开采底砾含水层保护煤柱可行性研究
露头区域防水煤（岩）柱设计研究
露头区域防水煤（岩）柱设计研究摘要：矿井水害是煤矿生产中非常典型的安全事故之一,矿井防治水工作对维持矿井生产作业正常进行的意义显著。
当前,矿井防治水可采取的方法与手段众多,防水煤柱的应用范围尤为广泛。
红阳二矿结合实际合理计算红阳二矿西一采区三煤层开采对顶板岩层产生的影响，合理确定防水煤（岩）柱尺寸，保证矿井安全高效开采煤炭资源；准确评估上覆含水岩层对三煤层开采的影响，有效防治矿井水害发生，进而最大限度地充分利用有限的煤炭资源。
关键词：煤矿；煤柱留设；节约资源；矿井早期根据生产实际需要，优先开采了7煤层以下的煤炭资源，但随着开采工作的不断持续，可采资源紧缺问题也日益凸显出来。
根据储量核实报告数据，三煤层资源量为13630千吨，占全矿保有资源量的17%。
解决三煤采出问题对于提高煤炭回收率，充分利用矿产资源具有重要意义。
因此，对红阳二矿西一采区三煤开采是必要的。
1红阳二矿西一采区概况西一采区三煤位于红阳二矿西翼-550水平。
北起煤层露头线（三煤），南至F19断层，西至井田边界线，东至F19断层保护煤柱线。
采区上界至煤层露头，下界至三煤-700米；南北平均长3.5km，东西平均宽0.9km，面积3.15km2。
北沙河从井田上方通过，流经矿区9公里。
该河终年流水，但流量随季节变化较大。
由于红阳二矿井田处于北沙河下游，河道弯曲，治理较差，每到汛期河水猛涨，历史矿井最高洪水位32.40m，对矿井安全有一定威胁。
西一采区地层由第四系、侏罗系、二迭系、石炭系、奥陶系地层组成。
本区含煤地层为山西组和太原组，地层平均总厚度约228.40m，共含煤14层，其中山西组含煤7层，由上而下层号是1～7号；太原组含煤7层，由上而下层号是8～14号。
煤层平均总厚度为9.40m,含煤系数为4.12%。
2采区涌水量预计采区的涌水量主要来源于岩层裂隙水、断层水，和工业用水。
分析多年的生产中有较系统的水文观测资料，选用比拟富水系数法来预计涌水量。
杨村煤矿1煤安全开采可行性研究
均远小于 ０ ． １ Ｌ ／ ｓ ・ ｉ ｎ ， 为弱富水性 ， 渗透性差 。水 质类 型为 Ｈ Ｃ Ｏ 一Ｎ ａ 水， 矿 化度 ０ ． ４ ９ ３～１ ． ４ ３ ７ ｇ ／ Ｌ ， 水温 ２ ２
童 晨 科技
动破坏 深度达 ２ ０ ． １ ｍ， 已经超 过 １ 煤 至 １灰顶 的 隔水
层厚度 ， 即已将底 板至 １灰 的隔水岩 层破 坏。但考 虑
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２—１ ２一 ｏ ４
作者简介 ： 徐海鹏（ １ ９ ８ １ 一 ） ， 男， 江苏东 台人 ， 工程师 ， 从事矿 山设
堡！
．
的煤柱 尺寸 以在 ４— ６ ｍ为宜。
参考文献 ：
［ １ ］ 钱鸣高等 ． 矿山压力与岩层控制 ［ Ｍ］ ． 徐州 ： 中国矿业大学 出版
社． ２ ０ ０ ３
［ Ｊ ］ ．岩土力学 ， ２ ０ ０ １ ， ２ ２ （ ４ ） 『 ４ ］ 柏建彪 ， 侯朝炯 ， 黄汉 富 ．沿空掘巷窄煤柱稳定性数值 模拟研究 ［ Ｊ ］ ．岩石力学与工程学报 ， ２ ０ ０ ４， ２ ３ （ ２ ０）
２ ０ １ ３ 年 第２ 期
２ １ 煤 安 全 开 采 可 行 性
1疏水降压可行性分析根据现有资料即使作为太灰主含水层的34灰渗透系数也非常小同时淮南多个矿井的生产经验证明太灰的富水性不均大多矿太灰岩富水性不强渗透性差水压高钻孔疏水减压效果不佳但可以参照谢二矿在4灰及潘二矿在1灰中施工疏水巷的方法通过大面积揭露含水层并结合物探进行有方向地疏放水可以达到对l煤底板灰岩进行疏水降压的目的其疏水降压是可行的
