煤矿河下开采分析与防治措施.pdf
1/8 河流下采煤技术与防治水探析（XX 矿业公司东坡煤矿 吴 刚 727023）摘 要：通过对东坡煤矿广阳河下开采的地质及水文地质条件分析，结合近年来井上、下实际观测与理论计算结果的比较，制定了水体下开采的安全技术措施，得出了现采煤方法不会影响地表水源及井下安全生产。关键词：水体下 分析 开采与防治 一、矿井概况 东坡煤矿隶属于 XX 矿业公司下属的一个大型矿井，行政区划归 XX 市印台区高楼河乡。矿井为黄土覆盖式井田，平均埋深 280 米。广阳河位于井田中部，为本区地表仅有的一条长年河流，由南向北流入洛河。全长约 20 公里，河床宽 330 米，水深 0.40.9 米，一般流量270.2950.7 m3/h，最大洪流量 2782m3/h，其它均为季节性小溪。东二扩大区西翼采区布置的 2105 工作面现横垮广阳河开采。二、开采区地质及水文地质条件（一）地层及含水性 根据多年矿井生产资料统计结果显示，本区域水文地质条件较简单。主要含水层从上而下依次为：(1)第四系松散层孔隙含水层 本层不整合覆盖于基岩之上，主要岩性由更新世黄土与底部细砂、砂砾石组成，厚 0150m，一般厚 100m。含水层主要为底部细砂与砂砾石充水。2/8 砂质土:厚度 030m,含水属孔隙潜水,最大涌水量为 8.3L/s。砾石、砂质土:此层厚度 07.0m,含水属古河床及风化裂隙水,如井筒最大涌水量为 10.715m3/h。由于沟谷的侵蚀切割作用，该层泉水甚多，但流量皆甚微。(2)二叠系下石盒子组含水层 其底部砂岩含水,岩性为中粗粒长石石英砂岩,厚 222m。常分上下两层,上层为承压水,单位涌水量为 0.326 L/sm。该含水层总体含水不丰富，但在砂岩厚度大、裂隙发育的构造复合部位，富水性较强。(3)二叠系 XX 组含水层 XX 组中上部砂岩为中粗粒长石石英砂岩,厚度 520m,为承压含水层,其单位涌水量 0.01660.46 L/sm。属于弱含水层。XX 组底部砂岩(K4),厚度约 0.3524.5m。为承压含水层,单位涌水量0.0010.0869 L/sm。含水量小，属于弱含水层。(4)奥陶系石灰岩裂隙岩溶水 该层是渭北煤田的一个区域含水层，其岩性主要以灰、深灰色石灰岩及白云质灰岩、浅灰色白云岩组成。该层裂隙、岩溶较发育，此层水对煤层开采没有影响 井田内发育有较好的隔水岩层，主要有：(1)第四系更新统：上中部为黄土夹砂质粘土,下部为红色粘土，中夹10 多层钙质结核,隔水层厚度 15100m；(2)二叠系下石盒子组：有多层泥岩、砂质泥岩组成，遇水膨胀起着隔3/8 水作用，厚度 10100m。(3)二叠系 XX 组：有多层泥岩、砂质泥岩及钙质结核组成，是很好的隔水层，厚度 1330m。（二）地质构造 东二扩大区西翼总体为一轴向 SN 的宽缓向斜。根据东坡煤矿精查勘探地质报告及东坡井田精查补充勘探报告资料，认为该区域没有大的地质构造，小断层较为发育，断距一般为 1-3 米，以正断层为主，地质构造较复杂。三、水力联系与矿井充水因素分析 1、水力联系及隔水层分析 以上各含水层之间均有数米到几十米的泥岩、砂质泥岩相隔，厚度稳定，隔水性能好。又据水文地质资料分析，各含水层之间的水位及水质各不相似，故说明各含水层之间无水力联系。2、矿井开采“二带”计算 本矿因未进行过水体下开采，无资料和经验可利用，因此以 2000 年 5月 26 日国家煤炭工业局制定的 建筑物、水体铁路及主要井巷煤柱开采规程为标准（以下简称“三下”规程）。根据“三下”规程第 50 条表 4：矿区的水体采动等级及允许采动程度规定，我矿水体为重要水源，允许采动等级应属 1 级，不允许导水裂隙波及到二叠系下石盒子组含水层及地面水体。根据“三下”规程附表 62：厚煤层开采的导水裂隙带高度计算公式，对我矿导水裂隙带进行预计。公式：HLi=20(M)1/2+10 4/8=40.0 米 HLi 导水裂隙带高度，M 为累计采厚，取 3.0 米。根据 “三下”规程 中关于开采单一煤层的垮落带最大高度计算公式，对我矿垮落带最大高度进行预计：公式：Hm=100M/(4.7M+19)2.2=11.3 米 式中：Hm 垮落带最大高度，M 为累计采厚，取 3.0 米。计算结果确定我矿垮落带最大高度为 11.3 米，导水裂隙带最大高度为40.0 米。3、矿井充水因素分析 根据“二带”计算，导水裂隙带高度仅 40 米，K4 为 XX 组砂岩，5号煤层老顶，距 5#煤层 03 米，属弱含水层。随着煤层的开采而垮落或断裂，这些含水层会遭到破坏，预计矿井涌水量会增大。