山东兖煤矿下组煤深部采区覆岩离层水害危险性分析与评价
2016-04-17尹维大
尹维大
(成都理工大学地球科学学院 四川 成都 610000)
山东兖煤矿下组煤深部采区覆岩离层水害危险性分析与评价
尹维大
(成都理工大学地球科学学院 四川 成都 610000)
坚硬覆岩下煤层开采，易产生覆岩离层水涌突，因此对深部采区覆岩离层水害进行超前地质预报显得非常重要。本文以东滩矿六采区为研究对象，在前人对离层水涌水机理研究的基础上，结合采区钻探等基础地质资料，对影响覆岩离层水涌突的7个因素，进行分析总结，对东滩矿六采区煤层开采覆岩离层水害进行了预报，研究结果，对东滩矿深部采区-六采区开采水害防治提供了技术基础。
深部采区；覆岩；离层水害；超前地质预报
一、引言
本文主要以东滩矿六采区为研究对象，通过对六采区地质条件的勘查，结合相关钻孔资料，开展采场顶板离层水形成条件和涌突机理的研究。确定影响离层涌水危害的主要影响因素，通过层次分析法确定各影响因素在离层水害中的权重，建立离层水害超前地质预报模型和离层水害危险性分区图，进而对六采区的离层水害分布做出评价。将直接用于指导六采区工作面的水害防治工作，为工作面顶板离层水防治提供科学依据。
二、矿区地理位置及交通
东滩井田位于山东省邹城、兖州、曲阜三市接壤地区。井田位于兖州煤田东部，东滩煤矿井田南北长约12.5km，东西宽约4.8km，面积59.9606km2，开采深度+49.85～-1350m。
三、研究区地质概况
东滩井田地处邹城、兖州、曲阜三市接壤地带，在地质构造上位于兖州向斜的核部和深部。六采区位于东滩井田南翼。采区东西长约5km，南北宽约1.8～2.8km，面积约12.50km2采区区上组煤含可采和局部可采煤层共6层。由采区地层概况可知，采区地层自上而下为第四系、侏罗系、二叠系、石炭系和奥陶系；各系地层间除二叠系与石炭系间呈整合接触外，其余均为不整合或假整合接触。
四、离层水害的主要影响因素
顶板覆岩离层水害是由采场顶板离层(裂隙或空间)积水涌出而造成的灾害事故。采场顶板离层空间是离层水存在的先决条件，正是由于离层水的存在，才导致了离层水害的发生。因此对于离层水的研究有必要先从离层的形成说起。
(一)采场顶板离层形成条件
顶板覆岩离层形成条件为：随着采空区的移动，上下岩层在自重作用下发生了不协调变形，即产生张拉或错动位移，这种位移产生的拉应力或剪应力超过岩层抗拉或抗剪强度，离层便开始形成。
(二)离层水的形成条件
覆岩离层水形成的需具有以下几个基本条件：离层的发育。离层补给水源及通道的存在。隔水层的存在。离层空间的持久性。
(三)离层水害主要影响因素的确定
离层水害是在很多因素的综合作用下形成的，笔者主要从7个方面阐述。
煤层厚度含水层厚度硬岩厚度隔水层厚度压水头钻孔单位涌水量(q)值，强度系数。
五、离层水害超前地质预报及分区评价
(一)离层水害危险性分区与评价
东滩矿六采区离层水害危险性指数范围为1.000-2.822，平均值为1.996。整体来说，研究区内离层水害危险性指数对应的栅格单元个数非常不均，变化较大，最多可高达近3000个，最少可低至0。且离层水害危险性指数大多在1.6以上，其中主要集中在2.3-2.7之间，在此区间内，危险性指数对应的栅格单元数量整体较大，占研究区总面积的40%左右。
根据以上的离层水害危险性指数的频率和频数分布直方图,确定离层水害危害程度的分区阈值，利用ArcGIS的重分类功能对获得的离层水害危险性指数栅格图进行重分类，从而对研究区离层水害的危险程度作出定量区划评价。
危险性分区阈值(临界点)为1.49和2.14，根据此危险性分区阈值，可将研究区内离层水害危险性状况划分为相对安全区、中等危险区和严重危险区三类。具体为：Zk≤1.49为相对安全区；1.49
通过分析，可知东滩矿六采区离层水害危险性情况如下：
相对安全区主要位于六采区的东部，分布面积较小，约占研究区总面积的23.1%。由于地质构条件造的影响以及开采条件的变化，此区域仍然存在着离层水涌突的危险，只是相对于其他区域而言，该区域属于相对安全区。
中等危险区主要位于采区的中部、北部及东南部，约占采区总面积的33.7%。在此区域内，构造条件复杂、断层分布较广，离层水害危险性相对更大。因此需要采取必要的防护措施，避免离层水害事故的发生。
严重危险区在分布在中等危险区的西部，近乎呈三角形分布。主要集中在采区西部、南部的北部，此外还有中部的极小部分。因此离层充水后，一旦上部硬岩破断，极容易发生离层涌水事故。在加上地质构造的影响，水害危险性极大。因此必须增强防范意识。
(二)离层水害的防治
离层水害的防治可以从防止离层的形成和离层水的形成两方面考虑。离层的形成主要与煤层的开采方式和煤层覆岩顶板岩性有关。这两个条件很难改变或者说成效不大。对离层水的形成来说，只有离层补给水源和隔水层方面可以改变，因此可以在可能发生离层水害区域，通过进行含水层的超前疏放即抽取水源，或者破坏离层下部的有效隔水层，使得导水断裂带与含水层直接相连，从而杜绝离层水的形成。
六、结论
本文的主要结论如下：
(1)确定了影响离层水害的7个主要因素,对东滩矿六采区各因素分别进行了量化分区，并对分析了各因素指标的分布变化特征。
(2)确定了各影响因素在离层水害危险性评价中的权重，分别为：含水层0.137，静压水头0.086，煤层厚度0.137，硬岩厚度0.276，强度系数0.046，隔水层厚度0.318；可见，硬岩厚度和隔水层厚度对离层水害危险性的影响最大。
(3)对各影响因素进行了归一化处理，结合各因素的权重值，建立了离层水害危险性超前地质预报模型。
(4)完成了东滩矿六采区覆岩离层水害的超前地质预报。分区结果显示六采区离层水害危险性情况呈现“西部大、东部小，南部大、北部小，中间分布不均”的特点。
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