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巷道帶壓掘進防治水安全技術措施

  
評論: 更新日期:2014年06月20日
山西介休大佛寺旺源煤業(yè)有限公司煤礦巷道掘進,受奧陶紀灰?guī)r水的壓力影響為帶壓掘進,為了確保巷道安全掘進,特制定了巷道掘進安全技術措施。
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井田地表河流
井田整體屬基巖半掩蓋區(qū),南部基巖出露較為連續(xù),沿溝谷兩側出露;北部基本為掩蓋區(qū),僅在部分溝谷底部有基巖零星出露。
井田位處太岳山北端中低山丘陵區(qū),植被稀疏,為半干旱大陸性氣候。
井田內(nèi)無常年性河流。樊王河屬季節(jié)性河流,其上游位于井田西部,是區(qū)內(nèi)最大的河谷,僅在雨季遇較為持續(xù)的降雨時溝谷內(nèi)有短時的地表徑流,自南向北穿過礦區(qū)西部,最終匯入汾河;井田內(nèi)長度約1.2 km,最高洪水位1025 m~985 m。
井田東部邊界的丁鈴溝發(fā)源于化家窯村南,延伸程度約7 km,井田位于其上游,井田內(nèi)延伸長度約1.5 km,走向S-N,屬季節(jié)性河谷,平時僅有少量礦坑排水;最高洪水位1085 m~990 m。
礦井工業(yè)廣場位于北坡村,地形為次級溝谷頂端,距主要溝谷丁鈴溝較遠,匯水面積小,雨季遇集中降雨時,往往以面流為主,歷史上未發(fā)生過較大的洪水。
區(qū)內(nèi)各主要含水層之補給來源主要為大氣降水,其特點是受氣候變化及地理環(huán)境影響很大,在雨季,當大氣降水滲入地下而成地下徑流后,往往順巖層傾斜方向流動,在被切割深處以泉的形式出露,其余即潛向地層深部。
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、奧陶系中統(tǒng)碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層段
本組為煤系地層之基底,巖性為厚層狀海相石灰?guī)r,主要成分為碳酸鈣,因其易為水侵蝕溶解,在深部溶洞、裂隙十分發(fā)育,甚至使上部巖層塌陷而成柱狀陷落。從區(qū)域特征來看,本層段是主要的地下含水層段。
2009年9月4日1010年1月16日,原溝底煤業(yè)在井田施工水源井一口,井口坐標X=4102954.67,Y=19600403.02,井口標高1010 m,井深500.97 m。據(jù)鑫峪溝煤業(yè)提供的資料,取水層段為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組,靜止水位埋深110 m,水位標高900 m,出水量12.5 L/s,水位降深40 m,水質為HCO3.SO4—Ca.Mg型,PH值7.8,礦化度0.4778 g/L,總硬度390.3 mg/L,總堿度202.7 mg/L。
據(jù)鑫峪溝煤業(yè)井田加9號鉆孔抽水試驗結果,在加9號鉆孔處奧陶系(O2f+O2s)巖溶水水位埋深59.50,標高為911.22 m,涌水量 1.28 L/s。
本次在井田東部施工的B41號鉆孔進行了P1s+C3t、O2f和O2f+O2s等三個含水層段的抽水試驗,抽水試驗成果見表1-2-8。
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1-2-8?????????? B41鉆孔抽水試驗成果一覽表
成果
指標
水位
埋深
m)
水位
標高
m)
降深
m)
影響
半徑
R(m)
滲透系數(shù)
k(m/d)
單位
涌水量
q(L/s.m)
涌水量
Q(L/s)
P1s+C3t
77.35
960.21
48.39
13.1005
0.0007329
0.00068
0.033
O2f
103.40
934.16
42.08
37.24
0.00697
0.00662
0.38
O2f+O2s
