2023年《安全技术》之桐花沟普查区煤层开采影响因素综合分析.docx

桐花沟普查区煤层开采影响因素综合分析 桐花沟区位于河南省巩义市东南部，行政隶属巩义市站街道、大峪沟镇。该区地势东高西低，沟岭相间，纵横交错，沟谷发育形态呈“V〞字型，地形切割严重，山脊呈鱼脊状，山头多为馒头型，山麓及沟谷有坡积物，总体属侵蚀低山丘陵地貌。为了确保该地区煤炭工业可持续开展，满足煤矿接替需求，对桐花沟进行普查。通过本次普查勘探可知山西组二1煤层属较稳定的中厚~厚煤层，煤厚有一定变化（1.03~21.05m，平均为4.79m），全区可采。一1煤层属煤层厚度有一定变化的薄煤层，厚0.59~1.82m,平均1.02m，煤层层位稳定，且两煤层结构都简单。同时探明C+D级储量为6006万t，C级为1700万t，占28.3%，其中二1煤层C+D级为5501万t，一1煤层C+D级储量505万t，另有一1煤层暂不能利用储量647万t。对如此巨大煤炭资源，在普查勘查时期，对该区影响煤层开采的因素进行勘查和综合分析，初步评估其对煤矿开采产生的影响，具有重要的理论与实际意义。 1地质构造条件 一般情况下，研究区的构造直接对水文地质条件产生很大的影响，对构造条件的分析可以预测井突水发生的可能性。在本区以F3断层为界，南北边界附近均有断层，内部滑动构造发育。这些构造破坏了岩石的连续性，为地下水的贮存、运移创造了条件，使不同的含水层发生了水力联系。在开采条件下，由于构造带本身强度低，构造带中的水会进入矿井而发生突水。同时，断层使其两盘地层发生了重新组合，使得二1、一1煤层和含水层直接对接。再者滑动构造在局部的地段距二1煤层较近，给顶板管理带来困难。西界断层F3属区域大断裂，构造裂隙发育，具备形成地下水迳流通道条件，对西部开采构成威胁。 矿井充水形成所需要的两个必要条件是充水水源和充水通道。只有当两者结合，充水水源才有可能通过充水通道进入矿井。在本研究区中，从所处构造位置、煤层埋藏深度分析，地下水为主要充水水源，而岩石裂隙、溶洞、断裂构造带及隔水层厚度变薄带均可成为充水通道，特别是断裂构造带和隔水层厚度变薄带是主要的、最容易给采矿造成威胁的充水通道。因此，区内构造的存在，对采矿产生不利的影响，它一方面提供充水通道，发生突水事故；另一方面的距断层带滑动构造较近的地段采煤时，易于发生顶板垮落造成事故。 2瓦斯 2.1 瓦斯地质特征 本区构造形态为一走向近东西的单斜构造断层发育，西部边界断层为柳树沟断层（F3），南部边界附近为将军岭断层（F9） 北部边界断层为董陵~圪谬峪断层（F17），中部横贯东西的菜园沟断层（F15）把本区分割成为浅部、深部两个自然瓦斯地质单元。断层的发育不但破坏了煤层的连续性，而且为瓦斯的逸散提供了通道，形成了煤层瓦斯含量普遍较低，甲烷成分小于80%，且由西部向东瓦斯含量和甲烷成分逐渐增大的根本特征，如图1所示。 图1 二1煤层瓦斯含量等值线图 2.2 钻孔瓦斯分析 对区内的二1煤层10孔瓦斯样品进行了分析，瓦斯成分以CH4为主，CO2次之，其中CH4成分占53.82%~77.02%，CO2成分占8.07%~38.10%，N2成分占3.12%~28.42%；CH4含量为1.79%~6.02m3/t（可燃质），CO2含量为0.41~2.12m3/t（可燃质），N2含量为0.22~0.55m3/t(可燃质)。