安徽蕭縣白土礦井水害控制因素分析
發(fā)布時(shí)間:2014-07-28 10:04
礦井水害是煤礦井下五大災(zāi)害之一,我國是世界主要產(chǎn)煤國家之一,而且也是受水害最嚴(yán)重的國家。因此對礦井水害防治應(yīng)該重點(diǎn)防治,確保煤礦安全生產(chǎn)。研究區(qū)位于安徽蕭縣,西距蕭縣城約15km,東距京滬鐵路18km,北距白土鎮(zhèn)約3 km,距江蘇省徐州市36km?刹擅簩又饕蠽煤、VII煤、VIII煤、X煤,主要埋藏于石炭系太原組,研究區(qū)煤礦主要采礦工藝還是采用炮采為主。
圖1:交通位置圖
研究區(qū)水文地質(zhì)特征
研究區(qū)含水層主要包括奧陶系含水層、石炭系本溪組含水層、太原組含水層、山西組含水層、二疊系含水層及第四系含水層,各含水層特征分別描述如下:
1.奧陶系含水層,位于石炭系本溪組含水層之下,上距太原組X煤層約30米。區(qū)域資料,該含水層含巖溶裂隙承壓水,但其富水性隨裂隙巖溶發(fā)育程度、埋藏條件的不同有較大的差異。據(jù)zkl01孔抽水試驗(yàn)資料,水頭壓力標(biāo)高40.98米,單位涌水量偏小,為0.0032升/秒。米,水質(zhì)為HC03--Mg+Ca+Na型水。
2.石炭系本溪組含水層,巖溶不發(fā)育,以裂隙水為主,富水性弱,為弱含水層。
3.石炭系太原組含水層。區(qū)域巖溶、裂隙較發(fā)育,含巖溶裂隙承壓水。鉆孔施工過程中全漏水。據(jù)zk501孔分別對3-5灰和10灰抽水試驗(yàn)資料,水頭壓力標(biāo)高達(dá)42.15米, 3-5灰的單位涌水量為0.0108升/秒。米,屬弱含水層。下部10灰的單位涌水量為0.0036升/秒。米,亦屬弱含水層,富水性有較大的差異。整體評價(jià)該含水層富水性弱。水質(zhì)為HCO3+CO3-Ca+Na+Mg型水或水質(zhì)為HCO3- Mg +Ca+Na型水。
4.二疊系山西組底部隔水層:底界至K1灰?guī)r頂板,一般厚8-10m左右,平均厚9.25米。主要為黑色泥巖和粉砂巖,局部夾細(xì)粉砂巖,裂隙微發(fā)育,巖性致密,一般情況下隔水性良好。
二疊系含水層:砂巖是主要含水層。山西組7煤頂?shù)装寮?煤頂?shù)装逵忠灾屑?xì)砂巖為主,一般裂隙又比較發(fā)育,為泥質(zhì)和方解石充填或半充鎮(zhèn),在鉆探施工中,采用泥漿鉆進(jìn),均未發(fā)現(xiàn)有較大的消耗和漏水現(xiàn)象。據(jù)礦井開采揭露及鄰近礦區(qū)資料,二疊系砂巖裂隙承壓水,一般富水性弱。
5.第四系含水層,含孔隙潛水,富水性弱。潛水補(bǔ)給來源要靠大氣降水,通過地表及河道滲入,雨季補(bǔ)給充分,潛水位抬升。
綜上所述,本研究區(qū)的水文地質(zhì)類型屬水文地質(zhì)條件復(fù)雜的巖溶裂隙充水礦床。
礦井充水主要控制因素分析
3.1第四系含水層的充水作用
第四系除底部具有透鏡狀粘土夾礫石外,主要為粘土和砂質(zhì)粘土,含孔隙潛水,富水性弱,并以大氣降水為補(bǔ)給來源。由于厚度較小,缺少有效的隔水層,直接蓋于基巖巖面上,與基巖風(fēng)化帶孔隙裂隙水溝通,對下伏基巖各含水層有一定的垂直下滲補(bǔ)給作用。
3.2風(fēng)化帶含水層對礦井的充水作用
風(fēng)化帶富水性與巖性有關(guān),也與風(fēng)化強(qiáng)度有關(guān)。本區(qū)風(fēng)化帶巖性多以中、細(xì)砂巖為主,風(fēng)化強(qiáng)度較大,是良好的賦水和透水帶。本區(qū)風(fēng)化帶平均厚度28米,最大厚度43米,并被第四系含水層覆蓋,并與其有水力聯(lián)系,筆耕論文,對于淺部煤層及含水層的充水作用較強(qiáng),今后開采中應(yīng)注意。
3.3太原組灰?guī)r含水層的充水作用
太原組灰?guī)r水可以通過裂隙和回采后形成的上“三帶”進(jìn)入巷道造成水害,是開采太原組各煤層充水的主要因素。由于太原組含水層富水性強(qiáng),本礦若開采V煤、VII煤、VIII煤、X煤,必須先采取探放水措施,疏水降壓,將其水位降至安全開采范圍內(nèi),方可開采。
3.4奧陶系灰?guī)r水的充水作用
區(qū)域資料,奧陶系灰?guī)r富水性強(qiáng),斷層切割后,奧灰水可通過斷層破碎帶對巷道充水,造成水患。
3.5斷層導(dǎo)水性
