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帶壓開采安全評價

作者:安全管理網  來源:安全管理網 
評論: 更新日期:2017年06月09日

一、概況
        方莊二礦井田范圍內現主要在三個采區進行采掘活動,分別為:20采區 、23采區和25采區。根據已有資料,L8灰巖巖溶裂隙水位標高為+53.18~-285m,按煤層底板標高與L8灰巖水位標高位于同一水平(既煤層承壓為0MPa)和煤層底板隔水層能否承受L8灰巖水壓值為界限,來劃分非突水危險區、突水威脅區和突水危險區。本文以現有地質資料為基礎,針對二1煤層底板含水層、隔水層的分析研究,對礦井帶壓開采的安全性作出評價。
        二、 水文地質
        1、含水層
        依據空間分布特征、巖性及地下水類型,自下而上分為:奧陶系碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水層、太原組下段L2灰巖巖溶裂隙含水層(組)、太原組上段L8灰巖巖溶裂隙含水層(組)、二1煤層頂板碎屑巖孔隙裂隙含水層(組)、下石盒子組碎屑巖孔隙裂隙含水層(組)及新近系+第四系砂卵礫石含水層(組)。
            ①奧陶系碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水層
            位于煤系地層基部,主要由奧陶系中統馬家溝組角礫狀灰巖、厚層狀灰巖和白云質灰巖組成,厚度在400m左右。從賦存特征、構造條件及礦井涌、突水情況分析,該含水層巖溶裂隙發育,有良好的富水性,尤其上部,本礦與一礦井田內,共有6個鉆孔揭露該層段,揭露厚度39.39-70.07m。
        ②太原組下段L2灰巖巖溶裂隙含水層(組)
        L2灰巖層位穩定,厚度較大,單層厚4.00~16.45m,平均9.00m,巖溶裂隙較發育。據方莊二礦27-1孔太原組灰巖抽水試驗,滲透系數10.56~39.97m/d,原始靜止水位標高為+98.67 m,屬巖溶裂隙強富水含水層。尤其在構造發育地段,受奧陶系灰巖水的垂向補給,致使該含水層富水性增強。
        ③太原組上段L8灰巖含水層(組)
        L8灰巖厚2.20~19.60m,平均6.47m。鉆探遇L8灰巖時,沖洗液有消耗現象,從礦井涌、突水量分析,該含水層為巖溶裂隙中等至強富水性。
        ④二1煤層頂板碎屑巖類孔隙裂隙含水層
        含水層主要為煤層頂板大占砂巖與香炭砂巖,厚度分別為0.75~16.4m和0.15~14.44m,平均分別為6.88m和3.65m,孔隙裂隙不發育,弱富水性。本層為二1煤層頂板直接充水含水層,以滴、淋形式向礦井充水,一般情況下對正常開采影響較小。 
        ⑤下石盒子組碎屑巖孔隙裂隙含水層
        自砂鍋窯砂巖底面至田家溝砂巖底,主要為碎屑巖及泥質類巖石互層,厚255.24~271.05m,平均265.57m。含水層有數層砂巖組成,含孔隙裂隙承壓水,含水層補給條件差,加之同泥質巖類相間分布,同二1煤層平均距離大于71m,一般對煤層開采影響較小。
        ⑥上石盒子組碎屑巖孔隙裂隙含水層
        方莊二礦內地層發育不全,僅保留下段地層,最大揭露厚度57.36m,主要為砂巖、砂質泥巖和泥巖。含水層主要由底部田家溝砂巖組成,厚度4.84~18.77m,平均16.83m,細~粗粒結構,為孔隙裂隙弱富水含水層,距離二1煤層較遠,對煤層的正常開采沒有影響。
        ⑦第四系+新近系砂卵礫石含水層組
        主要為粘土或粘土夾礫石層,厚28.33~484.60m,平均215.30m。含水層由1~17層砂礫石和卵礫石層組成,構成多層次復結構含水層組。由于埋藏淺,可直接接受大氣降水與地表水補給。靜止水位標高+90.48~+96.12 m。礦化度0.307~0.309g/L,水質類型HCO- 3?SO2- 4-Ca?Mg。
        2、隔水層
        ①本溪組鋁土質泥巖隔水層
        由鋁土質泥巖、簿層砂巖、砂質泥巖和鐵質砂巖組成。區內有 6個鉆孔穿過該層位,厚1.80~24.45m,平均9.28m,巖性致密,是奧陶系灰巖含水層與太原組下段灰巖含水層之間的主要隔水層。在厚度大、地層完整的情況下,具有良好的隔水性能。在厚度變薄或被構造破壞,將失去隔水作用,使上下含水層之間發生水力聯系。
        ②太原組中部砂泥巖段隔水層
        由泥巖、砂質泥巖和砂巖及薄層灰巖組成,厚29.71m。在正常地段,是阻隔太原組上、下段灰巖含水層之間水力聯系的良好隔水層。若受構造破壞,在斷裂帶附近將失去隔水作用,使太原組上、下段灰巖巖溶裂隙承壓水發生水力聯系。
        ③二1煤層底板隔水層
        二1煤層底至L8灰巖頂,由L9灰巖、泥巖、砂質泥巖和砂巖組成,厚14.95~47.74m,平均23.97m。礦區東北部較薄,西南部較厚,是阻隔煤層底板太原組L8灰巖承壓水充入礦井的主要隔水層。
        ④二1煤層頂板隔水層
        二1煤層頂板至大占砂巖底之間的新近系底,由砂巖、砂質泥巖及泥巖等組成。其中,砂質泥巖及泥巖為主要隔水層位,泥巖與砂巖互層,不僅阻隔了砂巖孔隙裂隙含水層間的水力聯系,而且還是二1煤層頂板與新近系含水層之間的良好隔水層。
        三、二1煤層底板突水區域劃分
        根據礦井生產地質報告,礦井井田范圍內L8灰水位標高為+53.18~-285.0m。井田內上部煤層底板標高+50m以上部分煤層標高位于L8灰水水位之上,為非突水危險區,二1煤層大部分處于L8灰水水位之下。
         為評價其帶壓開采的安全性,計算井田開采二1煤層時底板L8灰巖巖溶水突水系數,劃分突水威脅區與突水危險區。不考慮斷層構造保護煤柱,根據《煤礦防治水規定》中單的規定,確定計算公式:
        
