東二采區下組煤開采防治水措施
東二采區下組煤開采防治水措施
1、采區概況
東二采區地表位於城家曲和陰家溝一帶，位於井田東北角，東二采區地表溝穀縱橫。地形最高點在搶風梁附近，標高在1200米；最低點在采區北部的汾河沿岸附近，標高在1000米。2.3#煤蓋層厚度90-360米，8#煤蓋層厚度160-430米。現上組煤已采空，采空積水較多。
東二采區總的構造形態為南傾伏的複式向斜構造，北部較高，南部較低，區內地層走向變化較大，地層傾角在4-18度之間，平均9度，區內斷層、陷落柱發育，到目前為止，開采2.3#煤共揭露大於3.0米斷層30條，陷落柱24個。采區下組8#煤層厚度為1.70-4.98米，平均為3.30米。東北部煤層較薄，約2.2米左右，西部、南部較厚。全區煤層均可采，屬穩定煤層，含1-2層夾矸。
2、采區水文地質條件
2.1區域概況
太原西山東山地區和太原盆地構成一個完整的水文地質單元，三者之間有著一定的水力聯係，東、西山地區地下水向太原盆地彙集，除部分水量由大泉排泄外，其餘部分向南運移。但由於彼此之間構造格局的不同，邊界條件的差異，各自又為次級獨立的水文地質單元，鎮城底礦井田就處在太原西山地下水係統的補給逕流區。太原西山區域地下水可分為四種類型:奧陶岩溶裂隙水；汾河及大溝穀中第四係衝積層的孔隙水；石炭二迭係風化裂隙潛水及石炭二迭係薄層灰岩，砂岩裂隙承壓水。其中以奧陶係石灰岩岩溶裂隙水為主。
本井田處於馬蘭向斜東翼，奧陶係地層在井田北部和西北部外圍廣泛出露，向區內埋藏漸深。與掩蓋區比較，露頭區傾角一般顯著變陡，岩溶也較發育，其岩溶形態以溶蝕裂隙為主，溶洞較少。鎮城底井田及周邊鑽孔揭露奧灰岩溶水顯示，其外圍富水性較好，向井田南及東南部逐漸變弱，特別是奧陶係峰峰組，富水地段岩性以石灰岩為主。製約古交礦區奧陶係灰岩含水組的含水性主要取決於其埋藏深度,即標高愈高,透水性、含水性愈強,反之則弱;其次為構造和岩性條件。據區域資料,奧陶係頂麵標高低於550m者含水性較弱,低於470m者不含水。
2.2含水岩組的劃分及其特征
鎮城底礦地處西山煤田西北邊緣，地貌表現為中低山，地表切割強烈。地勢西南高東北低,地層總體上為向東南傾伏的單斜構造，區內最大的河流汾河從井田北部流過，區內陰家溝、歇馬溝季節性河流由西南向北東彙入汾河。依據本區地層發育狀況及其水文地質特征，可將研究區地下水劃分為奧陶係石灰岩岩溶含水岩組、太原組石灰岩岩溶含水岩組、山西組砂岩裂隙含水岩組、及采空區上部砂礫岩裂隙含水岩組。
2.2.1奧陶係石灰岩岩溶含水岩組
本含水岩組是礦區的間接充水含水層，主要有中奧陶統峰峰組及上馬家溝組。
2.2.1.1奧陶係中統峰峰組岩溶裂隙含水岩組
本組平行不整合於本溪組之下,厚29.75～157.60m，平均95.32m，分為上、下兩段。下段為角礫狀泥灰岩、灰岩及石膏，由於泥質含量高，岩溶裂隙不發育，一般可視為隔水層；上段主要為石灰岩、泥灰岩，厚約60m，該段長期處於剝蝕作用下，裂隙充填泥土較多，影響岩溶發育，由於所處位置不同，受影響的程度也不同，因此使得其富水性差異較大，如井田北部峰峰組含水性表現為強，南部弱，甚至不含水。該組水壓標高830～885m，單位湧水量0.21～11.63L/s.m，滲透係數0.418～38.66m/d，水質類型為HCO3－Ca·Mg、HCO3·SO4－Ca·Mg和SO4·HCO3－Ca·Mg型，礦化度377-641mg/L，水溫13～14℃。