保护层开采可行性分析及保护效果数值模拟研究
保护层开采可行性分析及保护效果数值模拟研究
王岳刚
【期刊名称】《煤矿现代化》
【年(卷),期】2018(000)002
【摘要】下保护层开采已成为解决突出煤层瓦斯问题的有效手段之一.针对山西某矿3号煤层瓦斯大问题,首先从理论上分析8号煤层做为保护层开采的可行性,其次,利用数值模拟软件,模拟保护层不同采高开采,即1.2m、2m和3m时,上覆岩层垂直应力、位移以及煤层的变形率和透气性变化情况,模拟结果表明,被保护层煤体变形率和透气性都有大幅度变化,保护效果明显,为该矿进一步实施保护层开采和瓦斯抽采提供基础数据.
【总页数】3页(P68-70)
【作者】王岳刚
【作者单位】山西煤炭进出口集团蒲县豹子沟煤业有限公司,山西临汾 041000【正文语种】中文
【中图分类】TD821
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3.急倾斜上保护层开采保护效果的参数敏感度研究 [J], 施峰;汪华君;舒才;王宏图
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5.上保护层开采对下部煤层保护效果论证 [J], 夏留财
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赵庄煤矿3号、15号煤层带压开采可行性评价
总第 ２２８期
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－２７９８．２０１８．０８．０２５
赵庄煤矿 ３号、１５号煤层带压开采可行性评价
赵璐璐
（晋煤集团 赵庄煤矿，山西 长治 ０４６６００）
摘 要：赵庄煤矿 ３号、１５号煤层底板由于受深部高承压奥灰水的威胁，开采前需进行带压开采安全评价。 文章在深入分析赵庄煤矿水文地质条件的基础上，利用突水系数法对赵庄煤矿 ３号、１５号煤层带压开采区 域进行了安全评价，将其划分为安全区、相对安全区、相对危险区以及危险区。同时，为满足生产需求，利 用底板安全隔水层厚度和 “下三带”理论进行计算，分别对掘进巷道和回采工作面的底板突水危险性进行 安全定量评价，最终达到保障 ３号、１５号煤层安全带压开采的目的。 关键词：带压开采；突水系数；安全评价；“下三带”理论 中图分类号：ＴＤ８２３．８ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５?２７９８（２０１８）０８?００５６?０４
３号煤层位 于 山 西 组 下 部，与 奥 陶 系 峰 峰 组 灰 岩顶面间存在山西组底部、太原组和本溪组，主要为 砂质泥岩、薄 层 灰 岩、砂 岩 及 泥 岩 和 煤 层，平 均 厚 １３５ｍ。其中，山西组底部为砂质泥岩和泥岩，局部 含有粉砂岩或细粒砂岩，平均厚 １１．３８ｍ；太原组为 一套海陆交互相含煤地层，主要由深灰 －灰黑色泥 岩、砂质泥岩、粉砂岩、灰色砂岩和 ５层海相薄层石 灰岩及 ６～７层煤层组成，厚 １０４．２４～１３６．５５ｍ，平 均 １０４．３７ｍ；本溪组中上部为灰 －深灰色泥岩、砂 质泥岩、粉砂岩，灰色砂岩夹一层不稳定石灰岩，底 部为浅灰色铝土泥岩和山西式铁矿层，厚 １５．７～ １６．５ｍ，平均 １６ｍ。煤层底板与奥陶系峰峰组灰岩 顶面间的距离为隔水层厚度，３号煤层隔水层厚度 为 １０４．０６～１６１．０７ｍ，１５号 煤 层 隔 水 层 厚 度 为 ８．７５～３３．２５ｍ。 ２．３ 带压开采分区
在水体下采煤安全煤岩柱的留设技术