本區(qū)有4條斷層,具有一定的導(dǎo)水作用,尤其直接溝通太原組灰?guī)r水和奧陶系灰?guī)r水,有較充分的補(bǔ)給來源,易造成地下水突出,對礦井威脅較大。
礦井水害評價(jià)方法
4.1頂板水害評價(jià)
根據(jù)本研究區(qū)礦井的V煤開采實(shí)踐,V煤開采的頂板出水主要充水途徑為直接揭露太原組砂巖和灰?guī)r含水層的井巷工程、受采動(dòng)影響而造成的頂板冒裂導(dǎo)水帶、底板破壞裂隙帶,以及導(dǎo)水的斷裂構(gòu)造。其主要正常充水方式為采動(dòng)裂隙導(dǎo)水帶1,因此要評價(jià)煤層開采的充水因素必須分析煤層采動(dòng)裂隙的影響范圍,F(xiàn)根據(jù)有關(guān)規(guī)程中的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算如下:
井田內(nèi)現(xiàn)在評價(jià)的是V煤層。V煤層可采范圍內(nèi)平均厚度為0.75m,最大厚度為0.98米,根據(jù)ZK102鉆孔綜合柱狀圖,對V煤頂板的主要巖性進(jìn)行分析,V煤覆巖類型為硬型(具體成分見表1)
表1 頂板主要巖石成分表
通過計(jì)算,得出冒裂帶最大高度Hc為3~3.75m。導(dǎo)水裂隙帶Hf為28.89m。
太原組含水層(5灰)距V煤層頂板約2.34 m,4灰距V煤頂板約13.52m,3灰距V煤頂板約44.11m,從以上數(shù)據(jù)可以看出,工作面頂板冒落帶最大高度溝通工作面頂板灰?guī)r含水層(5灰),導(dǎo)水裂隙帶高度導(dǎo)通了4灰含水層。由于3、4、5灰水力聯(lián)系較好,可以將其作為一個(gè)含水層組考慮,所以在開采過程中,太原組頂板的灰?guī)r水一定會(huì)進(jìn)入工作面,所以要采取一定的措施來防治水害,保證V煤的安全開采。
4.2底板水害評價(jià)
在本次評價(jià)中,鑒于V煤開采在本區(qū)及周邊地區(qū)尚屬首次,底板礦壓破壞深度、原始導(dǎo)高帶高度、底板阻水能力等具體參數(shù)尚須進(jìn)一步測試與統(tǒng)計(jì)。若盲目套用其他地區(qū)經(jīng)驗(yàn)參數(shù),反而誤差難于確定。為了與周邊礦區(qū)突水案例作對照,本次評價(jià)采用最原始的計(jì)算公式2。
公式如下:
式中:——突水系數(shù),Mpa/m;
——隔水層厚度,m;
——水壓,MPa。
據(jù)Zk102鉆孔資料,V煤底板第一層灰?guī)r為6灰,富水性較好的灰?guī)r為10灰。奧陶系灰?guī)r距V煤距離較遠(yuǎn)若無導(dǎo)水構(gòu)造,不會(huì)直接威脅V煤底板。下面我們僅對6灰和10灰這兩層灰?guī)r做評價(jià)。
。1)10灰距V煤底板86.25m,水頭標(biāo)高42.15m,以V煤層回采最大深度-150m水平計(jì)算(以下同),即水頭壓力最大為1.92Mpa,則突水系數(shù)約為0.022 Mpa/m。
。2)6灰距V煤底板19.45m,6灰、7灰兩層灰?guī)r之間隔水層較。s0.7米),可以作為V煤底板第一個(gè)含水層組考慮。其水壓及賦水性尚不確定,根據(jù)淮北地區(qū)地層概況,太原組灰?guī)r一般都作為含水層考慮,借鑒zkl01孔抽水試驗(yàn)資料,我們?nèi)?灰水頭標(biāo)高為42.15米,換算成壓力即P=1.92Mp。 6灰與V煤之間隔水層主要巖性及厚度如下表2:
表2隔水層主要巖性及厚度統(tǒng)計(jì)
則計(jì)算突水系數(shù)為0.1Mpa/m。
。3)一般情況下,在具有構(gòu)造破壞的區(qū)域突水系數(shù)的臨界值按0.06MPa/m計(jì)算,即認(rèn)為突水系數(shù)不大于0.06 MPa/m是安全的,隔水層完整無斷裂構(gòu)造破壞區(qū)域突水系數(shù)的臨界值按0.15 MPa/m計(jì)算是安全的。本礦井V煤層底板10灰的突水系數(shù)小于臨界值,對V煤底板沒有直接的威脅。6灰的突水系數(shù)最大為0.1 MPa/m,介于以上兩個(gè)臨界值之間,因此,如不考慮構(gòu)造影響,根據(jù)這個(gè)要求說明本礦井9煤層在太灰上開采是安全的。但在構(gòu)造影響區(qū),還存在突水的可能性。
本文編號(hào):6978
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