济东煤田下组煤开采安全评价

【摘要】济东煤田深部区域10-2煤的开采标高从-300m至-500m,由于距离徐灰、奥灰含水层较近,煤层开采受徐、奥灰水威胁。本文对徐、奥灰水对10-2煤的开采威胁程度做一简要分析,为制定防治水措施提供依据。

【关键词】安全评价承受水压底板破坏深度

1、水文地质概况

徐灰:位于10-3煤之下,上距10-3煤平均 35.84m左右,上距10-2煤平均 45m左右,下距“奥灰”15m左右。厚6.00～10.26m,平均8m左右。溶洞发育,为中等含水层。渗透系数5.81～10.7m/d,单位涌水量0.34～0.60 L/s•m,水位高度+83～+70m(1971年),开采10-2煤层,由于水压及底板采动影响,在隔水层较薄或构造薄弱带,可能造成底板突水。

奥灰:为煤系的基盘,厚约800m,属岩溶裂隙含水层,含水性很强。在井田南部山前广泛出露,目前水位标高在±0~+54m。本地区奥陶系灰岩上距徐灰15m左右,在构造破坏地段两者往往有一定的水力联系,对开采太原组下部的10-2煤奥陶系灰岩在井田南部山前广泛出露,为煤系各含水层最大补给来源。水位比煤系石灰岩一般高10m左右(1971年)。

2、安全评价方案

(1)根据“三下”压煤规程采用底板阻水厚度进行评价

当hd≥ha=h1+h2+h3时,可以安全开采。

式中:hd―开采煤层到含水层距离(m)

ha―安全煤岩柱厚度(m)

h1―开采底板破坏深度(m)

h2―计算底板阻水带厚度(m)

h3―实测原始导升高度(m)

煤层底板所承受水压

其水压采用近期奥灰长观孔水位资料,目前奥灰水位标高为+55m,深部区开采下限为-500m,该区煤层底板所承受的最大水压6.1MPa。

工作面底板破坏深度

参照新版“三下”压煤规程附录六“防水安全煤岩柱基本参数的计算”公式计算:

①h1=0.7007+0.1079L=0.7007+0.1079×50=6.10(m)

h1―底板采动导水破坏带深度(m)

L―壁式工作面斜长,取50m

②h1=0.00851H+0.1665a+0.1079L-4.3579

=0.0085×500+0.1665×12+0.1079×50-4.3579=7.3(m)

H―开采深度,取500m,a―煤层倾角,取12°

此处h1=7.3m

底板阻水带厚度计算:

h2=P/Z

式中:P为作用于隔水底板上的水压力,徐灰取5.95 MPa,奥灰取6.1MPa

Z为阻水系数MPa/m。

工作面范围内底板隔水层岩性主要为:

10-2煤至徐灰:粘土岩20m、粉砂岩18m、砂岩5m、煤层2m

10-2煤至奥灰:粘土岩26.0m、粉砂岩22.0m、砂岩7.0m、灰岩8m、煤层2m。

根据“三下” 压煤规程,粘土岩取0.1 Mpa/m、粉砂岩取0.2 Mpa/m、砂岩取0.3 Mpa/m、石灰岩取0.4 Mpa/m、煤层取0.1 Mpa/m加权平均计算。

Z徐=(20×0.1+18×0.2+5×0.3+2×0.1)/45=0.16(MPa/m)

Z奥=(26×0.1+22×0.2+7×0.3+8×0.4+2×0.1)/65=0.19 (MPa/m)

工作面底板阻水带厚度值计算得: 徐=5.95/0.16=37.2m

奥=6.1/0.19=32.1m

奥灰原始导升高度

井田内未发现徐、奥灰有原始导升高度,故按无导高处理。

综上, 徐灰ha=7.3+37.2=44.5m。

奥灰ha=7.3+32.1 =39.4m。

(2)采用突水系数法评价:

采用公式

其水压仍采用最近的徐、奥灰岩溶水位观测资料,即分别为+40m和+50m;开采煤层标高范围为-250m~-500m,该煤层底板所承受的徐灰水压为3.33~5.95MPa,奥灰水压为3.65~6.1MPa。

深部区域隔水层厚度: 10-2煤至徐、奥灰 奥平均为43.43m和65m;

底板破坏深度 =7.3m,

计算得该区突水系数范围值为:

徐= (3.33~5.95)/(43.43-7.3)=(0.092~0.165)MPa/m;

奥=(3.65~ 6.1)/(65-7.3)=(0.063~0.106)MPa/m。

3、结论

根据第一种评价方法:10-2煤到徐、奥灰的实际距离约为43.43m与65m,工作面底板破坏深度与底板阻水带厚度之和分别为44.5m和39.4m。可见,徐灰突水危险大;煤层底板可以抵抗奥灰水压。

根据第二种评价方法:“三下”压煤规程中采用的经验数据为0.06~0.15MPa/m,即在构造发育地段,临界突水系数按0.06MPa/m,正常地段按0.15 MPa/m。

该区徐灰突水系数值为0.092~0.165 MPa/m,突水系数较大,徐灰突水危险性较大。

该区奥灰突水系数为0.063~0.106 MPa/m,突水较安全至较危险。因此,需要采取相关防治水措施,保证矿井安全开采。

参考文献

[1]三下采煤新技术应用与煤柱留设及压煤开采规程实用手册。中国煤炭出版社,2005。

[2]煤矿防治水规定。煤炭工业出版社,2009。

[3]采矿工程设计手册。煤炭工业出版社,2003。