在水体下采煤安全煤岩柱的留设技术[摘要]本文主要阐述了水体下采煤的顶水采煤、疏水采煤和顶疏结合采煤等方式，水体的采动等级及允许采动程度，安全煤岩柱的防水安全煤岩柱、防砂安全煤岩柱、防塌安全煤岩柱、安全煤岩柱保护层厚度的确定等留设方法。
[关键词]水体下采煤煤岩柱留设中图分类号：td 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）08-177-011、水体下采煤的方式根据对水体的处理方式的不同，水体下采煤分为顶水采煤、疏水采煤和顶疏结合采煤。
1.1、顶水采煤顶水采煤的特点是：对水体基本不处理，直接在水体下进行采煤作业，而在水体与煤层之间保留一定厚度或垂高的安全煤岩柱。
顶水采煤适合于水量大、补给充足、水体距开采煤层较远的条件。
1.2、疏水采煤疏水采煤可分为先疏水后采煤和边疏水边采煤。
按我国水体下开采的经验，先疏后采适合于以下条件：一是煤层直接顶为砂岩或石灰岩岩溶含水层，并能实现预先疏干时；二是松散含水砂层为弱或中弱含水层砂层，水源补给有限，通过石门疏干措施或提前开拓与采煤能预先疏干时。
水体的水量不太大，而水体的分布范围较大时，一般采用边疏边采的方式，如砂岩或石灰岩岩溶含水层为煤层基本顶时，采煤后基本顶含水层的水由采空区涌出，不影响工作面作业，但工作面内应采取疏排水措施。
1.3、顶疏结合采煤在受多种水体或多层含水层水体威胁的情况下采煤时，对远离煤层，其间距大于导水断裂带高度的水体，采用顶水采煤；对位于煤层直接顶之上或离煤层距离较近，其间距在垮落带和导水断裂带范围内的水体，采用疏水采煤。
2、水体的采动等级及允许采动程度水体下采煤时要严格控制地下开采对水体的影响，根据水体的类型、流态、规模、赋存条件及水体的允许采动程度，把地下开采影响的水体分为三个采动等级。
不同采动等级的水体，要留设相应的安全煤岩柱。
3、安全煤岩柱的留设方法安全煤岩柱是从开采上限到上覆水体底界面之间的煤层、岩层和松散层厚度的总称。
阜生煤业上保护层开采可行性研究分析
阜生煤业上保护层开采可行性研究分析
岳广义;武少鹏
【期刊名称】《能源与节能》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】阜生煤业15^(#)煤层透气性低,瓦斯含量大,煤巷掘进瓦斯治理难度大,现有的瓦斯治理手段难以满足安全生产需求。
为探索新的煤与瓦斯防治技术手段,从根本上解决瓦斯问题,阜生煤业决定开展15^(#)煤层保护层开采试验。
通过分析15^(#)煤层各上覆煤层的地层结构、垂距、被保护层的顶板支护、突出危险性、自然发火危险性等因素,最终提出若阜生煤业采用上保护层开采方法,那么选择
13^(#)煤层作为保护层最为合理。
【总页数】5页(P149-152)
【作者】岳广义;武少鹏
【作者单位】山西潞安工程勘察设计咨询有限责任公司;潞安化工集团安全管理部【正文语种】中文
【中图分类】TD713.3
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1.阜生煤业保护层开采UDEC数值模拟研究
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《XXX煤矿5号煤层带压开采可行性分析及防治水对策 可行性分析》
《xx煤矿5号煤层带压开采可行性分析及防治水对策可行性分析》摘要。
本文通过对xx煤矿矿井地质报告、水文地质勘探报告中钻孔数据及相关资料进行统计，绘制出5号煤层突水系数分区图，通过综合分析对5号煤层带压开采可行性进行客观评价，并提出矿井在生产建设过程中的防治水对策，为矿井防治水工作提供重要参考资料。
