近水平中厚煤層工作面地質(zhì)構(gòu)造分析

宋小剛

?

近水平中厚煤層工作面地質(zhì)構(gòu)造分析

宋小剛

(霍州煤電集團(tuán)汾河焦煤股份有限公司，山西 臨汾市 031600)

介紹了近水平中厚煤層工作面的地質(zhì)情況，分析了工作面區(qū)域內(nèi)主要斷層，并對(duì)煤層頂?shù)装鍡l件、褶曲、陷落柱、節(jié)理、水文地質(zhì)情況、瓦斯等進(jìn)行了介紹，為工作面開(kāi)采提供了有力的技術(shù)基礎(chǔ)，進(jìn)而探討了降低地質(zhì)構(gòu)造對(duì)工作面開(kāi)采影響的技術(shù)方法。

近水平；中厚煤層；斷層；地質(zhì)構(gòu)造特征

10606工作面位于南六采區(qū)左翼，走向長(zhǎng)1720 m，傾斜長(zhǎng)216 m，工作面回采煤層為二疊系下統(tǒng)山西組2#煤層，屬穩(wěn)定可采近水平、中厚煤層。煤層厚度為1.60~2.60 m，平均2.11 m，斷層附近局部受滑動(dòng)影響變薄至1.0 m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，普氏硬度為1.7；其下部間隔3.1~8.0 m為2#煤，1#煤與2#煤分岔，煤厚1.30~2.00 m，平均1.80 m。煤層賦存條件如表1所示。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

1 地質(zhì)構(gòu)造特征

(1) 褶曲。北社-常安向斜經(jīng)軌道巷Ⅲ段1034 m過(guò)工作面，向斜兩翼煤巖層傾角平緩，為0°~8°，平均3°。

(2) 斷層。根據(jù)相鄰工程揭露和三維勘探資料，工作面發(fā)育21條斷層，其中3 m以上斷層有4條(其中3條為三維勘探斷層，并且位于工作面內(nèi)，對(duì)掘進(jìn)無(wú)影響)，其中F10606-3對(duì)掘進(jìn)影響較大。F10606-18、F10606-19、F10606-20、F10606-21斷層連續(xù)發(fā)育，同時(shí)造成2#煤增厚和變薄，對(duì)回采影響極大；F10606-8、F10606-13斷層使得2#煤層平移滑動(dòng)造成斷層面附近變薄至1.1 m，對(duì)回采影響較大；F10606-5、F10606-6斷層組合成階梯狀構(gòu)造，對(duì)掘進(jìn)影響較大。主要斷層特征見(jiàn)表2。

(3) 陷落柱。根據(jù)相鄰采掘工程揭露資料及三維勘探資料分析，本區(qū)陷落柱較發(fā)育，施工至39 m時(shí)10606皮帶巷揭露大小為52.5×31的S147陷落柱，預(yù)計(jì)工作面掘進(jìn)過(guò)程中將有新陷落柱揭露。

(4) 節(jié)理。根據(jù)鄰近工程及鉆孔資料分析，工作面局部節(jié)理發(fā)育，節(jié)理面基本平行巷道，受力后節(jié)理面易張開(kāi)，造成底鼓、頂板破碎及瓦斯異常涌出等情況，對(duì)施工有一定影響。

(5) 地表水。工作面對(duì)應(yīng)地表出露地層以Q2+3、P2S2、N2、Q4地層為主，覆蓋層厚度為356~489 m，平均為415 m，對(duì)應(yīng)地表位置為黃梨溝、后溝、前道溝從工作面內(nèi)部穿過(guò)；西北側(cè)為原張山圪垛村(已拆遷)，無(wú)小窯井筒破壞區(qū)，僅溝內(nèi)有細(xì)流，平時(shí)干枯無(wú)水，汛期來(lái)臨水量增大，由于地表無(wú)塌陷且地表以厚層黃土覆蓋，隔水性較強(qiáng)，地表水無(wú)法滲入工作面，沒(méi)有灌井危險(xiǎn)。

