鎮城底礦南一采區下組煤開采防治水措施

鎮城底礦南一采區下組煤開采防治水措施

鎮城底礦
2008．8．10

南一采區下組煤防治水措施
1、采區概況
南一采區位于井田西翼中部，地表位于歇馬村以北，獨蘭村以南，山頭村北東，八字山北西，舊赤泥巖村一帶，地表溝谷縱橫，地形復雜。南一采區井下北鄰東一、西一采區，南為南二采區，東為東二、南六采區，西為小窯破壞區。地形最高點在紅巖則附近，標高在1250米；最低點關長溝，標高在1050米。2.3#煤層底板標高為800-940米，2.3#煤蓋山厚度110-450米，8#煤層底板標高為730-870米，8#煤蓋山厚度180-520米。上組煤基本已采空，沒有采空積水。
南一采區地層整體呈單斜構造，西北部較高，東南部較低，區內地層走向變化較大，地層傾角在2-15度之間，平均8度，區內斷裂構造發育，到目前為止，開采2.3#煤共揭露大于3.0米斷層42條，陷落柱較發育，共揭露陷落柱4個。采區2.3#煤層厚度為3.77-4.95米，平均為4.60米。下組8#煤層厚度為3.82-5.12米，平均為4.58米。全區煤層均可采，屬穩定煤層，煤質2.3#煤層為FM，8#煤層為FM和JM。
2、采區水文地質條件
2.1含水巖組的劃分及其特征
南一采區位于井田西翼中部，地表溝谷縱橫，地勢西南高，東北低，地形復雜。地層整體呈單斜構造，總體上為向東南傾伏的單斜構造，區內關長溝季節性河流由西南向北東匯入汾河。依據《鎮城底礦帶壓開采可行性研究及奧灰水防治措施》，可將南一采區地下水劃分為奧陶系石灰巖巖溶含水巖組、太原組石灰巖巖溶含水巖組、山西組砂巖裂隙含水巖組、及采空區上部砂礫巖裂隙含水巖組。
2.1.1奧陶系石灰巖巖溶含水巖組
本含水巖組是采區的間接充水含水層，主要有中奧陶統峰峰組及上馬家溝組。
2.1.1.1奧陶系中統峰峰組巖溶裂隙含水巖組
本組平行不整合于本溪組之下,厚29.75～157.60m，平均95.32m，分為上、下兩段。下段為角礫狀泥灰巖、灰巖及石膏，由于泥質含量高，巖溶裂隙不發育，一般可視為隔水層；上段主要為石灰巖、泥灰巖，厚約60m，該段長期處于剝蝕作用下，裂隙充填泥土較多，影響巖溶發育，由于所處位置不同，受影響的程度也不同，因此使得其富水性差異較大，如井田北部峰峰組含水性表現為強，南部弱，甚至不含水。該組水壓標高830～885m，單位涌水量0.21～11.63L/s.m，滲透系數0.418～38.66m/d，水質類型為HCO3－Ca·Mg、HCO3·SO4－Ca·Mg和SO4·HCO3－Ca·Mg型，礦化度377-641mg/L，水溫13～14℃。
2.1.1.2奧陶系中統上馬家溝組巖溶裂隙含水巖組
本組平均厚度226.04m，分為上、中、下三段。下段為角礫狀泥灰巖、石灰巖夾薄層石膏，厚40m左右，巖溶裂隙不發育，富水性弱，為相對隔水層；中段主要為豹皮狀厚層石灰巖夾薄層白云質灰巖，平均厚100.20m，巖溶裂隙發育，鉆進中水位、水量有變化，富水性較強；上段主要為石灰巖夾薄層泥灰巖和泥質灰巖，平均89.81m，巖溶裂隙發育，大部分鉆孔揭露該層時均出現漏水現象，水位急劇下降，消耗量增加，本段是該組主要含水層段，富水性強。本組水壓標高886.551～896.467m，單位涌水量0.67～2.72L/s.m,滲透系數1.042～2.72m/d, 水質類型為HCO3－Ca·Mg或HCO3·SO4－Ca·Mg型，其中GS-13-2為SO4·HCO3－Ca·Mg型，礦化度311～409mg/L，水溫13～14℃。
2.1.2太原組石灰巖巖溶含水巖組
主要由L1、K2、L4三層石灰巖組成,其中以K2最厚，平均3.43m，質純，為主要含水層；L1平均厚2.53m，L4平均厚1.79m，不甚穩定，巖性又常為泥灰巖，因此含水性較差。L1、K2、L4三層石灰巖是采區充水的重要含水層，據810號鉆孔抽水試驗結果，q值0.064～0.065L/s.m，K值0.393m/d，水壓標高1021.43m；鄰區416、417孔q值分別為<0.00056L/s.m和0.00022L/s.m。據416、417孔水質分析成果，水質類型為HCO3－Na型水，礦化度343～375mg/L（表3-3）。
2.1.3 山西組砂巖裂隙含水巖組
