煤矿水文地质重大危险源安全措施

  来源:安全管理网 
评论:  更新日期:2018年03月10日

一 、矿井概况
        山西寿阳段王集团平安煤业有限公司位于寿阳县城西北部平舒乡平舒村附近,距寿阳县城15Km。向西南2Km可达太(原)-阳(泉)307国道,向东可达寿阳、阳泉,向西可达省会太原。至矿区有榆盂柏油公路相通,井田附近有寿阳-开元公司、段王煤矿的铁路专用线和煤运站,经寿阳站可通全国各地,交通十分便利。是山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室以晋煤重组办发[2009]58号文件批复的单独保留矿井,主体企业为山西寿阳段王煤业集团有限公司。
        山西省国土资源厅2012年12月17日为山西寿阳段王集团平安煤业有限公司签发长期采矿许可证,证号:C1400002009121220050462,有效期:2012年12月27日--2025年12月27日;安全生产许可证(证号(晋)MK安许证字【2016】D148)有效期至2019年5月11日;营业执照(统一社会信用代码为91140000719815892H)有效期至2050年1月27日;井田面积8.4245km2,批采15#煤层。2011年12月开始矿井技改建设,2016年5月转为生产矿井,截止目前,矿井剩余可采储量约320万吨,设计生产能力为90万吨/年,采用斜井、立井混合开拓,采用走向长壁综采放顶煤采煤方法。
        井田内含煤地层主要为太原组。太原组含8、9、11、14、15、15下、16、17号煤层共8层,其中15号煤层为全区稳定可采煤层,其余为不稳定不可采煤层。本组平均厚度129.75m,煤层平均总厚度7.80m,含煤系数为6.01%,可采煤层平均总厚5.10m,含煤系数为3.93%。本井田可采煤层为太原组15号煤层,煤层厚度3.85~6.49m,平均5.10m,属全区稳定可采煤层,含1-5层夹矸,煤层结构复杂,夹矸岩性为泥岩、炭质泥岩,该煤层顶板为砂质泥岩,底板为泥岩、砂质泥岩。
        井田内地质构造简单,水文地质类型定为中等类型,目前矿井井下正常涌水量约120m?/h,最大涌水量约150m?/h。15号煤层直接充水含水层为太原组砂岩及灰岩岩溶裂隙含水层,富水性较弱,其中15号煤层上距K2下灰岩含水层约19.7m,上距K2灰岩含水层39.75m,上距K3灰岩含水层55.7m。奥灰水水位标高+587-+590m,煤层最低标高为+840m,井田内15号煤层不存在奥灰水带压开采情况。
        二、水文地质情况
        1、地表水
        井田内无大的地表水体,太安河属季节性河流,在井田内从北向南流过,属黄河流域汾河水系。
        本区位于娘子关泉岩溶水文地质单元的北部径流区,其地下水在该单元内由西北流向东南,单元具有独立的补给、径流与排泄系统的岩溶含水地块。
        井田北部发育15号煤层隐伏露头,贯穿井田东西部,地表水和大气降水容易下渗补给各含水层,导入井下,因此靠近煤层露头处的含水层富水性增强,对矿井涌水产生明显的影响。因此,在生产过程中要加强探放水工作。
        2、含水层
        井田内的含水层主要有奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层、石炭系太原组灰岩岩溶裂隙含水层、山西组砂岩裂隙含水层、松散岩类砂砾石层含水层。
        2.1奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层
        井田内奥陶系灰岩分上、下马家沟组及峰峰组,马家沟组富水性强,峰峰组富水性较弱。
        下马家沟组:据坪头详查区内S8孔(距井田北东部约1km)资料,裂隙岩溶均不发育,地下水位埋深481.85m,标高623.01m。
        上马家沟组:岩性为深灰色白云质灰岩、深灰~灰色厚层状石灰岩夹薄层泥灰岩和石膏,岩溶发育不均一。
        距井田西部约7km的段王1号水井水位标高611.60m,段王二号水井水位标高598.93m。
        峰峰组:二段岩性为厚层状石灰岩、花斑状灰岩和白云质灰岩,裂隙岩溶均不发育,而且裂隙多被方解石充填。一段岩性为白云质灰岩、角砾状灰岩、角砾状白云质灰岩、泥质灰岩间夹石膏薄层,不同岩性多成互层结构,因而不容易形成连通性较好的裂隙,属弱含水层或相对隔水层。
        2008年段王补充勘探时在D6号钻孔进行了奥灰水位观测,该孔597.54m(O2s)大漏,不返水。奥陶系顶面埋深395.45m,标高755.23m,揭露厚度211.03m,峰峰组和上马家沟组混合水位埋深530.48m,水位标高620.20m。