            式中Ts-突水系數(MPa/m),根據《煤礦防治水規定》規定,隔水層完整無斷裂的地段按不大于0.10計算。
        P-煤層底板隔水層承受的水壓(MPa),目前方莊二礦深部L8灰巖巖溶裂隙水的水位標高+53.18~-285.0m,二1煤層底板隔水層承壓為0~5.84MPa。
        M-二1煤層底板至L8的距離(m),厚度14.95~47.74mm,其中已采地區隔水層要減去受回采影響破壞深度約15m左右。
        經計算,煤層底板標高+50~-350m范圍內的大部分區域帶壓開采,但煤層底板隔水層能夠承受的水頭值大于實際水頭值,因此將其劃分為突水威脅區;煤層底板標高-350m以下范圍內大部分及11采區標高-150m以下部分煤層底板隔水層能夠承受的水頭值小于實際水頭值,因此將其劃分為突水危險區(見水文地質突水區域劃分圖)。
        三、結論及建議
        1、根據礦井現有的地質資料進行分析,礦井現進行的采掘地區均為突水危險區域,所以要引起足夠的重視,堅持預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采的防治水原則,杜絕突水事故。
        2、突水威脅區域,煤層底板隔水層能夠承受的水頭值大于實際水頭值,開采后,隔水層不容易被破壞,可以帶壓開采,但要加強動態監測,制定現場應急預案,防止誤揭斷層或破碎帶等導水構造。
        3、突水危險區域,煤層底板隔水層能夠承受的水頭值小于實際水頭值,開采前要采取底板含水層注漿改造等防治水工程,確保工作面安全生產。
       
        

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