徐莊煤礦16、17煤層底板充水因素分析研究

汪繼學(xué) 尹俊凱 張承斌

（山東泰山地質(zhì)勘查公司，山東 泰安 271000）

徐莊煤礦一水平12煤已基本開采完畢，為延續(xù)礦井生產(chǎn)，現(xiàn)正開拓16、17煤巷道。依據(jù)以往地質(zhì)工作，本礦區(qū)范圍內(nèi)太原組的十二灰、十四灰及奧陶系石灰?guī)r為開采16、17煤層的主要充水含水層。為安全開采16、17煤層，煤礦于2011年8月至2012年5月施工水文補充勘探鉆孔6個，進行簡易放水試驗6次，連通放水試驗2次，現(xiàn)對16、17煤層底板充水因素進行分析研究。

1 礦井充水條件

徐莊井田位于滕縣煤田（北部）的東部，為一從東北向西南略有傾斜的濱湖沖積平原，地面標(biāo)高+48.02～ +56.88m，地形自然坡度約1.8‰。

1.1 含水層

徐莊井田內(nèi)影響16、17煤層開采的含水層主要有石炭～二疊紀太原組石灰?guī)r含水層（十二、十四灰）及奧陶系石灰?guī)r含水層，對各含水層情況敘述如下。

1.1.1 太原組石灰?guī)r含水層

（1）第十二層石灰?guī)r

井田內(nèi)十二灰厚2.56～9.20m，平均5.23m，局部裂隙較發(fā)育，有溶洞，多為泥質(zhì)及方解石充填。根據(jù)本次井上井下注（放）水試驗，該含水層單位涌水量0.0004～0.1363L/(s·m)，滲透系數(shù)0.0053～4.9195m/d，水位標(biāo)高-193.60m，水質(zhì)類型為 SO4-Na·Ca～SO4-Ca·Na 型。十二灰水以靜水量為主且富水性差異較大，富水性弱至中等。

（2）第十四層石灰?guī)r

井田內(nèi)十四灰厚3.08～12.75m，平均8.66m，局部裂隙較發(fā)育，多為方解石充填。根據(jù)本次井上井下注（放）水試驗，含水層單位涌水量0.0001～0.0041L/(s·m)，滲透系數(shù) 0.0053～0.0700m/d，水位標(biāo)高-252.90～ -249.70m，含水層富水性弱且分布不均。水質(zhì)類型為SO4-Na·Ca～SO4-Ca·Na型。

1.1.2 奧陶系石灰?guī)r含水層

巖性為棕色、灰色厚層狀微晶灰?guī)r夾豹皮狀灰?guī)r。根據(jù)本次井上井下抽（放）水試驗，單位涌水量0.00003～0.0860L/(s·m)，水質(zhì)類型為SO4-Na·Ca～SO4-Ca·Na 型，奧灰水位標(biāo)高-122.90～-113.90m，滲透系數(shù)0.0000001～0.1643m/d，含水層富水性弱且分布不均。

1.2 隔水層

主要由17煤層以下巖層和本溪組巖層組成，巖性包括泥巖、粘土巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細粒砂巖和石灰?guī)r。厚度47.60～66.60m，平均52.01m。據(jù)鉆探取芯觀察，巖芯完整，裂隙不發(fā)育，無漏水層位，可視為相對隔水層段，為礦井開采16、17煤層防止奧灰水底鼓的重要隔水層段。

2 底板充水因素分析

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》突水系數(shù)計算公式T=P/M，分析各含水層對16、17煤層開采影響。

式中：

T-突水系數(shù)，MPa/m；

P-底板隔水層承受的水頭壓力，MPa；

M-底板隔水層厚度，m。

2.1 奧灰充水分析

采用奧灰各鉆孔放水試驗的數(shù)據(jù)和各鉆孔揭露16、17煤層及奧灰頂板的位置，計算各鉆孔所在位置16、17煤層底板的奧灰突水系數(shù)，計算結(jié)果見表1、表2。

若奧灰水位標(biāo)高按最高值-106.90m計算，16、17煤層隔水層厚度分別按60m、50m計算，則正常塊段內(nèi)16煤層開采時安全標(biāo)高最低為-646.90m，17煤層開采時安全標(biāo)高最低為-556.90m。

表1 奧灰對16煤層的影響情況表

表2 奧灰對17煤層的影響情況表

2.2 十四灰充水分析

采用十四灰各鉆孔放水試驗的數(shù)據(jù)和各鉆孔揭露16、17煤層及十四灰頂板的位置，計算各鉆孔所在位置16、17煤層底板的十四灰突水系數(shù)，計算結(jié)果見表3、表4。

若十四灰水位標(biāo)高按最高值-253.30m計算，16、17煤層隔水層厚度分別按40m、30m計算，則正常塊段內(nèi)16煤層開采時安全標(biāo)高最低為-613.30m，17煤層開采時安全標(biāo)高最低為-523.30m。

表3 十四灰對16煤層的影響情況表

表4 十四灰對17煤層的影響情況表

2.3 十二灰充水分析

采用十二灰各鉆孔放水試驗的數(shù)據(jù)和各鉆孔揭露16、17煤層及十二灰頂板的位置，計算各鉆孔所在位置16、17煤層底板的十二突水系數(shù)，計算結(jié)果見表5、表6。

若十二灰水位標(biāo)高按最高值-288.90m計算，16、17煤層隔水層厚度分別按30m、20m計算，則正常塊段內(nèi)16煤層開采時安全標(biāo)高最低為-558.90m，17煤層開采時安全標(biāo)高最低為-468.90m。

表5 十二灰對16煤層的影響情況表

表6 十二灰對17煤層的影響情況表

3 結(jié)論

（1）各孔所在位置的16、17煤層底板突水系數(shù)T均小于0.1MPa/m的臨界值。所以在各鉆孔所在位置附近開采16、17煤層時，正常塊段內(nèi)不受十二、十四灰及奧灰水底鼓威脅。

（2）經(jīng)過計算，開采17煤層時，不受十二灰水底鼓威脅的最低安全標(biāo)高為-468.90m；不受十四灰水底鼓威脅的最低安全標(biāo)高為-523.30m；不受奧灰水底鼓威脅的最低安全標(biāo)高為-556.90m。開采16煤層時，不受十二灰水底鼓威脅的最低安全標(biāo)高為-558.90m；不受十四灰水底鼓威脅的最低安全標(biāo)高為-613.30m；不受奧灰水底鼓威脅的最低安全標(biāo)高為-646.90m。

（3）十二、十四灰水是以靜貯量為主，可以通過對十二、十四灰的疏水降壓以安全開采16、17煤層。

本文通過單孔放水試驗、連通放水試驗等手段獲得實驗數(shù)據(jù)，計算出開采16、17煤時的底板充水因素, 分析各含水層對16、17煤層開采影響，明確了礦井防治水的整體思路，為開拓延深提供了詳實可靠的水文地質(zhì)資料。