山西東峰煤礦特厚煤層綜放開采充水條件分析

1充水水源1.1礦井涌水量與降水量的關系在山西省政府大廳接受每年第三季度的空氣降水的情況下，山西省政府機構將通過各種巖石裂縫和緩慢沉積室之間的裂縫進入礦山，這是該礦山充水條件中的一個重要補充來源。根據歷年礦井涌水量與降水量動態關系統計表明,礦井涌水量隨降水量增大而有所增大,并有一定的滯后性,說明大氣降水對礦井充水有一定影響。井田南部的原村河及井田內東部邊界的楊楊河,沖積層發育,接受大氣降水補給,富水性相對較好,且下伏基巖傾角1°~7°。當開采3號煤層至該地段時,開采時形成的導水裂縫帶可能溝通河谷中的地表水體及淺層地下水進入井下,應引起足夠重視。1.2礦井充水水源(1)第四系松散層潛水:第四系松散層潛水水位埋藏一般較淺,主要接受大氣降水補給。該含水層滲透性好,局部含水豐富。因地表水及第四系潛水含水層和基巖風化帶含水層直接相連,因此,當回采落頂形成的塌陷破裂帶與上部地表水及第四系潛水溝通時,會對礦床產生一定的充水作用。(2)基巖風化帶裂隙潛水:該含水層的巖性因地而異,在井下3號煤層進行回采落頂時,產生的導水裂縫帶與該含水層溝通時,則向礦床充水。(3)二疊系上統上石盒子組砂巖裂隙承壓水:為碎屑巖孔隙裂隙承壓含水層水,含水層在井田內大面積出露。巖性以中粒砂巖為主,為3號煤層頂板間接充水水源。(4)二疊系下統山西組及K8砂巖裂隙承壓水:為碎屑巖孔隙裂隙承壓含水層水,含水層在井田內無出露,巖性以中粒砂巖為主,局部砂巖裂隙發育,包括K7、K8砂巖及3號煤層頂板砂巖裂隙含水層,構成3號煤層的主要充水水源。(5)石炭系上統太原組巖溶裂隙承壓水:該含水層主要由K2、K3、K4、K5四層石灰巖組成,為層間溶洞裂隙水,其中K5含水層為3號煤層底板間接充水水源。(6)奧陶系中統石灰巖巖溶裂隙承壓水:該含水層為一富水性不均勻的巖溶裂隙含水層,同時井田位于三姑泉水文地質單元西北部地下水補給區附近,屬富水性極強的含水層。據本礦生活區2號水源井資料,奧灰水水位標高在+632.10m,低于未來3a開采范圍內3號煤層底板標高,故奧灰水對未來3a3號煤層開采不構成危害。1.3排水系統和礦井充水性東峰煤礦少數工作面回采后形成的采空區積水,其積水位置、積水范圍和積水量煤礦地質部門已標注于采掘工程平面圖及礦井充水性圖中,并建立了積水區隱患臺賬。積水區的存在對工作面的開采產生安全隱患,并有可能造成突水事故,因此積水區下部工作面采掘時,必須進行探放水工作。2充水通道2.1井田內斷裂體系發育于煤層頂、底板巖層中天然構造裂隙是地下水運移和賦存空間,也是造成煤層開采突水的導水通道,一旦巷道掘進或工作面回采過程中遇到該類導水裂隙就會造成礦井出水。井田內沒有大的斷裂構造,僅發現有14條較小的斷層,斷層落差最大為15m(F1),還有DF6斷層落差為12m,其余為3~8m。由于斷層破壞了頂底板隔水層的連續性,地下水有可能沿斷裂構造帶向礦井充水。井田內由地表填圖、3號煤層采掘以及三維地震勘探共發現53個陷落柱,規模一般不大,長軸多在200m以內,最大285m。陷落柱有可能構成礦井充水通道,若在陷落柱附近進行采掘作業,必須利用物探、鉆探手段查明陷落柱的富水性和導水性,對于導水、充水的陷落柱應留設防隔水煤柱。2.2煤層采厚分級含煤分煤層該礦井下主要開采的3號煤層工作面回采后產生的頂板巖層導水裂縫帶會直接導通頂板含水層水、老窯水和地表水,是礦井突水的主要導水通道之一。若導水裂縫帶高度達到水體(或富含水層)時,則會引起礦井涌水量急劇增加。其導水裂縫帶高度采用煤炭行業現行標準公式進行計算。井田內煤層傾角較緩,煤層頂板主要為泥巖、砂巖,采用中硬巖層導水裂縫帶高度計算公式:式中:HIi、Hf為導水裂縫帶高度m;ΣM、M為煤層累計采厚m,取4.63~6.62m;n為煤分層層數。按式(1)計算,計算時式中取“+”,全井田3號煤層開采時產生的導水裂縫帶高度為47.66~52.25m;按式(2)計算,全井田3號煤層開采時產生的導水裂縫帶高度為53.03~61.45m。按式(3)計算,全井田3號煤層開采時產生的導水裂縫帶最大高度為70.31~98.34m。采用式(3)計算結果,導水裂縫帶最大高度為98.34m。綜合分析,3號煤層埋藏淺,整體呈現東南部埋藏較淺,西北部較深,由東南部向西北部埋藏深度逐漸增加的趨勢。最淺部(良戶回風立井)76m,最深(井田西北部上董峰村)為350m左右,故井田內一般均受風化帶和松散層含水層的影響,尤其在陷落柱及斷層等構造附近,風化帶和松散層含水層可能成為3號煤層的直接充水含水層。井田南部的原村河及井田內東部邊界的楊河,沖積層發育,接受大氣降水補給,富水性較好,且下伏基巖傾角1°~7°。當開采3號煤層至該地段時,開采時形成的塌陷裂隙可能溝通河谷中的地表水體及淺層地下水進入井下,應引起足夠重視。2.3礦井突水,出礦井突水3號煤層底板水在水壓和礦山壓力作用下可能會突破底板進入礦井,造成礦井突水。據礦生活區2號水源井資料,奧灰水水位標高在+632.10m,低于未來3a開采范圍內3號煤層底板標高,在此期間3號煤層開采不受奧灰水威脅。2.4號煤上含水層預壓管道該區內施工的鉆孔雖然較多,但大部分位于山坡上,河灘內較少,且該區煤層埋藏相對較淺,開采時間長,3號煤上部含水層破壞嚴重,大多都通過采空區巷道外排,當巷道開掘至鉆孔附近,若鉆孔封閉不好,上部含水層的水則有可能沿鉆孔向礦井充水,威脅礦井安全的可能性相對不大。當巷道掘進至鉆孔時,仍需做好探放水工作,嚴格執行有掘必探、先探后掘、先探后采的探放水原則,以確保不會因封閉不良鉆孔而引起突水事故。3礦井水害安全事故預防技術綜上所述,