精通兴旺14#、15#煤层盘区地质分析

2018-09-11南昌更

西部探矿工程 2018年9期

关键词：井田富水采区

南昌更

（大同煤矿集团大同地方煤炭有限责任公司，山西大同 037003）

掌握煤层地质情况，才可以了解煤层的详细情况，这无论是对于掌握煤层整体的情况，还是对于后续的工作都可以奠定良好的基础条件。

1 采区基础情况分析

1.1 采区位置、范围、四邻关系

大同煤矿集团同生精通兴旺煤业公司位于南郊区云冈镇兴旺庄村东北部，井田面积1.4144km2，批准开采侏罗系8#、9#、10#、11#、12#、14#、15#煤层。井田东部为山西煤炭运销集团拖皮沟煤业有限公司，南部为山西大同矿区大北沟煤业有限公司，西部为大同煤矿集团忻州窑矿，北部为大同煤矿集团晋华宫矿。

1.2 井上下对照关系

采区内地表为低山丘陵黄土地貌，地势东南高、西北低，东南至西北部地表有一条兴王公路和香炉寺隧道，在采区内公路及隧道长度为2002m，其中公路长为1228m，隧道长为774m，公路及隧道宽度均为10m，集团公司已出留设保护煤柱的批文[1]。

1.3 勘探工作

根据中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院2015年6月对我煤业公司全井田范围进行了地面物探，并编制最新的《大同煤矿集团同生精通兴旺煤业有限公司地面瞬变电磁勘探报告》，2-3#煤层推测井田内有积水异常区6处，其中1处为较强富水区，5处为较弱富水区；3#煤层推测井田内有积水异常区2处，其中1处为较强富水区，1处为较弱富水区；7-3#煤层推测井田内有积水异常区4处，其中1处为较强富水区，3处为较弱富水区；9#煤层推测井田内有积水异常区6处，均为较弱富水区；12#煤层推测井田内有积水异常区7处，其中2处为较强富水区，4处为较弱富水区，15#煤层推测井田内有4处积水异常区，均为较弱富水区[2]。

该矿在矿井生产建设过程中，一直坚持对矿井水文地质情况进行着监测，不定期了解周边矿井的采空与积水情况，并制定了相应的技术措施。在生产过程中，专门技术人员随时对井下的涌水量情况及其变化做了观测记录，设立台账，根据涌水量变化情况，及时向地面抽排，以保证井下安全生产。该矿对近3年井下矿井涌水量、当地大气降水量和实际煤炭产量均进行了逐月的观测、统计，分析其间的相关因素和变化规律，根据水文划分报告当煤矿产量达到60×104t/a，正常涌水量为95m3/d，最大涌水量为144m3/d。

2 采区地质构造、瓦斯地质和水文地质

2.1 地质构造情况

本采区位于大同煤田北东部，大同向斜北东部。地层呈一单斜构造，走向NE，倾向NW，倾角5°～8°。目前本矿主采15#煤层，14-2#煤层未开拓，15#煤层正在开采8101工作面和开拓15#层北翼采区巷道。通过开采9#煤层和12-2#煤层收集的地质资料，未发现褶皱、较大断层和岩浆岩活动等地质构造，在开采12-2#煤层发现的2处陷落柱（X1，长轴64m，短轴37m；X2，长轴33m，短轴24m）对15#层采区的开采有一定影响。地质类型划分为简单类型。

2.2 瓦斯地质

本采区2011年委托山西省煤炭工业局综合测试中心对12-2#、15#煤层的矿井瓦斯涌出量进行预测，该报告采用钻孔煤屑解析法测定12-2#煤层掘进工作面瓦斯含量2.8m3/t，煤壁瓦斯涌出量0.20m3/min，落煤瓦斯涌出量0.13m3/min；12-2#煤层回采工作面瓦斯含量2.8m3/t，瓦斯相对涌出量2.74m3/t，绝对涌出量3.29m3/min；15#煤层掘进工作面瓦斯含量2.9m3/t，煤壁瓦斯涌出量0.17m3/min，落煤瓦斯涌出量0.10m3/min；15#煤层回采工作面瓦斯含量2.9m3/t，瓦斯相对涌出量2.54m3/t，绝对涌出量3.05m3/min。15#煤层开采时，矿井最大绝对瓦斯涌出量为5.60m/min，最大相对涌出量为4.44m3/t，按照《煤矿安全规程》第133条规定，精通兴旺煤业公司属低瓦斯矿井。

2.3 水文地质情况

本采区位于干旱半干旱气候区，无常年地表径流水体，降水量少。11-2#、12-2#煤层顶板以上砂岩裂隙含水层为主要充水含水层，属弱-中等富水性裂隙含水层，在断裂破碎带可能富集静储水，对开采有一定的影响。

采区内及周边矿井均为多煤层开采。现本采区的14#层和15#层采区上部的12#煤层采空区积水、9#层相邻的矿区大北沟煤矿和已关闭的原南郊区平旺乡青沙涧煤矿越层越界采空区积水等水害隐患是影响14#和15#煤层采掘工程及矿井安全的主要因素。2014年委托中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院编制的《矿井水文地质类型划分报告》，按照《煤矿防治水规定》分类依据，本采区矿井水文地质类型划分为中等[3]。

