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西山煤田麦地掌煤矿奥灰水对煤层开采的影响及对策
2018-04-10
针对麦地掌煤矿开采煤层奥灰水局部带压、受奥灰水威胁的情况,结合矿井的地质及 水文地质条件,具体分析了井田奥灰含水层富水性等特征,研究其对煤层开采的影响程度,提出了 防治水工作的建议及具体安全技术措施,保证了矿井的安全生产。
Serial No. 587 March. 2018 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 587期 2018 年 3 月第 3 期 西山煤田麦地掌煤矿奥灰水对煤层开采的影响及对策 王ꢀ 鑫 太原市梗阳实业集团有限责任公司麦地掌煤矿) ( ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 针对麦地掌煤矿开采煤层奥灰水局部带压、受奥灰水威胁的情况,结合矿井的地质及 水文地质条件,具体分析了井田奥灰含水层富水性等特征,研究其对煤层开采的影响程度,提出了 防治水工作的建议及具体安全技术措施,保证了矿井的安全生产。 关键词ꢀ 奥灰水ꢀ 影响分析ꢀ 防治水措施 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2018. 03. 064 ꢀ ꢀ 奥灰含水层是煤系地层沉积的基底,其具有良 但多数陷落柱未塌陷到地表,单个陷落柱在平面上 呈圆形或椭圆形,在剖面上呈倒锥形,对煤层的破坏 直径一般为 30 ~ 120 m。 据井田东邻的官地煤矿在 好的岩溶水通道,并具有补给强、水压高、水量大之 特点,当煤层底板隔水能力弱或有断层、陷落柱等构 造存在时,下伏奥灰承压水在高水头压力作用下,直 2 开采过程中证实,该地区陷落柱平均 18 个/ km 陷 # 接涌入矿井。 西山煤田麦地掌煤矿开采 2 煤层时 落柱,陷落柱面积占开采面积的 5. 2% ,井田内未见 奥灰水局部带压,因此分析研究了该区奥灰含水层 等水文地质资料,对矿井的安全开采起着至关重要 的作用。 岩浆岩。 总之,井田构造复杂程度属简单类。 # ꢀ 奥灰水对 2 煤层开采影响分析 3 3 . 1ꢀ 井田内奥灰水的富水特征 1 ꢀ 矿井概况 井田内揭露的地层由下到上有峰峰组、本溪组、 麦地掌井田位于山西省太原市清徐县马峪乡麦 太原组、山西组、上下石盒子组、石千峰组等地层,井 田内主要有太原组石灰岩、砂岩裂隙含水层、山西组 砂岩裂隙含水层、二叠系上下石盒子组砂岩裂隙含水 层,各含水层均以静储水为主,补给量有限。 抽水试 验结果表明,上述含水层富水性弱,对煤层开采影响 不大。 另有奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层,现就井田 内奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层进行详细阐述。 煤层底板以下奥陶系岩溶含水层富水性是影响 矿井出水的重要因素,在垂向上奥陶系灰岩上、下段 的岩溶发育程度对突水危险性影响也较大。 根据钻 孔资料 统 计, 奥 陶 系 中 统 峰 峰 组 地 层 厚 度 80 地掌村,向南约 10 km 处为清徐县城。 井田内可采 煤层有 02、2、6、8、9 共 5 层,可采储量 9 403 万 t,设 计生产能力 120 万 t/ a,服务年限 56 a,矿井自 2012 年 9 月破土动工,于 2017 年 9 月批准进入联合试运 # 转阶段,现正开采 2 煤层。 2 ꢀ 矿井地质构造简况 西山煤田位于山西省中部,太原市以西,清交矿 区处于西山煤田东南边缘,矿区总体为一走向北东、 向北西倾斜的单斜构造,在此背景上发育着一系列 褶曲和断裂构造。 