根据开采实践，开采初期工作面涌水量较大，一般 5 到 15 m3/h，随后逐渐减小到每小时几立方米。根据地质报告资料，矿井正常涌水量为 20-40m3/h，最大涌水量为 150 m3/h，主要为第四系古河床水，距 5煤层约 150 米，是导水裂隙带高度的 3 倍，又无大型断层，隔水层较好，一般不会破坏该含水层。广阳河距 5煤层 260 米，导水裂隙带波及不到二叠系下石盒子组含水层，更不会波及到地面广阳河，矿井不会由于开采引起广阳河水溃入井下而发生突水现象。根据以上分析，按“三下”规程第 51 条规定，我矿广阳河河床下允许开采。5/8 四、综合防治措施 1、地表打水文观测孔 通过在地表补打水文观测孔，定期对开采工作面进行观测。开采初期每月最少一次，工作面开采后每 10 天观测 1 次，及时掌握水位变化情况，采取防 X 措施。2、加强河区地面观测 在地表设立观测站，由地测科负责测绘，发现有地表裂缝，通知矿上应立即进行充填处理措施，防止地表水渗漏井巷。3、加强水文地质分析 采掘工作面地质说明书中必须有水文地质情况分析，对工作面进行充水性调查，并建立台帐。采掘工作结束后，必须进行水文地质分析总结。对煤层顶板砂岩含水层与开采煤层之间的空间关系、岩性组合特征、采后“二带”发展高度及充水含水层在空间上的变化进行分析。4、加强井下探放水工作 坚持“有 必探、先探后掘（采）”的原则，在有可能存在水灾威胁的地点都必须坚持探放水。对煤层顶板砂岩富水性及有出水征兆地段，预先实施探放水措施。5、工作面必须根据实际编制专门的防治水措施 建立健全技术保障体系，从设计源头抓起，工作面设计时将管路和泵数一并进行设计，在过程中必须编制专门的防治水措施。6、完善井下排水系统，增强排水能力 经常清理水仓及各运输中巷、石门等巷道，按规定对井下排水设备进6/8 行检查、检修和联合试运转,使其保持完好。回采工作面的运、回槽及掘进工作面设水仓、水泵、排水管路，加强对管路的维修、保养,以利于工作面排水。7、定期观测广阳河流量 在矿井广阳河流域 X 围内建立上、下水文观测站，如果发现广阳河流量有漏失现象，必需采取安全有效的防 X 措施，做好井上、下涌水量观测工作。8、对水源井水位情况经常观测 如发现水源井水位有变化，及时向矿井有关部门汇报。9、研究地表开采移动规律 在开采区域建立地表移动观测站，掌握开采沉陷规律，进行相关设施变形观测，以便及时采取有力安全技术保护措施。10、开采中控制顶板 在河床附近必须随机拉架、控制顶板，防止漏顶，可减小导水裂隙带和跨落带的高度，以利于水下安全开采。五、广阳河水体下开采特点：广阳河水与基岩地下水有直接的水力联系，一旦基岩含水层与采场沟通将导致地表水溃入矿井。所以水下开采的研究重点是基岩主要含水层受采动影响的变化情况。六、地表移动影响分析 1、地表移动理论计算结果 依据所选的地表移动参数及数学模型，对开采后产生的地表移动影响7/8 进行了预计。开采后地表最大下沉为 2256mm，最大水平移动为 139mm，最大倾斜为 41mm/m,最大曲率为 0.5510-3/m,最大水平变形为12mm/m。依据此计算结果可绘制地表下沉、倾斜等值线图。2、地表移动实际观测结果 经过对岩移观测资料的计算整理，该工作面实测移动变形最大值分别为：最大下沉量为 1645mm,最大水平移动值为 75mm,最大水平变形值为 9.36mm/m.最大倾斜变形值为 38.4mm/m,以上数值小于预计值。3、水文观测孔水位观测情况统计表（单位：m）月份 年度 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2009 5.66 5.35 5.39 5.64 5.61 5.40 2010 5.42 5.55 5.62 5.71 七、结论 通过对地表水、地下水、矿井涌水以及地表移动的观测和综合分析，形成以下几点认识：8/8 目前开采对水源地含水层未造成破坏。水源地水位变化的原因，应为受气候、降水条件影响造成的暂时水位下降。目前开采未出现预料之外的不良后果。回采期间工作面出现滴、淋水现象，符合新水平、新采区开采的水文地质基本特征。地表水与矿井充水无关。在采深大于 260 米，采长、采宽较小、推采速度较慢，对地表不会造成明显破坏。通过开采及相关水文地质观测工作，有望为实现水下安全开采提供有力的保证。同时为保护水源地和工业设施提供理论依据，也为进一步研究开采引起的覆岩破坏、导水裂隙带发育情况以及矿井防治水等工作打下基础。参考文献：建筑物、水体铁路及主要井巷煤柱开采规程 个人简介：吴 刚，1987 年毕业于 XX 煤炭建筑工程学校煤矿建井专业。现任东坡煤矿副矿长。
