【文章內(nèi)容簡介】 頂板淋水方式向礦井充水；后期開采 15 煤層時(shí)，直接充水含水層為 K2 灰?guī)r裂隙巖溶含水層。且 15 煤層位于奧灰水位標(biāo)高以下，受采動破壞影響，隔水層變薄，加之奧灰水較高的水頭壓力，使 15 煤層礦床開采，實(shí)際上已成為巖溶裂隙水充水礦床。故在開采時(shí)應(yīng)對其突水的可能性作進(jìn)一步研究，并采取相應(yīng)的安全措施。 1）褶皺引起充水：在背向斜轉(zhuǎn)折端，裂隙相對較發(fā)育有利于地下水的富集，當(dāng)掘進(jìn)至附近時(shí)，可能引起礦井突水。 2）斷層充水：井田內(nèi)斷層斷距雖然不大，但斷層破碎帶可 溝通含水層之間的水力聯(lián)系，可引起采煤時(shí)側(cè)向礦井充水。 3）陷落柱充水：陷落柱產(chǎn)生的裂隙可溝通各含水層之間的水力聯(lián)系，可引起采煤時(shí)向礦井側(cè)向充水。 3 煤層底板突水系數(shù)計(jì)算見表 表 3 煤層底板突水系數(shù)計(jì)算表 孔號 底板標(biāo)高 /m 底板水頭壓力 /MPa 隔水層厚度 /m 突水系數(shù) /Ts 30—1 30—2 32—1 西部底板等高線最低標(biāo)高 （ 5）、礦井涌水量 預(yù)測礦區(qū)在生產(chǎn)時(shí)，正常涌水量 200m3/h，最大涌水量 280 m3/h。 （ 6）、礦井供水水源 1）松散層孔隙水 含水較豐富，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)和民用水的主要水源，為避免引起與農(nóng)業(yè)爭水的矛盾，一般不宜作為礦井建設(shè)的永久性水源。 2）基巖風(fēng)化帶水 含水性較好，富水差異性大，經(jīng)取樣分析，水質(zhì)較好，可作為暫時(shí)水源。 3）上下石盒子組砂巖裂隙水 含水性較好，富水性不均一，經(jīng)取樣分析，水質(zhì)較好， 可作為暫時(shí)水源。 4）奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶水 根據(jù)區(qū)域資料，奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組巖溶裂隙發(fā)育，含水豐富，經(jīng)取樣分析，水質(zhì)較好，一般可作為礦井建設(shè)的永久性供水水源，但存在富水性不均一現(xiàn)象，在選取該含水層作為水源地時(shí)，應(yīng)作進(jìn)一步的工作。 煤層特征 煤層 本區(qū)含煤 7～ 13 層，煤層總厚 ～ ，含煤系數(shù) %。主要可采煤層四層，為石炭系上統(tǒng)太原組 1 1 9 煤層和二疊系下統(tǒng)山西組 3 煤層。 （ 1） 3 煤層 煤層位于二疊系山西組下部，為上煤組，厚 ~。平均厚度 ，煤層穩(wěn)定，頂板一般為泥巖、砂質(zhì)泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖、細(xì)粒砂巖。一般夾矸 1 層，厚 ~，屬結(jié)構(gòu)簡單至較簡單煤層。 （ 2） 9 煤層 煤層位于石炭二疊系太原組中部，下距 14 號煤層 ~，平均 。煤層厚度 ~，平均 ，頂板為泥灰?guī)r，底板為粉砂巖、細(xì)粒砂巖，為不穩(wěn)定型局部可采煤層。 （ 3） 14 煤層 煤層位于石炭系太原組下部，下距 15 號煤層 ~，平均。