【導(dǎo)讀】基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告書

　　

【正文】 ，單位涌水量達 m。上述資料表明該區(qū)富水不均和巖溶發(fā)育具有多水平的特征，假整合面下 50m 范圍內(nèi)巖溶發(fā)育程度，對礦井充水影響較大。從 10－ 2 孔水位資料，結(jié)合鄰區(qū)和區(qū)域資料分析，奧陶系 灰?guī)r含水層既厚又有比較統(tǒng)一的地下水位（見表 31），所以它是一個富水性很強的含水層，是開采一煤組，從底板向礦坑進水的直接含水層。同時為二 1煤底板進水的間接含水層。在構(gòu)造斷裂的影響下，可以與基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 17 頁 17 其它含水層發(fā)生水力聯(lián)系，所以該含水層為礦井開采過程中對礦井形成富水威脅的主要含水層。 基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 18 頁 18 表 31 AAAAA 與鄰區(qū)奧陶系灰?guī)r含水層水位資料對比表 井田 孔號 水位標(biāo)高（ m） q（ L/s?m） K（ m/d） 李珍鐵礦 水源孔 ～ ～ ～ 觀臺井田 1202 12080 ～ ～ ～ 紅嶺井田 10~2 抽水資料為廢品 （ 2）石炭系本溪組鋁土質(zhì)泥巖隔水層： 由鋁土巖、鋁土質(zhì)泥巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖偶夾薄層煤和薄層灰?guī)r組成。其中以下部鋁土質(zhì)泥巖最穩(wěn)定，強度最好。全區(qū)有 15 孔揭穿本層，厚度為～ 。由于本層假整合于奧陶系灰?guī)r面之上，對奧陶系頂假整合面之下巖溶有一定的灌注、填平作用，客觀上控制了 O2 假整合面附近巖溶的進一步發(fā)育，相應(yīng)增大了它的有效隔水層厚度。如本區(qū) 9 個揭露 O2 灰?guī)r10m 以下鉆孔，均未發(fā)現(xiàn)巖溶就是例證。因本層厚度穩(wěn)定，強度較好，所以，正常情況下對阻隔 O2 灰?guī)r水從底板進入礦坑有重要作用。 （ 3）石炭系太原組含水、隔水層 石炭系太原組地層為一套海陸交互相沉積，由泥巖、砂質(zhì)泥巖、細砂巖、砂巖、中厚層灰?guī)r及薄煤層組成，厚度 ～ ，平均 。九層灰?guī)r總厚 ～ ，平均厚度 ，據(jù) 12 12井檢孔混合抽水資料：單位涌水量 ～ L/s m，滲透系數(shù)為 ～，水位標(biāo)高 ～ 。根據(jù)各層灰?guī)r間的組合關(guān)系和對重要可采煤層的影響，本組又分為三段，現(xiàn)分述如下： ① 、太原組下段灰?guī)r裂隙一巖溶承壓含水層 本段平均厚 ，內(nèi)夾二至四層灰?guī)r（ L L L L4），灰?guī)r系薄層－中厚層狀，灰?guī)r被煤或碎屑巖類分隔。灰?guī)r總厚度 ～ 米，一般 左右，富含裂隙－巖溶水，其中 L L L4 發(fā)育不好，薄且不穩(wěn)定，除 L4 局部可達 外，其余均在 以內(nèi)； L2 發(fā)育較好，普遍穩(wěn)基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 19 頁 19 定，富水性好。據(jù) 17 個孔的完整揭露資料，厚 ～ ，一般 左右，區(qū)內(nèi) 15 線以南較薄，都小于 ，中部大范圍內(nèi)，除個別點外，均在 米以上。區(qū)內(nèi)有井檢孔 1 孔漏水，占揭露該層的 6％。本區(qū)對該層沒有專門抽水資料，據(jù)鄰區(qū)觀臺井田資料，單位涌水量 ～ L/s m，滲透系數(shù) ～ ，水位標(biāo)高 ～ ，反映了該層含水豐富但不均勻的特征。它是開采一 2 煤頂板直接充水水源。 ② 、太原組中段砂、泥巖隔水層 本段系指 L4～ L7 之間的碎屑巖沉積，其間偶夾中粗粒砂 巖，薄層煤和薄層灰?guī)r（ L5），厚度 左右，本段巖性變化較大，各類巖石相對硅質(zhì)成份較高，厚度穩(wěn)定，透水性差，隔水性能良好，所以對阻隔太原組上下兩段含水層間的水力聯(lián)系有著重要作用。 ③ 、太原組上段灰?guī)r裂隙－巖溶承壓含水層 本段由 L L L9灰?guī)r及中粗巖組成，其中以 L8灰?guī)r為主，該層普遍發(fā)育，但泥質(zhì)成份稍高，層厚 ～ ，一般 左右，在 15線以南較厚（ 4－ 6m），中部大部分地段較薄，僅 2－ 3m。區(qū)內(nèi)有 22 個孔揭露本層，無一孔漏水。說明該層裂隙巖溶發(fā)育 不好和富水不均勻的特征。所以其富水性較弱，據(jù)礦區(qū)抽水資料，單位涌水量為 L/s m，滲透系數(shù)為，水位標(biāo)高 。 （ 4）二 1煤層底板隔水層 本層由泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖和薄層灰?guī)r組成，厚度 ～ ，除中部井檢孔附近較薄外，一般為 ～ ，本段厚度大而且穩(wěn)定，其中砂巖抗壓強度較強，泥巖抗壓強度 ～ ，砂質(zhì)泥巖抗壓強度～ ，所以對阻隔 L8灰?guī)r水進入二 1煤礦坑有重要的作用。 （ 5）二 1煤頂部（ 60m 范圍）中－粗 粒砂巖裂隙承壓含水層組 考慮到未來開采二 1煤頂冒落裂隙帶的影響高度，所以本層（組）限于基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 20 頁 20 二 1 煤 60m 范圍內(nèi)中一粗粒砂巖?？偣?1－ 8 層，總厚度為 ，一般10～ 30m，厚度變化規(guī)律性不明顯。其中以香炭砂巖為主。大占砂巖多相變?yōu)榧毩Ｉ皫r、薄層粉砂巖或砂質(zhì)泥巖。區(qū)內(nèi)有 40 個鉆孔揭露該層，發(fā)現(xiàn) 12個鉆孔漏水，占揭露孔的 30％，說明該段裂隙發(fā)育，含一定的裂隙水。區(qū)內(nèi)有井檢、鄰區(qū)有 4－ 4 兩孔在 P1 S 進行混合抽水資料：單位涌水量 ～ L/s m，滲透系數(shù) ～ ，水位標(biāo)高 ～ ，為 HCO3 K 型水。說明該含水層組裂隙發(fā)育范圍和補給條件有限，所以富水性較弱，它是開采二 1煤從頂板向礦坑充水的直接水源。 （ 6）上、下石盒子組隔水層 該含水層自二 1煤上 60m 起至基巖剝蝕面，由泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖組成。厚度為 ～ ，一般為 200m 左右。對阻隔地表水和第三、四系砂巖裂隙水進入礦坑有重要的作用。其間個別厚層中 粗粒砂巖含有一定的水量，如部分鉆孔在田家溝砂巖附近漏水，因其遠離煤層，對開采無影響。 （ 7）新近系、第四系砂礫石層孔隙潛水 承壓含水層 主要為沖、洪積及冰積的砂礫石層構(gòu)成，其分選性差，常被粘土、粘土夾礫石分割，多呈透鏡體。據(jù)原紅嶺井田精查補充總結(jié)中 67 孔資料統(tǒng)計，厚度為 ；一般為 左右。其厚度自北西向南東有逐漸加厚的趨勢。它受基巖風(fēng)化面的起伏和構(gòu)造控制（如 F1斷層兩盤厚度懸殊）。水位受地形的控制，無統(tǒng)一的地下水位，一般埋深 520m，受大氣降雨補給?？拷鶐r風(fēng)化面附近，有層厚 礫石（巖）層，呈透鏡狀，透水性好，賦存一定水量。區(qū)內(nèi)在該層有 32 個孔漏水。據(jù)民井抽水資料：單位涌水量 L/s m，滲透系數(shù) 。水位標(biāo)高 200m 左右，水質(zhì)為 HCO3Ca 型水。該含水層（組）因常為粘土充填富水性較弱，在正常情況下，對二 1煤開采無直接影響，但與基巖風(fēng)化帶有直接水力聯(lián)系。 