官地矿采空区及采空区积水分布特征研究.pdf

江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 官地矿采空区及采空区积水分布特征研究 张 瑜 （西山煤电集团有限责任公司官地煤矿，山西太原030022） 摘要本文针对官地矿区采空区分布及采空区积水特征不明等问题，通过理论分析确定了采空区和小煤矿（窑）破坏区分 布面积约50.86 km2，其中小煤矿（窑）破坏区分布面积约24.77 km2，官地煤矿采空区面积约34.82 km2，官地煤矿采空区 与小窑破坏区重叠区域面积8.73 km2；并通过物探和钻探队采空区分布及积水情况进行了验证，此次调查对环境破坏程度 的分析及整治，还有下一步的采掘计划有着指导意义。 关键词采空区；积水；物探和钻探 中图分类号TD163.1文献标识码B文章编号1006-2572（2020）02-0094-04 Study on Distribution Characteristics of Goaf and Hydrocele in Goaf of Guandi Mine Zhang Yu Guandi Colliery, Xishan Coal and Electricity Group Co., Ltd., Taiyuan, Shanxi 030022 Abstract Aiming at the problems of goaf distribution in Guandi Mining Area and the unclear characteristics of hydrocele in goaf, the paper determines distribution area of goaf and destruction area of small coal mineskilnsare about 50.86 km2through theoretical analysis, of which destruction area of small coal mineskilns is about 24.77km2, goaf area of Guandi Coal Mine is about 34.82km2, the overlapping area of gob of the Guandi Coal Mine and destruction area of kilns is 8.73km2. The paper also verifies the situation of goaf distribution and hydrocele through geophysical prospecting and drilling, which has a guiding significance for the analysis and treatment of environmental damage, as well as the next step of extraction plan. Key words goaf; hydrocele; geophysical exploration and drilling 煤炭目前在我国能源结构中仍占据着较大的 比例，是不可或缺的能源之一。 随着煤炭资源的不 断开采，容易造成地表沉陷、采空区积水情况不明， 由于采空区积水水压较大，一旦掘透，来势凶猛，具 有很大破坏性，而且对井下轨道、金属支架、钢丝绳 等金属设备有腐蚀作用， 易引起矿井水灾事故；进 而导致生态环境恶化、影响建设用地的开发和给深 部和周边采区开采带来安全隐患［1-2］。 为了保证地表 建设用地的安全和井下工作面的安全，对煤矿开采 后采空区的边界范围及积水情况需进行准确定位， 为矿方提供安全隐患治理及防治水工程提供参考 依据［3-4］。 1.1矿井生产概况 官地煤矿井田位于山西省太原市西山煤田东 部边缘，井田面积104.4974km2，呈不规则多边形， 东西宽约13km，南北长约10km。 井田可采煤层共 计9层， 分别为山西组的02＃、2＃、3＃和太原组的5＃、 6＃、7＃、8＃上、8＃及9＃煤层。 该矿现由二号平峒、北大巷、南大巷将井田分 为北、中、南三条石门延伸条带式布置工作面，2＃、 3＃、6＃、8＃、9＃煤层联合布置，自上而下，由近至远进 行地下开采，采用走向长壁后退式全部跨落综合机 械化采煤法，矿井主出煤水平为＋970水平（服务采 94 江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 区包括中四、中五、中六、南五、南六采区），矿井辅 助水平为＋1051水平（服务采区包括南三、南四、北 三、北四采区）。 