煤矿采空区与火烧区地质环境恢复治理毕业论文(3)

2019-03-22 22:28

岭从地势较高的梁峁顶部及斜坡向沟源、谷坡边岸、沟谷中心运动,在谷坡下部和底部以下降泉形式排泄。

碎屑岩裂隙孔隙含水层,区内沟谷基岩裸露面积较大,基岩风化裂隙发育,局部地段覆盖松散层厚度很薄,这种条件不仅为潜水的补给创造了良好的条件,也为大气降水、地表水和潜水顺层补给承压水创造了条件。该层潜水在裸露区接受地表水、大气降水补给,在覆盖区接受上部潜水的补给,由于风化带含水层的潜水运移状况受地形控制,主要排泄于深切的沟谷底部河流中。在崔家沟内承压水由北东向南西顺层径流,其排泄方式为承压顶板被沟谷切穿而混入潜水或形成水泉。因岩层孔隙度大,主要直接充水含水层为各煤层顶板砂岩裂隙水,据水文孔抽水资料,矿区内没有流量大于1L/s水泉,说明本区富水性极弱,地下水补给条件差,水文地质条件简单。同时,主要矿体位于当地侵蚀基准面以上,地形有利于自然排水。

(3)矿床充水因素分析

依据本区水文地质条件及煤层上覆基岩结构类型,矿井充水方式可分为直接充水和间接充水两种,它们均具有一定的充水水源和充水途径。

大气降水是地下水及地表水的补给来源,矿床充水都直接或间接与大气降水有关。区内多年平均降水447.12mm,且多集中在7~9月份,占全年降水量的55.5%,最大日降水量819.1mm。据小窑调查,矿井涌水量随季节有不同的变化,其一般滞后半天至一天时间,故大气降水为矿井充水的间接水源。

区内地表水体主要是大西沟河水,尤其是沟谷区段,矿层开釆后的沟谷区成为冒裂贯通的严重地段,丰水期沟流水将沿裂缝溃入采空区,易造成淹井事故。局部地段导水裂隙带与风化裂隙带沟通,地表水通过风化裂隙带进入矿坑,成为间接充水水源。

区内地下水极不丰富,煤系地层含水层是煤层的直接充水含水层,侵蚀基准面以上煤层顶板砂岩含水层,水量小,富水性弱,开采易于排水。当煤层开采过程中,冒落带及导水裂隙带与风化裂隙潜水沟通时,使其成为直接(或间接)充水水源。

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据生产及废弃的小窑调查显示,煤层顶板岩性以粉砂岩、细粒砂岩为主,其次为泥岩,裂隙不发育,其含水量较为贫乏,矿井涌水量较小。对众多小窑调查矿坑涌水量一般15~50m3/d,各小窑没有发生突水事故,因此煤层剥挖过程中不会对剥挖工作面及生产人员造成威胁,剥挖过程中只需布设临时排水设备。

2.2.7工程地质特征

根据岩土体工程地质特征,可将整治区区内岩土体分为四大类七个岩组,如表所示。现分述如下:

表2-3 岩土体工程地质分类表

工程地 岩性及组合特征 质分类 松散沙层组 土质岩类 土层组 广布全区,包括黄土和红土 侵蚀基准面之上5—2煤层自燃形成的烧变岩, 烧变岩类 烧变岩组 蜿蜒锯齿状分布于煤矿西部谷坡。 碎裂结构 风化岩组 软弱岩类 煤岩组 可采煤层及不可采煤层 层状结构 半坚硬岩类 砂、泥岩互层岩组 煤层直接顶板和直接底板 基岩顶部5?30m 分布于梁峁区和河谷阶地区,风积,冲积成因 散体结构 空间分布 岩体结构 11

砂岩组 (1)松散沙层组

煤层基本顶及延安组各段中部 块状结构 分布于矿区低洼沟谷部位,大西沟、崔家沟沟谷中,厚度小,范围小,孔隙率大,承载力低,稳定性差。 (2)土层组

包括第四系中、上更新统离石组、新近系上新统静乐组。区内黄土受水流侵蚀作用,梁峁区冲沟发育,坡陡谷深,地形支离破碎,谷坡多见坍塌形成陡坎,沟头可见潜蚀现象。据区内施工资料,塑限19.3%,液限33.2%,天然含水率29.5%,液性指数0.76,为粉土或粉质粘土。黄土孔隙比大,结构疏松,垂直节理发育,一般多不具湿陷性,但易被地表水流冲蚀而引起坍塌,浸水易失稳。

红土层分布于黄土下部,多出露于沟谷、谷坡一带,钻孔揭露厚度10.3~4.9m,一般厚32m左右,较致密,可塑性强于黄土,承载力低,稳定性差。加之弱面,分布于边坡地段时易发生变形。据有关资料,红土渗透系数仅4.47×10-3cm/s,孔隙率6.0%,隔水能力强。 (3)烧变岩组

