鲍店煤矿第I 区下组煤带压开采条件评价.pdf

科技信息2009 年第 27 期SCIENCE TECHNOLOGY INATION科技信息SCIENCE TECHNOLOGY INATION 科 ● 1．概述 兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿于1986年6月10日正式投产， 开拓方式为立井多水平，第一个水平-430m，第二水平-570m。2006年 核定生产能力640万吨。 第一水平自1993年厚煤层采用综合机械化 放顶煤采煤方法后，随着矿井生产能力的提高，上组煤可利用储量加 速减少，为解决矿井生产接续，合理的开发利用现的煤炭资源，采取上 组煤和下组煤的配采是该矿煤炭生产发展的重要环节。但下组煤以往 勘探程度较低，特别是水文地质勘探程度低，且下组煤下部的奥灰水 水压大，富水性较好，对下组的开采影响最大，为进一步查明下组煤的 赋存条件及下组煤开采的水文地质条件，2006年至2007年， 鲍店煤 矿进行了大规模的下组煤水文地质补充勘工作， 查明了十下灰岩、十 四灰岩及奥陶系灰岩的水位、富水性和奥灰水与十四灰水之间的水力 联系，为以后的下组煤安全开采奠定了基础。 2．底板隔水层组性能评价 17煤至奥灰隔水层组厚度为50.43～102.69m， 平均厚度80.87m。 隔水层北薄南厚，第I区西部有一个厚度薄弱区。 隔水层（组）的岩性 有泥岩、砂岩、灰岩及煤层等，各层交互沉积排列。 各岩层中泥岩厚度 最大，约占隔水层（组）总厚度的70％，砂岩较少，仅占总厚度的5％左 右，灰岩约占24％。 泥岩为柔性岩层，是良好隔水层，岩样测试结果表明泥岩的渗透 系数一般在10-6m/d左右，渗透性很差。 泥岩层位占的比例越高，下组 煤底板次生裂隙就越少，抗渗性就越好，奥灰越不容易导升，泥岩的不 利之处在于其强度低，矿山压力下容易变形。 灰岩、砂岩的强度较高， 尤其灰岩的强度更高，可视为刚性岩层，两者的优点是强度高，抵抗矿 压破坏的能力强，缺点是岩石次生裂隙多，抗渗性差。 研究表明，底板 隔水层对底板突水的抑制作用与岩性及其组合有关，柔性岩层有利于 阻止水的渗入，刚性岩层抵抗矿压破坏的能力强，刚柔相间的的底板 有利于抑制底板突水。 整体上看，鲍店16上、17煤至奥灰隔水层（组）普遍厚度较大，特 点是软硬相间，形成多层复合式软硬相间结构，软岩厚度大，硬岩厚度 小。这样的岩性组合隔水性能好，对阻挡奥灰的底板突水有利。但西部 17煤至奥灰隔水层（组）厚度薄弱区应在下组煤开采时引起注意，厚 度的变薄必然导致16上、17煤底板抗压能力的减弱，加大了奥灰突水 的危险性。 3．底板突水危险性评价 奥陶系中统厚约450～470m，为灰白色至青灰色石灰岩，块状、致 密、质纯、性脆，顶部夹灰绿色铝质泥岩薄层，洞穴比较发育，主要含水 带在顶界面以下50m，属裂隙溶洞水。 本次补充勘探施工钻孔的单孔 抽水试验和多孔抽水试验，并对井下奥灰水文孔做了单孔及叠加放水 和联合放水试验。 抽水及放水试验观测结果表明，奥灰水的连通性较 好。 奥灰水位标高20.22～23.92m，单位涌水量q的范围为0.002934～ 0.486578L/sm，涌水量Q的范围为0.137622～4.656584L/s，渗透系数k 为0.005094～0.555819m/d，依据相关规程，鲍店煤矿奥灰含层为中等 富水区至弱富水区含水层，下组煤第I勘探区奥灰含水层大部分区域 都属于中等富水。 奥灰水矿化度为2607.72～3294.14mg/L，水质类型为 SO42-Ca2、SO42--Ca2Mg2、HCO3-SO42--Ca2Mg2型水。 总体来看，鲍店煤矿奥灰含水层富水性弱到中等，具有很大的不 均一性，径流条件较好，补给较为充分，是下组煤开采时的主要防治对 象。 