依据瓦斯分带标准及瓦斯成分三元座标图（图2）可知，二1煤层瓦斯成分分带为N2~CH4带、CO2~CH4带和元CH4带，均属瓦斯风化带。 2.3 影响瓦斯赋存的地质因素 图2 煤层瓦斯成分三元座标图 1-CO2带；2-CO2~N2带；3-N2带；4-N2~CH4带；5-CH4带；6-CO2~CH4带；7-CO2~N2~CH4带 本区西、北、南三面均以正断层为边界，横贯本区东西的菜园沟断层（F15）将本区分割为南、北两个瓦斯地质单元。F15以南的瓦斯地质单元二1煤层CH4成分平均为68.23%，CH4含量平均为3.95m3/t（可燃质），最大CH4含量平均为6.02m/t（可燃质）并呈现由西向东增大的变化规律；F15以北的瓦斯地质单元二1煤层CH4成分平均为59.83%,CH4含量平均为2.44m3/t（可燃质），最大CH4含量平均为2.89m3/t（可燃质）。全区二1煤层CH4成分均小于80%，均属瓦斯风化带。与浅部大峪沟红旗井高瓦斯矿井比照，瓦斯成分与CH4含量呈逆向变化规律，具有明显不均衡性。 瓦斯赋特征主要受地质构造控制：本区的断层均属张性正断层，性质为开放及半开放性，为瓦斯逸散提供了良好的通道。断层的发育使其两盘的煤层瓦斯含量差异明显，一般断层上盘瓦斯成分和含量相对较大，下盘成分和含量相对较小。另外，厚、薄煤带的分布对煤层瓦斯赋集状态亦有明显影响，一般煤层愈厚，瓦斯含量愈大。 3井田地温状况 区内简易测温4个孔，3个见煤层的钻孔测得根本地温资料见表1。根据1901孔简易测温曲线说明，在第二次测温时480m以深温度明显增高，二1煤层以下温度增高更大，说明下部有高温水存在。由此可以判定，地下水对未来开采的影响，不仅是充水水量大小问题，更突出的将是高温水进入井巷，提高井巷环境温度和湿度，破坏工作环境。从测温结果看，本区的地温梯度在3.1~3.5℃/hm之间，比浅部的大峪沟煤矿高，属地温异常区。浅部测温资料与深部测温资料比照，二1煤层以下地温梯度变化为浅部弯小，深部变大。根据测温资料和地温梯度计算结果，二1煤层底板标高-240m以上为常温区，-240m~-340m为一级高温区，-340m以下为二级高温区；一1煤层底板标高-250m以上为常温区，-250m~-330m为一级高温区，-330m以下为二级高温区。 表1 二1煤层附近低温资料表 4其它开采技术因素 根据钻孔统计资料，二1煤层顶、底板岩性以泥岩、沙质泥岩为主，局部为粉砂岩、细粒砂岩，哟度低，易放顶，属于软岩顶、底板；一1煤层顶板岩性为石灰岩，其硬度高，强度大，属于坚硬顶板；底板岩性为铝质泥岩，遇水膨胀易变形变软，属于软岩底板。因此，本区的一1、二1煤层顶、底板存在如下问题： （1）直接顶板较薄及滑动构造通过部位压力较大时，易出现冒顶、掉块、片帮及断梁折柱现象； （2）底板岩石松软、隔水层厚度较小时，易发生底鼓现象。 通过对二1、一1煤层的煤尘爆炸危险性和煤的自燃性分析，可知两者均属于无煤尘爆炸性和无煤层自燃性煤层。 5结论 （1）由于工区内构造的存在，对采矿产生不利的影响。一为提供水通道。易于发生突水事故；再者在距断层带滑动构造较近的地段采煤时，警惕发生顶权垮落造成事故。 （2）通过对二1、一1煤层顶、底板岩性对煤层的平安开采也有很大的负面影响。 （3）二1、一1煤层均属于瓦斯风化带，对煤层开采危害较小。 （4）本区属地热异常区，可以充分利用地热资源，同时可降低奥灰水对采危险，减少地热危害。