古韩联营煤矿3﹟ 煤层带水压开采条件评价.pdf

古韩联营煤矿 3﹟煤层带水压开采条件评价 姬亚东 1 , 陈 科 2, 任丽韫2 1. 煤炭科学研究总院西安研究院, 陕西 西安 710054; 2. 陕西煤业化工集团有限责任公司澄合发电厂, 陕西 澄城 715208 [收稿日期] 2009- 09- 10 [作者简介] 姬亚东1976- , 男, 陕西米脂人, 博士, 主要从事区域水文地质及矿井水害防治方面的研究工作。 [ 摘 要] 提出古韩联营煤矿 3煤属带水压开采, 采掘过程中对 3煤安全开采最大的潜在威胁是构成煤系基底的 K2灰岩和奥灰岩溶裂隙水。分析和计算了这两个含水层的突水系数, 评价得出 K2灰岩和奥灰含水层属于可能发生底板 突水危险地区, 建议在矿井巷道掘进和工作面回采过程中应采取相应地防治水技术和措施来保证矿井的安全生产。 [ 关键词] 古韩联营煤矿; 3﹟煤层; 突水系数; 带水压开采 [ 中图分类号] P641. 4 [ 文献标识码] B [文章编号] 1004- 1184200906- 0040- 02 uation on 3 coal mining with water pressure condition in Guhan coal mine JI Ya- dong 1 , CHENG Ke2, REN Li- run 1、 Xi an Branch of China Coal Research Institute, Xi an, Shaanxi, 710054, China; 2、 Chenghe Power Plant of Shaanxi Coal and Chemical Industry Group Co. Ltd, Chenghe, Shaanxi, 715208 Abstract The paper put forward 3coal mining with water pressure and the biggest potential threat of 3coal mining safely which is the K2and Ordovician limestone karst fissure water during coal mining in Guhan coal mine, analyzes and computes water inrush coefficient of the two aquifers above metioned, uates and educes K2and Ordovician limestone aq uifers belonging to the possible dangerous areas of floor water invasion, proposes that corresponding water control technolo gies and measures are taken in order to ensuring the safety of mine production during roadway excavation and face mining. Key words Guhan coal mine; 3coal; water inrush coefficient ; mining with water pressure 0 引言 古韩联营煤矿位于山西省襄垣县城西南 4 km, 长治盆地东 部边缘, 东下峪村以北一带, 井田面积 2. 267 8 km2, 为襄垣古韩 镇一镇办煤矿。矿井改造升级后现生产能力为 30 万 t/a, 属华 北型石炭二叠系煤田, 山西组共含煤 3 层, 其中 3煤层位于山 西组下部, 厚度 稳定, 为矿 井目前主 采煤层, 设 计可采储 量 442. 95万 t。古韩联营煤矿采掘过程中对 3煤安全开采最大的 潜在威胁是构成煤系基底的 K2灰岩和奥灰岩溶裂隙水。