张家峁矿区煤矿水文地质特征及冒裂安全性分区研究.pdf

煤炭与化工 Co a l a n d Ch emica l In d ust r y 第43卷第6期 2020年6月 Vo l .43 No .6 Jun . 2020 地测与水害防治 张家询矿区煤矿水文地质特征及冒裂安全性分区研究 高小青 河北煤炭科学研究院有限公司，河北邢台054000 摘要通过对张家册煤矿充水水源、充水通道、充水强度等水文地质特征进行分析，确定 了上覆基岩裂隙承压水和延安组砂岩裂隙水为主要充水水源，采煤导水裂缝带为主要突水通 道。基于对各煤层采煤裂缝带高度值计算结果，对各煤层顶板冒裂安全性进行分区预测，结 果表明，3号煤层大部分为冒裂不安全区，4号、5号煤层开采区域全部为冒裂不安全区。 关键词水文地质特征；裂缝带；安全性预测；防治水 中图分类号TD745 文献标识码B 文章编号2095-5979 2020 06-0069-03 Study on hydrogeological characteristics and risk fracture safety zoning in Zhangjiamao Mine Ga o Xia o qin g Hebei Coal Science Research Inst it ut e, Xingt ai 054000, China Abst r a ct By a n a l yzin g t h e h yd r o g eo l o g ica l ch a r a ct er ist ics o f wa t er -fil l in g so ur ces, wa t ei-fil l in g ch a n n el s, a n d wa t erfil l in g in t en sit y in t h e Zh a n g jia ma o Min e, it wa s d et er min ed t h a t t h e o ver l yin g bed r o ck fr a ct ur e bea r in g wa t er a n d sa n d st o n e fr a ct ur e wa t er o f Ya n *a n g r o up wer e t h e ma in wa t erfil l in g so ur ces, a n d t h e co a l min in g g uid e fr a ct ur e zo n e wa s t h e ma in pr o t r ud in g wa t er ch a n n el . Ba sed o n t h e ca l cul a t io n r esul t s o f t h e h eig h t va l ue o f t h e co a l min in g cr a ck zo n e o f ea ch co a l sea m, t h e pa r t it io n pr ed ict io n o t h e sa fet y o f t h e t o p pl a t e emer g en ce cr a ck o f ea ch co a l sea m wa s ma d e, a n d t h e r esul t s sh o wed t h a t mo st o f No .3 co a l sea m wa s t h e cr a ck un sa fe r eg io n , a n d t h e min in g a r ea s o f No .4 a n d No .5 co a l sea m wer e a l l t h e cr a ck un sa fe r eg io n . Key wo r d s h yd r o g eo l o g ica l ch a r a ct er ist ics; fr a ct ur e zo n e; sa fet y pr ed ict io n ; wa t er co n t r o l 1矿井概况 张家昴煤矿地处鄂尔多斯盆地北缘陕北侏罗纪 煤田神府矿区南端。煤矿总体为一单斜构造，地势 西高东低，断层不发育，构造条件简单。矿井可采 及局部可采煤层共7层，可采煤层总厚度为4.25 24.30 m,平均厚度为11.95 mo主要开采煤层3 层，分别为3、4、5号煤层。矿井开拓方式为一水 平开拓，共划分为2个盘区。矿区内发育1条常年 性河流常家沟河，流量随季节变化。区外发育有考 考乌苏沟河，两河均自西向东，最终流入窟野河。 2水文地质特征分析 2.1矿井充水水源 依据张家昴煤矿水文地质特征及煤层开采实际 涌水等情况分析，矿井的主要补充水源为大气降 水、地表水、含水层水和老空水。 大气降水比较集中，主要在每年的79月， 平均降水量约为305 mm,大气降水通过导通地表 的导水裂缝带直接进入矿井，成为直接充水水源， 也会通过补给含水层的方式，成为矿井间接充水水 源。