本次评价带压开采条件的方法为突水系数法 由于奥灰水位有波动为便于计算，在对Ts影响有限的前提下，水 位统一按补勘时测得的奥灰最高水位27m考虑。 突水系数计算公式如下 Ts P M-h1h2 式中Ts－突水系数； P－承压水作用在16上煤或者17煤底板隔水层上的水压（MPa）； M－隔水层厚度（m）； h1－采动破坏深度（m），h2－承压水原始导升高度（m）。 由于补勘时没有发现奥灰水的原始导升高度，因此h2为0，采动 破坏深度取相邻南屯矿井实测资料为14m。 由以上公式计算16上煤的突水系数为0.053-0.111 MPa/m， 大部 分区域突水系数小于0.1 MPa/m，处于0.6-0.1 MPa/m之间；17煤的突 水系数为0.059-0.143 MPa/m，大部分区域大于0.1 MPa/m，小部分处 于0.6-0.1 MPa/m之间，极少数区域小于0.6 MPa/m。 根据兖州煤田下组煤开采经验，隔水层正常条件下临界突水系数 取0.06MPa/m和0.10MPa/m。 即煤层底板隔水层突水系数在0.06MPa/ m以下的区域为安全区； 突水系数在0.10MPa/m以下的区域为过渡 区，有可能突水，但在隔水层完整的条件下，可以认为不会突水；突水 系数大于0.10MPa/m的区域为危险区，有突水危险，需采取必要的防 治水措施才能开采。因此，在下组煤隔水层受构造破坏的地段，下组煤 的开采大部分都是受奥灰水威胁的。 4．防治水措施 4.1十四灰等薄层灰岩虽然水量有限，富水性差，但由于距离奥灰 较近，可以通过导水构造与奥灰水连通，增大了奥灰突水的危险性。防 治水方案为疏降， 通过在井下施工疏放孔对薄层灰岩含水层进行疏 降。通过疏降，将薄层灰岩水头降到安全水头以下，保证底板的完整性 和安全性。 疏降中要作好疏放孔和观测孔水压、水量及水温的观测和 记录，并适时取水样化验，若发现水压、水量、水温及水质有异常，应及 时分析原因。 若薄层灰岩在疏降过程中水位难以下降，应设法查明是 否有外来补给源，特别是奥灰水补给源，若有奥灰水补给应探查通道 部位进行注浆封堵。 4.2对奥灰的基本防治对策是“避”和“堵”，对隔水层薄弱、导水地 段一经发现和查出，就要立即进行注浆加固，尤其是断层造成的导水 通道，要进行注浆封堵，并且必须查明且封堵它的来水通道。 4.3按矿井水文地质规程的要求，合理留设防水煤柱，提前进行 井下探放水工作。 5．结论 由于鲍店煤矿第Ⅰ勘探区下组煤地质构造比较简单，地层结构相 对完整，底板隔水层厚度较大，底板薄层灰岩含水层富水性较弱，勘探 区内16上煤奥灰突水系数几乎均小于0.10MPa/m（仅有一个钻孔大 于0.1 MPa/m）， 大部分区域17煤奥灰突水系数小于0.10MPa/m。 因 此，在下组煤工作面开采前，只要作好工作面底板隔水层的完整性探 查，注意探查导水构造对底板隔水层的破坏情况，尤其在含有上组煤 开采阶段揭露的已知构造区域，对潜在导水通道的位置和范围通过物 探和钻探手段进行预先判断，通过采取有针对性的防治措施，保证煤 层底板隔水层的完整性， 同时加大底板突水的监测和预警预报工作， 最终实现第Ⅰ勘探区下组煤安全带压开采是可行的。 作者简介李东升（1980），男，兖矿集团地矿分公司经理，水文地质助理 工程师。 孔祥安（1979），男，2004年毕业于山东农业大学，助理工程师，从事水文 地质技术管理工作。 ［责任编辑张艳芳］ 鲍店煤矿第 I 区下组煤带压开采条件评价 李东升孔祥安徐鸿超 （兖矿集团东华建设有限公司地矿建设分公司山东济宁273500） 【摘 要】为了将来下组煤开采，通过对下组煤水文地质的补勘，查明了奥陶系灰岩的水位、水质及富水性，查明了底板隔水岩层的厚度、岩 性组合及隔水性，评价了下组煤带压开采条件。 【关键词】下组煤；隔水层；突水系数；底板突水；原始导升高度 ○矿业论坛○ 339