潘西煤矿19煤层底板突水危险性评价研究.pdf

2 0 1 4年第 1 2期 鼻 撼蕉 斜肢 1 7 5 潘西煤矿 1 9煤层底板突水危险性评价研究 谢秀君 ，季伟，薛栋梁 山东省 莱芜市万祥矿业潘西煤矿 ，山东 莱芜2 7 1 1 0 7 摘要对潘 西煤矿 1 9煤层 底板奥灰 富水性及 诱发 底板奥灰 突水等因素进行 了分析 ，对煤层底板 突水危 险性进行 了评价 研 究 ，为矿井安全开采提供 了十分重要 的理论及实践经验。 关键词底板突水断裂构造突水系数 中图分类号TD 7 4 5 文献标识码A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 4 ． 1 2 ． 7 4 S t ud y of t he wa t e r b ur s t i ng r i s k a s s e s s me nt i nl 9 c o a l s e a m flo or o f pa nx i c oa l m i ne Xi e Xi u - j u n ， J i We i ， X u e Do n g - l i a n g S h a n d o n g p r o v i n c e L a i wu Wa n x i a n g Mi n i n g C o ．p a n x i c o a l mi n e ， S h a n d o n g L a i wu 2 7 1 1 0 7 Ab s t r a c t T h e P a n s y c o a l mi n e 1 9 c o a l s e a m fl o o r Or d o v i c i a n l i me s t o n e wa t e r e n r i c h me n t a n d fl o o r i n d u c e d b y Or d o v i c i a n l i me s t o n e wa t e r i n r us h f a c t o r s we r e a n a l y z e d o n t h e h a z a r d o f wa t e r i n r u s h f r o m c o a l flo o r we r e c a r r i e d o u t t o e v a l u a t e t h e r e s e a r c h ， p r o v i d e s t h e t h e o r y a n d p r a c t i c e e x p e r i e n c e i s v e ry i mp o r t a n t f o r c o a l mi n e s a f e t y ． Ke y wo r d s wa t e r i n ru s h fro m s e a m fl o o r f a u l t s t r u c t u r e c o e ffi c i e n t o f wa t e r i n rus h 潘西煤矿 1 9 煤层底板充水水源为奥灰 ，富水 性中等至较强，矿井水文条件为复杂型。在地质构 造、底板隔水层承受水压 、采动矿压等多方面因素 影响下 ，矿井极易发 生较大底板 奥灰突水 ，对 工作 面开采影响较大。因此需对该矿 1 9 煤层底板奥灰 富水性及诱发底板奥灰突水等因素进行分析，对煤 层底板突水危险性进行评价研究 ，为矿井安全开采 提供十分重要的理论及实践经验。 1 评价区域地质概况 1 ． 1 矿井主采煤层 本井 田 主采 煤 层 为 1 9 煤 层 厚 1 ． 0 7 4 ． 6 5 m， 一 般在 2 ． 7 m 左 右 ，全 区稳定 ，夹 石 1 ～ 3 层 ，该 煤 层中含块状黄铁矿 F e S ，该煤层是本井 田主要 开采煤层 。 1 ． 2 矿 井地 质构 造概 况 潘西 井 田基本构 造形态属 简单 的单斜 构造 ，地 层走向 2 9 0 ～ 3 2 0 。 ，倾 向NE ，倾角一般为 2 2 2 8 。 ， 局部地段受断层影响变陡或变缓。区内共有大中 型断层 2 3条，其 中落差大 于 1 0 0 m的 5 条；落差 5 0 ～ 1 0 0 m的 5条；1 5 ～ 5 0 m的 1 3 条。 1 _ 3 矿 井水文地质条件及底板 隔水层条件 1 开采 1 9煤 层 的直 接 充 水 含 水 层 为 四 、 五 、六 灰 ，间接 充 水含 水 层 为奥 灰 ，1 9煤层 上 距 四灰 3 2 ． 2 m，下距五灰、六灰、奥灰的间距分别为 1 8 m、3 0 m、6 0 m。