1.2开发利用现状 目前井田内已形成2＃、3＃、6＃、8＃、9＃煤层采空 区及小煤矿（窑）破坏区面积约50.86km2，其中官地 煤矿采空区主要分布在井田中部-东北部， 小煤矿 （窑）破坏区则主要分布在井田东北、东、东南部煤 层埋藏较浅处。 2017年官地煤矿开采北四 （33417工作面）、中 六（23604、22610工作面）、中四（28416、29406工作 面）、南五（16509、12605工作面）、南六（12605工作 面）等采区。 图1官地煤矿井田开拓 图2井田水文地质 根据收集的采掘资料，井田内已形成的煤层采 空区、破坏区由官地煤矿采空区和小煤矿（窑）破坏 区2部分组成，总面积约50.86km2，约占井田总面积 的48.67。 其中，官地煤矿煤层采空区主要分布在 井田中部-东北部，形成于1957～2017年，2＃、3＃、6＃、 8＃、9＃煤层采空区面积约34.82km2（各煤层叠加后 地表投影面积），煤层重复采动区域面积21.17km2； 小煤矿（窑）破坏区则主要分布在井田东北、东、东 南部煤层埋藏较浅处，形成于20世纪50年代～2009 年之前，分布面积24.77km2（各煤层采动、破坏区叠 加后地表投影面积）。 官地煤矿采空区与小窑破坏 区重叠区域面积8.73km2。 2.1官地煤矿采空区及采空积水情况 官地煤矿采空区主要分布在井田中部-东北 部，1958～2017年开采2＃、3＃、6＃、8＃、9＃煤层，现已形 成采空区分布面积约34.82km2（占井田面积的 33.32），重复采动区域面积约21.17km2。 （1）2＃煤层 2＃煤层采高2.24～4.60m，目前2＃煤层已形成 的采空区面积约16.33km2， 主要分布在井田中部- 东北部，形成时间1958～2016年，2＃煤层已回采工 作面有121个，回采工作面宽度50～220m，长度介 于140～1200m之间。 根据矿方提供的采空区积水台账、隐蔽致灾地 质报告等资料，推测2＃煤层121个工作面采空区可 能存在采空积水区28处，采空区积水大体平行煤层 底板等高线，主要分布在密闭的采掘工作面低洼 处，推测积水量约38863m3。 （2）3＃煤层 3＃煤层采空区主要分布在井田中部-东北部， 采空区面积7.0km2，形成时间1957～2016年，采高 2.99～4.17m，已回采的工作面有65个，回采工作 面宽度一般50～240m，长度介于100～1090m之间。 现推测3＃煤层65个工作面采空区可能存在积 水区10处，采空区积水区大体平行煤层底板等高线 分布在密闭的采掘工作面低洼处， 推测积水量约 8811m3。 （3）6＃煤层 6＃煤层采空区主要分布在井田东北部，形成的 采空区面积16.25km2，形成时间1960～2017年，采 高1.35～3.61m，已回采的工作面有132个，回采工 作面宽度一般40～400m，长度介于100～950m之间。 现推测6＃煤层132个工作面采空区可能存在积 水区15处，采空区积水大体平行煤层底板等高线分 布在密闭的采掘工作面低洼处， 推测积水量约 28237m3。 （4）8＃煤层 8＃煤层采空区主要分布在井田东北部，形成的 95 江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 采空区面积8.07km2，形成时间1972～2016年，采高 1.30～6.60m，已回采的工作面有92个，回采工作 面宽度一般20～250m，长度介于50～1370m之间。 现推测8＃煤层92个工作面采空区可能存在积 水区46处，采空区积水大体平行煤层底板等高线分 布在密闭的采掘工作面中的低洼处，推测积水量约 416768m3。 （5）9＃煤层 9＃煤层采空区主要分布在井田东北部，已形成 的采空区面积1.51km2，形成时间1983～2017年，采 高3.05～5.81m，已回采的工作面有27个，回采工 作面宽度一般60～225m，长度介于110～1100m之 间。 现推测9＃煤层27个工作面采空区可能存在积 水区26处，采空区积水大体平行煤层底板等高线分 布在密闭的采 掘工作面低洼处，推 测 积 水 量 约 33268m3。 2.2小煤矿（窑）破坏区及其采空积水情况 井田内小煤矿（窑）共计105个，形成时间相对 较早，现小煤矿（窑）破坏区形成时间、分布位置、形 态不明确，这是本次物探、钻探工程验证的重点区 域。 