煤層厚度為 ~，平均 ，頂板為泥巖、石灰?guī)r（ K2），底板為砂質(zhì)泥巖。 屬穩(wěn)定可采煤層。 （ 4） 15 煤層位于太原組下部，煤層厚度 ~，平均 ，夾矸1~7 層，一般夾矸 2~3 層，頂板為砂質(zhì)泥巖，底板為泥巖、鋁土泥巖，屬不穩(wěn)定局部可采煤層。且煤層位于奧灰水靜水位標(biāo)高以下 60~280m，一般 160m左右，水力壓頭大，加上斷裂、陷落構(gòu)造，奧灰水進(jìn)入坑道的可能性很大，故其水文地質(zhì)條件列為中等 ~復(fù)雜型。各煤層情況統(tǒng)計(jì)見表 。 表 煤層厚度、結(jié)構(gòu)特征表 煤層 厚度 /m 結(jié) 構(gòu) 層間距 /m 穩(wěn)定性 煤的容重 3 ~（ ~） 穩(wěn)定 9 ~（ ~） ~14 ~~15 ~~3 層 ~ 主采煤層的圍巖性質(zhì) 3 煤層直接頂板為砂質(zhì)泥巖、泥巖 ，局部為粉砂巖，厚 ~，結(jié)構(gòu)松軟，吸水易軟化，強(qiáng)度較低，巖相變化大。老頂為中 ~細(xì)粒砂巖，厚 ~，巖相變化大。真密度2657kg/m3，視密度 2640kg/m3，含水率 %，為半堅(jiān)硬巖 ~堅(jiān)硬巖。 3 煤層直接底板為砂質(zhì)泥巖、泥巖，局部為粉砂巖，厚 ~。老底為灰色中厚 ~厚層狀細(xì)粒砂巖，厚 ~，巖相變化大，為半堅(jiān)硬 ~堅(jiān)硬巖。垂向上為軟弱 —堅(jiān)硬 —軟弱堅(jiān)硬的相間復(fù)合結(jié)構(gòu)，平面上巖相變化大， 3 煤層頂、底板工程地質(zhì)條件復(fù)雜。鉆孔柱狀圖見附錄。 3 煤層頂、 底板巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果見表 ： 表 巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果表 層位 巖石名稱 飽和抗壓強(qiáng)度 /MPa 自然抗壓強(qiáng)度 /MPa 軟化系數(shù) 3 煤層 頂板 細(xì)粒砂巖 粉砂巖 砂質(zhì)泥巖 3 煤層 底板 砂質(zhì)泥巖 粉砂巖 煤的特性 （ 1） 、煤種 本井田內(nèi)各煤層以貧煤為主，少部分為無煙煤，煤 質(zhì)變化總的趨勢具有東高西低的特點(diǎn)，亦即淺部煤層的變質(zhì)程度低于深部。 （ 2）、煤的物理性質(zhì) 井田內(nèi) 310 3103303 鉆孔采樣對 3 煤層進(jìn)行了顯微煤巖鑒定，見表 。 表 3 煤層顯微組分定量統(tǒng)計(jì)一覽表 煤層 有機(jī)組分 /% 無機(jī)組分 /% 鏡質(zhì)組最大反射 R0max/% 鏡質(zhì)組 惰質(zhì)組 殼質(zhì) 組 粘土 類 硫化鐵類 碳酸化 鹽類 其他 小計(jì) 3 ~91.6 ~18.4 ~9.6 ~ ~9.9 ~ 3 煤層為黑色、條痕為深黑色 —黑色，斷口參差狀 ~階梯狀，塊狀及粉狀，玻璃 —金剛光澤，內(nèi)生裂隙較發(fā)育。由鏡煤、亮煤及暗煤組成，以亮煤為主，暗煤次之，夾鏡煤條帶，細(xì)—中條帶結(jié)構(gòu)，屬半亮 —光亮型煤。其鏡煤最大反射率（ Romax）值為 ~%，相當(dāng)貧煤至無煙煤變質(zhì)階段。 14 煤層為黑色、條痕黑色，斷口參差狀 —階梯狀，玻璃 —金剛光澤，以亮煤為主，暗煤次之，夾鏡煤條帶，細(xì)條帶狀結(jié)構(gòu)，含黃鐵礦結(jié) 核及散晶，屬半亮—光亮型煤。 