基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 21 頁 21 礦井充水條件 AAAAA現(xiàn)開采二 1煤層，礦井充水水源主要為二 1煤層頂板砂巖水，多以淋水、滴水為主，水量較小，全礦建井至今除頂板淋水外，遇構(gòu)造破碎帶共發(fā)生頂板突水 4 次，發(fā)生在 15081 炮采工作面，均為揭露同一斷層 FB57時，發(fā)生頂板突水，水量 1020m3/h，宜于疏干 （各突水點位置見礦井充水性圖）。礦井正常涌水量多年來一至保持在 100 m3/h，最大時也僅為 150m3/h，隨開采深度增加，礦井涌水量增加不明顯。 （ 1）大氣降水 本區(qū)屬大陸性半干燥氣候區(qū)，大氣降水多集中于每年的 79 月份，補給時間較短，雖然區(qū)內(nèi)基巖出露條件較好，但因地形高低起伏變化較大，地表逕流、排泄條件好，其滲入補給作用弱，補給量有限，加之二 1煤層頂板有較厚的隔水層的阻隔，故一般情況下，大氣降水對開采二 1煤層影響不大。 （ 2）第四系砂礫石孔隙水 該含水層多由洪、坡積物組成，其 厚度較薄，且連續(xù)性差。又因礦區(qū)處于低山丘陵區(qū)，地面坡度大，降水排泄條件好，含水層補給條件差。該含水層下距二 1煤層也較遠，其間有石盒子組砂泥質(zhì)隔水層相阻隔，所含孔隙潛水一般對礦井生產(chǎn)無影響，推測僅當(dāng)在煤層頂板含水層在回采落頂后，冒落裂隙帶與之溝通時，雨季可構(gòu)成間接或直接充水水源，會對礦井生產(chǎn)有一定影響，故在生產(chǎn)中應(yīng)在煤層隱伏露頭帶留設(shè)一定的防水煤柱，以確保安全。 （ 3）二 1煤層頂板砂巖裂隙水 二 1煤層頂板砂巖含水層組單層厚度小，補給條件差，含富水性弱。在基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 22 頁 22 礦井生產(chǎn)中，當(dāng)回采落頂后，頂板砂巖裂隙承壓水將首先充入礦 坑，構(gòu)成礦井頂板直接充水水源。據(jù)礦井生產(chǎn)資料，礦井充水多以頂板淋水方式充入礦坑，開采過程中易于疏排。 （ 4）二 1煤層底板灰?guī)r巖溶裂隙水 二 1煤層底板灰?guī)r含水層主要為 C2上段灰?guī)r和 O2灰?guī)r，其巖溶裂隙發(fā)育不均，富水性也不均一，因與二 1煤層間有較穩(wěn)定的隔水層，故一般情況下，煤層底板灰?guī)r巖溶裂隙水對礦坑充水影響不大。但在受構(gòu)造破壞或隔水層沉積薄弱地段或深部開采，礦壓增大的條件下，則有可能造成突水淹井事故。 （ 5）周鄰礦井對礦床充水的影響 本區(qū)南部為大眾井田，以 F1斷層為界，西部為積善井田，以 FB58為界，上述兩斷 層基本不導(dǎo)水，使本區(qū)不會與上述兩井田發(fā)生水力聯(lián)系。北部為主焦煤礦， 1980 年曾發(fā)生淹井事故，據(jù)該礦技術(shù)人員分析，可能是由于 L5灰?guī)r巖溶水通過 NW 向小斷裂涌入巷道所致。但該礦采空區(qū)距離本區(qū)較遠，對本區(qū)影響不大。經(jīng)調(diào)查，本區(qū)周圍無老窯分布，不會發(fā)生老窯突水事故。 （ 6）斷裂構(gòu)造對礦床充水的影響 本區(qū)雖有多條北東向斷裂通往岳城水庫，但由于北東向斷層多屬壓扭性斷層，導(dǎo)水性較差，且水庫離本區(qū)二 1煤層距離較遠，對本區(qū)影響不大。但本區(qū)落差較大斷層，可使深部的石炭系和奧陶系的灰?guī)r水與煤層直接接觸，會對本區(qū)水文條件造成一定影 響，開采中應(yīng)引起注意。 井田及周邊地區(qū)老窯水分布狀況 與本井田相鄰的生產(chǎn)礦井有 主焦 煤礦、 積善 煤礦 、白蓮坡煤礦、大眾煤礦，均為開采二 1煤層的生產(chǎn)礦井。