斜溝煤礦13號煤層帶壓開采研究及奧灰水防治措施

汪志新

（山西西山晉興能源有限責任公司，山西 太原 030053）

1 13號煤層的概況

13號煤層是斜溝煤礦主要可采煤層之一，位于太原組，煤層厚度5.95～16.68 m，平均13.88 m；底板標高為260～940 m。頂板為砂質(zhì)泥巖和泥巖，老頂為中粗粒砂巖，常見炭質(zhì)泥巖偽頂；底板巖性為泥巖和砂質(zhì)泥巖，有時為粉砂巖或泥灰?guī)r，普遍存在著炭質(zhì)泥巖偽底。井田內(nèi)構(gòu)造簡單，總體走向近南北，傾向西的單斜構(gòu)造，地層傾角小于15°，一般為9～12°；井田內(nèi)沒有巖漿巖侵入，地表和鉆探中也未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造和陷落柱，僅在井田東南部發(fā)現(xiàn)有寬緩狀小褶曲，地表常見滑坡現(xiàn)象。

2 13號煤層底板的充水條件分析

2.1 13號煤層底板主要充水水源

13號煤層底板主要充水水源是奧灰?guī)r溶水，構(gòu)成了13號煤底板相對較強的含水結(jié)構(gòu)體。

1）峰峰組含水性分析：分析井田內(nèi)0403、0702、2403號水文鉆孔對峰峰組抽水試驗資料，水文鉆孔單位涌水量分別為0.001 1 L/（s·m）、0.004 8 L/（s·m）、0.004 4 L/（s·m），均小于0.1 L/（s·m），且根據(jù)室內(nèi)外相關(guān)試驗及測試等手段分析，峰峰組巖溶裂隙不甚發(fā)育，泥質(zhì)充填或半充填，由此可見峰峰組屬于弱含水層。

2）上馬家溝組含水性分析：分析井田內(nèi)水文鉆孔對上馬家溝組含水層抽水試驗資料，單位涌水量均大于1 L/（s·m），0204及0403水文孔單位涌水量大于5 L/（s·m），上馬家溝組富水性屬于強到極強含水層，如表1所示。

表1 上馬家溝組抽水試驗表

2.2 13號煤層底板的充水通道

奧灰?guī)r溶水能否進入13號煤層，主要取決于13號煤層及其圍巖的埋藏條件，以及孔隙、裂隙、巖溶的發(fā)育、連通程度等；特別是在13號煤層帶壓開采的情況下，奧灰?guī)r溶水能否造成重大突水和淹井事故，主要取決于13號煤層底板是否存在地質(zhì)構(gòu)造破壞，溝通了13號煤層與奧灰水之間的水力聯(lián)系等。對13號煤層底板而言，斜溝煤礦目前開采尚未發(fā)現(xiàn)導(dǎo)水斷層、構(gòu)造構(gòu)造破壞帶巖溶陷落柱等主要充水通道。

2.3 13號煤層的充水強度

13號煤層開采主要受頂?shù)装迳皫r裂隙水、奧灰水、上覆8號煤層采空區(qū)積水的影響，目前礦井涌水組成主要為頂板砂巖裂隙水和部分采空積水。經(jīng)過多年采掘煤層頂板冒落后，頂板砂巖裂隙水已基本得到自然疏放，一般不會對礦井造成太大影響。根據(jù)礦井排水系統(tǒng)分析，目前礦井排水能力能夠滿足相關(guān)規(guī)程排水要求。

3 13號煤層底板帶壓開采的危險性研究

根據(jù)鉆孔資料，太原組含水層至奧陶系峰峰組頂面的距離為78.55～96.55m，平均86.89m。砂質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂巖、鋁質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖累計厚度38.8～85.5 m，平均64.76 m，結(jié)構(gòu)為泥質(zhì)巖類與砂巖相互疊置，而且13號煤層底板巖性多為泥巖、砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖，泥質(zhì)巖類占有相當大的比例，結(jié)構(gòu)致密、堅硬，巖石較為完整，裂隙不發(fā)育，峰峰組含水層屬弱含水層，具有一定的隔水性能。所以，峰峰組弱含水層對13號煤層開采影響較小，發(fā)生突水危險的可能性較小。

上馬家溝組含水層單位涌水量均大于1L/（s·m），其富水性為強到極強，而且大部分13號煤層底板標高低于奧灰?guī)r溶水位標高，所以13號煤層屬于帶壓開采煤層，有必要評價其危險性。按照《煤礦防治水規(guī)定》要求，采用“突水系數(shù)法”對13號煤層帶壓開采進行計算的公式為：

式中:Ts為突水系數(shù)，MPa/m；P為煤層底板隔水層承受水壓，MPa；M為底板隔水層厚度，m。

根據(jù)式（1）斜溝井田內(nèi)各水文鉆孔處13號煤層受奧灰?guī)r溶水威脅的程度，如表2所示。

從表2看出，井田內(nèi)最大突水系數(shù)為0.147 MPa/m，根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》底板受構(gòu)造破壞地段一般不大于0.06 MPa/m，正常塊段不大于0.1 MPa/m，可將斜溝井田分為四個區(qū)：東部非帶壓開采區(qū)，中部帶壓開采安全區(qū)、完整塊段突水安全區(qū)，西部帶壓開采突水危險區(qū)。據(jù)此初步認定：斜溝煤礦開采中東部13號煤層時，在有導(dǎo)水構(gòu)造存在的情況下，存在奧灰?guī)r溶突水的可能性；開采中西部13號煤層時，突水的危險性較大，且越靠西部邊界突水的危險性越大。

表2 13號煤層突水系數(shù)估算成果表

4 13號煤層底板奧灰水的防治措施

13號煤層生產(chǎn)中，應(yīng)對13號煤層底板加大物探力度，采用鉆探和坑道無線電波透視等綜合物探手段，加強垂向?qū)畼?gòu)造的探查，有效查明13號煤層底板是否有導(dǎo)水斷層、構(gòu)造破碎帶、巖溶陷落柱等充水通道；在有垂向?qū)畼?gòu)造的地段，應(yīng)預(yù)先處理或留設(shè)必要的防水煤柱，建議在生產(chǎn)中時刻關(guān)注工作面情況、涌水量變化、奧灰水位變化；一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，必須采取相應(yīng)措施阻止13號煤層底板突水的可能性，真正做到“預(yù)測預(yù)報、有疑必探、先探后掘、先治后采”。

[1]GB12719-91,礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，1991.

[2]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦防治水規(guī)定[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

[3]馬丕武，王海建，賈麗春，等.山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦水文地質(zhì)勘探報告[R].太原：山西省第三地質(zhì)工程勘察院，2012：117-134.