本組含水性與其埋藏深度關係極其密切,埋藏愈淺,岩溶裂隙愈發育，含水也就愈豐富;反之則愈少。如井田北界外的Z-9號孔,O2f埋藏深度182.95m，岩溶發育，含水性好，單位湧水量（q）值達7.91L/s.m，滲透係數（K）值24.38m/d；而埋藏深的GS-13-2、416孔，岩溶不甚發育，僅有少量蜂窩狀溶洞，含水性很差，q值最大僅0.118L/s.m，K值最大0.481m/d，並且GS-14號孔O2f不含水。總之本組含水性因地而異，相差懸殊，富水性南北差異性較大，東南部地段甚至可視作非含水層。
2.2.1.2奧陶係中統上馬家溝組岩溶裂隙含水岩組
本組平均厚度226.04m，分為上、中、下三段。下段為角礫狀泥灰岩、石灰岩夾薄層石膏，厚40m左右，岩溶裂隙不發育，富水性弱，為相對隔水層；中段主要為豹皮狀厚層石灰岩夾薄層白雲質灰岩，平均厚100.20m，岩溶裂隙發育，鑽進中水位、水量有變化，富水性較強；上段主要為石灰岩夾薄層泥灰岩和泥質灰岩，平均89.81m，岩溶裂隙發育，大部分鑽孔揭露該層時均出現漏水現象，水位急劇下降，消耗量增加，本段是該組主要含水層段，富水性強。本組水壓標高886.551～896.467m，單位湧水量0.67～2.72L/s.m,滲透係數1.042～2.72m/d, 水質類型為HCO3－Ca·Mg或HCO3·SO4－Ca·Mg型，其中GS-13-2為SO4·HCO3－Ca·Mg型，礦化度311～409mg/L，水溫13～14℃。
2.2.2太原組石灰岩岩溶含水岩組
主要由L1、K2、L4三層石灰岩組成,其中以K2最厚，平均3.02m，質純，為主要含水層；L1平均厚1.10m，L4平均厚1.80m，不甚穩定，岩性又常為泥灰岩，因此含水性較差。本組頂部在區內西北出露，裂隙、岩溶不甚發育，透水性及含水性隨之亦差，絕大部分鑽孔揭露時，水位及消耗量變化不大，據810號鑽孔抽水試驗結果，q值0.064～0.065L/s.m，K值0.393m/d，水壓標高1021.43m；鄰區416、417孔q值分別為<0.00056L/s.m和0.00022L/s.m。據416、417孔水質03manbetx 成果，水質類型為HCO3－Na型水，礦化度343～375mg/L（表3-3）。
2.2.3 山西組砂岩裂隙含水岩組
本組含水層主要是K3砂岩含水層。K3雖岩性及厚度變化大，但在絕大部分麵積內仍存在，厚度0.35～16.94m，平均5.72m。岩性為中—粗砂岩或含礫砂岩，膠結較鬆散。區內抽水試驗資料僅有810號鑽孔，其q值0.0548～0.07 L/s.m，K值0.335m/d，水壓標高1019.36m。水質類型HCO3－Na型，礦化度383mg/L。
2.2.4 采空區積水
本組為采空區上部厚層砂岩、衝積層組成的含水層，由於上組煤的開采岩層垮落形成的采空區積水，本層由於滲透性強，極易接受大氣降水及地表水補給，本層水質為采空積水。
2.3 隔水層
各含水層之間有良好的隔水層。10號煤至奧陶係中統頂麵隔水層段由泥岩、砂質泥岩、粉砂岩、細砂岩及薄層石灰岩、鋁土泥岩組成，厚度25.08~77.10m，平均厚度60.27m。正常情況下，上部地下水與奧陶係中統石灰岩地下水無水力聯係。
峰峰組一段隔水層段由泥灰岩、角礫狀泥灰岩、石膏等組成，厚度5.85~70.20m，平均厚度37.73m。從水質類型來看，峰峰組二段含水層的水質以硫酸型為主，而上馬家溝組以重碳酸型為主，兩段含水層無水力聯係，說明峰峰組一段起到一定的隔水作用。
2.4構造導水情況
