北徐樓煤礦自1999年試生產(chǎn)以來,動用的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)正在開采,三采區(qū)考慮到今后村莊搬遷,已停止開采。
北徐樓煤礦開采的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,將會受到奧灰水的嚴(yán)重威脅。按臨界突水系數(shù)值取1.0,底板采動破壞深度取7m,計算求得開采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,將會受到奧灰水的威脅。而北徐樓煤礦16煤埋藏深度在在-280---530m。因此開采16煤層時不會受到奧灰水德威脅。
一、 地質(zhì)構(gòu)造對底板水的影響分析
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。總體構(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,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。這些斷層對工作面底板水的影響較大,是工作面出水的通道。
礦井已開采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運輸順槽時,遇到頂板十下灰涌水量達到,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]有發(fā)生過出水,主要是頂板跨落時,十下灰?guī)r水進入工作面,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
16煤層在二采區(qū)進行了兩次奧灰水抽放水實驗(2003年1月份進行井下放水實驗一次,2004年9月份進行地面抽水實驗一次),四采區(qū)進行了一次奧灰水放水實驗(2006年5月份進行井下放水實驗一次,施工鉆孔3個),根據(jù)三次抽放水實驗結(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際水頭值,正常情況下,奧灰水對開采16、17煤開采無影響,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,無漏水層位。加權(quán)平均抗拉強度為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,不會受到奧灰突水威脅,但由于斷層錯動,局部可形成側(cè)向補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煤層的安全開采,今后應(yīng)加強對煤系底部巖層巖性、厚度的探測分析,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,具有非常重要的實際意義。
四、16煤層底板奧灰突水性評價
(1)根據(jù)我礦《精查地質(zhì)報告》及《生產(chǎn)礦井地質(zhì)報告》提供資料,對開采煤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)平均抗拉強度為26.22kg/cm2,加權(quán)平均容重為2.73,根據(jù)公式計算:-300水平和-500水平的底板安全厚度分別為22.1m和36.03m,正常情況下不會對開采煤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統(tǒng)一的含水層組,近而對開采煤16產(chǎn)生威脅。
由于十二灰、十四灰水無抽水試驗資料,奧灰水抽水試驗資料較早,我礦于2003、2004、2006年初對此三含水層進行了三次抽放水試驗,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)計算,目前二、三采區(qū)開采煤16均不受奧灰水威脅。
(2)煤16下限計算
對開采16煤有威脅的奧灰含水層,雖有抽水實驗資料。但由于間隔時間較長,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)巷對三含水層進行了鉆探放水實驗。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-采礦時底板隔水層的擾動破壞厚度(m)取CP=7.0m
經(jīng)計算:P奧灰=53kgf/cm2
奧灰靜止水位:-75.8m
正常區(qū)段,開采標(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,對下組煤開采構(gòu)成嚴(yán)重威脅,為防止底板突水事故,礦井在各采區(qū)開采前,進行下組灰?guī)r含水層探測,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層煤開采對底板的破壞深度,要正確確定底板有效隔水層厚度。采取以下安全措施
1、進一步探測底板含水層的水力聯(lián)系,以及底板含水層水對第16層煤開采的影響。
2、為準(zhǔn)確計算16煤的安全隔水厚度,計劃采用鉆探注水輔以物探的方法,對開采煤16的底板破壞深度進行探測。
3、實測奧灰水文地質(zhì)參數(shù)
奧灰水對煤16開采有威脅,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,分別進行一次奧灰水放水實驗。
4、在安全區(qū)開采一般不會出現(xiàn)奧灰突水,但在工作面回采期間應(yīng)加強工作面的水文地質(zhì)觀測工作,并及時記錄歸檔,為將來深部16煤回采的防治水工作積累一定的經(jīng)驗,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)真做好各個工作面掘進期間水文地質(zhì)觀測工作,工作面出水時要加密觀測次數(shù),并及時記錄工作面水量大小及變化情況;工作面形成后要及時做好坑透工作,查明工作面內(nèi)有無陷落柱和構(gòu)造帶,并根據(jù)探測結(jié)果決定是否要采取預(yù)留煤柱或者降壓疏水的措施來保證工作面安全回采。