关键字：煤矿带压开采可行性分析防治水对策一、井田水文地质概况本矿井田属黄河流域汾河水系，位于下静游泉岩溶水系统的补给径流区，井田内无常年性流水河流，没有大型地表水库。
井田主要构造形态基本上为一伴有宽缓波状褶皱的向西倾向的单斜构造。
煤系围岩含水层为砂岩裂隙水含水岩组和层间岩溶裂隙水含水岩组，而下伏奥陶系中统马家沟组石灰岩岩溶含水岩组埋藏较深，静水位标高1463-1467m标高左右，煤层开采受岩溶水突水的威胁。
二、5#煤层突水系数分区通过对井田内地质钻孔水文钻孔数据进行统计分析，采用内插法确定5#煤层底板隔水层厚度（m），结合底板隔水层承受的水头压力（p）进行计算，可以绘制出5#煤层突水系数分区图。
三、5号煤层带压开采可行性分析图中可以明显看出，对于5号煤层，井田西部随着煤层埋深的增加，带压程度逐渐加大，隔水层厚度薄弱点的分布位于井田西部。
通过钻孔zk5、zk6俩孔揭露，西部推断存在断裂构造，落差约为30m 左右，断裂构造带范围内，隔水岩组厚度大大减少，有效隔水岩层厚度不足以抵消底板破坏带深度，阻抗奥陶系岩溶高压水的能力降低，奥灰水通过底板扰动产生的裂隙带突入矿井的几率增大，因此井田西部带压开采发生奥灰突水的几率将大大增加，在现有开采技术条件下，实现带压开采利用的可能性不大，即煤层956m标高以深的区域存在奥灰水突水的危险性。
井田的先期采区位于井田的中东部，标高范围约为1400-1060m；依据突水系数分区，煤层底板等高线956m标高以深的突水系数大于0.10mpa/m，属于划定的带压开采危险区；5号煤层的底板采动破坏带深度值为12.10-15.52m，平均值为13.81m，不同水头压力下安全隔水层有效厚度分别约为17.06-28.52m、16.05-23.74m、15.40-20.76m （扰动带厚度+安全隔水层厚度），有效隔水层厚度小于安全隔水层厚度的地段或薄弱点均位于井田设计采区的西部边界外或边界的附近，因此矿井采掘在采区的西部应特别加强防范；井田范围内在1400-1060m标高范围内，未发现大断裂构造，因此设计采区范围内，5号煤层基本能够实现带压安全开采。
棋盘井煤矿16煤安全开采分区及防水煤柱留设
按 断层可 靠 程 度 分 类 ： 靠 断 层 ４ 可 １条 ； 可 靠 断 层 较 ３ ３条 ， 可靠 性 差 断 层 ９条 ； 断 层 落 差分 类 ： 按 落差 ５ ０
～
１ 充 实水源 及通 道
１０ｍ 的断 层 ３条 ， 差 ２ ０ 落 ０～４ 的断层 ２条 ， ９ｍ 落
作者简介 ： 黄正将 （９ ３ ） 男 ， １８ 一 ， 山西大 同人 ，０ ６年毕业于中国地质大学 ， ２０ 助理工程师 ， 主要从 事地质矿藏勘探工作
（ Ｅ—ｍ ｉ ｈ ４ ６ １ ３ ｃ ｒ ａｌ ￣ ２ ＠ ６ ． ｏ ） ｎ
・
８・
山 西 焦 煤 科 技
２１ ０ １年第 ８期
Ｋ＝ ． １ ／ 。地 下 水 化 学 类 型 为 Ｓ 一Ｃ ０ ０ １４ ｍ ｄ Ｏ ａ
・
Ｍｇ 型水 。该含 水 层与 上部 的含煤 地 层石 炭系 上 ¨
统 太原 组 （ ） 间 有石 炭 系上 统 太 原 组 下 部 （ ） Ｃ 之 Ｃ 隔水地 层存 在 。 因此 ， 含水 层 与上部 直接 充水 含水 该
可 能具 较密 切 的水力 联 系 ， 该含 水 层为井 田的 间接充
水 含水层 。
１ ２ 断层发 育及 分 布 ．
井 田内共 发 现 断层 ８ ３条 ， 断层 走 向 以近东 西 向
为 主 。按 断 层 性 质 分类 ： 断层 ８ 正 ２条 ， 断 层 １条 ； 逆
因掘 进巷 道 近疑似 陷 落柱 而发 生特 大突 水 ， 大 涌水 最
黄 正将 杨 莹 王 ， ，
（ ． 南省 第一地质勘察 院 ， 南 南阳 １河 河
磊
