山西東峰煤礦特厚煤層綜放開(kāi)采充水條件分析

山西東峰煤礦特厚煤層綜放開(kāi)采充水條件分析

1充水水源1.1礦井涌水量與降水量的關(guān)系在山西省政府大廳接受每年第三季度的空氣降水的情況下，山西省政府機(jī)構(gòu)將通過(guò)各種巖石裂縫和緩慢沉積室之間的裂縫進(jìn)入礦山，這是該礦山充水條件中的一個(gè)重要補(bǔ)充來(lái)源。根據(jù)歷年礦井涌水量與降水量動(dòng)態(tài)關(guān)系統(tǒng)計(jì)表明,礦井涌水量隨降水量增大而有所增大,并有一定的滯后性,說(shuō)明大氣降水對(duì)礦井充水有一定影響。井田南部的原村河及井田內(nèi)東部邊界的楊楊河,沖積層發(fā)育,接受大氣降水補(bǔ)給,富水性相對(duì)較好,且下伏基巖傾角1°~7°。當(dāng)開(kāi)采3號(hào)煤層至該地段時(shí),開(kāi)采時(shí)形成的導(dǎo)水裂縫帶可能溝通河谷中的地表水體及淺層地下水進(jìn)入井下,應(yīng)引起足夠重視。1.2礦井充水水源(1)第四系松散層潛水:第四系松散層潛水水位埋藏一般較淺,主要接受大氣降水補(bǔ)給。該含水層滲透性好,局部含水豐富。因地表水及第四系潛水含水層和基巖風(fēng)化帶含水層直接相連,因此,當(dāng)回采落頂形成的塌陷破裂帶與上部地表水及第四系潛水溝通時(shí),會(huì)對(duì)礦床產(chǎn)生一定的充水作用。(2)基巖風(fēng)化帶裂隙潛水:該含水層的巖性因地而異,在井下3號(hào)煤層進(jìn)行回采落頂時(shí),產(chǎn)生的導(dǎo)水裂縫帶與該含水層溝通時(shí),則向礦床充水。(3)二疊系上統(tǒng)上石盒子組砂巖裂隙承壓水:為碎屑巖孔隙裂隙承壓含水層水,含水層在井田內(nèi)大面積出露。巖性以中粒砂巖為主,為3號(hào)煤層頂板間接充水水源。(4)二疊系下統(tǒng)山西組及K8砂巖裂隙承壓水:為碎屑巖孔隙裂隙承壓含水層水,含水層在井田內(nèi)無(wú)出露,巖性以中粒砂巖為主,局部砂巖裂隙發(fā)育,包括K7、K8砂巖及3號(hào)煤層頂板砂巖裂隙含水層,構(gòu)成3號(hào)煤層的主要充水水源。(5)石炭系上統(tǒng)太原組巖溶裂隙承壓水:該含水層主要由K2、K3、K4、K5四層石灰?guī)r組成,為層間溶洞裂隙水,其中K5含水層為3號(hào)煤層底板間接充水水源。(6)奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙承壓水:該含水層為一富水性不均勻的巖溶裂隙含水層,同時(shí)井田位于三姑泉水文地質(zhì)單元西北部地下水補(bǔ)給區(qū)附近,屬富水性極強(qiáng)的含水層。據(jù)本礦生活區(qū)2號(hào)水源井資料,奧灰水水位標(biāo)高在+632.10m,低于未來(lái)3a開(kāi)采范圍內(nèi)3號(hào)煤層底板標(biāo)高,故奧灰水對(duì)未來(lái)3a3號(hào)煤層開(kāi)采不構(gòu)成危害。1.3排水系統(tǒng)和礦井充水性東峰煤礦少數(shù)工作面回采后形成的采空區(qū)積水,其積水位置、積水范圍和積水量煤礦地質(zhì)部門(mén)已標(biāo)注于采掘工程平面圖及礦井充水性圖中,并建立了積水區(qū)隱患臺(tái)賬。積水區(qū)的存在對(duì)工作面的開(kāi)采產(chǎn)生安全隱患,并有可能造成突水事故,因此積水區(qū)下部工作面采掘時(shí),必須進(jìn)行探放水工作。2充水通道2.1井田內(nèi)斷裂體系發(fā)育于煤層頂、底板巖層中天然構(gòu)造裂隙是地下水運(yùn)移和賦存空間,也是造成煤層開(kāi)采突水的導(dǎo)水通道,一旦巷道掘進(jìn)或工作面回采過(guò)程中遇到該類(lèi)導(dǎo)水裂隙就會(huì)造成礦井出水。井田內(nèi)沒(méi)有大的斷裂構(gòu)造,僅發(fā)現(xiàn)有14條較小的斷層,斷層落差最大為15m(F1),還有DF6斷層落差為12m,其余為3~8m。由于斷層破壞了頂?shù)装甯羲畬拥倪B續(xù)性,地下水有可能沿?cái)嗔褬?gòu)造帶向礦井充水。