3 区内煤（岩）层对采区开拓、开采的影响

根据已开经开采的9#和12-2#煤层揭露，14#层和15#层采区地层倾角平缓，一般为5°～8°，总体地层走向北东向，倾向北西。

14-2#煤层煤厚0.09～1.93m，平均0.76m，结构简单，为较稳定煤层，局部可采，盘区内北中部可采，其它部分均为0.8m不可采区域，煤层由西南向东北方向逐渐变厚。

15#煤厚0～6.21m，平均4.61m，含夹矸0～1层，夹石厚度0.05～0.2m，结构简单，煤层在井田西北部不可采，为稳定煤层，大部可采，煤层由西南向东北方向逐渐变厚。

矿井由生产建设多年来，经过不断的开拓，侏罗系所含各可采煤层现已均被揭露，采区内5个地质钻孔与生产过程中井下施工的地质孔，查明了煤层赋存情况及厚度变化规律，在开采12-2#煤层时曾出现过2处小型陷落柱，经过实际探测，2处小型陷落柱无导水性，地质构造对14#层及15#层采区开拓及开采会受到一定的影响。

4 可采煤层厚度、结构及可采范围及可采性（见表1）

表1 可采煤层特征一览表

5 各煤层具体的地质情况

针对14-2#、15#煤层顶底板岩性特征如下。

5.1 14-2#煤层

分布于井田北部，直接顶为细砂岩、粉砂岩互层，厚度1.4～5.0m，自然抗压强度67.5～85.4MPa，抗拉强度1.55～4.29MPa，抗剪强度3.56～6.54MPa；直接底为粉砂岩，厚度一般2.5m左右，自然抗压强度52.9～122.0MPa，抗拉强度1.49～1.93MPa，抗剪强度1.67～2.87MPa。

5.2 15#煤层

全区大部可采，直接顶为粉砂岩，厚度0～3.0m，自然抗压强度3.3～18.3MPa，抗拉强度0.17～0.86MPa，抗剪强度1.32～5.63MPa，老顶为砂质泥岩，厚度1～10m；直接底为粉砂岩，厚度一般8m左右，自然抗压强度47.9～73.3MPa，抗拉强度0.18～0.42MPa，抗剪强度1.02～2.35MPa。

本采区为多煤层含煤岩系，岩体结构以层状结构为主，顶底板多为砂岩类岩层，稳定性较好。由于本矿构造总体简单，含水层富水性弱，煤层顶底板以稳定类型为主，故本矿地质类型为简单类型。

6 水文地质条件技术要求

6.1 水文地质条件

矿井充水水源：大气降水是矿井充水的主要因素。降水量具有明显的季节性，雨季占年降水量的50%左右，其它季节降水量稀少。采区内地表沟谷为进水支沟，平时干涸无水，在雨季有短暂流水流入进水沟，向西北汇入十里河。地下水排泄主要以径流方式侧向排泄和以泉的形式点状排泄，随着上部煤层的采空而报废，矿坑排水愈来愈成为地下水的主要排泄方式。

矿井充水因素：地表沟谷雨季洪流受地形地貌控制，利于径流排泄而不利于对地下水入渗补给，对煤层的开采影响很小。主井、副井、风井、新风井井口附近最高洪水位均低于井口标高，且有完善的防洪设施，矿井不会受到洪水威胁。采区内地质构造简单，对水文地质条件影响小[4]。

6.2 采空区及周边老空区范围

根据调查与生产实际揭露，本采区内2#、3#、7#、9#、10#、11#、12#均有采空区，其中井田南部的大同矿区大北沟煤矿与东部拖皮煤业公司整合前已关闭的南郊区平旺乡青纱涧煤矿均存在越层越界情况，9#层在掘进过程中多次与矿区大北沟煤矿采空区探通，无水有少量气体。10#层经调查青纱涧煤矿关闭前越界开采本采区资源，且在12#层8512-1工作面开采前进行探放水时与该采空区探通，无水有少量气体。2013年11月29日，15#煤层5101巷发生透水事故，水源为同层青纱涧煤矿越界采空区积水。周边上述两矿都位于本矿上山方向，采空区积水范围及积水量无法详细查清，对本矿井防治水工作造成重大安全隐患。

6.3 预测正常涌水量、最大涌水量和突水危险性

本井田寒武系岩溶裂隙不发育，含水性弱。根据2016年7月山西省地质工程勘察院编制的《大同煤矿集团同生精通兴旺煤业有限公司煤矿生产地质报告》,据邻区晋华宫矿资料，单位涌水量大约为0.002L/（s·m），含水性微弱。据中国煤炭地质总局华盛水文地质勘察工程公司编制的《大同煤田（北区）岩溶水文地质勘查与开采石炭系煤层底板突水危险性评价报告》中DT1水文钻孔资料揭露，井田内岩溶水位标高在859.20m，低于15#煤层底板标高（920～1070m），对15#煤层开采不存在威胁”。井田内岩溶水对煤矿开采没影响[5]。见图1。