從以上 四 個生產(chǎn)礦井的生產(chǎn)實踐看，水文地質(zhì)條件均相對簡單，礦井 受到 突水 的 威脅較小，簡述如下： ① 白蓮坡煤礦：位于井田 南 部，與本井田相鄰的淺部生產(chǎn)礦井。于 1995基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 23 頁 23 年投產(chǎn)，已開采面積 1km2，開采最低標(biāo)高 135m，礦井涌水量 2～ 4m3/h，水源主要為主、副井筒新生界松散層滲水，建礦至今尚未發(fā)生頂、底板突水，水文地質(zhì)條件簡單。 ② 主焦 煤礦：位于井田 北 部與本井田 緊 鄰。于 1972 年投產(chǎn)，已開采面積 ，開采最低標(biāo)高 350m，全礦正常涌水量 ＜ 50m3/h，最大時約80m3/h，以頂板砂巖 淋 水為主， 均集中在斷層及向斜軸部兩側(cè)，建井至今未發(fā)生過大的突水事故。 ③ 積善 煤礦：位于井田 西 部， 1963 年投產(chǎn)，開采最低標(biāo)高 350m，礦井正常涌水量 80m3/h， 主要 為頂板砂巖水 ， 礦井涌水量較穩(wěn)定，對礦井開采影響不大。 1996 年 9 月曾因崗子窯與積善礦邊界煤柱內(nèi)的個體小煤礦采空水淹井，與 我公司之間有 FB58斷層這一天然邊界相隔。 ④ 大眾煤礦：位于井田西南部， 于 1978 年投產(chǎn)，已開采面積 ，開采最低標(biāo)高 270m，全礦正常涌水量 100m3/h， 主要為頂板水、部分為底板 L8灰?guī)r水。與我公司有 F1斷層這一天然邊界，且與我公司相鄰處煤田尚未進行開采 。 礦井充水狀況 AAAAA 現(xiàn)開采二 1煤層，礦井充水水源主要為二 1煤層頂板砂巖水，多以淋水、滴水為主，水量較小，全礦建井至今除頂板淋水外，遇構(gòu)造破碎帶共發(fā)生頂板突水 4 次，發(fā)生在 15081 炮采工作面，均為揭露同 一斷層 FB57時，發(fā)生頂板突水，水量 1020m3/h，宜于疏干（各突水點位置見礦井充水性圖）。礦井正常涌水量多年來一至保持在 100 m3/h，最大時也僅為 150m3/h，隨開采深度增加，礦井涌水量增加不明顯?；诜蔷€性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 24 頁 24 4 冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶高度計算 計算理由 在回采過程中，上覆巖層會形成 “ 三帶 ” ，即冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶，其中，冒落帶和裂隙帶導(dǎo)水。 若裂隙帶高加上保護層厚度達到水體之下，會給工作安全回采帶來隱患，因此，要計算裂隙帶發(fā)育高度。 計算公式 在《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與 壓煤開采規(guī)程》（以下簡稱《 “ 三下 ” 開采規(guī)程》）中規(guī)定冒落帶高度的計算公式如表 41，裂隙帶高度的計算公式如表 41。 表 41 厚煤層分層開采的垮落帶高度計算公式 巖性（單向抗壓強度及主要巖石名稱）（ MPa） 計算公式 (m) 堅硬 (40～ 80，石英砂巖、石灰?guī)r、砂質(zhì)頁巖、礫巖 ) 100 ??? ??M MH m 中硬 (20～ 40，砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r、砂質(zhì)頁巖、頁巖 ) 1 0 0 ??? ??M MH m 軟弱 (10～ 20，泥巖、泥質(zhì)砂巖 ) 100 ??? ??M MH m 極軟弱 (＜ 10，鋁土、風(fēng)化泥巖、粘土、砂質(zhì)粘土 ) 100 ??? ??M MH m 表 42 厚煤層分層開采的裂隙帶高度計算公式 巖性