(6) 含水層水。2#煤上部6.5 m的K4砂巖(厚2.4 m)承壓裂隙弱含水層，局部含水豐富，根據(jù)鄰近工程資料分析，掘進(jìn)過(guò)程中遇煤巖層裂隙發(fā)育及構(gòu)造，頂板有淋滴水現(xiàn)象，預(yù)計(jì)正常涌水量2 m3/h，最大涌水量25 m3/h，對(duì)掘進(jìn)有一定影響。

(7) 奧灰水。施工區(qū)域奧灰靜水位標(biāo)高910 m，巷道底板標(biāo)高883~950 m，施工段局部帶壓，2#煤至奧灰水界面最小間距167 m，根據(jù)帶壓開(kāi)采突水系數(shù)公式計(jì)算，最大突水系數(shù)為0.0116 MPa/m。

(8) 采空水。工作面切眼東北側(cè)實(shí)體間隔29~35 m為10505、10507、10509采空區(qū)，其中10505有積水7394.0 m3、10507有積水16113.0 m3、10509采空區(qū)內(nèi)無(wú)積水，積水標(biāo)高872.4~885 m，根據(jù)含水或?qū)當(dāng)鄬臃栏羲?巖)柱的留設(shè)公式計(jì)算得采空區(qū)積水對(duì)掘進(jìn)無(wú)影響，待施工到位后可按探放水設(shè)計(jì)要求進(jìn)行探放水作業(yè)。

表2 主要斷層特征

(9) 構(gòu)造導(dǎo)水。根據(jù)相鄰工程揭露和三維勘探資料，10606工作面發(fā)育21條斷層，工作面位于陷落柱發(fā)育條帶上，根據(jù)臨近采掘工程及鉆孔資料分析，預(yù)計(jì)掘進(jìn)中會(huì)有新的陷落柱揭露，對(duì)掘進(jìn)有一定影響。受上部2#煤頂板K4砂巖含水層影響，一般在揭露斷層前后3~5 m頂板會(huì)有淋水，淋水增大等情況，一般持續(xù)3~10 min后迅速衰減，對(duì)掘進(jìn)有一定影響。軌道巷Ⅱ段里程980 m處西北側(cè)實(shí)體間隔109 m為565煤田孔，根據(jù)《煤田地質(zhì)精查地質(zhì)報(bào)告》說(shuō)明，上述煤田孔封孔質(zhì)量較好，對(duì)掘進(jìn)施工無(wú)大的影響。

(10) 其它。絕對(duì)瓦斯涌出量為1.8 m3/min，瓦斯?jié)舛葹?.8 m3/t，瓦斯壓力為0.43 MPa，煤塵具有爆炸性，火焰長(zhǎng)度為23 mm，Ⅱ類自燃煤層，自燃發(fā)火期4個(gè)月。

2 探測(cè)分析

2.1 物探分析

對(duì)該工作面進(jìn)行無(wú)線電坑透和瞬變電探測(cè)[1]，根據(jù)資料分析，本工作面有10個(gè)坑透異常區(qū)：

E1異常區(qū)位于皮帶巷86~160 m、軌道巷80~210 m工作面范圍，衰減值?5~?15 dB，分析為工作面內(nèi)隱伏斷層影響所致；

E2異常區(qū)位于皮帶巷500~51 m、軌道巷500~523 m工作面范圍，衰減值?8~?17 dB，分析為工作面內(nèi)隱伏陷落柱或小斷層發(fā)育影響所致；

E3異常區(qū)位于皮帶巷590~654 m、軌道巷600~650 m工作面范圍，衰減值?15~?30 dB，分析為工作面內(nèi)隱伏陷落柱發(fā)育影響所致；

E4異常區(qū)位于皮帶巷700~805 m、軌道巷750~ 800 m工作面范圍，衰減值?10~?20 dB，分析為工作面內(nèi)隱伏斷層或褶曲發(fā)育影響所致；

E5異常區(qū)位于皮帶巷850~900 m、軌道巷816~ 873 m工作面范圍，衰減值?7~?15 dB，分析為工作面內(nèi)隱伏斷層發(fā)育影響所致；

