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北徐樓煤礦16煤底板帶壓開(kāi)采的安全性分析

  
評(píng)論: 更新日期:2017年05月17日

北徐樓煤礦自1999年試生產(chǎn)以來(lái),動(dòng)用的16煤集中在一采區(qū)、二采區(qū)、三采區(qū),目前一采區(qū)回采完畢,二采區(qū)正在開(kāi)采,三采區(qū)考慮到今后村莊搬遷,已停止開(kāi)采。
        北徐樓煤礦開(kāi)采的16煤,位于太原組下部、直接頂板為十下灰,厚度2.80~7.08 m,平均4.73m。煤層厚度0.42~1.37m,平均1.00m。下與17煤層間距4.84~12.62m,平均6.06m,下與奧灰間距41.97~73.30m,平均59.08m, 奧灰靜止水位按2003年9月1號(hào)孔水位標(biāo)高為-73.68m,則正常情況下在回采標(biāo)高-854.88m以下的16煤層時(shí),將會(huì)受到奧灰水的嚴(yán)重威脅。按臨界突水系數(shù)值取1.0,底板采動(dòng)破壞深度取7m,計(jì)算求得開(kāi)采16煤層的安全水頭為520.80m,正常情況下在回采標(biāo)高-594.48m以下的16煤層時(shí),將會(huì)受到奧灰水的威脅。而北徐樓煤礦16煤埋藏深度在在-280---530m。因此開(kāi)采16煤層時(shí)不會(huì)受到奧灰水德威脅。
        一、 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)底板水的影響分析
        北徐樓井田位于滕縣背斜北翼的中西部,總體為一由北徐樓斷層與大劉莊斷層組成的近NE向的地壘構(gòu)造??傮w構(gòu)造形態(tài)為大致以35勘探線為軸的寬緩背斜構(gòu)造,西翼地層向NW傾斜、東翼地層向東傾斜。西部發(fā)育有寬緩褶曲。生產(chǎn)巷道揭露證實(shí),井田內(nèi)中、東部采區(qū)落差大于10m的斷層不發(fā)育,一般多為落差小于5 m的小斷層。西部采區(qū)(39線以西奎子斷層的上盤) 落差大于10m的斷層較發(fā)育。井田內(nèi)由東至西,斷層越來(lái)越多。井田內(nèi)共發(fā)育落差≥20m的斷層29條,其中:落差≥100m的斷層4條、100m>落差≥50的斷層4條、50m>落差≥30的斷層16條、30m>落差≥20的斷層5條。這些斷層對(duì)工作面底板水的影響較大,是工作面出水的通道。
        礦井已開(kāi)采16煤層多年,含水層多已充分揭露或波及,涌水量已基本趨于穩(wěn)定。頂板十下灰涌水量一般在10m3/h,在施工21605運(yùn)輸順槽時(shí),遇到頂板十下灰涌水量達(dá)到,30m3/h,主要是此區(qū)域灰?guī)r裂隙發(fā)育,小斷層發(fā)育的原因?;夭晒ぷ髅娴装鍥](méi)有發(fā)生過(guò)出水,主要是頂板跨落時(shí),十下灰?guī)r水進(jìn)入工作面,一般在10-15 m3/h,斷層發(fā)育地段,頂板水較大。
        二、16煤層底板奧灰含水層的探測(cè)
        16煤層在二采區(qū)進(jìn)行了兩次奧灰水抽放水實(shí)驗(yàn)(2003年1月份進(jìn)行井下放水實(shí)驗(yàn)一次,2004年9月份進(jìn)行地面抽水實(shí)驗(yàn)一次),四采區(qū)進(jìn)行了一次奧灰水放水實(shí)驗(yàn)(2006年5月份進(jìn)行井下放水實(shí)驗(yàn)一次,施工鉆孔3個(gè)),根據(jù)三次抽放水實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出如下結(jié)論:
        奧灰含水層與16煤層之間的隔水層能承受的水頭值大于實(shí)際水頭值,正常情況下,奧灰水對(duì)開(kāi)采16、17煤開(kāi)采無(wú)影響,奧灰水靜止水位分別為-75.8m(2003年1月份)、-73.8m(2004年9月份)、-129.5m、-99.7m(2006年5月份)。
        三、16煤層底板隔水層情況分析
        16煤層至奧灰間泥巖、鐵鋁質(zhì)泥巖隔水巖組厚度41.97~73.30m,平均59.08m。其間主要由泥巖、鐵鋁質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖及3層薄層石灰?guī)r所組成。鉆探取芯巖芯完整,裂隙不發(fā)育,無(wú)漏水層位。加權(quán)平均抗拉強(qiáng)度為26.22kg/cm2,加權(quán)平均容重為2.72g/cm3,正常情況下在回采標(biāo)高-594.48m以上的16煤層時(shí),不會(huì)受到奧灰突水威脅,但由于斷層錯(cuò)動(dòng),局部可形成側(cè)向補(bǔ)給條件或因巖溶陷落柱形成奧灰水垂向上升通道,使奧灰與十四灰、十二灰,甚至十下灰產(chǎn)生水力聯(lián)系。因此,為確保16煤層的安全開(kāi)采,今后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)煤系底部巖層巖性、厚度的探測(cè)分析,查明斷層、裂隙向深部的延伸發(fā)育情況,查明巖溶陷落柱的發(fā)育分布情況及其導(dǎo)水性特征,對(duì)預(yù)防斷層附近及裂隙密集帶、隔水層較薄區(qū)或陷落柱附近發(fā)生奧灰突水,具有非常重要的實(shí)際意義。
