浅论屯兰矿带压开采及其防治.pdf

第 9 期 山 西 焦 煤 科 技 No. 9 2004年 9 月 Shanxi Coking Coal Science 疏水降压; 突水系数; 水位标高; 防治 目前我国受底板岩溶承压水的威胁矿井, 主要 采用“ 深降强排” 和“ 带压开采” 在承压水体下, 不采 取疏水降压措施进行开采的采煤方法 两种方法; 实 践证明, 采用“ 深降强排” 法不仅造成吨煤排水费用 增加, 而且对地面资源和环境的破坏也大。因此, 这 种方法不易大量使用; 而改革采煤方法及采煤工艺, 实现承压水体上安全采煤, 不仅具有吨煤成本的优 点, 而且对地面资源和环境的破坏也小。因此, 采取 适当疏降和进行带压开采相结合是我们探讨的重点 和研究的主要对象。 1 水文地质概况 屯兰井田内水文地质条件复杂, 岩溶发育, 赋存 有较丰富的岩溶水, 全区可采煤层标高均低于奥陶 系岩溶水位, 因此全矿不同程度的受到底板岩溶承 压水的威胁。 1 井田内分布有汾河、 屯兰河、 原平河、 大川 河, 其中汾河是流经本区的最大河流; 屯兰河发源于 古交市岔口镇窑店坡, 于屯村东注入汾河; 原平河发 源于古交市原相乡上白泉、 上石沙、 后岭底, 向北于 古交市城西注入汾河; 大川河发源于环形分水岭三 县岭, 向北于古交市区注入汾河。 2 岩溶水的补给来源, 以大气降水在灰岩露头 区的入渗和汾河地表迳流在灰岩河谷地段的入渗为 主, 其次是河谷冲积层潜水的补给。 3 岩溶水的补给、 迳流、 排泄条件, 根据西山奥 灰岩溶水等水位线图分析, 岩溶地下水的流动方向 是自北、 西北向南及东南方向流动, 形成了排泄比较 集中的岩溶大泉- 兰村泉和晋祠泉。 经资料分析, 屯 兰井田位于迳流滞流区内。 4 根据岩溶发育程度和水理性质特征, 屯兰矿 奥陶系中统峰峰组和上马家沟组是含水岩组, 以上 马家沟组为主, 峰峰组次之。 屯兰矿疏水降压水文钻孔资料见表 1。 表 1 屯兰矿疏水降压水文钻孔资料表 钻孔 编号 钻孔坐标 X/Y 孔口标 高m 水位标 高m 含水 层位 终孔深 度m 施工 日期 GS- 9 4194747. 5 19596047. 2 1062886O2S7801999. 12 GS- 10 4196770 19596675 51898. 0O2S4402000. 6 GS- 15 4197355 19598151 55878. 36O2S4502001. 9 GS- 11O2S 2003. 5 413 4195812. 03 19598806. 61 085. 51 922. 82 O2S 581. 25 1966. 2 416 4195112. 12 195994339. 89 048. 66 912. 75 O2S 638. 10 1966. 4 416 4199265. 37 19596245. 06 1046. 6402S 493. 76 1966. 6 作者简介 冀学宏 男 1973 年出生 1995 年毕业于山西省煤炭学校 助理工程师 古交 030206 2 带压开采的安全性评价 矿井突水决定于含水层的充水条件和隔水层的 隔水条件。 前者如含水层的水压和富水性, 后者如隔 水层岩性结构、 厚度、 构造断裂和裂隙、 陷落柱以及 矿山压力对隔水层的破坏等。 根据矿井水文地质规程, 考虑综合因素, 特别是 水压和隔水层厚度, 用突水系数和安全隔水层厚度 对矿区突水条件进行分析。 2. 1 安全隔水层厚度的分析 以主采煤层 2、 8煤为例, 分析安全隔水层厚 度 t。 t Lr 2L2 8kPH - rL 4kP 式中 t 安全隔水层厚度, m; L 采掘工作面底板最大宽度, m; r 隔水层岩石的容重, t/ m3; kP隔水层岩石抗压强度, t/ m 2; H 隔水层底板承受的水头压力, tf/ m 2; t 为理论安全隔水层厚度, 而实际安全隔水层 根据钻孔资料可计算平均厚度; 若 t实 t理, 则安全; 若 t理 t实, 则不安全, 可能发生突水。 屯兰矿根据水文钻孔资料, 奥灰水静水位标高 取最高值922. 82 m; 2、 8煤层底板取全区最低值, 分别为 560 m、 472 m, 2 煤层平均隔水层实际厚度 为 175. 5 m; 8煤平均隔水层实际厚度为 97. 3, L 25, r 2. 2, KP 20。 1 2 煤底板安全隔水厚度计算与分析 H2 922. 8- 560 175. 5 538. 3 m。 代入公式得 t2 91. 03 m 175. 58 m。 由计算可知, 2 煤层实际平均隔水厚度大于理 论安全隔水厚度, 则安全。 2 8 煤层底板安全隔水厚度计算与分析 H8 922. 8- 472 97. 3 548. 1 m 代入公式得 t8 91. 9 m 97. 3 m 由计算可知, 8 煤实际隔水厚度大于理论安全 隔水厚度, 相对安全。 2. 2 突水系数分析 依据公式 Ts P M - CP - Z 式中 T s 突水系数, kgf/ cm 2m; P 隔水层承受的水压, kgf/ cm 2; M 底板隔水层厚度, m; CP采矿对底板隔水层的扰动破坏厚度, m; Z 含水层原始标高, m。 1 2煤层突水系数计算。 P2 922. 8- 560 175. 5 / 10 53. 83 kgf/ cm 2 M 175. 5 CP 17 Z 5 代入公式得 Ts 0. 35 kgf/ cm 2m 2 8煤层突水系数计算 P2 922. 8- 472 97. 3 / 10 54. 