根据 以往资料统计, 矿区奥灰水位平均标高为 676 m, K2灰岩水位 估计平均标高为 656 m, 而 3煤层开采水平为 490 m, 3煤 属带水压开采[1]。 1 突水系数研究概况 评价带压开采安全的标准是突水系数[ 2]。上世纪 60 年代 由煤炭工业组织的焦作会战提出的突水系数是 Ts P M 1 式中 P 为水压值Mp a ; M 为隔水层厚度 m。 70 年代煤炭科学研究总院西安分院和其他有关单位对1 式所表示的突水系数进行了修正, 提出以下突水系数公式 Ts P M - Cp 2 式中 Cp 是采动后底板导水破坏深度, 其他符号同前。该 公式 1984 年 5 月由煤炭工业部正式批准作为矿井水文地质规 程防治底板突水的依据, 并于 1986 年写入 煤矿防治水工作条 例试行 中。 此后, 许多单位和个人通过进行矿压、 水压破坏底板有效裂 隙带观测和在底板隔水层中进行导升高度测试研究, 将突水系 数写成以下形式 Ts P M - h1 h2 3 式中 h1为矿压破坏隔水层厚度m , 即 2 式中 Cp; h2为 隔水层中导升高度m 。 最新的研究成果将突水系数表示为 Ts P M - Cp h1 h2 4 式中 h1、 h2分别为自然导升高度和递进导升高度。 因为由公式2 所表示的突水系数在以往的应用中取得了 显著成效, 解放了受水害威胁的大量煤炭资源, 特别是在突水可 能性分区上已有了较为明确的界限值, 所以在评价古韩联营煤 矿 3煤带压开采时, 我们采用公式2 。 40 2009 年 11 月 第 31 卷 第 141 期 地下水 Ground water Nev , 2009 Vol 31 NO6 2 突水危险性评价标准 古韩联营煤矿 3煤层底板含水层包括 K2、 K3、 K4、 K5等岩 溶裂隙含水层及奥灰含水层, 其中 K3、 K4、 K5含水层富水性弱, 虽然水压较高, 对 3煤层威胁很小。K2和奥灰含水层是本井 田威胁 3煤层开采主要含水层, 带压开采条件评价主要针对以 上两层含水层进行。 突水系数是带压开采分区的基础方法, 是矿井防治水规程 规定的。就整个华北型煤田而言, 关于底板奥灰突水可能性分 区问题, 可以考虑以下方案[ 3] ∀ 区 承压水面以上的地区; 区 承压水面以下, 但突水系数 Ts ﹤ 0. 06; ∃区 突水系数 T s 介于 0. 06 0. 15 的地区; 区 突水系数 T s ﹥ 0. 15 的地区; 其中∀区不存在底板突水问题;区可能发生底板突水危险 地区, 应在加强矿井防治水工作的情况下进行带压开采; ∃区发生 底板突水危险较大, 仅在构造简单的地段采取可靠安全技术措施 后才可能进行带压开采; 区是发生底板突水最危险地段, 底板突 水是不可避免的, 只有在采取疏水降压把突水系数 Ts 减小到 0. 15以下才能实施带压开采。这一标准在以往的应用中取得了显 著成效, 已解放受水害威胁煤储量数千万吨, 为矿井防治水工作 作出了重要贡献。带压系数引入与实际应用, 极大地丰富了带压 开采技术内函, 扩大了带压开采技术的应用前景。 3 3 ﹟ 煤层带水压开采条件评价 3. 1 K2灰岩含水层突水系数计算 根据收集到的地层资料统计, 古韩煤矿 3煤层底板距 k2 灰岩底板距离平均约 105. 57 m。K2含水层水一般由奥灰补给, 水位比奥灰低 20 m, 奥灰水位 676 m, 则 K2灰岩水位 656 m 左 右。3煤层开采水平 490 m, 属带压开采, 则承压的 K2含水 层水压值为 2. 7157 Mpa; 采动后底板破坏深度值借鉴霍州辛置 煤矿实测数据并考虑一定的安全系数, 采用 12 m 的数值; 利用 上述突水系数计算公式2, 则可计算得 3煤层底板 k2灰岩含 水层的突水系数为 0. 0259 Mpa/ m, 小于临界突水系数 0. 06 Mpa/ m, 属于可能发生底板突水危险地区。 3. 