从矿区采掘资料来看，井田内小煤矿（窑）破坏 区 分 布 面 积 约24.77km2， 约 占 井 田 总 面 积 的 23.70，该区域2＃、3＃、6＃、8＃、9＃煤层都有不同程度 的破坏。 现推测小煤矿（窑）破坏区2＃煤层可能存在 2处采空积水区，分别分布在井田东南部原古风煤 矿、黄冶煤矿煤层破坏区，推测积水量约57539m3； 推测3＃煤层可能存在1处采空积水区，主要分布在 井田北部原神北煤矿煤层破坏区，推测积水量约 6191m3；6＃煤层未圈定采空积水区；推测8＃煤层可 能存在2处采空积水区，分别分布在井田东部原昌 盛煤矿、井田北部原新牛南煤矿，推测积水量约 10854m3；9＃煤层未圈定采空积水区。 根据山西焦煤集团有限责任公司官地煤矿矿 山地质环境专项调查项目物探工程成果报告，物 探工程在物探测点放样之后采取活性炭测氡、瞬变 电磁法、 直流激电测深等3种手段进行调查区采空 区、小煤矿（窑）破坏区及其积水情况的调查［5］。 3.1物探工程布置 以100m20m（线距点距）的测网密度布设 活性炭测氡总面积为58.8km2，共形成测线157条、 测点29349个，勘探区基本分布矿区中部及东南边 界沿线范围；瞬变电磁法同样以100m20m的测 网密度布设于矿区南部行政区属晋源区杏坪村-西 里上-柴庄一带，40条测线共计2106个测点，控制面 积4.0km2；直流激电测深点共103个，在瞬变电磁测 区内共布设9条剖面线，物探工程实际材料见图3。 图3物探工程实际材料 3.2物探综合成果 综合以上方法测得结果分析，配合直流电测深 法对积水异常区的验证结果，在井田内共圈定了6 处采空异常（编号R1、R2、R3、R4、R5、R6），见图4，推 断为采空异常，其为23＃、6＃、89＃煤层相应位置采空 的平面综合反应，采空异常区总面积约38.17km2，推 断这些采空异常区为官地煤矿采空区和小窑破坏 区采空综合反应，约占官地煤矿采空、破坏分布区 面积的75.05。 鉴于该方法受干扰较小的特性，推 断解释的6处采空异常可靠性均较高；圈定了1处采 空积水异常（编号G）。 由图4可知，全区推断采空异常6处中R1采空异 常区位于测区北中部，分布范围较大，面积约为 33.45km2，推断主要为官地矿本矿开采各煤层形成 采空综合反应；R2采空异常区，位于测区东部，分布 范围较小，面积为0.09km2，推断为小窑开采形成采 空综合反应；R3采空异常区位于测区东部，分布范 围较小，面积为0.34km2，推断为小窑开采形成采空 综合反应；R4采空异常区位于测区南部，分布范围 较大，面积为3.52km2，推断为小窑开采形成采空综 合反应；R5采空异常区位于测区南部，分布范围较 小，面积为0.47km2，推断为小窑开采形成采空综合 反应；R6采空异常区位于测区南部，分布范围较小， 面积为0.30km2， 推断为小窑开采形成采空综合反 应。测区推断的采空积水区1处（编号G）位于测区南部 96 江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 的R4采空异常区内，分布范围较小，面积为0.12km2， 推断为小窑开采89＃煤层形成采空积水的反应。 图4物探综合成果 表1物探综合推断采空区统计 表2物探综合推断采空积水区统计 4.1钻孔布置 本次钻探工程部署在物探工程圈定的采空异 常区和积水区，并选择与人居环境及煤矿生产相关 的异常区和积水区，进行采空验证。 图5钻孔分布 4.2钻探工程验证物探采空区及采空积水情况 本次布置的7个验证钻孔中，3个钻孔验证无采 空区、4个钻孔验证存在采空区，所有钻孔均未钻至 采空积水区。 （1）YZ-2、YZ-5、YZ-7这3个钻孔全孔浆液消耗 量偏大，验证无采空区。其中YZ-2、YZ-7钻孔位于井 田东部物探工程采空异常R1区内，验证该采空异常 区无采空区分布；YZ-5钻孔位于井田东南部物探采 空异常空白区，验证无采空区分布，见图4。 （2）YZ-1、YZ-3、YZ-4、YZ-6这4个钻孔所取岩 芯破碎、泥浆全漏、消耗量为全泵量，出现突然发生 掉钻、埋钻情况甚至无法取芯等现象，推测为8＃煤 层采空区。 其中YZ-1、YZ-4、YZ-6钻孔分别位于井 田东部、东南部物探采空异常R1、R3、R4区内，验证 该采空异常为采空区（推测为8＃煤层采空区）；通过 YZ-3钻孔验证，该区为采空区，见图6。 