井田內(nèi)由地表填圖、3號(hào)煤層采掘以及三維地震勘探共發(fā)現(xiàn)53個(gè)陷落柱,規(guī)模一般不大,長(zhǎng)軸多在200m以?xún)?nèi),最大285m。陷落柱有可能構(gòu)成礦井充水通道,若在陷落柱附近進(jìn)行采掘作業(yè),必須利用物探、鉆探手段查明陷落柱的富水性和導(dǎo)水性,對(duì)于導(dǎo)水、充水的陷落柱應(yīng)留設(shè)防隔水煤柱。2.2煤層采厚分級(jí)含煤分煤層該礦井下主要開(kāi)采的3號(hào)煤層工作面回采后產(chǎn)生的頂板巖層導(dǎo)水裂縫帶會(huì)直接導(dǎo)通頂板含水層水、老窯水和地表水,是礦井突水的主要導(dǎo)水通道之一。若導(dǎo)水裂縫帶高度達(dá)到水體(或富含水層)時(shí),則會(huì)引起礦井涌水量急劇增加。其導(dǎo)水裂縫帶高度采用煤炭行業(yè)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)公式進(jìn)行計(jì)算。井田內(nèi)煤層傾角較緩,煤層頂板主要為泥巖、砂巖,采用中硬巖層導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算公式:式中:HIi、Hf為導(dǎo)水裂縫帶高度m;ΣM、M為煤層累計(jì)采厚m,取4.63~6.62m;n為煤分層層數(shù)。按式(1)計(jì)算,計(jì)算時(shí)式中取“+”,全井田3號(hào)煤層開(kāi)采時(shí)產(chǎn)生的導(dǎo)水裂縫帶高度為47.66~52.25m;按式(2)計(jì)算,全井田3號(hào)煤層開(kāi)采時(shí)產(chǎn)生的導(dǎo)水裂縫帶高度為53.03~61.45m。按式(3)計(jì)算,全井田3號(hào)煤層開(kāi)采時(shí)產(chǎn)生的導(dǎo)水裂縫帶最大高度為70.31~98.34m。采用式(3)計(jì)算結(jié)果,導(dǎo)水裂縫帶最大高度為98.34m。綜合分析,3號(hào)煤層埋藏淺,整體呈現(xiàn)東南部埋藏較淺,西北部較深,由東南部向西北部埋藏深度逐漸增加的趨勢(shì)。最淺部(良戶(hù)回風(fēng)立井)76m,最深(井田西北部上董峰村)為350m左右,故井田內(nèi)一般均受風(fēng)化帶和松散層含水層的影響,尤其在陷落柱及斷層等構(gòu)造附近,風(fēng)化帶和松散層含水層可能成為3號(hào)煤層的直接充水含水層。井田南部的原村河及井田內(nèi)東部邊界的楊河,沖積層發(fā)育,接受大氣降水補(bǔ)給,富水性較好,且下伏基巖傾角1°~7°。當(dāng)開(kāi)采3號(hào)煤層至該地段時(shí),開(kāi)采時(shí)形成的塌陷裂隙可能溝通河谷中的地表水體及淺層地下水進(jìn)入井下,應(yīng)引起足夠重視。2.3礦井突水,出礦井突水3號(hào)煤層底板水在水壓和礦山壓力作用下可能會(huì)突破底板進(jìn)入礦井,造成礦井突水。據(jù)礦生活區(qū)2號(hào)水源井資料,奧灰水水位標(biāo)高在+632.10m,低于未來(lái)3a開(kāi)采范圍內(nèi)3號(hào)煤層底板標(biāo)高,在此期間3號(hào)煤層開(kāi)采不受奧灰水威脅。2.4號(hào)煤上含水層預(yù)壓管道該區(qū)內(nèi)施工的鉆孔雖然較多,但大部分位于山坡上,河灘內(nèi)較少,且該區(qū)煤層埋藏相對(duì)較淺,開(kāi)采時(shí)間長(zhǎng),3號(hào)煤上部含水層破壞嚴(yán)重,大多都通過(guò)采空區(qū)巷道外排,當(dāng)巷道開(kāi)掘至鉆孔附近,若鉆孔封閉不好,上部含水層的水則有可能沿鉆孔向礦井充水,威脅礦井安全的可能性相對(duì)不大。當(dāng)巷道掘進(jìn)至鉆孔時(shí),仍需做好探放水工作,嚴(yán)格執(zhí)行有掘必探、先探后掘、先探后采的探放水原則,以確保不會(huì)因封閉不良鉆孔而引起突水事故。3礦井水害安全事故預(yù)防技術(shù)綜上所述,