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    南區已采區域地質因素分析

    分類:
    科技動態
    作者:
    來源:
    2019/04/12 15:28
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      楊莊煤礦南區3煤位于煤層露頭處,1997年至2005年按防砂煤巖柱留設可行性研究論證報告及批復要求安全開采12個工作面,累計采出389.91萬噸煤炭資源。為延長礦井壽命,2011年-2012年,楊莊煤礦與中國礦業大學合作,進行3煤殘留分層留設防砂煤柱復采可行性研究,按照分層開采方法進行了復采工作面安全開采論證,2012年底通過了專家論證批復。為最大限度的回收資源,2016年-2017年楊莊煤礦再次與中國礦業大學合作,提出采用高水充填法開發剩余分層和淺部煤炭資源。由于充填開采能極大的控制覆巖變形破壞的范圍,原開采殘留分層和未開發區域的大量殘煤都具備了再一次開發的潛力。為滿足充填開采的需要,重新整理和分析了已采區域地質資料。
      1 煤層開采情況
      3煤層位于山西組下部,南區3煤層分布在井田的南部,走向變化較大,北部、西部為一向斜構造,中部為一背斜構造,南部為一走向北東向單斜構造。采區平均煤厚8.2m左右,因原煤層開采了一分層,經鉆探3煤層開采區剩余最小厚度為4.65m,剩余平均厚度5.7m左右,為結構簡單穩定可采煤層。原開采區開采深度-157.37~-236.94m,剩余煤體及頂板巖石遭到采動垮落破壞,呈破碎壓實狀態。分區介紹如下:
     ?。?)N3100-N3105工作面開采情況
      N3100-N3105工作面沿煤層底板布置,局部留有底煤,采高2.2m,工作面間留有16.2-18.2m保護煤柱。經2011年施工鉆孔勘探,剩余煤厚約4.65-7.15m,平均5.5m。
     ?。?)N3110工作面開采情況
      N3110原工作面沿煤層頂板布置,使用懸移支架支護頂板,回采97m時因頂板冒頂嚴重停采,在工作面內側沿煤層底板重新布置工作面,原煤厚6.92-9.19m,平均煤厚8.1m,采高2.2m,局部由于頂煤冒落,總采厚達到3m左右,剩余煤厚平均5.4m。
     ?。?)N3111工作面開采情況
      N3111工作面沿煤層底板布置,原煤厚平均約9m,采高為2.2m,1999年6、7月,2000年2、3月由于頂煤冒落總采厚達到3m左右,剩余煤厚平均6.2m。由兩順槽剖面圖分析,工作面南部及靠近F65斷層附近回采期間留有底煤,最厚處達4m。
     ?。?)N3112工作面開采情況
      N3111工作面煤厚平均8.2m,采高為2.2m,2000年9月18日至10月26日因冒頂嚴重,降低采高至1.8m左右,兩順槽局部有底煤,工作面內大部分有底煤,回采期間進行了底煤探測,底煤厚度集中在1.0-2.8m之間,剩余煤厚平均5.7m。
     ?。?)N3118工作面開采情況
      N9118工作面原煤層厚約8.05m,采高為2.2m,局部由于頂煤冒落,總采厚可能達到3m,其中N3118西面發生大面積嚴重的冒頂,冒頂高度約5m,防砂巖柱變小,支護冒頂時使用了大量木料。為防止潰水沙異常情況的發生,回采時使用雙抗網。
      2 防砂巖柱與水文地質情況
      該區域含水層為第四系含水層組,根據地面鉆孔揭露基巖面以上有一定厚度的黏土層覆蓋,第四系底粘土和以粘粒為主的隔水層普遍存在,第四系底部黏土層是阻隔第四系下部含水層與基巖風化帶、采動破壞帶水力聯系的重要屏障之一。從初次開采前至今,第四系底含水有明顯下降,這與區域性大面積地下水位下降的趨勢是一致的,可能是開采導致第四系底含水補給采空區造成水位下降所致。各分區情況如下:
     ?。?)N3100-N3105工作面
      井下工作面共揭露3個鉆孔,鉆孔無水,封孔質量良好。2011年在地面施工了4個鉆孔,根據地面鉆孔及井下探測情況分析,最南部的N3105面防砂巖柱為7.5-21.1m,充填開采按采厚4m計算,防砂煤巖柱為9.6-23.8m。N3100-N3103面防砂巖柱為10-34.7m,防砂煤巖柱為12-35.7m。
      N3101工作面為南區首采面,初次放頂時出現頂板砂巖40m3/h涌水,但很快無水,其它工作面再無出水,說明3煤頂板砂巖水是以靜儲量為主,目前正在進行探放該區域老空積水。
     ?。?)N3110工作面
      該面位于F63、F64斷層之間,采面經過Y4、C14鉆孔和F64分支斷層,揭露鉆孔和斷層無水。由鉆孔資料分析該區域基巖厚度為55-98m。
     ?。?)N3111工作面
      該面位于F64、F66斷層之間,采面經過F65斷層,揭露斷層無水,下順槽導11至導13點間面內有斷層,采面經過時留設了斷層保護煤柱。
      N3111上順槽有探第四系底界的探孔4個,其中導5點前探孔漏沙,其余探孔有少量涌水,經探測和分析防砂巖柱厚度約7.5-52.9m,如充填開采4m采厚時工作面防砂煤巖柱為10.2-55.9m。
     ?。?)N3112工作面
      該面位于F66、F67斷層之間,采面經過49號孔,揭露鉆孔無水。由鉆孔情況分析防砂巖柱厚度約14.9-31.4m。
     ?。?)N3118工作面