４ ３０ ；． ７ ０ ０ ２ 河南省地矿 建设工程集 团有 限公 司， 河南 郑州 ４ ０ ０ ） Ｉ ５０ ７
保水采煤面临的科学问题
保水采煤面临的科学问题范立民【摘要】保水采煤理念是基于榆神府矿区开发初期采煤引起的潜水位下降、植被退化而提出的.经过多年理论研究和工程实践,已初步建立了保水采煤技术体系,有效指导了生态脆弱矿区煤炭资源开采和生态环境保护.在国家关于生态文明建设标准日益提高的格局下,我国西部干旱半干旱地区煤水资源共生区生态环境保护面临历史考验.首先综述了保水采煤技术取得的成果,认为地质条件探查、岩层移动、保水采煤方法等方面的研究基本解决了单煤层开采中存在的突出问题,而生态脆弱矿区水与生态约束和生态修复与重构方面的研究滞后.其次探讨了保水采煤领域中5个紧密相关的科学问题,包括矿区依赖地下水的植被对煤层开采的约束程度的识别、量化及监测,大采高和重复采动条件下导水裂隙带高度探测与预测方法,有效隔水层厚度的量化与评价,大采高和重复采动条件下采动岩层(覆岩)控制及矿山生态环境影响机制、矿山生态损害监测与评价、矿山土地复垦与生态重建技术、生态修复策略及效果评价等.在新形势下,矿区生态环境保护的责任和任务重大,有待于投入更多研究来支撑我国西部矿山保水采煤理论与技术的突破,促进绿色矿区建设.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2019(044)003【总页数】8页(P667-674)【关键词】科学开采;保水采煤(保水开采);导水裂隙带;生态重构【作者】范立民【作者单位】陕西省地质环境监测总站矿山地质灾害成灾机理与防控重点实验室,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TD823我国煤炭资源与水资源呈现逆向分布的特点，即东部缺煤富水，西部富煤缺水。
自20世纪80年代以来，煤炭资源开发逐步向西部(西北)进行战略转移，鄂尔多斯盆地和新疆已经成为我国原煤生产的主要基地。
西北地区煤炭资源量占全国的73%，2017年原煤产量占全国的70%左右，而水资源仅占全国的3.9%左右，部分区域极度缺水。
众所周知，水资源不仅是煤炭工业赖以发展的先决条件，也是生态环境良性循环的基础。
保护煤柱的设计
为 a = H ⋅ ctgβ 和 b = H ⋅ ctgδ 。
取 x 轴为煤层的走向，y 轴为煤层的倾向。若保护边界 EF 位于开采单元的下山方向， 且与影响椭圆切于 M 点，即从保护边界向伪上山方向作保护煤柱。保护边界线与煤层走向
的夹角为θ ，设保护边界至开采单元的水平垂距为 p．按斜向移动角 β′ 来确定斜向断面 oG
（4）在受护边界点 m、n 作松散层移动角 ϕ=45°，与基岩面相交于 m1、n1，再从 m1、n1 点分别作基岩移动角 γ=73° 和 β=55°，与煤层底板相交于 m2、n2 点，点 m2、n2 分别为沿煤
93
层倾向剖面上保护煤柱的上下边界。将 m2、n2 投影到平面图上，即得点 M、N； （5）将平面图上Ⅰ-Ⅰ线与保护边界的交点 q、k 投影到走向剖面Ⅰ-Ⅰ上，得 q、k 点。
按斜向移动角来确定斜向断面og上煤柱的边界时有而椭圆方程为求导得因为?ctghp12222byaxyaxbdxdy22?在椭圆上该点斜率为所以直线ef的方程为11yxm11212xxyaxb??42112121xxyaxbyy???该点的切线方程表示为4312121ybyxax设g点的坐标为由于g点在切线ef上则00yxg441sincosypxp或者45???????sincos2121pbypax将式45及代入42得?ctghp462222sincosctgctgctg同理也可以求出保护边界向伪下山方向作保护煤柱的斜向移动角即93472222sincosctgctgctg式中的角是保护煤柱边界线与煤层走向线所夹的锐角