        据上述钻孔抽水资料,结合区域岩溶水资料,奥灰水流向为由西向东,推测本井田内奥灰水位标高约587~590.5m左右,井田内15号煤层最低底板标高约799m,因此奥灰岩溶地下水对煤层开采无影响。
        2.2石炭系太原组灰岩岩溶裂隙含水层
        太原组主要含水层为K2下、K2、K3、K4等灰岩,单层厚度一般1~3m,岩溶裂隙不发育,据2008年山西寿阳段王煤业集团有限公司(井田西部约5km)补充勘探时对D6号水文孔进行抽水试验,单位涌水量为0.00023L/s·m,渗透系数0.000548m/d,水位标高1077.74m。水质类型属HCO3-·CI~Na+型。井田内富水性弱。
        2.3山西组砂岩裂隙含水层
        山西组含水层主要为山西组底部K7砂岩,岩性主要为中一细粒砂岩,厚6m左右,本组地层井田内大部被剥蚀,仅南部残存。据区域资料,本组砂岩富水性弱。
        2.4松散岩类砂砾石层含水层
        本井田内广泛分布,厚度10~80m,以亚粘土、亚砂土、砂砾层为主,砂砾层富水性较强。
        3、主要隔水层
        井田内隔水层较多,各基岩含水层之间都有厚度稳定的泥岩、砂质泥岩发育,可起到隔水作用。15号煤至奥灰间本溪组隔水层组,厚度80m左右,底部有一层沉积稳定、分布全区的铝土泥岩,钻孔冲洗液消耗量极微。无论从岩性上,还是从厚度上讲,可以起到隔水作用,为隔水层。另太原组及其之上的岩层段,主要由泥岩、砂质泥岩、石灰岩及各种粒级的砂岩组成,中间的具有可塑性的泥岩、砂质泥岩可起到良好的层间隔水作用。
        4、矿井充水因素分析
        矿井充水条件主要包括2个方面,一个是充水水源,另一个是充水通道。
        根据地质报告、水文地质类型划分报告及其批复提供:
        4.1矿井充水水源
        4.1.1地表水体对矿井开采的影响
        太安河在井田内历年的洪水位标高为+1063m。该井田主、副井及工业场地位于井田内的南部,太安河的东部,矿井主斜井井口标高+1076.321m,副立井井口标高+1074.00m,回风立井井井口标高+1074.00m,井口及工业场地标高均高于最高洪水位标高。
        该井田内有十多处流沙层,流沙层位于上更新统地层、中更新统地层,属于表土层。因此流沙层对现开采15号煤层采掘无影响。
        4.1.2地下水对矿井开采的影响
        15号煤层之上K2下、K2、K3、K4灰岩是开采15号煤的间接充水含水层,据抽水资料,富水性弱,由于灰岩岩溶发育的不均一性,含水层不均,局部地段富水性较强,如邻近的开元矿、友众矿等,井下涌水量均在50m3/h以上。开元矿开采3、9煤层,自开采以来,井下一直有水,9号煤层开采主要受老窑水的影响,曾发生三次透水事故,据了解,自本矿建矿开采以来,井田西部的开元煤矿井下排水量明显减少,说明两矿地下水有着密切的联系。因此,在今后的生产过程中,要加强探放水。
        该井田内推测奥灰水位标高约587~590.5m左右,井田内15号煤层最低底板标高约799.9m,因此奥灰岩溶地下水对煤层开采无影响。
        4.1.3采空区、小(古)窑破坏区积水
        该矿现开采15号煤层,上部无其它煤层的采空区,因此不存在本井田上部采空区积水问题。
        井田内15号煤层埋藏较浅,在其北部有隐伏露头,贯穿井田东西部,地表水和大气降水容易下渗补给各含水层,导入井下,因此,采至露头附近时一定要随时观察地表有无裂缝及井下涌水情况,加强探放水。
        4.1.4周边煤矿采古空区积水情况
        该矿南、北部无煤矿,井田西部与阳煤集团寿阳开元矿业有限责任公司相邻,东邻山西寿阳段王集团友众煤业有限公司。
        阳煤集团寿阳开元矿业有限责任公司:该矿主采3、9号煤层,曾在其井田东部开采15号煤层,矿井涌水量70m3/h。15号煤层采空积水区主要分布在矿井西北部,据调查现未发现与本矿有越界开采现象,采空区积水对平安煤矿暂无影响。
        山西寿阳段王集团友众煤业有限公司:为兼并重组矿井,是由原寿阳县友众煤业有限公司、寿阳县宗艾煤业有限公司整合而成。兼并重组整合前友众煤业、宗艾煤业为生产矿井,开采15煤层。井田东邻原宗艾煤业有限公司,生产能力21万t/a,开采15号煤层时矿井最小涌水量为224 m3/d,最大涌水量约为428m3/d。据调查该矿曾在其井田西部开采15号煤层,现未发现与本矿有越界开采现象。经友众煤矿充水性图及其它资料查知,友众15号煤层采空区积水偏少、标高与平安煤矿15号煤层基本持平,另外有保安煤柱的留设,因此友众煤矿采空区积水对平安煤矿暂无影响。