本組含水層主要是K3砂巖含水層。K3雖巖性及厚度變化大，但在絕大部分面積內仍存在，厚度0.73～10.12m，平均4.90m。巖性為中—粗砂巖或含礫砂巖，膠結較松散。區內抽水試驗資料僅有810號鉆孔，其q值0.0548～0.07 L/s.m，K值0.335m/d，水壓標高1019.36m。水質類型HCO3－Na型，礦化度383mg/L。
2.1.4 采空區上部砂礫巖裂隙含水巖組
本組為采空區上部厚層砂巖、沖積層組成的含水層，由于上組煤的開采巖層垮落形成的采空區積水，本層由于滲透性強，極易接受大氣降水及地表水補給，本層水質為采空積水。
2.2 隔水層
依據《鎮城底礦帶壓開采可行性研究及奧灰水防治措施》，南一采區各含水層之間有良好的隔水層。10號煤至奧陶系中統頂面隔水層段由泥巖、砂質泥巖、粉砂巖、細砂巖及薄層石灰巖、鋁土泥巖組成，厚度25.08~77.10m，平均厚度60.27m。正常情況下，上部地下水與奧陶系中統石灰巖地下水無水力聯系。
峰峰組一段隔水層段由泥灰巖、角礫狀泥灰巖、石膏等組成，厚度5.85~70.20m，平均厚度37.73m。從水質類型來看，峰峰組二段含水層的水質以硫酸型為主，而上馬家溝組以重碳酸型為主，兩段含水層無水力聯系，說明峰峰組一段起到一定的隔水作用。
2.3構造導水情況
依據《鎮城底礦帶壓開采可行性研究及奧灰水防治措施》，南一采區斷層多為壓扭性結構面，斷層帶一般不寬，并且其中的斷層角礫互相擠壓緊密，尤其是穿過石盒子組的斷層帶，以泥巖為主，常形成不透水的隔水墻。
根據井田發育和井下揭露陷落柱統計，其陷落柱膠結情況大部分為松散狀，含水性較差，以致無水，只有少量的滲水和淋水，說明陷落柱充填物的重力可抵御奧灰水的上升，且水質分析資料也顯示，其類型為HCO3·Cl—Na型，說明水源來自煤系地層，與奧灰巖溶水無關，因此，采區開采上組煤基本不會受到奧灰水的影響；下組煤由于承受的水壓力增大和隔水層厚度的減少，以及受大面積采動，地應力重新分布等因素的影響，構造帶垂向上的導水性將有所改善，因而地下水具有通過構造的薄弱部位上升的可能性，對礦井形成威脅。
綜上所述，南一采區開采下組8號煤時，受水壓力、隔水層厚度以及采動、地應力等因素的影響，奧灰水具有沿構造薄弱部位上升的可能性，應在一定的防治水措施下進行帶壓開采。
3、充水因素
南一采區的水文地質條件較復雜，8#煤層全為帶壓開采，上組煤無采空積水對下組煤的開采無影響。在正常情況下，山西組K3砂巖含水層是8#煤開采的間接充水因素。太原組L1、K2、L4三層石灰巖是8#煤開采的主要充水因素。奧陶系石灰巖含水層為本區最主要的含水層，是采區潛在的充水因素，正常情況下直接向礦井充的可能性比較小，但不能排除構造導水可能性，因受水壓力、隔水層厚度以及采動、地應力等因素的影響，奧灰水具有沿構造薄弱部位上升的可能性。
4、預計涌水量
南一采區采用礦井噸煤含水類比法進行涌水量的預測，2006年生產原煤208.0萬噸，礦井涌水量為84.09萬立方米，噸煤含水系數為0.40米3/噸，2007年生產原煤190.2萬噸，礦井涌水量為106.1萬立方米，噸煤含水系數為0.56米3/噸，取其平均數為0.48米3/噸，預計南一采區年產量將達到100萬噸，年涌水量為48萬立方米，即55m3/h 。
5、采區的具體防治措施
5.1、采空積水的防治
5.1.1上組煤采空積水的防治
為防治上組煤采空積水隨著下組煤回采的推進沿頂板裂隙涌入下組煤工作面，采區西翼必須采取探放措施，在工作面回采前進行提前探放，無水后方可回采施工。
5.1.2同層采空積水的防治
南一采區煤層傾角較小，屬近水平煤層。工作面掘進時，對同層8#煤采空積水嚴格按照規程堅持 “預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原則，自警戒線開始探放，在確保工作面水頭壓力不大于0.05MPa的前提下，每20-30米探放一次，（視煤層傾角而定），工作面形成時，相鄰采空積水的探放工作也隨之而完成。從而避免了集中探放因水壓過大造成安全隱患或水量大而影響工作面銜接。采區西部為小煤窯破壞區，因其采掘不祥，工作面掘進中必須自警戒線開始嚴格按照探放水設計邊探邊掘，確保安全后方可繼續施工。