麦地掌井田处于清交矿区的东北 角,井田总体为走向近南北向向西倾斜的单斜构造, 受区域构造影响井田内主要发育峪道川向斜及 F1 、 F2 、F66 断层等地质构造。 在此背景上使地层走向又 发育次一级的地层产状转折变化,地表地层倾角 6° ~ 97 m,其中上部以浅灰、深灰色厚层状石灰岩、泥 灰岩为主,夹有白云质灰岩。 下部以灰、灰白色角砾 状泥灰岩、白云质灰岩为主,夹脉状纤维石膏及层状 隐晶质石膏,上下石膏带分别赋存于此段上下部,中 部以深灰色厚层状石灰岩、泥灰岩及角砾状白云质 灰岩为主。 ~ 18°,向下至煤系倾角变缓为 2° ~ 11°,勘探阶段井 田内揭露 2 条断层及 2 个陷落柱构造,在基建过程 中巷道揭露 53 个陷落柱及 70 条小断层,揭露的断 层绝大部分落差小于 3 m,井田陷落柱相对较发育, 补充勘探施工的 B1 号钻孔揭露该地层 141. 48 m,在 B1 号钻孔中对奥陶系中统峰峰组及上马家沟 组进行了混合稳定水位观测,其水位标高为 849. 96 m。 据井田西部 C22 号水文孔,峰峰组和上马家沟 组混合抽水资料,静止水位标高为 874. 86 m,恢复 ꢀ ꢀ 王ꢀ 鑫(1982—),男,助理工程师,030400 山西省太原市清徐 县。 2 48 ꢀ ꢀ 王ꢀ 鑫:西山煤田麦地掌煤矿奥灰水对煤层开采的影响及对策ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2018 年 3 月第 3 期 水位 标 高 为 871. 82 m, 钻 孔 单 位 涌 水 量 仅 为 0. 000 8 L/ (s·m),渗透系数为 0. 000 26 m/ d, 井田南部李家楼煤矿的 LS-1 号水文孔峰峰组的抽 水资料水位标高为 837. 385 m。 结果进行必要探放水工作。 根据探查情况综合研究 确定防治水措施,通常可采用留设防水煤柱、注浆加 固构造带或调整采掘工作面宽度,从而控制底板采动 破坏深度等方式预防水害发生。 生产过程中应对断 层及陷落柱的含、导水性进一步研究,特别对于陷落 据井田相邻小回沟井田上马家沟组与峰峰组混 合抽水试验,其单位涌水量为 0. 003 L/ (s·m),渗 透系数为 0. 003 65 m/ d。 含水层富水性弱,水质类 型属 SO4 · HCO3 ꢁCa·Na。 另据井田南部 5. 8 km 处的鑫泰煤矿 T3 号孔,上马家沟组与峰峰组混合抽 水试验,其单位涌水量为 0. 000 75 L/ (s·m),渗透 系数为 0. 006 5 m/ d,含水层富水性弱。 [ 2] 。 柱垂向上隔水性能的变化进行必要的探查研究 其次,生产过程中及时跟踪收集地质及水文地质 资料,分析预测构造对采掘工作面的影响,对于异常 构造带及时提出合理的处理意见,存在水害隐患时, 严格按照“有疑必探,先探后掘”的原则进行探放水。 工作面回采前后,利用物探、钻探等手段,查明工作面 内地质构造,对影响生产的各类构造跟踪观察,分析 研究其延展趋势,总结工作面及附近区域主要地质规 律,重点要加强各工作面的井下水文地质观测工作, 还要注意断层构造、陷落柱构造的观测、井巷出水点 的观测以及矿井涌水量的观测,及时分析研究构造带 综合以上资料及区域水文地质分析,区内的奥 灰岩溶含水层富水性弱。 麦地掌井田范围内奥灰水 # 位标高为 833 ~ 853 m。 而 2 煤层底板标高为 780 ~ # 1 010 m,井田内 2 煤层属局部带压开采煤层。 . 2ꢀ 井田内奥灰水对煤层的开采影响分析 3 经查看井田内各钻孔奥灰顶界与煤层底板的高 涌水量变化规律,为该区的突水预测、预报积累资料, # [3] 。 差,井田内 2 煤层奥灰隔水层厚度在 125 ~ 170 m。 