B θ"
C
C
θ´
D 图 4-5 保护边界与煤层走向的夹角
四、保护煤柱留设所需的资料 1．保护对象（如工业广场、房屋、铁路、立井等）的特征及使用要求，矿区的地质
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收稿日期:2008-06-16 作者简介:李沛涛(1970-),男,高级工程师,中国矿业大学(北京)在读博士生,现在郑州煤炭工业(集团)有限责任公司从事地质及矿井防治水工作。
开采底砾含水层保护煤柱可行性研究李沛涛1,2,武 强1(11中国矿业大学(北京),北京 100083;21郑煤集团地勘公司,河南新密 452371) 摘 要:为了安全开采底砾含水层保护煤柱,采用“三图—双预测”方法,辅以切合实际的探查和试验,对采区的水文地质条件定量评价和预测,实现了保安煤柱的安全回采。
在研究过程中完善了“三图—双预测”理论,拓宽了其适用范围,可为类似的顶板水定量评价、第四系底砾含水层下采煤提供理论和实践上的参考。
关键词:三图—双预测;定量评价;含水层 中图分类号:T D742 文献标识码:B 文章编号:1671-0959(2008)1120007203 目前国内外对隐伏于巨厚新生界底砾含水层下的煤层开采,一般是基于“上三带”理论[1],确定三带发育高度,采用留设保安煤柱的方法阻止开采煤层和底砾层水的连通。
但是随着开采工艺设备的进步,传统的“上三带”经验公式计算数值和实际误差很大,为安全考虑,实际留设煤柱时采用较大的校正系数;如果遇到缓倾斜煤层,按这种理论计算,煤柱留设巨大,浅部几乎不可开采。
所以这种粗略估算的方法在实际生产中造成了很大的资源浪费。
针对邢台矿原为2号煤保安煤柱的11采区,采用“三图—双预测[2]”的方法,通过简易的探查和试验,在“上三带”理论的基础上,根据实际情况具体分析,定量评价了底砾含水层的水文地质条件及其对2号煤开采的影响,确立了开采保安煤柱的可行性。
1 采区概况及存在问题邢台矿11采区为井田西部新开采区,原为2号煤的保护煤柱,东部以F 15正断层为界与7700采区相接,本区位于断层下盘,所以水文地质条件受F 15断层影响较小;南到F 12断层,本区为断层上盘,西、北为2号煤隐伏露头。
在这个相对独立的构造单元内,2号煤开采存在如下水文地质问题:1)2号煤上距底砾含水层0～28m ,和底砾含水层近平护范围内布置二1煤回采工作面。
在本煤层掘进期间采取超前钻孔配合高位瓦斯钻(孔)的方式进行瓦斯抽放;采煤工作面形成后,采用顺层交叉钻孔联管抽放瓦斯(抽放泵流量40m 3/m in,抽放干管直径300mm ),在“四位一体”瓦斯防治措施的保护下,进行二1煤层的回采工作。
图1 解放层与被解放层对应关系剖面图412 实施效果1)通过下解放层的开采,二1煤的煤层透气系数由01041m 2/M Pa 2・d 变为1221056m 2/M Pa 2・d,即增大了2975倍,为本煤层的瓦斯抽放创造了非常有利的条件。
矿井实际瓦斯抽放量为25～30m 3/m in,纯瓦斯量812～10m 3/m in,且正在进行瓦斯发电的可行性论证。
2)目前,11013炮采放顶煤工作面进展顺利,平均日产原煤1500t,保证了矿井的设计生产能力。
5 结 语通过何庄煤矿反程序开采的实践证明,下保护层的开采是区域性防治瓦斯突出的有效措施之一。
特别是对于煤层透气性极差的软煤层,下保护层开采后,可以将煤层透气性系数提高几个数量级,效果十分理想。