2 奥灰含水层突水系数计算 古韩煤矿奥灰水位平均标高 676 m, 3煤层开采水平 490 m, 属带压开采, 3煤层底板至奥灰顶面隔水层平均厚度约 144. 73 m, 则承压的水压值为 3. 3073 Mpa; 采动后底板破坏深 度值借鉴霍州辛置煤矿实测数据并考虑一定的安全系数, 采用 12 m 的数值; 利用上述突水系数计算公式 2 , 则可计算得 3煤 层底板奥灰含水层的突水系数为 0. 025 Mpa/m, 小于临界突水 系数 0. 06 Mpa/ m, 和 k2灰岩含水层突水情况一样, 属于可能发 生底板突水危险地区。 从前面对 3煤层底板 K2灰岩和奥灰含水层突水系数的计 算来看, 突水系数小于临界突水系数, 似乎觉得矿井没有可能发 生底板突水, 这种认识是片面的, 主要理由如下 1从区域角度来看, 该区域是陷落柱广泛发育区, 例如与 矿井邻近的潞安矿区五阳煤矿已发现 37 个陷落柱, 王庄煤矿发 现 50 多个, 漳村、 常村煤矿各发现 2 个, 屯留煤矿已发现 6 个陷 落柱等[4]。 2从井田范围来说, 由于目前没有开展对垂向导水构造即 断层和陷落柱的专门探查, 很难准确说井田范围内没有隐伏的 导水断层和陷落柱。 3从总体上来讲, 在隔水层较完整地段, 对 3煤层开采的 安全不会构成威胁。但是在构造带, 导水陷落柱和裂隙密集带 等地段, 隔水层的完整性受到了不同程度的破坏, 底板发生突水 的机率就会大为增加, 尤其在导水陷落柱发育区, 隔水岩层阻水 能力大为降低的地区, 突水的危险性就会更大。 4从国内目前发生底板突水的事故教训来说, 有垂向导水 构造的存在, 就有突水的可能性。而且奥灰、 太灰突水量大, 突 水的危害性是巨大的。开滦范各庄矿的垂向陷落柱突水, 平均 突水量 12 3000m3/ min, 淹没矿井, 直接经济损失达 5 亿元; 皖北 任楼矿导水陷落柱突水, 最大突水量 1 2000 m3/ h , 造成淹井灾 害; 焦作九里山矿密集裂隙突水, 最大水量 2 852. 4m3/ min。河 南永城煤电公司车集煤矿 2107、 2401 工作面由于底板裂隙和采 矿破坏 综 合作 用 形成 垂 向 导水 通 道而 突 水, 最 大突 水 量 855m3/h, 两 工作 面均 被淹 没, 使 矿井生 产举 步艰 难, 无 法 达产[5]。 4 结论 古韩联营煤矿 3煤属带水压开采, 采掘过程中对 3煤安 全开采最大的潜在威胁是构成煤系基底的 K2灰岩和奥灰岩溶 裂隙水。根据计算得出 K2灰岩含水层的突水系数为 0. 0259 Mpa/ m, 奥灰含水层的突水系数为 0. 025 Mpa/m, 都小于临界突 水系数 0. 06 Mpa/ m, 属于可能发生底板突水危险地区。在无导 水断层、 导水陷落柱等异常地质构造沟通的情况下一般不会发 生突水, 但是 K2灰岩和奥灰含水层突水的发生受多种因素的影 响, 导水断层、 裂隙密集带或导水陷落柱是主导因素, 采矿活动 为诱发条件, 采矿一旦扰动和激活这些导水构造, 将对矿井造成 灾难性的后果, 所以, 在矿井巷道掘进和工作面回采过程中应采 取相应地防治水技术和措施, 防患于未然是保证矿井安全生产 的必要条件。 参考文献 [ 1] 煤科总院西安研究院. 山西省襄垣县古韩联营煤矿带水压开采条件 评价及防治水规划[ R] . 陕西西安, 2009. [ 2] 虎维岳. 矿山水害防治理论与方法[ M ]. 北京 煤炭工业出版社, 2005 21- 29. [ 3] 煤科总院西安分院等. 华北型煤矿奥灰水防治研究[ M] . 西安 陕西 人民出版社,1990 29- 35. [ 4] 煤科总院西安研究院. 潞安矿业 集团 公司 3 煤安全开采防治水 总体设计[ R] . 陕西西安, 2001. [ 5] 中国统配煤矿总公司生产局. 煤矿水害事故典型案例汇编[ M ] . 北 京 1992. 41 第 31 卷 第 6 期 地下水 2009年 11 月