镇城底矿南一采区下组煤开采防治水措施
镇城底矿南一采区下组煤开采防治水措施
镇城底矿
2008．8．10
南一采区下组煤防治水措施
1、采区概况
南一采区位于井田西翼中部，地表位于歇马村以北，独兰村以南，山头村北东，八字山北西，旧赤泥岩村一带，地表沟谷纵横，地形复杂。南一采区井下北邻东一、西一采区，南为南二采区，东为东二、南六采区，西为小窑破坏区。地形最高点在红岩则附近，标高在1250米；最低点关长沟，标高在1050米。2.3#煤层底板标高为800-940米，2.3#煤盖山厚度110-450米，8#煤层底板标高为730-870米，8#煤盖山厚度180-520米。上组煤基本已采空，没有采空积水。
南一采区地层整体呈单斜构造，西北部较高，东南部较低，区内地层走向变化较大，地层倾角在2-15度之间，平均8度，区内断裂构造发育，到目前为止，开采2.3#煤共揭露大于3.0米断层42条，陷落柱较发育，共揭露陷落柱4个。采区2.3#煤层厚度为3.77-4.95米，平均为4.60米。下组8#煤层厚度为3.82-5.12米，平均为4.58米。全区煤层均可采，属稳定煤层，煤质2.3#煤层为FM，8#煤层为FM和JM。
2、采区水文地质条件
2.1含水岩组的划分及其特征
南一采区位于井田西翼中部，地表沟谷纵横，地势西南高，东北低，地形复杂。地层整体呈单斜构造，总体上为向东南倾伏的单斜构造，区内关长沟季节性河流由西南向北东汇入汾河。依据《镇城底矿带压开采可行性研究及奥灰水防治措施》，可将南一采区地下水划分为奥陶系石灰岩岩溶含水岩组、太原组石灰岩岩溶含水岩组、山西组砂岩裂隙含水岩组、及采空区上部砂砾岩裂隙含水岩组。
2.1.1奥陶系石灰岩岩溶含水岩组
本含水岩组是采区的间接充水含水层，主要有中奥陶统峰峰组及上马家沟组。
2.1.1.1奥陶系中统峰峰组岩溶裂隙含水岩组
本组平行不整合于本溪组之下,厚29.75～157.60m，平均95.32m，分为上、下两段。下段为角砾状泥灰岩、灰岩及石膏，由于泥质含量高，岩溶裂隙不发育，一般可视为隔水层；上段主要为石灰岩、泥灰岩，厚约60m，该段长期处于剥蚀作用下，裂隙充填泥土较多，影响岩溶发育，由于所处位置不同，受影响的程度也不同，因此使得其富水性差异较大，如井田北部峰峰组含水性表现为强，南部弱，甚至不含水。该组水压标高830～885m，单位涌水量0.21～11.63L/s.m，渗透系数0.418～38.66m/d，水质类型为HCO3－Ca·Mg、HCO3·SO4－Ca·Mg和SO4·HCO3－Ca·Mg型，矿化度377-641mg/L，水温13～14℃。
2.1.1.2奥陶系中统上马家沟组岩溶裂隙含水岩组
本组平均厚度226.04m，分为上、中、下三段。下段为角砾状泥灰岩、石灰岩夹薄层石膏，厚40m左右，岩溶裂隙不发育，富水性弱，为相对隔水层；中段主要为豹皮状厚层石灰岩夹薄层白云质灰岩，平均厚100.20m，岩溶裂隙发育，钻进中水位、水量有变化，富水性较强；上段主要为石灰岩夹薄层泥灰岩和泥质灰岩，平均89.81m，岩溶裂隙发育，大部分钻孔揭露该层时均出现漏水现象，水位急剧下降，消耗量增加，本段是该组主要含水层段，富水性强。本组水压标高886.551～896.467m，单位涌水量0.67～2.72L/s.m,渗透系数1.042～2.72m/d, 水质类型为HCO3－Ca·Mg或HCO3·SO4－Ca·Mg型，其中GS-13-2为SO4·HCO3－Ca·Mg型，矿化度311～409mg/L，水温13～14℃。
2.1.2太原组石灰岩岩溶含水岩组
主要由L1、K2、L4三层石灰岩组成,其中以K2最厚，平均3.43m，质纯，为主要含水层；L1平均厚2.53m，L4平均厚1.79m，不甚稳定，岩性又常为泥灰岩，因此含水性较差。L1、K2、L4三层石灰岩是采区充水的重要含水层，据810号钻孔抽水试验结果，q值0.064～0.065L/s.m，K值0.393m/d，水压标高1021.43m；邻区416、417孔q值分别为<0.00056L/s.m和0.00022L/s.m。据416、417孔水质分析成果，水质类型为HCO3－Na型水，矿化度343～375mg/L（表3-3）。
