北徐樓煤礦16煤底板帶壓開采安全性分析

—北徐樓煤礦16煤底板帶壓開采安全性分析北徐樓煤礦自20XX年試生產(chǎn)以來，動(dòng)用的16煤集中在一采區(qū)、二采區(qū)、三采區(qū)，目前一采區(qū)回采完畢，二采區(qū)正在開采，三采區(qū)考慮到今后村莊搬遷，已停止開采。北徐樓煤礦開采的16煤，位于太原組下部、直接頂板為十下灰，厚度2.80～7.08m，平均4.73m。煤層厚度0.42～1.37m，平均1.00m。下與17煤層間距4.84～12.62m，平均6.06m，下與奧灰間距41.97～73.30m，平均59.08m，奧灰靜止水位按20XX年9月1號孔水位標(biāo)高為-73.68m，則正常情況下在回采標(biāo)高-854.88m以下的16煤層時(shí)，將會(huì)受到奧灰水的嚴(yán)峻威逼。按臨界突水系數(shù)值取1.0，底板采動(dòng)破壞深度取7m，計(jì)算求得開采16煤層的安全水頭為520.80m，正常情況下在回采標(biāo)高-594.48m以下的16煤層時(shí)，將會(huì)受到奧灰水的威逼。而北徐樓煤礦16煤埋藏深度在在-280530m。因此開采16煤層時(shí)不會(huì)受到奧灰水德威逼。一、地質(zhì)構(gòu)造對底板水的影響分析北徐樓井田位于滕縣背斜北翼的中西部，總體為一由北徐樓斷層與大劉莊斷層組成的近NE向的地壘構(gòu)造?？傮w構(gòu)造形態(tài)為大致以35勘探線為軸的寬緩背斜構(gòu)造，西翼地層向NW傾斜、東翼地層向東傾斜。西部發(fā)育有寬緩褶曲。生產(chǎn)巷道揭露證明，井田內(nèi)中、東部采區(qū)落差大于10m的斷層不發(fā)育，一般多為落差小于5m的小斷層。西部采區(qū)（39線以西奎子斷層的上盤）落差大于10m的斷層較發(fā)育。井田內(nèi)由東至西，斷層越來越多。井田內(nèi)共發(fā)育落差20m的斷層29條，其中：落差XXXm的斷層4條、XXXm＞落差50的斷層4條、50m＞落差30的斷層16條、30m＞落差20的斷層5條。這些斷層對工作面底板水的影響較大，是工作面出水的通道。礦井已開采16煤層多年，含水層多已充足揭露或涉及，涌水量已根本趨于穩(wěn)定。頂板十下灰涌水量一般在10m3/h，在施工21605運(yùn)輸順槽時(shí)，遇到頂板十下灰涌水量到達(dá)，30m3/h，主要是此區(qū)域灰?guī)r裂隙發(fā)育，小斷層發(fā)育的原因。回采工作面底板沒有發(fā)生過出水，主要是頂板跨落時(shí)，十下灰?guī)r水進(jìn)入工作面，一般在10-15m3/h，斷層發(fā)育地段，頂板水較大。二、16煤層底板奧灰含水層的探測16煤層在二采區(qū)進(jìn)行了兩次奧灰水抽放水試驗(yàn)（20XX年1月份進(jìn)行井下放水試驗(yàn)一次，20XX年9月份進(jìn)行地面抽水試驗(yàn)一次），四采區(qū)進(jìn)行了一次奧灰水放水試驗(yàn)（20XX年5月份進(jìn)行井下放水試驗(yàn)一次，施工鉆孔3個(gè)），依據(jù)三次抽放水試驗(yàn)結(jié)果可得出如下結(jié)論：奧灰含水層與16煤層之間的隔水層能承受的水頭值大于實(shí)際水頭值，正常情況下，奧灰水對開采16、17煤開采無影響，奧灰水靜止水位分別為-75.8m（20XX年1月份）-73.8m（20XX年9月份）-129.5m、-99.7m（20XX年5月份）。三、16煤層底板隔水層情況分析16煤層至奧灰間泥巖、鐵鋁質(zhì)泥巖隔水巖組厚度41.97～73.30m，平均59.08m。其間主要由泥巖、鐵鋁質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖及3層薄層石灰?guī)r所組成。鉆探取芯巖芯完好，裂隙不發(fā)育，無漏水層位。加權(quán)平均抗拉強(qiáng)度為26.22kg/cm2，加權(quán)平均容重為2.72g/cm3，正常情況下在回采標(biāo)高-594.48m以上的16煤層時(shí)，不會(huì)受到奧灰突水威逼，但由于斷層錯(cuò)動(dòng)，局部可形成側(cè)向補(bǔ)給條件或因巖溶陷落柱形成奧灰水垂向上升通道，使奧灰與十四灰、十二灰，甚至十下灰產(chǎn)生水力聯(lián)系。