中兴煤业突水危险性分析及研究

2017-09-15侯富贵

科技与创新 2017年17期

关键词：突水井田煤业

侯富贵

（山西汾西中兴煤业有限责任公司，山西吕梁 030500）

中兴煤业突水危险性分析及研究

侯富贵

（山西汾西中兴煤业有限责任公司，山西吕梁 030500）

中兴煤业属带压开采矿井，采用突水系数法对井田内9号煤层进行计算分区。结合矿井实际情况，考虑井田地质构造及陷落柱对开采9号煤层底板突水进行分析研究，提出相应的安全开采技术措施。

中兴煤业；突水危险性；带压开采；防治水

随着我国经济的发展和煤炭资源的开发利用，目前上组浅层煤炭资源逐步衰竭，逐步开始向下组煤层延伸开采，但是却面临着底板岩溶承压水的威胁，尤其是华北地区，这就在一定程度上限制了煤炭资源的开发利用。因此，研究受岩溶水威胁的深部煤层的水文地质条件，对其安全开采具有重要的意义。

1 矿井概况

中兴煤业位于山西省交城县，井田面积19.8625km2。矿井采用综合单水平开拓，井田煤层埋藏相对较深，主要开采二叠系山西组2，4，5号3层煤（上组煤）和石炭系太原组8，9号2层煤（下组煤），开采深度为450～970m标高。井田内奥陶系中统石灰岩岩溶含水层水位标高约为787.1m，属于带压开采矿井。

中兴煤业8，9号煤底板（下组煤）至奥灰峰峰组顶界之间的地层间距为64.00～75.40m，平均68.18m。隔水层一段结构致密，主要为石炭系太原组下段（C3t1）下部的泥质岩和粉砂岩，以及本溪组泥岩、铝土岩。

2 9号煤底板突水危险性预测及分区

2.1 带压开采评价方法

本次评价选择2009年颁布的《煤矿防治水规定》中的突水系数法进行评价，即：

式（1）中：T为突水系数，MPa/m；p为底板隔水层承受的水头压力，MPa；M为底板隔水层厚度，m。

2.2 突水系数预测危险性分区标准

依据《煤矿防治水规定》第七十七条，《煤矿防治水规定》附录四、五及其他相关资料，中兴煤业公司对井田内奥灰水突水系数做如下分区：①危险区，T＞0.10MPa/m，带压开采危险区；②较危险区，0.06MPa/m＜T≤0.10MPa/m（隔水层完整无断裂构造破坏地段为安全区，有构造破坏地段不安全）；③安全区，T≤0.06MPa/m，带压开采安全区。

2.3 开采9号煤底板突水危险性计算

2.3.1 底板隔水层厚度

根据矿井勘查资料，9号煤底板至奥灰峰峰组顶面的隔水层厚度为：最大厚度75.45m，最小厚度64.00m。

2.3.2 煤层底板隔水层承受水压

从开采煤层底板隔水层起算，奥灰峰峰组静水压力依据矿区最新水文补堪结果及以往勘查资料计算，如表1所示。其中，奥灰峰峰组含水层平均水位标高为+767.75m，最大水位标高为+780.793m，最小水位标高为+754.72m。

2.4 9号煤突水系数分区评价结果

中兴井田内标高范围460～740m内9号煤全部位于奥灰水位之下，依据上述计算所得数值，9号煤奥灰水突水系数为0.024～0.06MPa/m，符合《煤矿防治水规定》中“底板受构造破坏地段一般不大于0.06MPa/m，正常块段不大于0.1MPa/m”，可以初步认定中兴煤业9号煤层全部处于带压开采安全区内。图1为9号煤底板奥灰突水系数等值线图。

表1 9号煤层奥灰水突水系数一览表

图1 9号煤底板奥灰突水系数等值线图

3 断裂和陷落柱对矿井突水的影响

3.1 断层和陷落柱对矿井突水的影响

由于断层破坏了煤层、岩层等的完整性和连续性，含水层和隔水层发生位移错动，甚至使煤层与含水层直接对接，使隔水层在局部地区失去了阻隔水的作用，造成突水事故。陷落柱在我国北方石炭二叠纪煤系地层中广泛分布（比如山西霍州、阳泉等地），不仅至上贯穿煤层，破坏了地层的完整性和连续性，也破坏了含水层的稳定性。若陷落柱内部岩石充填紊乱，胶结程度低，则可能沟通煤层及下伏含水层的水力联系，形成导水陷落柱，成为煤矿安全生产的潜在危险。

3.2 中兴煤业构造导水性分析

根据中兴煤业井下2号煤层开拓资料，其间共发现小断层70余条，其中，落差小于1m的断层为40多条，落差为1～5m的断层为19条，落差大于5m的断层7条，4条为逆断层。此外，在中部总回风大巷中还揭露落差13m的逆断层1条。采掘实际揭露，井下断层规模普遍较小，采掘过程中未发现断层有明显导水现象，说明断层富水性差，不具导水性。井田内地表未发现陷落柱，井下掘进及回采共发现陷落柱38个，形状呈椭圆状、倒漏斗状，规模一般为200～800m2，最大的一个陷落柱长轴130m，短轴110m，总面积约17000m2；陷落柱内岩性为角砾岩，角砾成分多为砂岩、砂质泥岩及泥岩，泥质胶结，胶结程度较高；井下2号煤采掘过程中未发现明显的导水及漏水现象，只有少量渗水和淋水，甚至无水，口感发甜，说明水源来自上覆砂岩裂隙水，与奥灰岩溶水无关。目前，可以确定揭露的陷落柱富水性差，不导水。尽管中兴煤业今后开采9号煤底板受到奥陶系灰岩突水的威胁较小，对于奥陶系灰岩水突水问题，主要通过构造导水解决，井田内陷落柱及断层富水性弱，导水性差，但不排除断层构造导水及导水陷落柱的存在；对开采9号煤层，要密切关注隐伏断层及陷落柱。

4 9号煤的安全开采技术及防治水措施

中兴煤业井田内9号煤层底板受奥陶系灰岩突水的威胁较小，但不排除构造导水存在，对于开采9号煤层要采取有针对性的防治水措施。

4.1 遵循防治水原则

遵循“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原则，认真贯彻执行“安全第一、预防为主、综合治理”的安全生产方针，夯实矿井防治水基础工作，严格落实防治水各级岗位责任制及各项防治水技术管理制度。工作面采掘施工前，必须进行水情水害安全评价工作，遵循防治水原则。严格执行“有掘必探、先探后掘”的防治水措施，落实“防、堵、疏、排、截”综合治理措施。

4.2 夯实矿井基础水文地质工作

按照《煤矿安全标准化基本要求及评分方法》中相关要求及规定，及时收集矿井基础水文地质资料，准确、完整地更新各类相关基础台账及图纸。重点掌握采掘过程中揭露的出水点、导水断层及陷落柱等的相关参数信息。必要时，进行水文地质补充勘探工程，开展带压开采评价工作，查明下伏奥灰水富水情况，制订满足矿井安全生产的技术措施。

4.3 利用多种物探工作手段

利用多种物探工作手段，结合钻探技术，查清水文地质条件。结合地面三维地震勘探资料，在井下利用瞬变电磁探测及无线电坑透等多种物探技术手段进行探测，并有针对性地对存在的物探异常区域进行钻探验证。依据周边钻孔资料、地质构造导水情况及钻探验证数据，重点对煤层底板的隔水层厚度、地质构造富水导水性特征进行研究对比，查清基本水文地质条件，使防治水工作有针对性。