水和渗水事故，因此评价底板突水危险性成为矿山安全生产的重要工作。本文列举了评价底板突水危险性的四种方法，详述了他们的评价步骤和优缺点，对矿山安全评价具有一定的意义。

[关键词] 下组煤 突水危险性 危险性评价方法

1.前言

随着煤炭资源的开采，下组煤资源成为我国后续开采的主要方向，尤其是在我国东部地区，如冀、豫、鲁地区，下组煤资源量占40%以上，部分矿区达70%以上。但是由于下组煤开采的研究程度不高，水文地质条件复杂，下组煤开采受下部岩溶水威胁严重，经常发生底板突水或渗水事故。根据部分已开采下组煤的矿区资料统计，截至20世纪90年代末，发生底板突水、渗水事件300次以上，其中比较大的突水点初期突水量达1083~10640m3/h，稳定流量为660~4409m3/h，严重威胁矿井的生产安全[1]。因此，有必要对下组煤进行突水危险性评价。突水危险性评价方法种类繁多，下面简要介绍几种方法。

2.突水危险性评价方法

2.1 突水系数法

突水系数是指煤层底板单位隔水层厚度所承受的水压力，它是带压开采条件下衡量煤层底板突水危险程度的定量指标[2-4]。突水系数法评价煤层底板突水危险性的步骤如下：

首先，选择突水系数公式，采集数据，计算突水系数。随着人们对突水机理认识的不断加深，突水系数公式也在不断的修正，常见的突水系数公式见表1。

2009年《煤矿防治水规定》中突水系数计算公式为：

（1）

其次，确定临界突水系数值。不同的矿区，临界突水系数有所不同（见表2）。

应当注意，表2中的临界突水系数（Ts）是利用式（1）计算的。根据矿区的不同，现在常用的临界突水系数有0.06 MPa/m、0.1MPa/m或0.15 MPa/m。

最后，生成突水系数等值线图，进行突水危险性评价。突水系数越大，突水的危险性越高。

突水系数法评价煤层底板突水危险性的优点在于，该方法应用面广，不仅适用于回采工作面，而且适用于掘进巷道；并且简单实用。局限性：考虑因素比较单一，计算结果与实际偏差较大。

2.2 模糊聚类法

模糊聚类法是按照一定条件把影响煤层底板突水的各个因素归类，用于评价突水危险性的方法[5]。这种方法考虑的因素很多，主要包括：承压水水压、隔水层厚度、开采深度、岩层组合关系、隔水层透水性、直接顶厚度及采高、来压步距、底板保护层厚度等。模糊聚类法评价煤层底板突水危险性的具体步骤见图1。

图1 模糊聚类法评价煤层底板突水危险性步骤

模糊聚类法评价煤层底板突水危险性特点：评价所用指标较容易获得，并且可以根据不同矿区的具体情况，考虑不同的指标，评价精度较高；将煤层底板突水危险性影响因素统一无量纲化后进行比较，使数据使用的准确性较高。

2.3 突水概率指数法

突水概率指数法是一种结合现场实际来评价煤层底板是否突水的方法[6]，是数学方法和专家经验法的结合。突水概率指数法评价煤层底板突水危险性的步骤如下：

首先，分析大量煤层底板突水案例，找出导致煤层底板突水的主要因素；

其次，利用概率统计法和专家经验法，计算出各主要因素在煤层底板突水中的权重，建立计算突水概率指数的数学模型；

再次，将模型应用到已有的突水案例中，计算各个突水案例的突水概率指数，以案例最小的突水概率指数作为评价是否会发生突水的标准；

最后，用概率统计方法，分析某种突水概率指数下煤层底板突水的危险性。

突水概率指数法优点：考虑因素较多，并且容易获取，评价结果比较准确；经过计算机程序化后，实用性较强，且十分方便。局限性：使用该方法之前，必须要对评价区的地质条件有充足的认识和研究，且要有大量的突水资料。

2.4 脆弱性指数法

脆弱性指数法是将可确定底板突水多种主控因素权重系数的信息融合方法与具有强大空间信息分析处理功能的地理信息系统(GIS)耦合于一体的煤层底板突水评价预测方法，可划分为非线性和线性两大类[7-9]。

脆弱性指数法评价煤层底板突水的主要步骤见图2。

图2 脆弱性指数法评价煤层底板突水步骤

脆弱性指数法综合考虑了影响煤层底板突水的多种因素，并考虑了各主控因素之间的相互作用及其对煤层底板突水的相对权重，能够比较真实的反应多种因素影响下的线性或者非线性的煤层底板突水动态过程；利用脆弱性指数法生成的煤层底板突水脆弱性评价分区图准确度较高，评价结果较传统的突水系数法更符合实际。

3.结束语

除了以上几种评价方法外，煤层底板突水危险性评价还有神经网络法、地理信息系统和多源信息复合处理法等多种评价方法。在实际生产中，要根据评价区的具体情况选择合理的评价方法，或者选用不同的方法同时进行突水危险性评价，提高突水危险性评价的客观性和准确性。

参考文献：

[1] 仝存贵，阎建军.锚栓、金属网、锚索联合支护技术在复合顶板管理中的应用[J].山西煤炭，2001 (4).

[2] 刘其声.关于突水系数的讨论[A].煤田地质与勘探，2009，37(4)：34-37.

[3] 段水云.煤层底板突水系数计算公式的探讨[A].水文地质工程地质，2003(1)：96-99.

[4] 田干.突水系数计算公式的演变及实验研究[B].煤炭工程，2010(5)：99-102.

[5] 李忠建，魏久传，郭建斌.运用突水系数法和模糊聚类法综合评价煤层底板突水危险性[A].矿业安全与环保，2010，37(1)：24-27.

[6] 施龙青，韩进，宋扬.用突水概率指数法预测采场底板突水.中国矿业大学学报，1999，28(5)：442-444.

[7] 武强，张志龙，张生元.煤层底板突水评价的新型实用方法Ⅱ――脆弱性指数法[A]. 煤炭学报，2007，32(11)：1121-1126.

[8] 武强，刘守强，贾国凯.脆弱性指数法在煤层底板突水评价中的应用[A].矿井突水防治.

[9] 武强，王金华，刘东海.煤层底板突水评价的新型实用方法Ⅳ：基于GIS的AHP型脆弱性指数法应用[A]. 煤炭学报，2009，34(2)：233-238.