        但井田将来开采15号煤层至井田边界附近时要随时调查了解邻矿采空区及积水情况,一定做好探放水工作,井田边界处留足保安煤柱。
        4.1.5矿井充水通道
        根据地质报告及其水文地质划分报告提供,该矿在15号煤层开拓过程中,主要充水通道:构造、顶板导水裂隙带、封闭不良的钻孔等。
        ①构造对矿床充水作用的影响:
        井田内断层及陷落柱较发育,在今后的开采中一定要注意断层陷落柱的导水性,并对断层和陷落柱的导水性定期进行观测。在临近开采时,一定要密切注意矿井涌水量的变化,做到“预测预报,有掘必探,先探后掘,先治后采”的原则。
        断层:F1、F2正断层位于井田中西部,在今后的开采中一定要注意断层的导水性。另井田瞬变电磁勘探中解释断层F3位于相对强富水区内,推断断层上盘富水,为导水断层。
         陷落柱:井田内陷落柱较多,目前井下揭露陷落柱27个,虽现阶段未发现陷落柱渗水现象,但不排除将来沟通各含水层之间水力联系的可能性。另外瞬变电磁勘探中解释陷落柱28个,与井下揭露陷落柱无重复。其中陷落柱T1、T9、T10、T11位于相对强富水区域,该处陷落柱富水性较强;T3、T6、T7、T8、T18、T19、T28位于相对弱富水区域,富水性较弱;其余陷落柱均不富水。今后应加强此方面的工作。
        ②顶板导水裂隙带
        井田内15号煤层开采后,由于打破了原有岩石的稳定性,形成采空垮落及导水裂缝带,导水裂缝带向上延伸会沟通煤层上覆各含水层水,增加矿井涌水量。15号煤层顶板为砂质泥岩,属中硬岩石。
        根据水文地质类型划分报告提供,该井田15号煤层最大垮落带高度为15.31m,最大导水裂缝带高度为60.95m。由此可见,井田北部煤层埋藏较浅,有隐伏煤层露头出露,故地表水及大气降水会通过煤层露头及导水裂缝带导入井下,补给各含水层,因此靠近煤层露头处的含水层富水性增强,开采时一定要做好探放水工作。
        井田内地表地裂缝是导通上部各含水层的导水通道,并与大气降水、部分季节性地表水发生联系,同时向井下采空区充水。故对地表地裂缝的定期调查、填埋、压实工作,及时对地表地裂缝和塌陷进行填埋。
        ③封孔不良的钻孔
        某些钻孔常因封孔质量不佳变成了人为导水通道,当掘进巷道或采区工作面经过没有封好的钻孔时,顶、底板含水层地下水将沿着钻孔补给矿层,造成涌(突)水事故。
        ④封闭不密的关闭井口
        封闭不密的关闭井口也可变成导水通道,当地表洪水水位标高超过关闭井口标高时,地表洪水将沿着井口补给矿层,造成涌(突)水事故。
        5、水文地质类型及涌水量
        根据根据2014年资质单位山西地宝能源有限公司为本矿提交了《矿井水文地质类型划分报告》及其批复,该矿井水文地质条件为中等类型。
        根据地质报告及实际采掘过程中涌水观测资料显示,矿井开采15号煤层,矿井生产能力达到90万t/a时,矿井正常涌水量为120m3/h,最大涌水量为150m3/h。
        三、矿井水灾危险有害、因素的辨识及安全措施
        1、矿井水灾危险、有害因素的辨识
        矿井水害是煤矿五大灾害之一,矿井发生水害事故轻则影响生产、增加排水费用、恶化生产工作环境,重则造成淹井伤人重大恶性事故,造成经济效益、社会效益的巨大损失。
        矿井造成水害的充水水源分为地表水和地下水两类,地表水包括大气降水、河流水、水库池塘存水等;地下水主要有含水层水、断层、陷落柱导水、老窑积水、采空区积水、钻孔水等。
        造成水害的导水通道有自然通道和人工通道两种,自然通道主要有:裂隙、孔隙、岩溶、断裂带、陷落柱等;人工通道主要有:钻孔、井筒、冒裂带、底鼓裂隙、底鼓裂带、地表塌陷等。
        造成矿井水害的种类有地表水害、冲击层水害、老窑、老空水害、煤层顶板水害、煤层底板水害、断层水害、陷落柱水害、钻孔水害等。
        矿井水文地质类型为中等,井田内15号煤层埋藏较浅,在其北部有隐伏露头,采至露头附近时一定要随时观察地表有无裂缝及井下涌水情况。因此,矿井水灾是煤矿井下开采的主要灾害之一,矿井水文地质环境条件是矿井的重大危险源之一。

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