根据《煤矿防治水规定》突水系数计算公式,计算得 特别应注意观测断裂带延迟滞后型突水 此外,要制定符合矿井水文地质条件的可靠的 安全技术措施,在突水的危险程度较高的区域,必须 编制专门的带压开采设计,严格按照制定的安全技 术措施和带压开采设计进行组织生产。 # 出 2 煤层带压区奥灰突水系数在 0. 010 ~ 0. 013 MPa / m。 即在带压开采区中没有导水构造存在的 # 情况下,2 煤层开采发生底板突水的可能性比较 [ 1] 小 。 5 ꢀ 结ꢀ 语 通过对井田内的地质及水文地质条件分析,麦 经综合分析麦地掌井田奥灰含水层的水文地质 # 地掌煤矿带压开采充水途径是导水构造,加强导水 构造的探测预报是矿井防治工作的重点。 条件,正常情况下 2 煤层开采发生底板突水的可能 性较小,但仍应加强大型导水构造的探查。 矿井自 # 麦地掌煤矿发现 3 条落差大于 10 m 以上的断 层,在生产过程中又揭露 53 个陷落柱及 70 条小断 层,均未出现导水现象,根据已揭露的地质及水文地 质资料来看,井田内揭露的陷落柱及大断层的断层 带内的岩石胶结程度均较好,井田内暂未发现导水 断层及导水陷落柱。 开采 2 煤层以来,在奥灰水带压开采区域实现了安 全生产。 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ 1]ꢀ 国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局. 煤矿防治 水规定[S]. 北京:煤炭工业出版社,2009. [ [ 2]ꢀ 武ꢀ 强. 煤矿防治水手册[M]. 北京:煤炭工业出版社,2013. 3]ꢀ 张正浩. 煤矿水害防治技术[ M]. 北京: 煤炭工业出版社, 2010. 4 ꢀ 安全技术措施 矿井必须坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、 先治后采”的防治水原则,根据井田的实际情况,采用 瞬变电磁法等物探方法进行超前探查,然后根据物探 (收稿日期 2018-01-02) ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ 中汞[J]. 理化检验:化学分册,2009(5):601-602. ( 上接第 233 页) [ [ [ [ 8]ꢀ 周兴军,李ꢀ 婧,魏晓燕. DMA-80 直接测汞仪测定水及土壤中 的总汞[J]. 环境与发展, 2014,26(8):16-19. [ 4]ꢀ 陈贺海,鲍惠君,付冉冉,等. 微波消解-电感耦合等离子体质谱 法测定铁矿石中铬砷镉汞铅[J]. 岩矿测试,2012,31(2):234- 9]ꢀ 谢ꢀ 涛,罗ꢀ 艳. 直接测汞仪测定土壤中的总汞[J]. 光谱实验 室,2012,29(3):1689-1691. 240. [ [ [ 5]ꢀ 于ꢀ 趁,剧京亚,姚春毅. DMA-80 直接测汞仪测定四种中药中 汞含量[J]. 食品安全质量检测学报,2013(5):1517-1520. 6]ꢀ 周ꢀ 宇,贾宏新,郑凤娥,等. 测汞仪直接测定食品中总汞[J]. 中国无机分析化学,2015,5(3):5-7. 10]ꢀ 张ꢀ 衡,高建文,王鑫焱,等. 采用直接测汞仪快速测定煤中 痕量汞[J]. 煤质技术,2014(1):17-20. 11]ꢀ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB / T 10322. 1 —2000ꢀ 铁矿石取样和制样方法[ S]. 北京:中国标准出版 7]ꢀ 赵树青,董新凤,赵ꢀ 川. DMA80 直接测汞仪测定生活饮用水 社,2000. 2 49
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