图6物探综合成果与验证钻孔相对位置分布 序号采空区编号 采空区 面积，km2 性质可靠性评价 1R133.45推断采空区较高 2R20.09推断采空区较高 3R30.34推断采空区较高 4R43.52推断采空区较高 5R50.47推断采空区较高 6R60.30推断采空区较高 合计38.17 煤层积水区编号 采空积水区 面积，km2 性质可靠性评价 89mK0.12推断采空积水一般 （下转101页） 97 江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 此次采空区及采空区积水调查结果，为官地矿 现有的地质环境破坏程度分析提供了重要的理论 依据，为下阶段的矿井采掘提供指导意义。 通过矿方提供资料分析得到，已形成采空区和 小煤矿（窑）破坏区分布面积约50.86km2（占井田总 面积的48.67），其中小煤矿（窑）破坏区分布面积 约24.77km2，官地煤矿采空区面积约34.82km2，官 地煤矿采空区与小窑破坏区重叠区域面积8.73km2。 物探工程在井田内共圈定了6处采空异常，采 空异常区总面积约38.17km2，推断为官地煤矿本 矿采空区和小窑破坏区的采空综合反应，圈定了1 处采空积水异常。 本次钻探工程布置7个钻孔对物 探采空异常区进行验证，其中3个钻孔验证无采空 区、4个钻孔验证存在采空区，所有钻孔均未钻至采 空积水区。 参考文献 ［1］ 凡波.物探方法和钻探方法相结合在工程地质勘查 中的效果分析应用［J］.智能城市,2019,5961-62. ［2］ 姜文富.章丘市某厂房采空区物探和钻探综合探查 ［J］.土工基础,2017,313364-368. ［3］ 渠磊.综合探测采空区积水在斜沟煤矿掘进中的应 用［J］.山西焦煤科技,2016,40519-21. ［4］ 耿志勇.物探技术在煤矿采空区的应用［J］.能源技术 与管理,2014,396169-170. ［5］ 张俊英,王翰锋,张彬,等.煤矿采空区勘查与安全隐患 综合治理技术［J］.煤炭科学技术,2013,411076-80. 作者简介张瑜（1983-）,女,河北石家人，本科学历，中 级工程师，研究方向煤矿地质。 收稿日期2019-11-04编 辑周华 原煤可达最佳脱硫效果。 综合以上分析，该原煤在入洗粒度为50mm时， 在保证产品质量合格的前提下，原煤可选性较差， 洗后产品硫分预计在1.31以上。 为了改善原煤可 选性，同时尽可能达到脱硫效果，拟对准备车间处 理过的原煤进行分级后的二次破碎，即13mm原煤 经二次破碎后与-13mm原煤混合入洗，仍采用重介 旋流器分选， 分选密度控制在1.5～1.6g/cm3范围 内。 煤泥仍去浮选，浮选指标根据重选产品指标适 当浮动，保证最终产品指标符合客户需求。 1）原煤中同时存在有机硫和无机硫，其中无机 硫主要赋存于高密度级的矸石中。 2）由于无机硫在较低密度级的矸石中赋存量 少于高密度级矸石，而这部分矸石硬度较低，易于 泥化，因此破碎处理会使煤泥中较低密度级矸石含 量增加，这在一定程度上可降低浮选精煤的硫分。 3）为避免全级破碎造成煤泥量剧增，应采用先 分级后破碎的方式，有针对性地对大颗粒物料进行 破碎。 4）当采用13mm分级破碎后，原煤在分选密度 为1.5～1.6g/cm3范围内时可选性较好，此时可在 满足产品灰分要求的情况下获得最低的产品硫分， 产品硫分最低为1.27。 参考文献 ［1］ 刘荣芝.浅析西山煤电不同煤层硫分分布特征［J］.山 西焦煤科技,2019,43915-19. ［2］ 刘少林,孔娇,申岩峰,等.高有机硫炼焦煤分选组分 中硫的赋存形态及其热变迁行为研究［J］.燃料化学学 报,2019,478915-924. ［3］ 刘学敏,刘晓慧.煤炭洗选脱硫研究［J］.科技与企业, 201517187. ［4］ 邹碧海,石晨飞,谯自强,等.煤的燃前脱硫技术发展趋 势研究［J］.产业与科技论坛,2018,171848-50. ［5］ 许宁，陶秀祥.高硫炼焦煤中硫元素赋存形态的 XANES分析［J］.云南化工，2018，45（2）92-93. ［6］ 葛现玉.干法选煤在煤炭脱硫技术中的应用［J］.煤质 技术,2019,34165-68. ［7］ 陈亚光.马兰选煤厂中煤破碎精选工艺研究［D］.中国 矿业大学,2017. ［8］ 杨明.陈四楼选煤厂选煤工艺合理性探讨［J］.煤炭 加工与综合利用,20171146-48. ［9］ 师文虎,杜焕铜.腾庆选煤厂特殊极难选煤分选工艺优 化［J］.选煤技术,2016285-89. 作者简介王旺楠（1985-），女，山西运城人，2011年毕业于 中北大学化学工程与工艺专业，本科学历，选煤工程师。 收稿日期2019-11-15编 辑陈宝 （上接97页） 101