但是,对于较近距离的下保护层开采,必须对开采后对瓦斯突出煤层的影响程度进行科学论证,以保证开采的可行性。
同时,必须指出,由于煤层间距离较近,下保护层开采的过程中务必采取措施,以防上部瓦斯的突然涌入,出现瓦斯异常。
(责任编辑 潘启新)7 2008年第11期 煤 炭 工 程 设计技术 行赋存,根据经验公式计算,开采时裂隙带高度可直达底砾层。
但是底砾含水层在区内水文资料很少,赋水性、渗透性及受补给条件不清。
2)本区位于F12断层的上盘,和底砾含水层对接的下盘地层为奥灰强含水层。
F12断层在该段的赋水、导水性不清,奥灰对底砾层的补给程度有待查明。
3)首采71102工作面上下付巷已完成贯通,在掘进过程中多处淋水,回采前工作面涌水量预算缺乏依据,无法配备排水设施。
2 方案设计研究采用断层两盘成对孔的抽放水试验、连通试验以及水化学分析确定F12断层的导水性及其对11采区的补给情况;采用煤层顶板涌(突)水灾害定量评价的“三图—双预测”方法,对11采区底砾含水层富水性及对2号煤开采的影响进行定量评价,准确预测首采工作面的涌水量。
“三图—双预测”的三图是指:顶板直接充水含水层的富水性分区图、顶板冒落安全性分区图、顶板涌(突)水条件综合分区图;双预测是指回采工作面涌水量预测、采取预疏放等防治水措施后回采工作面涌水量预测。
根据这一理论,研究的设计方案如下:1)收集分析11采区现有的底砾层所有地质及水文地质资料,增加一些必要的物探、钻探和水文试验手段,用多源信息复合法做出底砾层的富水性定量分区图。
2)结合2号煤顶板岩性组合特征,用修正后的经验公式计算冒落带和裂隙带的发育高度,做出冒落安全性分区图。
3)将富水性分区图和冒落安全性分区图进行叠加,做出11采区2号煤顶板涌(突)水条件综合分区图。
4)在富水区施工地面底砾含水层水文孔,做抽水试验,以验证底砾层的单位涌水量、渗透系数和影响半径等富水性。
在下盘,靠近11采区附近施工一奥灰水文孔,和底砾含水层水文孔以F12断层为基线成对布设,在底砾含水层抽水试验和放水试验时观测奥灰水位变化情况,以确定F12断层的导水性及奥灰对底砾含水层的补给性。
根据抽水试验数据,定量预测首采工作面的涌水量,评价在现有常规的开采条件下,能否满足安全回采。
5)如果达不到安全回采条件,则在井下沿71102工作面上下付巷作电法物探,查明顶板及底砾层的富水区段,在富水区施工井下放水孔,做放水试验、放水-抽水试验。
通过井下放水试验和井上下同时观测,辅以示踪试验、水质化验和温度测定,可以了解渗流场、水温场、水化学场的变化规律,从而查明底砾含水层的渗透性和受补给程度。
将以上各种试验所取得的数据进行系统整理、对比研究和多元分析,对11采区71102工作面附近的底砾含水层水文地质条件进行综合评价,定量预测经过超前疏放后首采工作面的涌水量,为开采设计提供必须的水文资料。
3 方案实施根据设计方案,于2006年6月5日至9月27日完成了试验现场工作,按试验时间先后分四期进行:第一期:施工地面水文孔(冲601、冲602)、井下电法物探找出富水区段在富水区施工6个井下放水孔、沿下付巷等距离施工3个水文观测孔。
探明了底砾含水层的厚度、岩性、成份、顶底标高、水位标高等基本情况。
第二期:地面冲601孔抽水试验。
按照《煤田资源地质勘探抽水试验规程》和设计的要求,完成了规定的三个降深试验内容。
抽水试验前一天在冲602孔内奥灰段投放5kg食品红试剂。
冲602孔、井下观测孔和冲601孔同步观测水位变化情况,冲601孔抽水试验现场注意观测试剂接收情况。
第三期:地面水文孔抽水试验结束后,井下放水孔和观测孔也相继施工完毕,共施工了六个放水孔和三个观测孔,总放水量约34176m3/h,均布置在71102工作面风巷内,基本满足放水试验的要求。