127.50
910.06
11.98
20.71
0.0269
0.071
1.05
從以上敘述可以看出,井田施工的B41號鉆孔抽水試驗成果符合區(qū)域地下水水文地質規(guī)律。據(jù)此推斷,井田奧陶系巖溶水水位標高為909 m~910 m。
、石炭系上統(tǒng)太原組的碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層段
本層段僅在井田南部有小面積出露,以3~4層石灰?guī)r夾泥巖、砂巖及煤層為主,其中最下一層(K2)石灰?guī)r厚1.80 m~6.65 m,巖溶較為發(fā)育,富水性較好;其余三層石灰?guī)r(K2、K3 和K4)富水性稍差。溫家溝ZK10號孔位于井田以東5.5 km處,據(jù)其抽水資料,單位涌水量為0.044 L/s.m,水質類型為HCO3-Na型,礦化度0.43 g/L。屬弱富水性含水層。該含水層段是9#、10#和11#煤層的直接充水含水層。
、二疊系下統(tǒng)山西組裂隙含水層段
含水層以細~中粒砂巖為主,是2#、3#和5#煤層的直接充水含水層。含水層厚度一般20.00 m-33.00 m。
本次勘查,在B41號鉆孔中進行了C3t+P1s段混合抽水試驗,實測結果為混合水位標高(H)960.21 m,涌水量(Q)0.033 L/s,單位涌水量0.00068 L/s.m,滲透系數(shù)0.0007329 m/d。屬弱富水性含水層。
、二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含水層段
巖性以泥巖、砂巖互層或泥質巖類夾砂巖為主,由于遭風化剝蝕,風化裂隙發(fā)育,為大氣降水的入滲補給創(chuàng)造了條件,大部分季節(jié)泉都出露于該地層中。據(jù)區(qū)域水文地質資料,單泉流量0.046-0.8 L/s。據(jù)溫家溝ZK10孔抽水資料,單位涌水量0.019 L/s·m ,屬弱富水性含水層。
另據(jù)井田北部1-1號鉆孔和北側外圍鉆孔簡易水文觀測資料,井田北部鉆孔有地下水自流現(xiàn)象。1-1鉆孔鉆至80 m深度時,出現(xiàn)井口涌水現(xiàn)象,經(jīng)觀測,水頭高度2.25 m,相當于標高982.64 m,涌水量0.075 L/s。在對1-1西北約1 km左右的鉆孔調(diào)查時,也有類似情況,其涌水量較1-1號鉆孔大。因種種原因,未能了解到該鉆孔編號、用途和具體水文資料。
根據(jù)對井田北部地質構造的分析,可以初步得出這樣的結論,一是井田北部賦存上石盒子組和石千峰組,砂巖和泥巖地層呈層疊置,地下水往往順層徑流;二是井田北部地層傾角在14°~20°,該含水層段存在承壓現(xiàn)象,且由于巖層傾角大,水頭壓力和水力梯度較大;三是因靠近F1正斷層,巖層節(jié)理裂隙發(fā)育,各砂巖含水層間溝通便利;四是S1背斜軸部可能存在一定的地下水分流作用。?
、第四系松散層類孔隙含水層段
第四系中更新統(tǒng)地層廣泛分布于井田內(nèi)的梁、峁地段,第四系全新統(tǒng)主要分布于樊王河河谷中,含水層巖性主要為砂、礫石層,縱向上較為連續(xù),補給條件較好,但多為透水不含水巖層,僅局部地段含水,含水微弱。
、二疊系上、下石盒子組泥巖隔水層
二疊系石盒子組地層為一套泥巖、砂巖交互沉積地層,泥巖厚度大,且連續(xù)穩(wěn)定,隔水性能好,是淺層地下水與煤系地層之間較好的隔水層。
、本溪組泥巖隔水層
本組巖性以鋁土質泥巖、砂質泥巖、灰白色細粒砂巖及深灰色石灰?guī)r組成,據(jù)B41號鉆孔資料,組厚48.75 m,無明顯含水層存在,為煤系含水層段與奧陶系巖溶含水層段間的重要隔水層。
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1、巖溶水
井田位于洪山泉域北西段北部邊界,南部位于化家窯地壘內(nèi),主要通過斷裂帶接受大氣降水與地表水的入滲補給,井田內(nèi)水位標高909.00 m~910.00 m。地下水接受補給后,沿層面裂隙順層徑流,向西加入?yún)^(qū)域地下水循環(huán)。在溝谷切割深處以泉的形式排出地表,補給松散巖類孔隙水。