15 煤層：黑色，塊狀為主，夾部分粉狀，半暗型煤，玻璃光澤，含黃鐵礦結(jié)核，最大反射率（ Romax）為 ~%，其變質(zhì)階段相當(dāng)于貧煤。 （ 3）、化學(xué)性質(zhì)及工藝性能 煤的工藝性能：煤的化學(xué)反應(yīng)性， 3 煤二氧化碳還原率為 ~%，分解率 ~%，化學(xué)反應(yīng)性一般為中等。 15 煤二氧化碳還原率為 %，分解率為 %，化學(xué)反應(yīng)性屬低等，煤的結(jié)渣性（ 3304 孔、 3 號煤）鼓風(fēng)速度 ，結(jié)渣率為 %。 ，結(jié)渣率大于 25%，故 3 煤屬強(qiáng)結(jié)渣煤。在不同溫度下煤層對 CO2 反應(yīng)性試驗(yàn)結(jié)果見表 。 表 15 煤對 CO2 反應(yīng)性試驗(yàn)結(jié)果表 溫度 CO2 還原率 % 800℃ 850℃ 900℃ 950℃ 1000℃ 1050℃ 1100℃ 3 煤層 15 煤層 綜合煤質(zhì)特征：原煤灰份、硫份由淺至深有逐漸增高之趨勢，水份、磷份、發(fā)熱量變化不大 ，碳元素含量均在 88%左右，各主要煤層灰份 SiO2+Al2O3 在 70%以上，精煤回收率， 3煤層為 %， 15 煤層小于 40%（平均 %），可選性屬低等。煤質(zhì)的工業(yè)分析見表 、 。 表 各煤層煤質(zhì)化驗(yàn)工業(yè)分析 Mad/% Ad/% Vdaf/% St， d/% Pd/% Qgr， v， d MJ/kg 3 原 ~0 ~9 ~0 ~6 ~47 ~50 浮 ~ ~ ~ ~ ~ ~ 15 原 ~6 ~4 ~7 ~9 ~36 ~49 浮 ~ ~ ~ 0~ ~25 ~62 表 元素分析（浮煤） 元素 煤層 Cdaf/% Hdaf/% Odaf/% Ndaf/% 3煤層 ~ ~ ~ ~ 15煤層 ~ ~ ~ ~ 表 煤灰成分分析結(jié)果 成分 煤層 SiO2+Al2O3+TiO2/% Fe2O3+CaO+MgO/% ST/℃ 視（相對） 密度 浮煤回收率/% 3煤層 ~ ~ 1337 ~ ~ 15煤層 ~ ~ 1397 ~ 、煤的工業(yè)用途 3 煤層主要為低 ~中灰、特低硫、低磷、高發(fā)熱量、高熔點(diǎn)灰份貧煤，部分為無煙煤，精煤回收率、化學(xué)反應(yīng)性均屬中等，強(qiáng)結(jié)渣，為優(yōu)良之動力用煤。并可考慮作化工和氣化用煤。 15 煤層為中灰、富 ~高硫、低磷、高發(fā)熱量、高熔點(diǎn)灰份貧煤，部分為無煙煤。由于化學(xué)反應(yīng)性低，精煤回收率為低等，硫份高，主要作動力用煤 。 煤層發(fā)熱量匯總見表 。 表 15 煤層發(fā)熱量匯總表 煤層號 Qgr， v， d（ MJ/kg） （ MJ/kg） 3 煤層 原煤 ~ ~ 精煤 ~ 15 煤層 原煤 ~ ~ 精煤 ~ 瓦斯、煤塵爆炸及煤的自燃 （ 1）、瓦斯 瓦斯含量由東往西增加，由淺部往深部遞增， 15 煤層甲烷含量不高，鐵路以東 3 煤層為瓦斯風(fēng)化帶， 15煤大部為瓦斯風(fēng)化帶。本井田瓦斯含量見測定結(jié)果匯總表 。 綜合上述結(jié)果，本井田 15 煤層按低瓦斯考慮。 