据钻探资料分析，1 9 煤层底板 奥灰富水性中等至较强。 2 隔水层条件 1 9 煤层下距奥灰含水岩层 平均 6 0 m，由粉砂岩，粘土岩等构成隔水层。1 9煤 层底板岩层组合情况为 软岩 粘土岩 ，粉砂岩 一硬岩 小五灰 一软岩 泥质粉砂岩 一硬岩 五 灰 一 软岩 泥质粉砂岩 、粘 土岩 一硬岩 六灰 一软岩 粘土岩 、粉砂岩 一硬岩 奥灰 。据相 关研究 ，这类软硬交替的岩层组合形式 ，对阻止奥 灰突水是有利的。 1 ． 4 矿井历年底板奥灰突水事故统计 潘西煤矿 自建井开采至今共计发生 2 2 次较大底 板奥灰突水事故 ，单工作面涌水量 3 0 ～ 9 0 0 m ／ h ，其 中因工作 面承受奥灰水压较高 突水系数大 引 发突水 5次；地质构造因素造成工作 面底板奥灰 突水 1 7次 。 收稿 日期2 0 1 4 0 8 1 3 作者简介 谢秀君 1 9 8 9 一 ，男，山东 泰安人， 现在山东 省莱 2 评价依据 芜市万祥矿业潘西煤矿地质科工作，从事矿井地质、水文地质管 理工 作。 按照 2 0 0 9 年国家安全生产监督管理总局公布的 l 7 6 童 谯晨 斜 技 20 14 年 第 12 期 煤矿防治水规定中第 7 8 条规定，当承压含水层 与开采煤层之间的隔水层能够承受的水头值小于实 际水 头值 时 ，开采前应 当遵守下列 规定 采取疏水 降压的方法，把承压含水层的水头值降到隔水层能 允许的安全水头值 以下，并制定安全措施，由煤矿 企业 总工 程师批准 。总结 适合本矿 区 井 的安全 水头值 ， 指导安全生产。矿井排水考虑与矿区供水 、 生态环境保护相结合，推广应用矿井排水 、供水 、 生态环保三位一体优化结合的管理模式和方法。 3 开采 l 9煤层底板突水影响因素评价 3 ． 1 底板奥灰含水层富水性是底板突水的基础 因素 潘西煤矿 l 9 煤层的开采主要受底板奥灰水威 胁，开采 1 9煤层时几乎面面发生突水 ，单工作面 突水量为 3 O ～ 9 0 0 m ／ h ，并 且随着采深加 大 ，单个突 水点的突水量也有增大的趋势，曾发生多次淹面淹 采区事故。目前，矿井总涌水量达 1 6 3 0 m ／ h ，其中 9 4 ． 5 4 ％为奥灰涌水。在矿压与水压、地质构造等综 合因素作用下，奥灰水容易突破底板泄人矿井，造 成工作面突水。 3 ． 2 采 用突水 系数对工作面受奥灰水威胁情况进 行评 价 突水系数采用 煤矿防治水规定 的公式 采用公式 Pi M 式中 r一突水系数，MP a ／ m； P 一底板 隔水层承受 的水压 ，MP a ； 一 底板 隔水层厚度 ，m。 3 ． 3 断裂构造对工作 面开采威胁程度评价 根据潘西煤矿开采期间工作面底板突水事故实 例分析 ，即使在水压及安全突水系数较小时 6 1 9 5 面 1 9煤层 底板 隔水层 承受奥灰 水压 1 ． 7 MP a ；突 水 系数 O ． 0 2 7 MP a ／ m仍然会发生突水事故，其 中断 裂构造成为 1 9 煤层底板突水的主要影响因素。断 层上下两盘错动 ，缩短了煤层与底板含水层之间的 距离，使底板隔水层有效厚度减少；或造成断层一 盘的煤层与另一盘的含水层直接接触 ，使底板隔水 层有效厚度消失；断裂带内裂隙发育 。岩体破碎， 强度降低 ，给承压水的致裂和导升创造了有利条件 ， 从而降低了隔水层厚度，使其降低或失去抵抗水压 及矿压的能力 ，导致 工作 面突水。 3 ． 3 ． 1 6 1 9 5 工作 面煤 层底板奥灰突水过程及 突水 原 因分析 2 0 1 1 年 8 月 1 5日6 1 9 5面 1 0 2 支架处发生涌水， 初始水量 2 m ／ h ，水温 3 1 ℃，出水点距上 出口 4 9 m， 出水点标高 一 5 6 2 m，水压 1 ． 7 MP a ；8 月 1 6日早班出 水点逐 渐 向上扩 散 ，出水量逐渐增 大 ，出水点扩至 1 2 8 、1 1 7 、1 0 7 支架等多个地点 包括支架后面的 采空区中、6 1 9 5上巷上帮煤层裂隙涌水 ，最后涌 水量增加至 1 7 5 m ／ tl ，水呈乳白色 、浑浊。 3 - 3 ． 2 6 1 9 5工作面煤层底板奥灰突水原因分析 6 l 9 5 工 作 面的 出水 区域 位于工 作面一 落差 3 ～ 5 m 的东 北倾 F 正 断层 与 F 正断 层之 间 ，工作 面 上 巷 至 F 正 断 层 西 南 倾 正 断 层 平 面 距 离 3 8 m 斜长 4 2 m，两断层平行发育 ，东北倾正断 层为 F 正断层的次生断层，通过现场看，煤层顶 底板裂隙发育，尤其东北倾正断层处于歼灭分叉阶 段，导致断层周围裂隙发育，降低了底板阻水能力， 奥灰水沿断层造成的裂隙进入工作面，是本次出水 的主要原因，通过出水点上移的特点看 ，出水的主 通道在 F ， 正断层附近；其次是T作面上巷刚好推 过斜上巷三叉 门以外 2 5 m处 ， 基本顶垮落 尚不充分 ， 受采矿 引起的矿压影 响使 底板 围岩 又产生新裂 隙 ， 在矿压 、水压及地质构造的作用下造成了本次_ [ 作 面突水 。 