矿区内地表发育有常年性河流常家沟河，开采 责任编辑张彤 DOI 10.19286/ k i.cci.2020.06.018 作者简介高小青1984,女，河北邯郸人，助理工程师。 引用格式高小青.张家昴矿区煤矿水文地质特征及冒裂安全性分区研究[J].煤炭与化工，2020, 43 6 69-71. 69 2020年第6期 煤炭与化工 第43卷 煤层时会产生导水裂缝带，由于煤层局部上覆岩层 较薄，导水裂缝带可能会导通上覆基岩，造成地表 水体沿裂缝带进入矿井，引发煤矿涌沙、涌水事 故。井田内导水裂缝带高度大于上覆岩石厚度，上 覆基岩裂隙承压水和延安组砂岩裂隙水将成为矿井 宜接充水水源。张家船煤矿内有4个已关闭的小 窑，具体位置不详，是否存在越界开采不明确，因此 老空区积水是矿井开采时需要特别注意的充水水源。 2.2矿井充水通道 煤层开采时形成的导水裂缝带为矿井主要充水 通道。矿井主要开采3、4、5号层，根据上覆岩层 饱和抗压强度选用式（1） 式（3）分别计算各 可采煤层导水裂缝带高度。主要开采煤层上覆岩层 岩性力学参数见表1。 式中为开采煤层累计采厚。 表1主要开采煤层上覆岩层岩性力学参数 Ta bl e 1 Lit h o l o g ica l a n d mech a n ica l pa r a met er s o f t h e o ver l yin g st r a t a o f t h e ma in min in g co a l sea m 煤层上覆岩层岩性 最小值最大值/in 关键层/m 平均值/m 3号 软弱 0.7 25.9 21.9 13.1 4号 中硬 12.73 37.9 33.9 22.5 5号 中硬 11.0-48.5 36.8 29.7 2.2.1 3号煤层导水裂缝带高度及充水强度分析 „ 100M s 3.3n 3.8 5.11 100 Hf -------------------5.6 2 ].6M3.6 式中M为开采煤层厚度；”为煤层分层层数。 10 （3） 3号煤层倾角均小于3。，上覆岩层饱和抗压强度 平均为13.1 MPa ,关键层饱和抗压强度为21.9 MPa , 岩性软弱。根据式（1） 式（3）分别计算3号煤 层导水裂缝带高度，取最大高度值，结果见表2。 3号煤层到2号煤层底板的间距为23.7 - 38.8 mo当开采3号煤层时，导水裂缝带能够导通2号 煤层底板，上覆基岩含水层水成为直接充水水源； 大气降水、地表水以及2号煤层采空区积水也可随 导水裂缝带涌入矿井。矿井涌水量由东向西逐渐增 大,西部矿井涌水量较大，充水强度较强，在开采 时应提前做好防治水措施，防止突水事故发生。 表2 3号煤层导水裂缝带高度 Ta bl e 2 Heig h t o f No . 3 co a l sea m wa t er -co n d uct in g fr a ct ur e zo n e 煤层厚度 /m 煤层埋深/m上覆松散层厚度/m上覆基岩厚度/m 导水裂缝 带高度加平均埋深平均厚度平均厚度 2.35-3.4239.3-180.93.096.02.8-119.040.3-53.1 2.83108.13 4号煤层导水裂缝带高度为 32.4 72.0 m,平均为45.1 m; 5号煤层导水裂缝 带高度为72.6 89.6 m,平均为87.9 m。 （3） 3号煤层西部充水强度较强。4号煤层一 盘区内充水强度相对较弱，局部区域充水强度增 强，由涌沙、涌水可能性存在；二盘区分布范围内 充水强度均相对较强。5号煤层一盘区内总体充水 强度相对较弱；二盘区充水强度较强。 （4） 3号煤层大部分为冒裂不安全区，4号、 5号煤层开采区域全部为冒裂不安全区，局部沟谷 地区存在冒裂不安全通道。 参考文献 [1 ] 段中会榆神府矿区煤矿水害及其防治研究[J ].中国煤田地 质，1998, 33 （5） 101 - 102・ [2] 李文平，叶贵钧，张 莱，等陕北榆神府矿区保水采煤工 程地质条件研究[J]煤炭学报，2000, 25 （5） 449 - 454. [3 ] 滕永海.综放开采导水裂缝带的发育特征与最大高度计寡[J]. 煤炭科学技术，2011, 39（4） 118-120. [4 ] 栾元重,桑春阳.近距煤层开采覆岩导水裂隙带高度观测研 究[J]采矿与安全工程学报，2010 , 27 （1） 139-142. [5] 伊茂森，朱卫兵，李 林，等补连塔煤矿四盘区顶板突水 机理及防治[J]・煤炭学报，2008, 33（3） 241 -245. [6] 马 哲，肖有才矿井涌水量与防治水安全有关的问题[J]. 中国煤炭，2008（3） 33 - 37. [7] 李林神东矿区煤矿水害及防治研究[J ].煤田地质与勘 探，2004, 32 （增刊）128 - 130. [8] 武 强，魏学勇，张 宏，等.开滦东欢坨矿北二盘区冒裂 带高度可视化数值模拟[J]・煤田地质与S探，2002, 30 （5） 41-44. [9] 刘光庆，张文泉，刘伟韬，等矿井顶板水害预测与防治专 家系统[J].中国地质灾害与防治学报，2001, 12 （1） 71 -74. 71