表 15 煤層瓦斯含量測定結(jié)果匯總表 煤層編號 甲烷含量 （ ml/gdaf） 甲烷成份 （ %） 3 煤層 0~ 0~ 15 煤層 ~ ~ 對可采煤層鉆孔瓦斯含量測定成果統(tǒng)計(jì)見表 表 可采煤層鉆孔瓦斯含量測定成果統(tǒng)計(jì)表 煤層 編號 甲烷含量 ml/gdaf 瓦斯成分 CH4/% CO2/% N2/% C2Hx—C8Hx/% 3 煤層 ~1.41 ~35.68 ~5.02 ~82.70 15 煤層 ~7.78 ~7 ~4.22 ~9 (2)、煤塵爆炸與煤的自燃 據(jù)地質(zhì)資料顯示： 3 煤層有煤塵爆炸危險(xiǎn)性， 15 煤層其火焰長度 4~20mm，撲滅火焰的巖粉量為 50%—70%， 15 煤層具有煤塵爆炸危險(xiǎn)性，；據(jù)《長治勘探區(qū)詳查地質(zhì)報(bào)告》采樣做煤的自燃趨勢試驗(yàn)結(jié)果， 3 煤層還原樣與氧化樣燃點(diǎn)之差為 3—5℃，據(jù)此評定， 3 煤層屬不易自燃煤層， 15 煤層還原樣與氧化樣燃點(diǎn)之差為 14—50℃， 15 煤層屬自燃煤層。 （ 3）、地溫 根據(jù)大范圍的鉆孔井溫測量資料，本區(qū)為 地溫正常區(qū)，平均地溫梯度： 500m以內(nèi)為 ℃ /hm， 500m以外為 ℃ /hm，綜合分析認(rèn)為地恒溫帶深度約 20—40m，溫度 ℃。 煤層地質(zhì)特征 盤區(qū)位置 設(shè)計(jì)采盤區(qū)（南四盤區(qū)）位于井田南翼，盤區(qū)上山的右側(cè)。 盤區(qū)煤層特征 本首采盤區(qū)為 3 煤層，該煤層煤為黑色，由鏡煤、亮煤及暗煤組成，以亮煤為主，暗煤次之，夾鏡煤條帶，細(xì) —中條帶結(jié)構(gòu)，屬半亮 —光亮型煤，相當(dāng)貧煤至無煙煤變質(zhì)階段。煤層平均厚度為 ，傾角 1~ 4，煤層結(jié)構(gòu)簡單：普 遍含有一層夾矸，夾矸平均厚度為 ~ 。煤的硬度為 2~3，煤的密度為 ，其煤層特征見表 。 表 煤層特征表 煤層 顏色 煤巖類型 比重 水分（ %） 灰分（ %） 揮發(fā)性（ %） 含硫量（ %） 發(fā)熱量MJ/mg 業(yè)牌號 3 色 亮 6 1521 1118 PM 該盤區(qū)平均瓦斯相對涌出量為 m3/t，涌出量較小。煤塵有爆炸危險(xiǎn)性，無自然發(fā)火傾向。 煤層頂?shù)装鍘r石構(gòu)造情況 老 頂：中 ~細(xì)砂巖，厚 ~，平均厚度 ，深灰色的、長石巖屑、分選、磨圓較好； 直接頂：砂質(zhì)泥巖、泥巖，局部為粉砂巖，厚 ~，平均厚度 ，灰黑色的、性脆、質(zhì)硬； 直接底：砂質(zhì)泥巖、泥巖，局部為粉砂巖，厚 ~，平均厚度 ，灰黑色、平坦?fàn)羁冢? 老底：灰色中厚 ~厚層狀細(xì)粒砂巖，厚 ~，平均厚度 ，巖相變化大，為半堅(jiān)硬 ~堅(jiān)硬巖。 水文地質(zhì) 本首采盤區(qū)水文地質(zhì)條件屬簡單型，該盤區(qū)上部為井田邊界留設(shè)高度為 30m的邊界 煤柱，預(yù)計(jì)不會對首采盤區(qū)開采造成突水威脅。除此之外，太原組灰?guī)r巖溶裂隙水是盤區(qū)內(nèi)涌水的主要來源，但是隔水層比較厚（平均 10m），灰?guī)r水主要通過采空區(qū)頂板冒落后的上部裂隙與采面導(dǎo)通。由于砂巖裂隙發(fā)育不均，一般富水性弱，只在局部相對較強(qiáng)，以靜儲量為主，補(bǔ)給源不足，在開采時(shí)可能表現(xiàn)為少量突水、淋水、滴水。地質(zhì)報(bào)告提供首采盤區(qū)內(nèi)正常涌水量為 200 m3/h，最大涌水量 280m3/h，涌水量不大。 地質(zhì)構(gòu)造 采盤區(qū)為背斜構(gòu)造的一翼，煤層底板的起伏波動很小，煤層傾角 2~ 4。盤區(qū)內(nèi)無斷層，無陷落柱，