51001综采面带压开采水文地质条件分析及建议_牛冬冬.pdf

江西煤炭科技2023年第1期摘要：灵北煤矿5 1 0 0 1综采工作面属于带压开采。以5 1 0 0 1综采工采面布置的探测钻孔探测成果为依据，对煤层底板灰岩含水层及隔水层情况进行综合分析，并采用突水系数法对该采面开采安全性进行评价。5 1 0 0 1综采工作面底板突水系数为0.0 3 6MPa/m，小于煤矿防治水规定规定的0.0 6MPa/m，采面带压开采相对安全。但工作面开采遇断层破碎带时仍存在突水可能，建议采用底板注浆、强化排水能力等措施进行防治水。关键词：综采工作面；带压开采；隔水层；突水系数法；水文地质中图分类号：TD7 4 5文献标识码：B文章编号：1 0 0 6-2 5 7 2（2 0 2 3）0 1-0 1 3 8-0 4Analysis and Suggestions of Hydro-geological Conditions in Mining under Pressure at 51001 Fully-mechanized WorkingFaceNiu Dongdong(Resource Geology Dept.,Shanxi Coking Coal Fenxi Mining Industry Co.,Ltd.,Jiexiu,Shanxi 032000)Abstract:Based on the borehole exploration results at 51001 fully-mechanized working face of Lingbei Colliery,the authormakes an evaluation of mining safety with water inrush coefficient method by comprehensive analysis of the aquifer and aquicludeof floor limestone,which shows that water inrush coefficient of floor is 0.036 MPa/m,less than 0.06 MPa/m specified in“Regulations of Water Control in Mine”;mining under pressure is relatively safe but with a possibility of water inrush whencrossing fault fracture zone,and proposes the water control measures of floor grouting and drainage capacity reinforcement.Key words:fully-mechanized working face;mining under pressure;aquiclude;water inrush coefficient;hydro-geology51001 综采面带压开采水文地质条件分析及建议牛冬冬（山西焦煤汾西矿业资源地质部，山西介休0 3 2 0 0 0）矿井水害是制约煤炭开采安全的不利因素之一，井下发生突水事故时往往会造成较为严重的财产损失及人员伤亡1-2。为此，煤矿防治水规定要求，采煤工作面回采前需进行水文地质条件分析。当采面属带压开采时，巷道掘进及回采会面临较大的突水风险3-5。以灵北煤矿5 1 0 0 1工作面为工程实例，对采面水文地质条件进行分析，再通过突水系数法评价工作面煤层底板突水危险性，并根据采面情况提出防治水建议。1工程概况灵北煤矿开采山西组2下煤和太原组5、9、1 0（1 0+1 1）、1 1号等煤层，9号与1 0（1 0+1 1）号煤间距0.4 7 5.4 0 m，现 阶 段 生 产 主 要 集 中 在1 0（1 0+1 1）煤层。5 1 0 0 1综采工作面开采1 0（1 0+1 1）号煤层，揭露煤层厚度为6.2 8.0 5m，平均厚度为6.5m。5 1 0 0 1采面胶带巷长度20 4 9m。掘进期间共揭露8条落差0.5 3.4m的正断层；揭露陷落柱2个，均位于工作面外侧（X 1 5巷道揭露1 4.4m，X 1 7巷道揭露1 5.4m）。5 1 0 0 1轨道巷长度20 4 9m，共揭露1 3条落差0.6 3.7m的正断层；揭露陷落柱2个（巷道过X 1 9陷落柱3 4m，巷道过X 2 1陷落柱5m）。在5 1 0 0 1综采工作面回采巷道掘进期间，采用超前钻探、物探等方式进行探测，对异常区采用钻探验证并注浆加固。5 1 0 0 1综采工作面切眼东部为铁新煤矿已回采完的9号煤W9 2 1 6工作面、W9 2 1 4工作面（距离5 1 0 0 1切眼4 5m），预计有采空区积水。据调查，两个已采完的工作面标高均高于5 1 0 0 1工作面切眼标高约6m。5 1 0 0 1综采工作面属于带压开采，煤层底板 标高+4 5 4+5 0 9m，奥 灰 水 位+5 2 8+5 3 2m、奥灰厚度4 2.5 5 8.9m；煤层底板距奥灰顶界面距离为2 3.5m，计算水压在0.4 2 0.9 6M P a之间 计算过程为：0.9 6=（5 3 2-4 5 4+2 3.5）g（9.8），最大突水系数在0.0 4M P a/m左右。5 1 0 0 1胶带巷及轨道巷掘进期间，顶板有少量淋水。在5 1 0 0 1胶带巷9 3 6m处施工有环形水仓，水仓标高+4 8 8m，中央水仓附近排水沟5 2 8m，容积6 0m3，安装有一用一备2 2k W额定流量1 3 8江西煤炭科技2023年第1期表1探查钻孔布置及探测结果5 0m3/h的排水泵，水泵额定扬程8 0m。251001采面底板奥灰水含水层含水特征5 1 0 0 1工作面为带压开采区，底板探查钻孔均为涌水钻孔，孔口水压约0.2 5 0.7 6M P a。