E6異常區(qū)位于皮帶巷910~930 m、軌道巷898~ 905 m工作面范圍，衰減值?7~?15 dB，分析為工作面內(nèi)隱伏斷層和陷落柱發(fā)育影響所致；

E7異常區(qū)位于皮帶巷950~970 m、軌道巷Ⅱ段14~53 m工作面范圍，衰減值?5~?15 dB，分析為工作面內(nèi)斷層發(fā)育影響所致；

E8異常區(qū)位于皮帶巷1002~1082 m、軌道巷Ⅱ段74~117 m工作面范圍，衰減值?17~?35 dB，分析為工作面內(nèi)陷落柱發(fā)育影響所致；

E9異常區(qū)位于軌道巷Ⅱ段174~196 m工作面機(jī)尾42 m范圍，衰減值?5~?10 dB，分析為工作面內(nèi)小型隱伏陷落柱發(fā)育影響所致；

E10異常區(qū)位于皮帶巷1352~1393 m、軌道巷1302~1398 m工作面范圍，衰減值?17~?35 dB，分析為工作面內(nèi)發(fā)育較大型的隱伏陷落柱發(fā)育影響所致；

瞬變電探測(cè)結(jié)果表明，工作面內(nèi)未發(fā)現(xiàn)賦水異常區(qū)，在切眼外部共發(fā)育11個(gè)賦水異常區(qū)，其中E1~E5為斜向上45°探測(cè)結(jié)果，E6~E9為順層探測(cè)結(jié)果，E10~ E11為斜向下45°探測(cè)結(jié)果，需根據(jù)探測(cè)結(jié)果及時(shí)對(duì)切眼外部采空積水進(jìn)行探測(cè)疏放。

2.2 鉆探分析

工作面內(nèi)已經(jīng)施工126組地質(zhì)鉆孔，對(duì)工作面內(nèi)部分坑透異常區(qū)及構(gòu)造進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證，對(duì)落差1.0 m斷層、S144的發(fā)育情況進(jìn)行了控制，由于工作面褶曲發(fā)育，煤巖層傾角變化較快，局部鉆孔見(jiàn)巖較多，分析為煤巖層產(chǎn)狀變化影響所致。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1) 2#煤頂板巖性軟弱、節(jié)理裂隙發(fā)育，對(duì)工作面頂板支護(hù)稍有影響，回采中遇圍巖破碎，應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)管理。

(2) F10608-1、F10608-4、F10608-6、F10608-9 斷層呈座椅狀，造成工作面最寬12 m煤層變薄，最薄至1.0 m，對(duì)回采影響較大；F10608-07斷層逆平移造成煤層增厚，回采中造成工作面局部托頂煤，對(duì)回采影響較大，回采時(shí)應(yīng)注意小循環(huán)施工，加強(qiáng)支護(hù)管理。

(3) 工作面水文地質(zhì)條件中等，主要水害為頂板含水層水和構(gòu)造導(dǎo)水，采空區(qū)積水、奧灰突水次之，預(yù)計(jì)工作面正常涌水量約2 m3/h，最大涌水量約25 m3/h，由于巷道下山掘進(jìn)，涌水易在迎頭匯集，對(duì)掘進(jìn)有一定影響。施工中須嚴(yán)格執(zhí)行“有疑必探，先探后掘”的防治水原則。

[1] 韋乖強(qiáng),趙 慧.礦井瞬變電磁法在斷層煤柱留設(shè)論證中的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2016(44):142?144.

[2] 劉 勇.榆樹(shù)井井田地質(zhì)構(gòu)造特征分析[J].煤炭與化工,2015,38(8):55?57.

[3] 任華榮.地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦開(kāi)采影響的分析[J].煤炭與化工,2015, 38(9):21?22,25.

[4] 張彥文.電磁坑透技術(shù)在8203工作面地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)中的應(yīng)用[J].煤礦現(xiàn)代化,2014(5):73?74,77.

(2018?08?10)

宋小剛(1982—)，男，山西長(zhǎng)治人，工程師，主要從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)工作,Email:aaron85121@163.com。