包括不同烧变程度的砂岩、粉砂岩、泥岩等,蜿蜒锯齿状断续分布于煤矿西部沟谷~两侧,一般自燃深度20~50m。煤层自燃后,引起的破碎带和裂隙密集带厚度一般达10~30m。发育的张性裂隙纵横交错,由片状、块状、渣状等烧变岩块共同组成的烧变岩体。岩块之间无粘结力,岩石质量极劣,稳定性很差,单块岩体具有较好的力学强度,随烧变程度的不同,岩体的工程地质性质亦有所差异,据邻区资料,岩石烧变后容重减少,比重增大,孔隙率增加,熔融岩的抗压、抗剪强度增大,烧变较严重的岩石抗压、抗拉、抗剪强度减小。 (4)风化岩组

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据钻孔统计风化岩组厚度5.4~25.5m,平均厚度11.3m,由上到下风化程度逐渐减弱,强风化带原岩结构破坏,疏松破碎,孔隙率大,含水率高,粘土矿物含量逐渐增加,在岩体结构面中富集粘土矿物形成软弱夹层,对岩体的强度和破坏具有控制作用。遇水易膨胀,多数岩石遇水短时间内全部崩解或沿裂隙离析,岩体完整性差。 (5)煤岩组

5-2煤层平均饱和抗压强度为4.03MPa,平均干燥抗压强度为14.32MPa,软化系数0.28,平均饱和抗拉强度为0.77MPa。 (6)粉砂岩、泥岩及互层岩组

本岩组是煤系地层的主要岩组,与煤层开采有直接关系,由粉砂岩、泥岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩及薄煤层等组成,多出现于煤层顶底板。岩石含有较高的粘土矿物和有机质,发育较多的水平层理、小型交错层理、节理裂隙等结构面。干燥状态下单轴抗压强度为16.01~88.50MPa,平均值为47.63MPa,饱和抗压强度5.78~47.51MPa,平均值为26.28MPa,属半坚硬岩石。浸水或长时间暴露于空气中岩石多沿层理方向离析成薄片,软化系数平均值0.57,表现出稳定性较差的特点。RQD值平均为54.4%,岩石质量中等,岩体质量中等完整。 (7)砂岩组

本岩组以中、细粒砂岩为主,次为粗粒砂岩,多形成煤层的老顶或老底。原生结构面一般有块状层理、大型板状交错层理,单层厚度大,构造结构面不发育。饱和抗压强度为4.24~47.94MPa,平均28.46MPa,软化系数0.43~0.76。RQD平均值89%,岩石质量优,岩体较完整,为区内稳定性较好的岩组。

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第三章 矿区基本情况及治理的必要性

3.1矿区开采历史

通过调查和现场问询,1和2号治理区各存在1处小煤窑开采5-2煤,生产技术落后,设备简单,开采方式大多为人工刻槽打眼放炮取块煤为主,小四轮拖拉机出煤,露天堆放,一般均为全层开釆。工作面宽度一般6m左右,安全煤柱一般5m左右,采高1.5~2m,小煤窑为10余年内非法开釆所形成,开采深度一般在30m以上,现已被当地政府依法关闭(爆破封口)。

3.2矿区采空区和自燃火烧区现状

1号治理区范围内主要可采煤层为5-2煤层,埋藏深度最深约50m,最浅为20m。煤层底板标高为+1128~+1150m。可采厚度为2.0~2.2m,平均厚度2.1m,煤层厚度变化不大,规律性明显,结构简单,不含夹矸,属稳定型、易自燃煤层。

2号治理区范围内主要可采煤层为5-2煤层,埋藏深度最深约为50m,最浅约为10m。埋藏煤层底板标高为+1130~+1155m。可采厚度为1.5~1.7m,平均厚度1.5m,煤层厚度变化不大,规律性明显,结构简单,不含夹矸,属稳定型、易自燃煤层。

3.2.1采空区分布范围

大路峁煤矿自上世纪90年代进行开釆,目前已经形成多处大范围的采空区,其中在1号和2号治理区内各存在1处釆空塌陷区。

根据现场调查,1号治理区范围的西侧有小煤窑1处,采空区面积为2043m2。在治理区范围的中部有采空塌陷1处,釆空面积为65326.92m2,现场调查发现地表出现地面沉陷及地裂缝等现象。2号治理区范围的北部有小煤窑1处,采空区面积为9016m2。在治理区范围的中部有采空塌陷1处,采空面积为35.47万m2,现场调查发现地表出现地面沉陷及地裂缝等现象。


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