通过钻孔施工过程中涌水量的变化，详细了解5 1 0 0 1工作面煤层底板至奥灰顶面以下2 0m范围内含水层情况及其发育特征。5 1 0 0 1工作面皮带巷、轨道巷及切眼内施工1 1个探查钻孔，钻孔布置及探测结果如表1所示。有4个孔（3-1、8-1、9-1、1 0-1孔）在本溪组底部出水，出水量0.0 3 0.3m3/h，底板隔水层存在原始导升高度2.5m。其余7个钻孔在1 0号煤层底板以下3 2.6 3 9.4m层位出水，反映本区奥陶系顶面古风化壳较发育，一般厚度1 0 1 5m，奥陶系顶面富水性弱，具有一定的隔水性。在断裂破碎带附近隔水性遭破坏。工作面煤层底板以下至奥灰顶面以下2 0m范围，钻孔涌水量0.6 4 1m3/h，最大为9-1号孔，钻孔单位涌水量0.0 0 15 0.4 3 8L/s.m。采面布置的探测钻孔探放水试验结果如表2所示。富水性与断裂破碎带的发育密切相关。3煤层底板隔水岩柱特征3.1隔水岩柱厚度及空间分布本次钻孔探查工作在井下5 1 0 0 1工作面共施工钻孔1 1个，其中实测了8个钻孔的隔水岩柱。隔水层岩性为泥质砂岩、粉砂岩以及铝质泥岩、泥质岩类等，岩性软硬相间。实测结果，5 1 0 0 1工作面煤层底板隔水岩柱厚度在2 2.1 3 0.9m之间，最位置孔号实测方位/实测倾角/孔深/m初次出水（加开孔层位、层位）终孔水量/（m3/h）孔深/m出水量/（m3/h）距煤层底板法向垂深/m皮18 0 0m1-12 7 4-5 05 84 80.63 6.10.6皮16 0 0m2-19 1-5 45 84 23.03 3.46.1皮2 4 0m3-18 9-5 16 73 20.32 1.20.3切眼中段4-12 0 3-5 25 64 61.03 5.91.6轨4 0 0m5-13 5 4-5 85 94 61.23 7.21.2轨5 8 0m6-16 0-5 46 25 20.23 9.41 5.2轨5 8 0m6-22 7 4-5 35 84 72.33 6.62.3轨8 1 0m7-10-4 17 65 32.03 2.67轨10 4 0m8-13 3 8-4 96 22 90.0 32 0.10.8轨15 2 0m9-12 7 0-5 45 32 40.0 32 0.24 1轨19 2 0m1 0-13 3 4-5 25 92 80.0 32 1.41.4表2探查钻孔放水实验成果位置孔号实测方位/实测倾角/孔深/m孔口压力/MPa涌水量/（m3/h）单位涌水量q（L/sm）渗透系数K/（m/d）导水系数T/（m2/d）皮18 0 0m1-12 7 4-5 05 80.3 10.60.0 0 540.0 2 410.5 5 67皮16 0 0m2-19 1-5 45 80.3 06.10.0 5 650.0 6 621.7 5 68皮2 4 0m3-18 9-5 16 70.5 60.30.0 0 150.0 0 070.0 2 01切眼中段4-12 0 3-5 25 60.6 81.60.0 0 650.0 0 020.0 0 66轨4 0 0m5-13 5 4-5 85 90.3 91.20.0 0 850.0 8 09 71.6 2 17轨5 8 0m6-16 0-5 46 20.3 11 5.20.1 3 622.4 7 194 9.5 2轨5 8 0m6-22 7 4-5 35 80.3 12.30.0 2 060.1 4 332.8 3 35轨8 1 0m7-10-4 17 60.2 77.00.0 7 201.3 9 432 7.8 8 57轨10 4 0m8-13 3 8-4 96 20.2 50.80.0 0 890.0 2 57 10.7 7 13轨15 2 0m9-12 7 0-5 45 30.2 74 1.00.4 3 805.7 2 29 71 3 1.6 2 84轨19 2 0m1 0-13 3 4-5 25 90.2 41.40.0 1 620.0 7 05 51.4 3 221 3 9江西煤炭科技2023年第1期0.0 6M P a/m，采面带压开采相对安全。表451001工作面各钻孔突水系数计算一览孔号煤层底板埋深/m煤层底板标高/m实测底板隔水层厚度/m奥灰顶面标高/m水头压力/MPa突水系数/（MPa/m）1-1 4 5 2.0 5 1 5 0 1.9 4 9/2-1 5 2 7.8 0 0 4 9 7.2 0 02 6.54 7 0.7 0 0 0.5 60.0 2 13-1 4 2 8.6 2 7 4 7 7.3 7 32 8.14 4 9.2 7 3 0.8 40.0 3 04-1 3 8 8.9 5 0 4 6 2.0 5 02 6.44 3 5.6 5 0 0.9 40.0 3 65-1 4 2 7.6 4 0 4 9 3.3 6 02 8.74 6 4.6 6 0 0.6 70.0 2 36-1 4 5 0.8 4 5 5 0 2.1 5 53 0.94 7 1.2 5 5 0.6 10.0 2 06-2 4 5 3.1 1 2 5 0 1.8 8 82 8.74 7 3.1 8 8 0.5 90.0 2 17-1 4 1 0.9 5 6 5 0 4.0 4 4/1 0-1 4 3 1.5 6 5 5 0 6.4 3 52 3.94 8 2.5 3 5 0.4 70.0 2 08-1 4 5 0.7 4 9 5 0 5.2 5 1/9-1 5 4 6.5 0 1 5 0 0.4 9 92 2.14 7 8.3 9 9 0.4 90.0 2 2451001采面防治水建议5 1 0 0 1采面为带压开采，本次查明煤层底板至奥陶系顶面以下2 0m计4 3.5m范围内含水层富水性弱至中等，工作面煤层底板承受奥灰水头压力在0.4 2 0.9 6M P a之间；隔水层厚度为2 2.1 3 0.9m，平均为2 6.9m，原始导升高度0 2.5m；工作面内小型断裂构造较发育；底板采动破坏情况下有效