5.2、太原組頂板灰巖含水層的防治
根據我礦其它采區8#煤頂板灰巖含水層的出水情況，預計頂板灰巖含水層出水量L1灰巖正常涌水量為1-2m3/h， K2灰巖正常涌水量為2-5m3/h，L4灰巖正常涌水量為 1-2m3/h，在回采中因頂板冒落導通頂板灰巖含水層預計出水量會增大，針對出水情況工作面必須配備足夠的排水設施，可確保安全。
5.3、奧灰水的防治
5.3.1、帶壓開采可行性分析：
南一采區8#煤層全為帶壓開采，能否帶壓開采是必經認真分析研究的問題?，F從突水系數和隔水層厚度兩方面進行計算分析：
5.3.1.1、突水系數分析：
本區奧灰水位取900米，8#煤層隔水層厚度取70米， 8#煤層最低標高730米。根據突水系數公式：Ts=P/（M-CP）
Cp=22(經驗數據)
Ts=2.4/(70-22)=0.05 MPa/m
從突水系數看小于0.06MPa/m，符合《礦井水文地質規程》的要求，但該區構造發育，構造的導水不容忽視。
5.3.1.2、隔水層厚度分析：
本區8#煤層標高點取730米，根據計算公式：

t————安全隔水層厚度（m）
l————采掘工作面的最大寬度（20 m）
r————隔水層容重（2.3 t/ m3）
Kp————隔水層抗張強度（20t/ m2）
H————隔水層底板承受的最大水頭壓力取240 t/ m2
代入公式計算得：t安=38.82米，而實際隔水層厚度為70米，大于安全隔水層厚度，因此在沒有構造導水的情況下，是可以帶壓開采的。
5.3.2、奧灰水的具體防治措施
5.3.2.1、對落差較大的斷層、陷落柱嚴格按照規定留設計防水煤柱。
5.3.2.2、工作面掘進中，施工隊組嚴格按照“有掘必探，先探后掘?！钡脑瓌t進行施工，采區西部為小煤窯破壞區，因其采掘不祥，工作面掘進中必須自警戒線開始嚴格按照探放水設計邊探邊掘。
5.3.2.3、根據煤礦安全規程有關規定，工作面在回采前，必須采用物探或鉆探的手段探測采煤工作面內部的隱伏陷落柱和斷裂構造的導水性，根據探測結果制定相應措施。
5.3.2.4、當井巷通過導水或可能導水的斷層和陷落柱前，必須按探放水設計進行超前探放水，確保安全后方可繼續施工。
5.3.2.5、工作面回采結束后其密閉要按規程規定的防水密閉的要求進行設計和施工，防止構造滯后突水。
5.3.2.6、工作面的排水設施、設備必須按規程規定滿足要求，并有備用的排水設施、設備。
5.3.2.7、 利用開班前會加強防治水知識的宣傳， 使每個工人能正確理解并熟悉井下避災路線。
5.3.2.8、加強對水文地質專業技術人員的培訓，提高業務工作能力。
5.3.2.9、奧灰水透水征兆：采掘工作面發生底鼓，頂板壓力增大，裂隙增大、裂隙出現滲水。水質清澈、穩定、無臭味以及在遇構造時出現的滲水、涌水等現象。
6、避災路線
工作面→南翼總回風巷→東(西)翼總回風巷→東 (西)風井→地面
7、存在的問題及建議
7.1、在采掘過程中，嚴格按照規程堅持 “預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原則， 確保礦井安全生產。
7.2、采區西部為小煤窯破壞區，因其采掘不祥，工作面掘進中必須自警戒線開始嚴格按照探放水設計邊探邊掘。