煤“带压开采”参数计算.doc

xxxxxxxxxx有限责任公司 二1煤“带压开采”参数计算 一、井田概况 xxxxxxxxx有限责任公司井田位于xx煤田马岭山井田东段，目前开采的煤层为二叠系下统山西组下部的二1煤层，煤层厚度0.28～14.52m（平均3.67m），走向近东西，倾角29度，煤层结构简单，偶含夹矸，矿区东西有两个薄煤带。矿井开采的二1煤层直接顶底板岩性均为砂泥岩或砂泥岩互层。其中，隔水层岩石的抗张强度102t/m2，隔水层岩石的容重为3t/m3；采矿对底板隔水层的扰动破坏厚度10m 。主要含水层有上部老顶的大占砂岩、煤层底板下部L7-L8灰岩和L1-L4灰岩，但顶板大占砂岩突水性不强，一般含水性较弱，迳流条件差，水源不丰富，不足以对矿井构成威胁。影响矿井开采的主要水源为煤层底板以下的石炭系上统太原组上段的L7-L8灰岩和下段的L1-L4灰岩含水层；以上含水层均为承压含水层，其中L7-L8灰岩为二1煤层底板含水层，距二1煤层约7.64m，是矿井疏放对象。L1-L4灰岩为主要承压含水层，距二1煤层底板平均39m。目前xxxxx有限责任公司矿井的最大涌水量75m3/h，矿井地质及水文地质条件简单。现阶段最低标高80m，井田内L1-L4灰岩水水位静止标高为195m。奥陶系灰岩在该矿区断失，为此，xxxx有限责任公司“带压开采”主要针对的是L1-L4灰岩含水层。 二、水文地质 开采二1煤层的底板隔水层和含水层地层由新到老分别是 1、二1煤层底板砂泥岩隔水层 二1煤层底板至L8灰岩隔水层为深灰色砂质泥岩，炭质泥岩组成，最厚14.55m，最薄8.01m，平均11m ，属海相沉积型，具有一定隔水能力，随着厚度变薄，隔水能力相应降低。 2、太原组上段灰岩含水层 由L7-L8灰岩组成，其中L7灰岩较发育，岩性和层位较稳定，厚度平均7.34m，岩溶裂隙发育较差，且极不均一。矿区中揭露该层的钻孔15个，钻孔抽水试验资料，水位降深（s）64.5m，涌水量（Q）0.0172L/S，单位涌水量（q）0.000266L/Sm，渗透系数（k）0.00243m/d ，地下水化学类型为HCO3Ca型，矿化度0.741g/L，水温19.5℃。该层地下水动态随季节性变化。根据君鑫煤业有限责任公司水文观测资料，雨季水位升高，旱季水位降低，有时有滞后升高现象。 该层至二1煤层距离7.64m，为岩溶裂隙承压水，含水性弱，导水性差，且不均一，为二1煤层底板直接充水含水层，在开采中可进行疏放。 3、太原组中段隔水层 由L4-L7灰岩之间的泥岩、砂质泥岩和细粒砂岩，平均厚11.19m 。层位稳定，正常情况下，可阻隔太原组上、下段灰岩水发生水力联系。 4、太原组下段灰岩含水层 由L1-L4灰岩组成，平均厚6.99m。L1及L3灰岩较发育，层位稳定，岩溶裂隙发育较差，且多被方解石充填。该层出露的泉水，仅有上窝泉一个，涌水量2.172-5.002L/s。其地下水动态随季节变化。 据西部3001、3505孔资料，该含水层地下静止水位标高为407m，水位降深（s）6.10-6.85m，涌水量（Q）0.281-0.968L/s，单位涌水量（q）为0.041-0.159L/sm，渗透系数（K）0.315-0.604m/d。地下水化学类型主要为HCO3\Ca型 ，其次为HCO3\CaMg型，矿化度0.239-0.363g/L。水温14-18℃。 该层为岩溶裂隙承压含水层，含水性及透水性极不均一，地下水位埋藏较深。该层至二1煤层距离平均39.00m，其间夹有两个较稳定的隔水层，正常情况下，该层地下水不能进入二1煤矿床，属间接充水含水层。本井田处于该含水层地下水迳流区。 三、地质及水文地质特征 地质构造矿区位于嵩山、箕山两背斜之间的颖阳芦店向斜南翼西段，为一走向近东西，倾向北的单斜构造，构造形迹以断裂为主，褶曲稀少，存在滑动构造，地层倾角29度。断裂构造有八条正断层，除郭F1断层深部切断了二1煤层外，其余断层均位于二1煤层之上发育，未波及二1煤层，故二1煤层不受影响，郭F1断层落差50米，位于井田东部的边界断层，走向NNE，倾角53度，对井田开采影响不大。 水文地质条件本区二1煤层顶板的水文地质类型为裂隙充水，水文地质条件简单的二类一型，二1煤层底板为岩溶充水底板进水，水文地质条件简单的三类二亚类一型。充水水源主要为大气降水、地表水，山西组砂岩和太原组灰岩水、老窑水等，矿井在现阶段开采期间，正常涌水量68m3/h，最大涌水量75m3/h。 工程地质条件二1煤层的顶、底板主要为泥岩，砂质泥岩，顶板初次来压及周期来压均不明显，采后5～8m顶板冒落，放顶难度小；底板一般情况无地鼓现象。 四、充水情况 1、相邻煤矿及本矿生产以来的矿井涌水情况 1）xxx1997年建井，设计生产能力3万吨/年，主采五3煤，地质构造简单，顶板为黑色泥岩、砂质泥岩和砂岩，底板为灰黑色炭质泥岩和砂质泥岩。该矿目前已开拓至300m水平，矿井涌水量较小，正常涌水量为10m3/h，最大涌水量15m3/h。 