2.1.3 山西组砂岩裂隙含水岩组
本组含水层主要是K3砂岩含水层。K3虽岩性及厚度变化大，但在绝大部分面积内仍存在，厚度0.73～10.12m，平均4.90m。岩性为中—粗砂岩或含砾砂岩，胶结较松散。区内抽水试验资料仅有810号钻孔，其q值0.0548～0.07 L/s.m，K值0.335m/d，水压标高1019.36m。水质类型HCO3－Na型，矿化度383mg/L。
2.1.4 采空区上部砂砾岩裂隙含水岩组
本组为采空区上部厚层砂岩、冲积层组成的含水层，由于上组煤的开采岩层垮落形成的采空区积水，本层由于渗透性强，极易接受大气降水及地表水补给，本层水质为采空积水。
2.2 隔水层
依据《镇城底矿带压开采可行性研究及奥灰水防治措施》，南一采区各含水层之间有良好的隔水层。10号煤至奥陶系中统顶面隔水层段由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩及薄层石灰岩、铝土泥岩组成，厚度25.08~77.10m，平均厚度60.27m。正常情况下，上部地下水与奥陶系中统石灰岩地下水无水力联系。
峰峰组一段隔水层段由泥灰岩、角砾状泥灰岩、石膏等组成，厚度5.85~70.20m，平均厚度37.73m。从水质类型来看，峰峰组二段含水层的水质以硫酸型为主，而上马家沟组以重碳酸型为主，两段含水层无水力联系，说明峰峰组一段起到一定的隔水作用。
2.3构造导水情况
依据《镇城底矿带压开采可行性研究及奥灰水防治措施》，南一采区断层多为压扭性结构面，断层带一般不宽，并且其中的断层角砾互相挤压紧密，尤其是穿过石盒子组的断层带，以泥岩为主，常形成不透水的隔水墙。
根据井田发育和井下揭露陷落柱统计，其陷落柱胶结情况大部分为松散状，含水性较差，以致无水，只有少量的渗水和淋水，说明陷落柱充填物的重力可抵御奥灰水的上升，且水质分析资料也显示，其类型为HCO3·Cl—Na型，说明水源来自煤系地层，与奥灰岩溶水无关，因此，采区开采上组煤基本不会受到奥灰水的影响；下组煤由于承受的水压力增大和隔水层厚度的减少，以及受大面积采动，地应力重新分布等因素的影响，构造带垂向上的导水性将有所改善，因而地下水具有通过构造的薄弱部位上升的可能性，对矿井形成威胁。
综上所述，南一采区开采下组8号煤时，受水压力、隔水层厚度以及采动、地应力等因素的影响，奥灰水具有沿构造薄弱部位上升的可能性，应在一定的防治水措施下进行带压开采。
3、充水因素
南一采区的水文地质条件较复杂，8#煤层全为带压开采，上组煤无采空积水对下组煤的开采无影响。在正常情况下，山西组K3砂岩含水层是8#煤开采的间接充水因素。太原组L1、K2、L4三层石灰岩是8#煤开采的主要充水因素。奥陶系石灰岩含水层为本区最主要的含水层，是采区潜在的充水因素，正常情况下直接向矿井充的可能性比较小，但不能排除构造导水可能性，因受水压力、隔水层厚度以及采动、地应力等因素的影响，奥灰水具有沿构造薄弱部位上升的可能性。
4、预计涌水量
南一采区采用矿井吨煤含水类比法进行涌水量的预测，2006年生产原煤208.0万吨，矿井涌水量为84.09万立方米，吨煤含水系数为0.40米3/吨，2007年生产原煤190.2万吨，矿井涌水量为106.1万立方米，吨煤含水系数为0.56米3/吨，取其平均数为0.48米3/吨，预计南一采区年产量将达到100万吨，年涌水量为48万立方米，即55m3/h 。
5、采区的具体防治措施
5.1、采空积水的防治
5.1.1上组煤采空积水的防治
为防治上组煤采空积水随着下组煤回采的推进沿顶板裂隙涌入下组煤工作面，采区西翼必须采取探放措施，在工作面回采前进行提前探放，无水后方可回采施工。