因此，為確保16煤層的安全開采，今后應(yīng)強(qiáng)化對煤系底部巖層巖性、厚度的探測分析，查明斷層、裂隙向深部的延長發(fā)育情況，查明巖溶陷落柱的發(fā)育分布情況及其導(dǎo)水性特征，對預(yù)防斷層附近及裂隙密集帶、隔水層較薄區(qū)或陷落柱附近發(fā)生奧灰突水，具有非常重要的實(shí)際意義。四、16煤層底板奧灰突水性評價(jià)（1）依據(jù)我礦《精查地質(zhì)報(bào)告》及《生產(chǎn)礦井地質(zhì)報(bào)告》提供資料，對開采煤16有威逼的奧灰含水層。單位涌水量為0.111l/sm，靜止水位標(biāo)高+6.99m，上距煤16平均65m左右。本段地層的加權(quán)平均抗拉強(qiáng)度為26.22kg/cm2，加權(quán)平均容重為2.73，依據(jù)公式計(jì)算：－300水平和－500水平的底板安全厚度分別為22.1m和36.03m，正常情況下不會(huì)對開采煤16有威逼，但局部地段由于斷層或裂隙使十二灰、十四灰及奧灰成為一個(gè)統(tǒng)一的含水層組，近而對開采煤16產(chǎn)生威逼。由于十二灰、十四灰水無抽水實(shí)驗(yàn)資料，奧灰水抽水實(shí)驗(yàn)資料較早，我礦于20XX、20XX、20XX年初對此三含水層進(jìn)行了三次抽放水實(shí)驗(yàn)，結(jié)果說明：十二灰根本不含水，十四灰靜止水位－126.6m，奧灰靜止水位－75.8m，單位涌水量0.013L/s.m，經(jīng)計(jì)算，目前二、三采區(qū)開采煤16均不受奧灰水威逼。（2）煤16下限計(jì)算對開采16煤有威逼的奧灰含水層，雖有抽水試驗(yàn)資料。但由于間隔時(shí)間較長，水文地質(zhì)參數(shù)已不夠精確，為了精確獲得水文地質(zhì)參數(shù)、計(jì)算精確牢靠的安全水頭值。本礦于20XX年12月28日至20XX年4月23日在西翼4#聯(lián)絡(luò)巷對三含水層進(jìn)行了鉆探放水試驗(yàn)。結(jié)果如下：奧灰：靜止水位：－75.8m，水壓：2.859MPa，流量：46.6m3/h。終孔直徑74mm。依據(jù)公式TS=P/（M-CP）式中：TS-突水系數(shù)（kgf/（cm2m））取TS=1.0Ｐ-隔水層承受的水壓（kgf/cm２）Ｍ-底板隔水層厚度奧灰取60ｍ，十四灰41mＣＰ-采礦時(shí)底板隔水層的擾動(dòng)破壞厚度（m）取CP=7.0m經(jīng)計(jì)算：Ｐ奧灰＝53kgf／cm２奧灰靜止水位：－75.8m正常區(qū)段，開采標(biāo)高在-605.8m以上煤層均不受奧灰水威逼。五、16煤層底板奧灰水防治措施井田內(nèi)斷層較多，部分?jǐn)鄬涌赡苁故?、十四、奧灰含水層聯(lián)通成為同一含水體，對下組煤開采構(gòu)成嚴(yán)峻威逼，為防止底板突水事故，礦井在各采區(qū)開采前，進(jìn)行下組灰?guī)r含水層探測，把握十二、十四、奧灰水的水頭值，分析十二、十四、奧灰水之間水力聯(lián)系情況；另外應(yīng)合理選擇16、17層煤開采對底板的破壞深度，要正確確定底板有效隔水層厚度。實(shí)行以下安全措施1、進(jìn)一步探測底板含水層的水力聯(lián)系，以及底板含水層水對第16層煤開采的影響。2、為精確計(jì)算16煤的安全隔水厚度，計(jì)劃采納鉆探注水輔以物探的方法，對開采煤16的底板破壞深度進(jìn)行探測。3、實(shí)測奧灰水文地質(zhì)參數(shù)奧灰水對煤16開采有威逼，在不同的水文地質(zhì)單元（受斷層影響的地壘或地塹構(gòu)造帶，向斜的核部），采掘標(biāo)高每下降50～70m，分別進(jìn)行一次奧灰水放水試驗(yàn)。4、在安全區(qū)開采一般不會(huì)顯現(xiàn)奧灰突水，但在工作面回采期間應(yīng)強(qiáng)化工作面的水文地質(zhì)觀測工作，并按時(shí)記錄歸檔，為將來深部16煤回采的防治水工作積累肯定的經(jīng)驗(yàn)，使礦井下一步