(四)、岩溶地下水
井田内岩溶水主要含水层是奥陶系下马家沟组灰岩,岩溶水水位标高1090-1100m,高于22号煤层底板1050-1120m,部分高于19号煤层底板等高1080-1170m。煤层属于带压开采,矿区内断层发育,断裂带形成导水通道,易发生突水事故。因此在生产过程中需留设足够保安煤柱,以防发生突水事故。
(五)构造对煤层开采的影响
矿区内发现7条断层,在中南部有三条近东西向的正断层,使井田构成了地垒、地堑构造格局。
断层势必成为地下水和地表水的导水通道,尤其是在地堑构造位置,煤层底板标高低于岩溶水水位标高60多米,一旦断层形成导水通道,就会使地表水或岩溶水涌入矿井,造成危害,因此一定要加强对断层的发现和研究。在发现的断层两侧,及陷落柱周围必须要留足保安煤墙,以防断层导水,造成危害。
3、采空区分布范围及积水情况
根据计算结果19号煤采空区水影响下部煤层开采,采空积水对下部煤层开采影响较大。
根据《煤炭安全手册》第五篇矿井防治水中的采空积水估算公式计算了19号煤层采空区积水量。计算公式:
Q采=(K·M·F)/COSα(m3) 其中:Q采—各积水区总积水量(m3)
K—采空区的充水系数,一般采用0.25-0.50 M—采空区的平均采高或煤厚(m) F—采空区积水的投影面积(m2)
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α—煤层倾角(°)
则:16、 19号煤层采空区积水量为202359m3(采空区的充水系数采用0.4,16号煤平均采高2.00m,19号煤平均采高4.00m):
采空区积水量统计表
采空区名称 19号煤1号采空区 19号煤2号采空区 19号煤3号采空区 16号煤采空区 总计 积水区面积(m2) 39284 37906 37667 23043 137900 采空区积水量(m3) 63008 60650 60267 18434 202359 积水原因 低于连接巷道的采空区,其内积水受阻挡而形成积水 低于连接巷道的采空区,其内积水受阻挡而形成积水 低于连接巷道的采空区,其内积水受阻挡而形成积水 低于连接巷道的采空区,其内积水受阻挡而形成积水 井田南部相邻的水磨湾煤矿在其北部经调查有二处采空积水区,其中一处采空区积水量为1000 m3,该积水区距本矿矿界仅40 m;另一处采空区积水量为2000 m3,该积水区距本矿矿界200 m.。这二处采空积水区均位于本矿区19号煤层的上山部位,在开采南部煤层时应引起重视。
采空区积水对煤矿开采有较大影响,在开采过程中应加以重视。 4、导水裂隙带水
井田内16、19号煤层已部分采空,16、19号煤采空积水对下部22号、25号煤层开采影响。采用《煤矿防治水规定》中的厚煤层分层开采的导水裂隙带最大高度计算公式:
Hli=30√(∑M)+10
式中: Hli— 导水裂隙带高度(m); ∑M— 累计采厚(m);
根据计算22号煤导水裂隙带高度为94米。25号煤导水裂隙带高度为77米。
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冒落带的计算公式: h=m/[(k-1)cosα] 式中:h——冒落带的高度,m
α——煤层倾角,度 m——采出煤层厚度,m k——岩石碎胀系数。 K=1.5,
22号煤平均厚度为8.27m,倾角为4度,冒落带高度为16.58m。
25号煤平均厚度为6.78m,倾角为4度,冒落带高度为13.59m。 5、水文地质类型
根据矿井水文地质条件分析,山西组19号煤层,太原组22号、25号煤层,其直接充水含水层为砂岩裂隙含水层,该含水层补给来源少,钻孔单位涌水量小于0.1L/s·m,据调查本矿目前开采19号煤矿井涌水量正常为150m3/d,属于矿井涌水量小的矿井,采掘工作面不受水害影响,防治水工作简单,但目前19号煤已部分采空,且局部存有积水。奥陶系岩溶水是其间接充水含水层。矿区大部分为带压开采区,矿区内张性断层发育,在深部煤层开采时具有突水的可能。根据2009年《煤矿防治水规定》确定本区水文地质条件中等的矿井。 1.1.4 奥水突水危险性分析
25号煤层最低底板标高为1025m,低于奥灰水水位标高1090m,属岩溶水带压开采煤层,为了评价其带压开采的可能性,我们计算了开采25号煤层时的岩溶水突水系数。
计算公式选用国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局发布的《煤矿防治水规定》中确定的计算公式:
T=P/m
式中:T—突水系数(MPa/m)
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P—水头压力(MPa) m—隔水层厚度(m)
25号煤层以下的隔水层厚度用本溪组平均厚度31.86m,岩溶水水头差为106m计,对25号煤层底板压力为1.075Mpa。
经计算25号煤层最低点的突水系数为0.034MPa/m,小于岩层完整块段突水系数临界值0.10MPa/m,属岩层完整块段安全区,在没有断层导水的情况下,一般不会发生岩溶水突水问题。
22号煤层以下的隔水层厚度用本溪组平均厚度31.86m,岩溶水水头差为81m计,对25号煤层底板压力为2.542Mpa。
经计算22号煤层最低点的突水系数为0.025MPa/m,小于岩层完整块段突水系数临界值0.10MPa/m,属岩层完整块段安全区,在没有断层导水的情况下,一般不会发生岩溶水突水问题。
19号煤层以下的隔水层厚度用本溪组平均厚度31.86m,岩溶水水头差为47m计,对25号煤层底板压力为1.475Mpa。
经计算19号煤层最低点的突水系数为0.015MPa/m,小于岩层完整块段突水系数临界值0.10MPa/m,属岩层完整块段安全区,在没有断层导水的情况下,一般不会发生岩溶水突水问题。
应当注意的是本区断层构造发育,多数为张性断层,当构造导通岩溶水含水层时,形成水利通道,岩溶水突水的可能性更大,因此应引起业主重视。 1.1.5 矿井涌水量
山西煤炭运销集团簸箕掌煤业有限责任公司(重组前为山西省左云县簸箕掌煤矿)为单独保留矿井,批准开采16、19、22、25号煤层,井田面积6.3708km2,矿井能力由30万t/a提升到120万t/a。原矿
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井涌水量为150m3/d。
山西煤炭运销集团簸箕掌煤业有限责任公司西部为小峪煤矿,开采能力为 120万t/a,正常涌水量为1200m3/d。吨煤含水系数为0.3 (每年300天)。
1、矿井涌水量预算
本矿16、19号煤层已开采,下步将设计开采下组22号和25号煤层,因此计算方法选用了“大井”疏干法和比拟法两种方法。
①、参数的选择
本次工作施工的ZK4-5水文孔对19号煤底板上含水层和25号煤底上板含水层分别做了分层抽水试验,因此本次计算选用该获得的水文地质参数,用储量计算面积代替坑道系统面积,计算了开采16、19号和22、25号煤层的最大矿井涌水量,应用工作面长100m,走向长1000m的采区面积,计算了一个采区的矿井涌水量。
2、矿井涌水量计算
矿井涌水量采用“大井”疏干法进行了计算,计算公式选用承压转无压公式:
Q =1.366K(2HM- M2-h02)/ (lgR0-lgr0) 式中:Q:预计矿井涌水量(m3/d) K:渗透系数(m/d)
H:含水层(煤层)底板以上水头高度 (m) M:含水层厚度(m)
h0:“大井”水头高度,疏干后h0=0(m) R0:“大井”影响半径,R0=R+r0(m) R:引用影响半径用R=10S√K 求得
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