带压开采安全评价

作者:安全管理网  来源:安全管理网 点击:  评论: 更新日期:2017年06月09日

一、概况
        方庄二矿井田范围内现主要在三个采区进行采掘活动,分别为:20采区 、23采区和25采区。根据已有资料,L8灰岩岩溶裂隙水位标高为+53.18~-285m,按煤层底板标高与L8灰岩水位标高位于同一水平(既煤层承压为0MPa)和煤层底板隔水层能否承受L8灰岩水压值为界限,来划分非突水危险区、突水威胁区和突水危险区。本文以现有地质资料为基础,针对二1煤层底板含水层、隔水层的分析研究,对矿井带压开采的安全性作出评价。
        二、 水文地质
        1、含水层
        依据空间分布特征、岩性及地下水类型,自下而上分为:奥陶系碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层、太原组下段L2灰岩岩溶裂隙含水层(组)、太原组上段L8灰岩岩溶裂隙含水层(组)、二1煤层顶板碎屑岩孔隙裂隙含水层(组)、下石盒子组碎屑岩孔隙裂隙含水层(组)及新近系+第四系砂卵砾石含水层(组)。
            ①奥陶系碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层
            位于煤系地层基部,主要由奥陶系中统马家沟组角砾状灰岩、厚层状灰岩和白云质灰岩组成,厚度在400m左右。从赋存特征、构造条件及矿井涌、突水情况分析,该含水层岩溶裂隙发育,有良好的富水性,尤其上部,本矿与一矿井田内,共有6个钻孔揭露该层段,揭露厚度39.39-70.07m。
        ②太原组下段L2灰岩岩溶裂隙含水层(组)
        L2灰岩层位稳定,厚度较大,单层厚4.00~16.45m,平均9.00m,岩溶裂隙较发育。据方庄二矿27-1孔太原组灰岩抽水试验,渗透系数10.56~39.97m/d,原始静止水位标高为+98.67 m,属岩溶裂隙强富水含水层。尤其在构造发育地段,受奥陶系灰岩水的垂向补给,致使该含水层富水性增强。
        ③太原组上段L8灰岩含水层(组)
        L8灰岩厚2.20~19.60m,平均6.47m。钻探遇L8灰岩时,冲洗液有消耗现象,从矿井涌、突水量分析,该含水层为岩溶裂隙中等至强富水性。
        ④二1煤层顶板碎屑岩类孔隙裂隙含水层
        含水层主要为煤层顶板大占砂岩与香炭砂岩,厚度分别为0.75~16.4m和0.15~14.44m,平均分别为6.88m和3.65m,孔隙裂隙不发育,弱富水性。本层为二1煤层顶板直接充水含水层,以滴、淋形式向矿井充水,一般情况下对正常开采影响较小。 
        ⑤下石盒子组碎屑岩孔隙裂隙含水层
        自砂锅窑砂岩底面至田家沟砂岩底,主要为碎屑岩及泥质类岩石互层,厚255.24~271.05m,平均265.57m。含水层有数层砂岩组成,含孔隙裂隙承压水,含水层补给条件差,加之同泥质岩类相间分布,同二1煤层平均距离大于71m,一般对煤层开采影响较小。
        ⑥上石盒子组碎屑岩孔隙裂隙含水层
        方庄二矿内地层发育不全,仅保留下段地层,最大揭露厚度57.36m,主要为砂岩、砂质泥岩和泥岩。含水层主要由底部田家沟砂岩组成,厚度4.84~18.77m,平均16.83m,细~粗粒结构,为孔隙裂隙弱富水含水层,距离二1煤层较远,对煤层的正常开采没有影响。
        ⑦第四系+新近系砂卵砾石含水层组
        主要为粘土或粘土夹砾石层,厚28.33~484.60m,平均215.30m。含水层由1~17层砂砾石和卵砾石层组成,构成多层次复结构含水层组。由于埋藏浅,可直接接受大气降水与地表水补给。静止水位标高+90.48~+96.12 m。矿化度0.307~0.309g/L,水质类型HCO- 3?SO2- 4-Ca?Mg。
        2、隔水层
        ①本溪组铝土质泥岩隔水层
        由铝土质泥岩、簿层砂岩、砂质泥岩和铁质砂岩组成。区内有 6个钻孔穿过该层位,厚1.80~24.45m,平均9.28m,岩性致密,是奥陶系灰岩含水层与太原组下段灰岩含水层之间的主要隔水层。在厚度大、地层完整的情况下,具有良好的隔水性能。在厚度变薄或被构造破坏,将失去隔水作用,使上下含水层之间发生水力联系。
        ②太原组中部砂泥岩段隔水层
        由泥岩、砂质泥岩和砂岩及薄层灰岩组成,厚29.71m。在正常地段,是阻隔太原组上、下段灰岩含水层之间水力联系的良好隔水层。若受构造破坏,在断裂带附近将失去隔水作用,使太原组上、下段灰岩岩溶裂隙承压水发生水力联系。
        ③二1煤层底板隔水层
        二1煤层底至L8灰岩顶,由L9灰岩、泥岩、砂质泥岩和砂岩组成,厚14.95~47.74m,平均23.97m。矿区东北部较薄,西南部较厚,是阻隔煤层底板太原组L8灰岩承压水充入矿井的主要隔水层。
        ④二1煤层顶板隔水层
        二1煤层顶板至大占砂岩底之间的新近系底,由砂岩、砂质泥岩及泥岩等组成。其中,砂质泥岩及泥岩为主要隔水层位,泥岩与砂岩互层,不仅阻隔了砂岩孔隙裂隙含水层间的水力联系,而且还是二1煤层顶板与新近系含水层之间的良好隔水层。
        三、二1煤层底板突水区域划分
        根据矿井生产地质报告,矿井井田范围内L8灰水位标高为+53.18~-285.0m。井田内上部煤层底板标高+50m以上部分煤层标高位于L8灰水水位之上,为非突水危险区,二1煤层大部分处于L8灰水水位之下。
         为评价其带压开采的安全性,计算井田开采二1煤层时底板L8灰岩岩溶水突水系数,划分突水威胁区与突水危险区。不考虑断层构造保护煤柱,根据《煤矿防治水规定》中单的规定,确定计算公式:
        