本區斷層多為壓扭性結構麵，斷層帶一般不寬，並且其中的斷層角礫互相擠壓緊密，尤其是穿過石盒子組的斷層帶，以泥岩為主，常形成不透水的隔水牆。
根據井田發育和井下揭露陷落柱統計，其陷落柱膠結情況大部分為鬆散狀，含水性較差，以致無水，隻有少量的滲水和淋水，說明陷落柱充填物的重力可抵禦奧灰水的上升，且水質03manbetx 資料也顯示，其類型為HCO3·Cl—Na型，說明水源來自煤係地層，與奧灰岩溶水無關，因此，井田開采上組煤基本不會受到奧灰水的影響；下組煤由於承受的水壓力增大和隔水層厚度的減少，以及受大麵積采動，地應力重新分布等因素的影響，構造帶垂向上的導水性將有所改善，因而地下水具有通過構造的薄弱部位上升的可能性，對礦井形成威脅。
綜上所述，礦井開采下組8號煤時，受水壓力、隔水層厚度以及采動、地應力等因素的影響，奧灰水具有沿構造薄弱部位上升的可能性，應在一定的防治水措施下進行帶壓開采。
3、充水因素
根據本采區的水文地質條件，8#煤層84%的麵積在奧灰水位線以下，對礦井充水的主要水源有以下幾個：
3.1、采空區上部砂礫岩裂隙含水岩組
上組煤采空積水本區上組共采空約765000平方米，預計積水量約80000-150000米3。
3.2、山西組砂岩裂隙含水岩組
山西組K3砂岩含水組：厚度4米左右，單位湧水量0.004-0.0548升/秒，水位標高為1039.36米，是8#煤開采的間接充水因素。
3.3、太原組石灰岩岩溶含水岩組
太原組石灰岩L1、K2、L4石灰岩埋藏較淺，距汾河較近，含水性好，是工作麵開采的直接充水因素。在掘進中觀測L1石灰岩的正常湧水量約為1米3/小時，K2石灰岩的正常湧水量約為2米3/小時。
3.4、奧陶係石灰岩岩溶含水岩組
奧陶係石灰岩含水組：該含水組為本區主要含水組，是礦井潛在的充水因素，以裂隙岩溶水為主，本區2.3煤開采中岩溶發育，又距汾河近，加之斷層發育，含水性好。據井田834鑽孔資料，奧灰水水位標高為892-898米，單位湧水量4.43-10.56升/秒，滲透係數11.843米/日，水位降0.12-4米。
4、預計湧水量
東二采區工作麵L1、K2、L4石灰岩的正常湧水量在10-20m3/h左右，工作麵隨著開采麵積的增大，湧水量也會隨著增大，根據相鄰采區的經驗，預計正常湧水量在20-40m3/h左右，工作麵配備足夠的排水設施，能排出工作麵的正常湧水量。但在構造導水的情況下，奧灰水最大湧水量可達300-500m3/h。采區排水設施滿足不了排水的要求。
5、采區的具體防治措施
5.1、采空積水的防治
5.1.1上組煤采空積水的防治
為防治上組煤采空積水隨著下組煤回采的推進沿頂板裂隙湧入下組煤工作麵，必須采取探放措施，在工作麵回采前進行提前探放，無水後方可回采施工。
5.1.2同層采空積水的防治
我礦煤層傾角較小，屬近水平煤層。由於地質構造複雜銜接相對緊張，針對這一現狀，工作麵掘進時，對同層8#煤采空積水嚴格按照01manbetx 堅持 “預測預報、有疑必探、先探後掘、先治後采”的原則，自警戒線開始探放在確保工作麵水頭壓力不大於0.15MPa的前提下，每20-30米探放一次，（視煤層傾角而定），工作麵形成時，相鄰采空積水的探放工作也隨之而完成。從而避免了集中探放因水壓過大造成安全隱患或水量大而影響工作麵銜接。
5.2、太原組頂板灰岩含水層的防治
根據我礦其它采區8#煤頂板灰岩含水層的出水情況結合18304掘進工作麵L1、K2、L4石灰岩的出水情況，預計頂板灰岩含水層出水量L1灰岩正常湧水量預計不超過1m3/h，K2灰岩正常湧水量預計不超過2m3/h，在回采中頂板冒落導通頂板灰岩含水層預計出水量會增大，針對出水情況工作麵配備足夠的排水設施，可確保安全。