由上述 6 1 9 5 工 作 面 的突水 情况 可 以看 出，T 作面煤层底板隔水层承受的奥灰水压及突水系数较 小 ，由于受地质构造的影响使工作面安全突水系数 值降低 ，导致_丁作面突水。由此可见，正常开采块 段 与地质构造带附近的安全突水系数值相差较大。 对于影 响煤矿底板突水的主要 因素 煤层底板含 水层富水性 、突水 系数 、地质构造 、承压水 、隔水层 及矿山压力等因素，总结潘西煤矿以往开采期间突水 案例分析 ，煤层底板含水层富水性是底板突水的基础 因素 ， 底板承受奥灰水压是煤层底板突水的动力条件 ， 地质构造是主要因素，矿山开采导致压力的作用成为 首要控制因素，其他因素在矿山压力及矿井水文条件 等因素的影响下，增加了突水几率。 4 结束 语 潘西煤矿矿井底板突水受含水层 的富水性 、地 质构造 、底板承受水压 、隔水层 、采动矿压等多方 面因素影响，1 9煤层开采过程中需全面进行底板突 水危 险性 评价 ，加强 工作面地质构造 分析预测 ，严 下转 第 1 8 3页 2 0 1 4年第 l 2期 娃蕉 舛枝 l 8 3 如何降低系统对机器性能的依赖，因此研究计划主 要包括 以下三个方面 1 矿上专业系统分属不 同业务部门管理且 数量庞大，需要把业务系统进行有效的归类与整合， 通过 WE B G I S平台实现一站式数据发布。 2 矿上各种业务资料数量庞大，资料存档 和管理 困难，调阅查询极为不便，需开发业务资料 信息模糊查询系统，实现随时随地的图纸资料查询 和获取。 3 改变 目前三维数字化矿山平台访 问形式 受限于高性能计算机的现状，将平台接入 、浏览、 查询等业务拓展到手机 、手持平板电脑等移动终端 上进行三维可视化的便捷操控。 【 参考文献 】 [ 1 ] 吴立新，等 ． 论 2 1 世纪的矿山数字矿山 [ J ] 煤炭 学报 ，2 0 0 0 0 4． [ 2] 杨永亮，庚琪 ． 三维地质建模软件对比研究 [ J ] 石油工业计算机应用，2 0 0 8 0 1 ． [ 3] 何辉 明 ． 数 字 高程模 型 D E M 的建模 及其 三 维可 视化研究 [ D]． 南京东南大学，2 0 0 5 ． [ 4] 汤国安，赵牡丹，曹菡 ． DE M 地形描述误差空间 结构分析 [ J ]． 西北大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 0 0 4． [ 5] 弓小平，杨毅恒 ． 普通 K r i g i n g法在空间插值中的 运用[ J ] ． 西北大学学报自然科学版 ， 2 0 0 8 0 6 [ 6] 王国会等 ． c 环境下基元模型的表达与实现[ J ] ． 计算机工程与科学，2 0 0 7 0 1 [ 7 ] 刘林涛 ． 建筑场景虚拟漫游关键技术的研究与实 现 [ D]． 苏州苏州 大学 ，2 0 0 8 ． [ 8 ] 王海颖 ．基于图像的虚拟漫游关键技术研究[ D] ． 北京 清华大学，2 0 1 0 ． [ 9 ] W． H． I n r n o n ． B u i l d i n g T h e D a t a Wa r e h o u s e ， 2 0 0 2 ． [ 1 0] 王宏光，蒋平，等 ． 数据挖掘综述 [ J ]． 同济大 学学报 自然科学版 ． 2 0 0 4 0 2． [ 1 1 ] 刘天舒 ． B P神经 网络的改进研究及应用 [ D]． 哈尔滨东北农业大学，2 0 1 1 ． 上接 第 1 7 6页 格 留设 断层 防水 煤柱 ，编制相 应安全技 术措施 、水 文地质条件分析报告及防水预案、矿井水害应急救 援预案等安全技术措施，并严格执行，建立健全疏 排水系统，健全管理制度 ，加强工作面水情、水压 的监测、监控 ，严格执行 煤矿安全规程、 煤 矿防治水规定 等相关规定 ，通过疏水降压，使工 作面安全突水系数位于安全突水系数临界值以下 ， 实现 1 9煤层安全开采 。 【 参考文献 】 [ 1 ] 郝国强，张润钊 ． 断裂构造对煤层底板突水控制 作 用的研 究 f E B ／ O L ] ． 北京中国科技论文在线 [ 2 0 0 7 - 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