            式中Ts-突水系数(MPa/m),根据《煤矿防治水规定》规定,隔水层完整无断裂的地段按不大于0.10计算。
        P-煤层底板隔水层承受的水压(MPa),目前方庄二矿深部L8灰岩岩溶裂隙水的水位标高+53.18~-285.0m,二1煤层底板隔水层承压为0~5.84MPa。
        M-二1煤层底板至L8的距离(m),厚度14.95~47.74mm,其中已采地区隔水层要减去受回采影响破坏深度约15m左右。
        经计算,煤层底板标高+50~-350m范围内的大部分区域带压开采,但煤层底板隔水层能够承受的水头值大于实际水头值,因此将其划分为突水威胁区;煤层底板标高-350m以下范围内大部分及11采区标高-150m以下部分煤层底板隔水层能够承受的水头值小于实际水头值,因此将其划分为突水危险区(见水文地质突水区域划分图)。
        三、结论及建议
        1、根据矿井现有的地质资料进行分析,矿井现进行的采掘地区均为突水危险区域,所以要引起足够的重视,坚持预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采的防治水原则,杜绝突水事故。
        2、突水威胁区域,煤层底板隔水层能够承受的水头值大于实际水头值,开采后,隔水层不容易被破坏,可以带压开采,但要加强动态监测,制定现场应急预案,防止误揭断层或破碎带等导水构造。
        3、突水危险区域,煤层底板隔水层能够承受的水头值小于实际水头值,开采前要采取底板含水层注浆改造等防治水工程,确保工作面安全生产。
       
        

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