8 kgf/ cm 2 M 97. 3 CP 17 Z 5 代入公式得 Ts 0. 72 kgf/ cm 2m。 采用我国北方煤矿主要承压大水矿井经验, 突 水系数大于0. 6 kgf/ cm 2m 为突水危险区, 突水系 数0. 4 kgf/ cm 2m～0. 6 kgf/ cm2m 为过渡区, 突 水系数0～0. 4 kgf/ cm2m 为安全区。 即 Ts越小越 安全; 从以上数据分析, 屯兰矿 2 煤层隔水层厚度 较完整, T s 值小于 0. 6 kgf/ cm 2m, 2 煤层带压 开采相对来说是安全的; 8 煤层突水系数达到 0. 72 kgf/ cm 2m, 超过 0. 6 kgf/ cm2m 经验数据, 8 煤 层处于危险区。 2. 3 煤层突水系数分区 假设 T s 0. 6 kgf/ cm 2m, 煤底板标高为 h1。 代入公式得 h1 568. 3 m。 假设 Ts 0. 4 kgf/ cm 2m, 煤底板标高为 h2。 代入公式得 h2 718. 9 m。 根据上述计算, 屯 兰矿煤层底板标高 低于 568. 3 m区为危险区, 标高 568. 3 m～718. 9 m 为过 渡区, 718. 9 m 以上为安全区。 危险区主要集中在屯 兰矿北三、 南三、 南五、 南七盘区。通过上述分析, 屯 兰矿大部分区域处于过渡区内, 结合疏水降压钻孔 和一些必要的防治措施进行带压开采是可行的。 352004 年第 9 期冀学宏 浅论屯兰矿带压开采及其防治 3 带压开采与防治水措施 通过对我国矿井煤层底板突水事故统计, 80 以上的突水事故与断层构造带有关, 80 以上的突 水事故发生于初次来压期间或二次来压期间, 并且 初次来压占 65 左右。对于屯兰矿而言, 底板突水 灾害的防治, 应当根据水文地质条件的特点, 分区分 段进行, 在构造发育程度低, 底板隔水岩层厚度较大 的区段, 可采用断层局部加固的方法来防治底板突 水灾害; 在底板隔水岩层厚度较小, 水压很高或构造 复杂程度高的区段, 可采取岩溶充填法消除突水水 源, 结合疏放钻孔, 达到防治底板突水灾害的目的。 防治措施。1 由于水文地质勘探资料有限, 屯 兰矿带压开采还远不能满足生产需要, 构造发育区 段带压开采的可行与否, 还须采取一些必要的防治 措施, 如适当疏降底板高承压含水层; 注浆加固与改 造底板隔水岩层; 选择合理的开采方法和开采参数, 降低采动影响等结合实际情况而定。 2 由于屯兰井 田内大断层较多。 因此对断层带的原始导升高度 奥 灰水潜越高度 和抗压强度, 有效隔水层厚度、 矿压 破坏深度、 陷落柱的导水情况进行参数试验, 对矿井 临界突水系数的确定, 获得理论依据, 只有理论和实 践相结合, 才能获得可靠有效的数据来指导生产。 3 在生产施工过程中, 各生产队组必须坚持“ 有疑 必探, 先探后掘, 先探后采” 的原则, 在编制作业规程 时, 要有防治水的具体措施和详细的避灾路线。 只有 采取防治相结合的原则才能确保矿井安全生产。4 建立预报机制和严格的汇报制度。 5 在有突水危险 的区段设置防水闸门。 6 建立强有力的抗灾排水能 力, 对排水能力进行评估, 核定矿井最大排水能力, 一旦发生突水, 能够积极自救。7 保证中央水泵房 和其它永久泵房的设备完好, 一旦发生水灾, 立即将 供水、 供风管道改为排水管道, 进行强排, 提高矿井 抗灾能力, 以保证矿井安全。 4 结束语 屯兰矿正处在快速发展阶段, 2004 年底将形成 500 万 t 的年生产能力, 而带压开采是目前实际存 在的现状, 对屯兰矿井田进行安全区划分, 利用安全 隔水层厚度、 突水系数法来对矿井进行定量分析, 同 时运用适当的供排系统, 不至于盲目的进行带压开 采; 但是由于我们对安全隔水层厚度分析、 突水系数 法计算等仅仅考虑了采动破坏, 水压、 岩性等因素的 影响, 而对作为层状岩体的煤层底板结构特征、 开采 面积、 边界条件等均未作分析, 而且临界突水系数值 并无先例, 仅是已知突水资料的经验统计值, 主要反 映的也是近地表的断层、 构造薄弱地带的突水条件, 用它来预测正常地段的底板突水往往偏于保守, 因 而对于屯兰矿带压开采的可行性预测, 有其局限性 和不完整性, 如何更加合理的确定开采方案, 划分安 全区段, 还有待于进一步完善。 收稿日期 2004-07-27 Study on Mining Bore Pressure under the Water Seam in Tunlan Coal Mine Ji Xuehong Abstract Introduces the present conditions bore pressure to mine, by dividing three area which is safety area, transition area and danger area, studies the feasibility of mining bore pressure, puts out the measures of preventing and curing spraied water. Key words Bore pressure mining under the water seam; Dredged water reduce pressure; Spraied water coefficient; Water level; Prevention and cure 36 山 西 焦 煤 科 技2004 年第 9 期