        四、16煤層底板奧灰突水性評(píng)價(jià)
        (1)根據(jù)我礦《精查地質(zhì)報(bào)告》及《生產(chǎn)礦井地質(zhì)報(bào)告》提供資料,對(duì)開(kāi)采煤16有威脅的奧灰含水層。單位涌水量為0.111l/sm,靜止水位標(biāo)高+6.99m,上距煤16平均65m左右。本段地層的加權(quán)平均抗拉強(qiáng)度為26.22kg/cm2,加權(quán)平均容重為2.73,根據(jù)公式計(jì)算:-300水平和-500水平的底板安全厚度分別為22.1m和36.03m,正常情況下不會(huì)對(duì)開(kāi)采煤16有威脅,但局部地段由于斷層或裂隙使十二灰、十四灰及奧灰成為一個(gè)統(tǒng)一的含水層組,近而對(duì)開(kāi)采煤16產(chǎn)生威脅。
        由于十二灰、十四灰水無(wú)抽水試驗(yàn)資料,奧灰水抽水試驗(yàn)資料較早,我礦于2003、2004、2006年初對(duì)此三含水層進(jìn)行了三次抽放水試驗(yàn),結(jié)果表明:十二灰基本不含水,十四灰靜止水位-126.6m,奧灰靜止水位-75.8m,單位涌水量0.013L/s.m,經(jīng)計(jì)算,目前二、三采區(qū)開(kāi)采煤16均不受奧灰水威脅。
        (2)煤16下限計(jì)算
        對(duì)開(kāi)采16煤有威脅的奧灰含水層,雖有抽水實(shí)驗(yàn)資料。但由于間隔時(shí)間較長(zhǎng),水文地質(zhì)參數(shù)已不夠準(zhǔn)確,為了準(zhǔn)確獲得水文地質(zhì)參數(shù)、計(jì)算準(zhǔn)確可靠的安全水頭值。本礦于2002年12月28日至2003年4月23日在西翼4#聯(lián)絡(luò)巷對(duì)三含水層進(jìn)行了鉆探放水實(shí)驗(yàn)。結(jié)果如下:
        奧灰:靜止水位:-75.8m,水壓:2.859MPa,流量:46.6m3/h。
        終孔直徑74mm。
        根據(jù)公式   
        TS=P/(M-CP)
        式中:
        TS-突水系數(shù)(kgf/(cm2·m))取TS=1.0
        P-隔水層承受的水壓?。╧gf/cm2)
        M-底板隔水層厚度  奧灰取60m,十四灰41m
        CP-采礦時(shí)底板隔水層的擾動(dòng)破壞厚度(m)取CP=7.0m
        經(jīng)計(jì)算:P奧灰=53kgf/cm2
        奧灰靜止水位:-75.8m
        正常區(qū)段,開(kāi)采標(biāo)高在-605.8m以上煤層均不受奧灰水威脅。
        五、16煤層底板奧灰水防治措施
        井田內(nèi)斷層較多,部分?jǐn)鄬涌赡苁故?、十四、奧灰含水層聯(lián)通成為同一含水體,對(duì)下組煤開(kāi)采構(gòu)成嚴(yán)重威脅,為防止底板突水事故,礦井在各采區(qū)開(kāi)采前,進(jìn)行下組灰?guī)r含水層探測(cè),掌握十二、十四、奧灰水的水頭值,分析十二、十四、奧灰水之間水力聯(lián)系情況;另外應(yīng)合理選擇16、17層煤開(kāi)采對(duì)底板的破壞深度,要正確確定底板有效隔水層厚度。采取以下安全措施
        1、進(jìn)一步探測(cè)底板含水層的水力聯(lián)系,以及底板含水層水對(duì)第16層煤開(kāi)采的影響。
        2、為準(zhǔn)確計(jì)算16煤的安全隔水厚度,計(jì)劃采用鉆探注水輔以物探的方法,對(duì)開(kāi)采煤16的底板破壞深度進(jìn)行探測(cè)。
        3、實(shí)測(cè)奧灰水文地質(zhì)參數(shù)
        奧灰水對(duì)煤16開(kāi)采有威脅,在不同的水文地質(zhì)單元(受斷層影響的地壘或地塹構(gòu)造帶,向斜的核部),采掘標(biāo)高每下降50~70m,分別進(jìn)行一次奧灰水放水實(shí)驗(yàn)。
        4、在安全區(qū)開(kāi)采一般不會(huì)出現(xiàn)奧灰突水,但在工作面回采期間應(yīng)加強(qiáng)工作面的水文地質(zhì)觀測(cè)工作,并及時(shí)記錄歸檔,為將來(lái)深部16煤回采的防治水工作積累一定的經(jīng)驗(yàn),使礦井下一步的防治水工作能夠有章可循,有的放矢。
        5、認(rèn)真做好各個(gè)工作面掘進(jìn)期間水文地質(zhì)觀測(cè)工作,工作面出水時(shí)要加密觀測(cè)次數(shù),并及時(shí)記錄工作面水量大小及變化情況;工作面形成后要及時(shí)做好坑透工作,查明工作面內(nèi)有無(wú)陷落柱和構(gòu)造帶,并根據(jù)探測(cè)結(jié)果決定是否要采取預(yù)留煤柱或者降壓疏水的措施來(lái)保證工作面安全回采。
       
       

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