矿井采空区积水量的研究

熊崇山, 王家臣

( 中国矿业大学( 北京校区) , 北京 100083)

摘要: 以沁水煤田水文地质条件为背景, 在深入分析各个煤矿突水原因基础上, 收集大量资料, 经

过实验室模拟, 提出相应的积水系数这个重要概念, 对预防工作面突水, 保证矿井安全生产极其重要, 对
有采空区积水威胁的煤矿开采及设计具有指导意义。

关键词: 采空区积水; 积水系数; 冒落法; 充填法
中图分类号: TD745

文献标识码: A

文章编号: 1008- 4495( 2005) 02- 0010- 02

收稿日期: 2004- 10- 18

作者简介: 熊崇山( 1961- ) 男, 内蒙古商都人, 副教授,

1983 年毕业于山西矿业学院采矿工程专业, 1988 年获得阜新

矿业学院采矿工程专业研究生学历, 现为中国矿业大学在读

博士, 从事矿山压力及其控制和采矿工艺方面的教学与科研
工作。

在地下开采的矿井中, 由于部分采空区没有出

水口, 而聚集大量积水, 其水量可达几十万立方米,
给相连采区及矿井开采带来严重的威胁。但有目前

条件下, 消除水患的唯一可靠方法是自流排除采空
区积水, 或水用泵将积水排出。

对采空区积水处理的设计, 除需要了解矿井各

种条件外, 还必须掌握蓄水巷道中所容纳的水量, 该
水量等于淹没采区的积水量。采空区的积水量总是

小于已采区煤层的体积, 这是由于上覆顶板塌落的
结果。为了给出一个量化结果, 必须引入一个数学
表示法, 这就是作者提出的积水系数。

积水系数的表达法及其影响因素

采空区积水量 V

和采出煤炭体积 V

的比值称

为积水系数 C :

C =

( 1)

积水量也可以表示为

= CV

= C

cos

( 2)

式中

淹没采空区面积的水平投影;

已采煤层的厚度;

煤层倾角。

公式( 2) 中的变量, 除积水系数外, 其它变量都

可以计算出来。但积水系数 C 取决于局部地质条件

和采矿条件诸因素, 其中最重要的是采空区充填方
式和塌落程度。充填方式取决于采煤方法和顶板管

理方法。而顶板塌落程度取决于顶板岩性、煤层倾

角、

开采深度和开采年代等。为了研究方便, 认为采

空区积水系数为近似值, 取决于所采用的采煤方法、
顶板管理方式、

煤层的埋藏深度和矿山压力。

当用充

填法开采时, 充填物的质量也要考虑。

2 采用冒落法情况下积水量的研究

为了测定积水系数值, 对沁水煤田范围内 28 个

煤矿冒落采空区的 42 个积水地进行了资料收集、实
验室研究和理论分析。在查清井田地质构造、水文

地质条件基础上, 研究流进工作面水量和从采空区
流至其它工作面的漏失量。目的是为了精确地确定

采空区的水量与计算的原采空体积之比值。

2. 1 技术性的影响因素

考虑到一些无法控制的水量流入采空区干扰准

确测量, 另外, 不知道淹没采空区和连接它们之间的
巷道中的水量。通常, 在既不考虑巷道规格, 又不知
道冒落与充填程度时, 积水系数的确定是假定冒落
的采空区不扩展到巷道, 而矿井巷道积水量的估算,
则采用某已知矿井所采用的大多数巷道的规格。巷

道的变形程度是利用已知矿井中煤层巷道的状态确

定的。利用这些估算值和从矿图上读到的数据, 在
这里假设剩余的水量完全来自工作面, 巷道的容积
通常低于整个采空区的容积, 导致测定积水系数的
误差中, 由于巷道容积不精确的估算所引起的误差
是很小的, 实际上不超过 2% 。

2. 2 长壁工作面积水系数的确定

对于长壁冒落法采面, 根据获得数据, 建立了积

水系数 C 和相应的采空区所处深度 H 之间的回归

2005 年 4 月

矿业安全与环保

第 32 卷第 2 期