井下观测孔和奥602孔都安装了自动水位记录仪,排水设备也安装到位。
于2006年7月21日上午十点开始放水,按非稳定流的时间间隔记录各放水孔水量、水温,颜色变化情况及各观测孔水位。
持续放水至2006年8月7日13点30分,延续时间18d。
总放水量由开始的34176m3/h降至13163m3/h,共放出水量6981m3。
水位和水量达到稳定标准。
第四期:放水试验进行当中,观测孔水位达到稳定标准后,于2006年8月2日9点30分到8月4日17点进行了地面抽水试验。
试验内容和第一次抽水试验相同。
4 水文地质条件分析411 底砾含水层的赋水性及对2号煤开采的影响通过地面和井下水文孔的探查、三次水文试验的观测,主要查明了11采区底砾层的如下水文地质特征:1)底砾含水层的厚度变化较大,富水性变化也较大。
厚度大的地方富水性也相对较强。
根据所获取的水文地质资料,经过多源地学信息相互验证,复合叠加,确定了该充水含水层富水性分区的划分方案。
整个11采区共分为三个区,富水性由强到弱依次为:A、B、C区。
2)71102工作面2号煤平均厚6153m,顶板岩性为砂质泥岩,平均厚20m。
其冒落带高度根据修正后的经验公式计算应为19159～26112m,导水裂隙带高度应为6815m (含冒落带),所以采煤后冒落带直达底砾层,底砾层水将在顶板冒落时直接流入采空区。
3)2号煤顶板涌(突)水灾害发生,其充分必要条件是煤层回采形成的导水裂隙带沟通了上覆充水含水层且直接充水含水层在回采工作面对应位置的富水性较强。
根据上述2号煤开采顶板冒落安全性分区和底砾含水层富水性分区的研究成果,复合叠加两个分区所有地学信息,提出了28 设计技术 煤 炭 工 程 2008年第11期 号煤开采顶板涌(突)水条件定量评价的综合分区划分方案。
整个采区分为A 和B 两大区。
其中A 区突水危险性小,因为该区上覆充水含水层的富水性较差,即使煤层开采顶板冒落至上覆含水层,也不会诱发大的涌(突)水灾害。
B 区则突水危险性较大,因为该区上覆充水含水层的富水性较好,而且在该区范围内,大部分区域导水裂隙带发育高度均大于覆岩段厚度。
A 区可进一步细分为两个子区,B 区可细分为三个子区,其突水危险性由小到大依次为:A -1区A -2区B -1区B -2区B -3区412 F 12断层导水性分析冲601孔第一次抽水试验时,人工观测相距130m 冲602孔水位无变化,而相距250m 的井下观测孔1h20m in 后,水位明显下降。
放水试验、放水-抽水时冲601孔和井下放水孔相互影响明显,602孔水没有影响反应。
冲602孔和冲601孔及井下观测孔水位差异明显,放水试验后8月11日8点30分,观测水位分别为冲601孔:-561374m 、观2孔:-60174m 、观3孔:-591567m 、观4孔:-771949m (记录仪未校正)、冲602孔(奥灰孔):+291558m 。
底砾层孔水位基本一致,和奥灰孔水位有明显的“台阶”。
冲601孔和冲602孔为F 12断层两盘的成对孔,在井下放水试验时水位变化无相似性,冲601孔随放水试验开始和结束水位下降、恢复明显,而冲602孔无这种变化趋势,如图1、图2所示。
图1 冲601和冲602孔放水试验水位降落曲线图2 冲601和冲602孔放水试验水位恢复曲线在冲602孔内投放食品红试剂,抽水试验和放水试验均未接收到信息,考虑到可能距离太远,而抽水和放水量又太小,连通试验不能作为直接的证据证明其不连通,但自奥灰孔投放示踪剂后40d 底砾层放水未收到信息,没有反映出连通的迹象。
水质化验资料显示,底砾层的水化学性质和奥灰水的水化学特征相似,而和冲击层水化学特征差别较大。