      N3118面位于向斜部位,N3118西面西部、N3118南面東部臨近煤層露頭,故進行了大量的井下鉆探工作。通過鉆探準確地掌握了防砂煤巖柱的厚度、粘土層厚度,疏放了第四系的底含水。
      N3118北面:N3118北面探第四系富水性的鉆孔9個,揭露基巖厚度集中在8.4-18.6m之間,鉆探至第四系中粗砂層有少量水,水量0.3-3m3/h,3煤頂板砂巖、風化帶,有少量涌水,小于0.5m3/h?;夭芍吝M風順槽導5點前117.3m、回風順槽導8點前69.4m處,出現頂板滴水。其他位置無滴水、涌水現象。
      N3118南面:在N3118南面掘進過程中,施工探放水鉆孔4處,疏放水鉆孔3處,共21個鉆孔,揭露基巖厚度集中在7.2-18.8m之間?;夭芍吝M風順槽導2點前36.2m、進風順槽導1點前12m處,溜頭底板滲水,水量不大于0.3m3/h,老塘內有水流出,總水量最大3m3/h。該面回采結束后,進風順槽涌水量1m3/h,回風順槽涌水量3m3/h,一個月后無涌水。經分析,涌水來源主要為第四系底含水、3煤頂板巖石水滲入到工作面的。
      N3118西面:施工探測第四系底界標高及含水性鉆孔13個,其中取芯鉆孔7個,3煤頂板砂巖、風氧化帶有少量涌水?;鶐r厚度集中在9.6-23m之間。
      3 采空區積水情況
      采空區積水劃分為3個區域:N3100-N3105面采空區、N3110面至N3112面采空區、N3118工作面采空區。N3118面采空區積水上限標高-157m,N3100-N3105面采空區積水上限標高-178.3m,其余采空區積水上限標高按地面鉆孔探結果-181m為準。按空隙率10-15%計算積水區可儲存水量,經計算南區采空區積水合計積水量約20.7萬m3。這部分積水在復采巷道掘進前必須全部疏干,并打鉆驗證,確認無積水后方可掘進。
      4 覆巖破壞高度
      根據楊莊煤礦原N3102和N3103工作面第一次開采時實測初次垮落時垮落帶高度為5.85-5.98m,正常推進過程中實測垮落高度4.5-5.2m。2011年進行了補充勘探,采用鉆孔成像觀測揭露垮落帶高度為5.81-7.13m,導水裂隙帶發育高度在10.05-20.64m之間。楊莊煤礦含煤地層被第四系沖積層覆蓋,南區3煤層位于山西組下部,煤層頂板為泥巖、粉砂巖或中砂巖,厚0.80-15.18m,覆巖具有軟弱型頂板的特性,根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規范》求算出垮落帶最大高度為4.82±1.5m,導水裂隙帶最大高度為18.61±4.0m,因此實測與鉆孔成像觀測結果較準確。
      由于垮落帶與導水裂縫帶在空間過渡上分界并不明顯,同時測試點位不多且而受鉆孔平面位置、揭露巖體裂隙偶然因素影響,建議原N3102和N3103工作面開采2.2m時按5.85-5.98m界定垮落帶高度。
      5 儲量計算分析
      5.1 煤柱留設情況
     ?。?)“三下”壓煤煤柱
      由于村莊進行了改擴建,3煤以村莊外輪廓為界,外推10m圍護帶,按第四系45°、巖層75°往下垂切至3煤層。泗河煤柱以河堤為界,外推15m圍護帶,然后按第四系45°、巖層75°往下垂切至3煤層。但由于充填開采的等效采高為0.45m,預計地表開采最大下沉0.38m,如果地表村莊建筑物下進行充填開采,對建筑物也會有一定影響,開采前要再進行論證和分析,制定相應措施。
     ?。?)第四系底含防水巖柱
      首期已回采一分層區域再進行充填開采時防砂巖柱不小于15m。后期根據情況論證,防砂巖柱可能縮小。
      5.2 儲量計算
      已開采區域中,按照4m殘留煤厚估算,防砂巖柱大于15m區域的可采儲量326.4萬噸,其中:234.1萬噸不涉及村莊與泗河下,92.3萬噸為村莊、泗河下;防砂巖柱10-15m可采儲量36.2萬噸。防砂巖柱大于15m不涉及村莊、泗河的區域優先開采,取得經驗后再論證開采村莊及泗河下區域的資源,及防砂巖柱10-15m區域的資源。
      結論
      因南區已采區域大部分可采,再結合未開采區域合理進行工作面布置,但要加強覆巖厚度、富水異常區等地質情況的探測,建立完善排水系統,加強巷道頂板管理,并建設防潰砂系統。對于村莊下分層充填開采要進行充分的研究論證,在村莊、泗河以外實驗成功后再進行村莊、泗河下充填開采。在充填開采過程中要不斷總結優化,針對不同的區域采取不同措施,確保安全生產。
      參考文獻:
      [1] 建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規范.煤炭工業出版社,2017年
      [2] 李增學.煤礦地質學.煤炭工業出版社,2013年
      [3] 煤礦防治水規定.煤炭工業出版社,2009年
      作者簡介:李燕,女,畢業于山東科技大學泰山科技學院,測繪工程專業,現于山東省兗州市大統礦業有限公司從事地測工作,工程師。聯系地址:山東省兗州市新兗鎮牛樓村大統礦業有限公司,272100;聯系電話:15153728783;E-mail:zcli_yan@126.com。
      李燕,席敦剛,代麗華
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