5.1.2同层采空积水的防治
南一采区煤层倾角较小，属近水平煤层。工作面掘进时，对同层8#煤采空积水严格按照规程坚持 “预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则，自警戒线开始探放，在确保工作面水头压力不大于0.05MPa的前提下，每20-30米探放一次，（视煤层倾角而定），工作面形成时，相邻采空积水的探放工作也随之而完成。从而避免了集中探放因水压过大造成安全隐患或水量大而影响工作面衔接。采区西部为小煤窑破坏区，因其采掘不祥，工作面掘进中必须自警戒线开始严格按照探放水设计边探边掘，确保安全后方可继续施工。
5.2、太原组顶板灰岩含水层的防治
根据我矿其它采区8#煤顶板灰岩含水层的出水情况，预计顶板灰岩含水层出水量L1灰岩正常涌水量为1-2m3/h， K2灰岩正常涌水量为2-5m3/h，L4灰岩正常涌水量为 1-2m3/h，在回采中因顶板冒落导通顶板灰岩含水层预计出水量会增大，针对出水情况工作面必须配备足够的排水设施，可确保安全。
5.3、奥灰水的防治
5.3.1、带压开采可行性分析：
南一采区8#煤层全为带压开采，能否带压开采是必经认真分析研究的问题。现从突水系数和隔水层厚度两方面进行计算分析：
5.3.1.1、突水系数分析：
本区奥灰水位取900米，8#煤层隔水层厚度取70米， 8#煤层最低标高730米。根据突水系数公式：Ts=P/（M-CP）
Cp=22(经验数据)
Ts=2.4/(70-22)=0.05 MPa/m
从突水系数看小于0.06MPa/m，符合《矿井水文地质规程》的要求，但该区构造发育，构造的导水不容忽视。
5.3.1.2、隔水层厚度分析：
本区8#煤层标高点取730米，根据计算公式：
t————安全隔水层厚度（m）
l————采掘工作面的最大宽度（20 m）
r————隔水层容重（2.3 t/ m3）
Kp————隔水层抗张强度（20t/ m2）
H————隔水层底板承受的最大水头压力取240 t/ m2
代入公式计算得：t安=38.82米，而实际隔水层厚度为70米，大于安全隔水层厚度，因此在没有构造导水的情况下，是可以带压开采的。
5.3.2、奥灰水的具体防治措施
5.3.2.1、对落差较大的断层、陷落柱严格按照规定留设计防水煤柱。
5.3.2.2、工作面掘进中，施工队组严格按照“有掘必探，先探后掘。”的原则进行施工，采区西部为小煤窑破坏区，因其采掘不祥，工作面掘进中必须自警戒线开始严格按照探放水设计边探边掘。
5.3.2.3、根据煤矿安全规程有关规定，工作面在回采前，必须采用物探或钻探的手段探测采煤工作面内部的隐伏陷落柱和断裂构造的导水性，根据探测结果制定相应措施。
5.3.2.4、当井巷通过导水或可能导水的断层和陷落柱前，必须按探放水设计进行超前探放水，确保安全后方可继续施工。
5.3.2.5、工作面回采结束后其密闭要按规程规定的防水密闭的要求进行设计和施工，防止构造滞后突水。
5.3.2.6、工作面的排水设施、设备必须按规程规定满足要求，并有备用的排水设施、设备。
5.3.2.7、 利用开班前会加强防治水知识的宣传， 使每个工人能正确理解并熟悉井下避灾路线。
5.3.2.8、加强对水文地质专业技术人员的培训，提高业务工作能力。
5.3.2.9、奥灰水透水征兆：采掘工作面发生底鼓，顶板压力增大，裂隙增大、裂隙出现渗水。水质清澈、稳定、无臭味以及在遇构造时出现的渗水、涌水等现象。
6、避灾路线
工作面→南翼总回风巷→东(西)翼总回风巷→东 (西)风井→地面
7、存在的问题及建议
7.1、在采掘过程中，严格按照规程坚持 “预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则， 确保矿井安全生产。
7.2、采区西部为小煤窑破坏区，因其采掘不祥，工作面掘进中必须自警戒线开始严格按照探放水设计边探边掘。