5.3、奧灰水的防治
5.3.1、帶壓開采可行性03manbetx ：
東二采區8#煤層84%的麵積在奧灰水位線以下，能否帶壓開采是必經認真03manbetx 研究的問題。現從突水係數和隔水層厚度兩方麵進行計算分析：
5.3.1.1、突水係數分析：
本區奧灰水位取900米，8#煤層隔水層厚度取70米， 8#煤層最低標高730米。根據突水係數公式：Ts=P/M
Ts=2.4/70=0.034 MPa/m
從突水係數看小於0.06MPa/m，符合《礦井水文地質01manbetx 》的要求，但該區構造發育，構造的導水不容忽視。
5.3.1.2、隔水層厚度分析：
本區8#煤層標高點取730米，根據計算公式：
t————安全隔水層厚度（m）
l————采掘工作麵的最大寬度（m=20）
r————底板隔水層的平均重度（0.023 MN/ m2）
Kp————隔水層的平均抗張強度MPa取0.20
H————隔水層底板承受的最大水頭MPa取2.40
代入公式計算得：t安=38.82米，而實際隔水層厚度為70米，大於安全隔水層厚度，因此在沒有構造導水的情況下，是可以帶壓開采的。
5.3.2、奧灰水的具體防治措施
5.3.2.1、目前在帶壓開采區域僅能對已知構造進行探測，對隱伏構造措手無策，這樣隱伏構造成為重大隱患，無法排除。因此我礦下一步計劃引進直流電法儀，直流電法儀的優勢在於探明60-80米範圍內有無含水體，在帶壓開采區的所有掘進巷道全部進行超前物探。嚴格按照01manbetx 堅持 “預測預報、有疑必探、先探後掘、先治後采”的原則，對帶壓開采區域必須進行超前物探，超前距為20米，前方無導水構造後方可掘進。
鎮城底礦東二下組煤采區突水係數最大為0.034MPa/m，隔水層厚度為70米，而且陷落柱多且大，奧灰岩溶水最大極限湧水量為1088.34m3/h，是目前鎮城底礦受奧灰水威脅最為嚴重的區域。采區巷道最高標高為882.6m如果東二采區奧灰水突水後會給礦井造成威脅；可以通過強排延緩自救時間快速構築除防水閘門以外的防水密閉，達到把水災02manbetx.com 控製在計劃範圍內，有效避免對礦井其它區域的威脅，進而解決皮帶巷防水閘門無法試驗及奧灰水滯後突水無法防治的問題，但需資金與技術支持。
5.3.2.2、工作麵形成後進行物探，進行驗證隱伏構造的範圍及導水性後方可開采，並要留有觀測孔監測水文動態。
5.3.2.3、掘進和回采不能通過導水的斷層和陷落柱，防止其導水或滯後導水。若發現有導水的構造，必須進行注漿加固。
5.3.2.4、工作麵回采結束後其密閉要按01manbetx 規定的防水密閉的要求進行設計和施工。
5.3.2.5、工作麵的排水設施、設備必須按規程規定滿足要求，並有備用的排水設施、設備。即掘進工作麵必須有兩路4寸的排水管，排水能力不小於60 m3/h；回采工作麵兩巷必須有四路4寸的排水管，排水能力不小於80 m3/h。
5.3.2.6、820軌道巷斜坡上部車場標高882.6米，為了確保礦井安全生產，預備2000個沙袋，以備急用。
6、存在的問題及建議
6.1、東二采區無采區水倉，我礦初步研究用移動泵站加以解決，但需增加2-3台排水能力在500m3/h的水泵及配套管路。可滿足奧灰水突水要求。
6.2、購置一台直流電法水害探測儀。
6.3、購置一台注漿堵水鑽機。
鎮城底礦
2008．1．10