2、碎屑巖類裂隙水
碎屑巖類裂隙水的補給主要來自裸露區(qū)大氣降水和上覆松散層的入滲補給。受區(qū)域構造控制,地下水在重力作用下沿巖層裂隙順層運動,補給巖溶含水層,在溝谷切割深處以泉的形式排出地表,或補給第四系松散巖類孔隙水。另外,主要排泄方式還包括生產(chǎn)礦井的礦坑排水和人工開采。從鉆孔簡易水文觀測資料看,井田中部的S1背斜可能具備一定的分流作用。
3、松散巖類孔隙水
松散巖類孔隙水除大氣降水的垂直入滲補給外,還有地表水入滲補給和基巖裂隙水的側向補給。地下水的流向一般與地表水的流向大致相似,排泄方式除蒸發(fā)外,主要是人工開采或補給深層基巖裂隙水。
、礦井充水因素
根據(jù)井田水文地質條件分析,礦坑充水通道主要為巖(土)層孔隙、裂隙、巖溶、頂板裂隙帶和井田內(nèi)原有各礦井生產(chǎn)系統(tǒng)和采空區(qū)等。
⑴ 大氣降水
大氣降水通過巖層節(jié)理裂隙、構造破碎帶和采空區(qū)上方地表形變形成的裂縫滲漏,補給地下含水層,向礦坑充水,是礦井充水因素之一。其特點一是受季節(jié)變化影響明顯,二是隨著煤礦開采活動延續(xù)造成的地表形變加劇,其影響將不斷加強。
⑵ 采(古)空區(qū)積水
井田周邊礦井及小窯曾開采2#、5#、9#、10#和11#煤層,2#煤層采(古)空區(qū)積水量約101900 m3,5#煤層采(古)空區(qū)積水量約72100 m3,9#煤層采(古)空區(qū)積水量約61800 m3,10#煤層采(古)空區(qū)積水量約42700 m3,11#煤層采(古)空區(qū)積水量約411918 m3。井田周邊礦井和小煤窯各煤層采(古)空區(qū)積水量約690418 m3。
井田內(nèi)原有各礦井采(古)空區(qū)積水
井田內(nèi)原有錦源煤業(yè)和旺源煤業(yè)兩座礦井。原旺源煤業(yè)主要開采5#和9#煤層,錦源煤業(yè)主要開采5#煤層。井田南部為連續(xù)的采(古)空區(qū),各煤層均已采空。以下將各礦井采空區(qū)分布和積水特征簡述如下。
目前,井田面積最大的積水區(qū)域位于井田南部,為歷史上各種規(guī)模的小煤窯和礦井采空形成;井田中部存在不連續(xù)的5#煤層采空區(qū)。
5#煤層采(古)空區(qū)積水量為295370 m3, 11#煤層采(古)空區(qū)積水量為762380 m3。
⑶ 煤層頂?shù)装宄渌畻l件
本井田批準開采1#~11#煤層,其中2#和3#煤層位于山西組中下部,2#、3#煤層不穩(wěn)定零星可采,5#煤層位于太原組頂部,全區(qū)穩(wěn)定可采;7#煤層位于太原組中部,不穩(wěn)定零星可采;9#、10#和11#煤層位于太原組下部, 11#煤層穩(wěn)定全區(qū)可采,9#和10#煤層穩(wěn)定大部可采。
主要可采煤層中,5#煤層以頂板充水為主,因其頂?shù)装鍨槟鄮r(或砂質泥巖),充水方式以構造裂隙和破碎帶涌水為主。井田內(nèi)原各礦井開采5#煤層時,礦井正常涌水量100 m3/d 。9#煤層頂板為K2石灰?guī)r,11#煤層頂板以泥質巖為主。對鄰近地段煤礦調(diào)查的情況表明,9#、10#和11#煤層礦井充水以構造裂隙、破碎帶和頂板淋水為主,正常涌水量一般不超過 150 m3/d。
礦井充水因素的不確定性表現(xiàn)在三個方面。一是因巖溶裂隙發(fā)育不均衡,9#煤層頂板石灰?guī)r充水條件在不同地段必然存在一定的差異;二是井田內(nèi)各煤層采空區(qū)不同程度地存在積水現(xiàn)象,井田南部甚至存在連續(xù)的大面積采(古)空區(qū);三是井田中部、各煤層均屬帶壓開采,且斷裂構造較為發(fā)育,存在承壓水順斷層破碎帶涌出的可能。

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