2）xxxx）1994年6月建井，同年底建成投产，2002年8月扩建，年设计生产能力9万吨，主采二1煤层，顶板岩性多为砂岩和砂质泥岩，底板多为砂质泥岩和泥岩，间接底板为细粒砂岩。现已开拓至200m水平，在采掘中未见断层和褶曲，以顶板淋水为主，矿井正常涌水量10～40m3/h，最大涌水量60m3/h。 3）二1煤浅部有编号为65、68、69、70、71、72、73、74、75的老窑，窑口位于风化带内，它们多于1958年开采。74号井井深45m，见煤厚10m，开采时遇大水，其它情况不详；75号井井深18m，煤厚15m，开采范围不详。五3煤浅部180、181、182、183、184、185、186、187号老窑，情况不详。另有开采四3煤层的老窑，情况不详。以上老窑已于2003年8月接矿前填平。 4）xxxx有限责任公司1996年建井，2002年建成投产，年生产能力30万吨。开采二1煤层，该煤层顶板多为砂岩和泥岩，局部有伪顶为炭质泥岩，底板多为砂质泥岩和泥岩。现已开拓至80m水平，采掘中未见断层和褶曲，矿井来水以顶板淋水为主，正常涌水量68m3/h，最大涌水量75m3/h。在采掘过程中，无明显的出水点，采掘工作面顶板淋水及底板渗水现象时有发生，但水量一般不超过3m3/h。 2、充水因素分析 1）充水水源 大气降水大气降水是矿床充水的主要因素。 地表水区内有xx水库，对浅部煤层开采有一定影响。 地下水二1煤层开采时，能够进入矿床的地下水主要为山西组砂岩和太原组上段灰岩含水层，山西组砂岩含水性弱，渗透性差，对矿床影响不大。底板太原组上段灰岩含水性弱，导水性差，且不均一，单位涌水量为0.000266L/Sm，渗透性系数0.00243m/d，对矿井威胁不大。需要引起注意的是，在隔水层较薄和受构造破坏地段，L1-L4灰岩含水层的突水威胁性。 老窑水本区浅部有生产井和老窑积水，靠近这些区域开采时要探水前进，防止老窑水涌入井下。 2）充水通道 矿区内xxx等断层及其破碎带和因采煤（尤其是在地表水体下采煤）导致的冒落裂隙带应为矿床充水的主要通道，岩溶裂隙通道影响则小。但处在低洼谷地露头地带，裂隙通道可能接受大气降水、地表水或老空水的补给，也不可忽视。另外根据资料显示，1958年施工的两个钻孔、1971-1972年施工的7个普查孔以及1979-1981年施工的12个详查孔，五3、二1煤层顶底一般封闭10m厚，有的五3煤层还没有封闭，这也是一个不可忽视的充水通道，生产靠近这些钻孔时注意安全。 五、“带水压开采”可行性计算 1、安全隔水层厚度计算公式 L（√r2L28KpP –rL） t （公式一） 4Kp 式中 t安全隔水层厚度，m； r底板隔水层的重度，MN/m3； L巷道底板宽度，m； Kp底板隔水层的平均抗拉强度，MPa; P底板隔水层承受的水头压力，MPa。 根据以上公式算出的安全隔水层厚度，与矿井底板隔水层实际厚度比较，若 1）底板隔水层实际厚度大于计算值时，则可认为底板稳定，开采安全，可以正常采掘。 2）底板隔水层实际厚度小于计算值时，则可认为底板不稳定，开采不安全，要保证安全生产，必须采取安全措施。 2、突水系数计算 P 根据公式 T （公式二） M 式中 T突水系数，MPa/m； P底板隔水层承受的水压值，MPa； M底板隔水层厚度，m。 根据以上公式算出的突水系数，若 1）正常块段突水系数不大于0.1 MPa/m，底板受构造破坏块段突水系数不大于0.06 MPa/m，则可认为无突水危险，开采安全，可以正常采掘。 2）正常块段突水系数大于0.1 MPa/m，底板受构造破坏块段突水系数大于0.06 MPa/m，则可认为有突水危险，必须采取安全措施。 3、根据以上公式分别计算t、T 查xxx煤矿地质报告可知，二1煤层底板隔水层岩性为砂泥岩，结合现有井下开采实际情况，公式中主要参数分别为 Kp底板隔水层平均抗拉强度取0.6 MPa r底板隔水层的平均重度取0.0294MN/m3 L煤巷底板最大宽度取3.8m P底板隔水层承受的水压值取0.25MPa M底板隔水层厚度平均7.66m （一）把以上参数代入公式一进行安全隔水层厚度计算，得 t1.57m 即底板隔水层厚度计算值为1.57m，而二1煤底板隔水层厚度平均为7.66m，底板隔水层实际厚度大于计算值，符合第（1）种情况，即一般情况下巷道掘进是安全的，但在隔水层厚度小于1.57m时或遇构造断裂时会导致底板水进入矿井。 （二）把以上参数代入公式二进行突水系数计算，得 T 0.033 MPa/m 目前开采最低标高为80m水平，底板隔水层承受的水压值为0.25MPa。根据xxx地质报告提供资料可知，该区的二1煤层底板没有受到构造破坏的影响，计算结果符合第（1）种情况，我矿开采现为正常块段，突水系数不大于0.1 MPa/m，因此80m水平以上开采时无突水危险，工作面回采是安全的。 六、结论 通过以上公式计算突水系数和安全隔水层厚度可知，工作面采煤或巷道掘进在80m水平以上均是安全的，可以带水压开采，但为确保安全，仍要制定带压开采安全技术措施。 二1煤“带压开采”安全技术措施 xxxxxxxx有限责任公司 二0一一年元月