新安煤矿3112工作面顶板砂岩水探测及评价

2023-02-07

3112工作面位于一采区西部, 工作面走向长630m, 倾斜长200m, 采放厚度8.08m～9.82m, 工作面3煤底板标高-290.2m～-340.0m。工作面以东、以北为3煤露头风氧化带和-300m轨道大巷, 以西紧邻落差15m左右的马口断层, 以南为辅助采区胶带巷、轨道巷。本工作面东边已回采13个工作面。

1地质条件

以47-6向斜为主, 主要为轴向北西的褶皱, 采区内为倾向北西的单斜构造, 倾向305°左右。区内还发育有次级的小褶曲。断层以正断层为主, 按走向大致分为NE、NNE、NWW、NNW四类, 四类断层的特征分别为:走向NE的断层, 走向变化大, 数量最多, 落差大, 延展长, 往往2km以上;走向NNE的断层, 走向变化不大, 数量少, 落差大, 但延展长度一般2km以下;走向NWW的断层, 走向变化不大, 数量多, 落差一般中等以下, 延展长度一般2km以下;走向NNW的断层, 走向变化大, 数量最少, 落差大, 延展短, 一般2km以下。

开采3煤主要受第四系砂层、上侏罗统砂砾岩、山西组3煤顶板砂岩、太原组三灰等含水层水威胁。井田内第四系松散含水体下安全开采了7个工作面。上侏罗统砂砾岩含水层属弱～中等富水含水层, 山西组3煤顶板砂岩含水层属弱富水裂隙承压含水层, 两层含水层是3煤开采的直接充水含水层, 皆以静储量为主, 3上106工作面侏罗系水最大120m3/h, 3109工作面顶板砂岩水最大93m3/h, 通过近几年开采疏放, 一采区赋水性已很弱, 对开采威胁较小, 但个别区段还需警惕。三灰属弱～中等富水含水层, 在开拓巷道中多次揭露, -300轨道大巷三灰水最大115m3/h, 经过疏放, 目前-360m以浅三灰赋水性已很弱, 对采掘威胁较小。断层导水性总体不强, 但-300水平车场在穿过F6断层后, 断层带滞后出水, 水源为三灰水, 三灰位于巷道底板下17m, 三灰水最大92m3/h;另外断层裂隙发育区, 常形成相对富水区。

3煤厚8.08m～9.82m, 平均厚度8.5m, 局部有1～2层夹矸, 夹矸厚0m～0.25m。3煤色黑、性脆, 沥青-玻璃光泽, 主要为层状构造, 阶梯状断口, 裂隙较发育, 宏观煤岩类型为半亮-半暗型。3煤直接顶为泥岩, 局部为砂、泥岩互层, 灰色, 层理较发育, 性稍脆, 易垮落, 厚度0.15m～4.3m。基本顶为中细砂岩, 厚度为18.75m～19.65m, 巨厚层状, 坚硬, 难垮落。3煤直接底为泥岩或砂质泥岩, 厚度一般为0.35m～1.6m, 黑色含植物根茎化石, 遇水易泥化;老底为细砂岩或粉砂岩, 厚度3.95m, 黑色, 层理发育, 较坚硬。

2物探探测结果

瞬变电磁采用加拿大PROTEM47型仪器, 发射电流2.5A, 频率25HZ, 发射线圈2×2m64匝, 接收线直径0.6m。隅极观测系统, 接收线与发射线圈的间距10m, 线圈法线指向工作面内顶板45度方向。轨顺共施工测线长620m, 运顺共施工测线长520m, 合计施工测线总长1140m。

2.1轨顺探测结果

轨顺异常区段主要有以下几个 (以切眼开窝点为0m) 。

(1) 0m～25m, 剖面高度20m～40m, 离巷道水平距离14m～28m, 距煤层底板高度15.7m至31.5m。

(2) 二切眼中间距下口30m～45m处 (剖面对应80-95) , 剖面高度15m～45m, 离巷道水平距离10.5m～31.5m, 距煤层底板高度11.7m至35.3m。

(3) 二切眼外60m～70m处 (剖面对应180-190) , 剖面高度20m～40m, 离巷道水平距离14m～28m, 距煤层底板高度15.7m至31.5 m。

(4) 二切眼外145m～180m处 (剖面对应265-300) , 剖面高度10m～40m, 离巷道水平距离7m～28m, 距煤层底板高度7.9m至31.5 m。

(5) 二切眼外195m～215m处 (剖面对应315-335) , 剖面高度50m～70m, 离巷道水平距离35m～49m, 距煤层底板高度39.3m至55.0 m。

(6) 二切眼外265m～280m处 (剖面对应385-400) , 剖面高度40m～65m, 离巷道水平距离28m～45.5m, 距煤层底板高度31.4m至5 1.1 m。

(7) 二切眼外295m～310m处 (剖面对应415-430) , 剖面高度40m～60m, 离巷道水平距离28m～42m, 距煤层底板高度31.4m至47.2 m。

2.2运顺探测结果

运顺异常区段主要有以下几个 (以切眼开窝点为0m) :

(1) 25m～90m, 剖面高度25m～40m, 离巷道水平距离17.5m～28m, 距煤层底板高度15.4m至24.6m。

(2) 125m～135m处, 剖面高度25m～50m, 离巷道水平距离17.5m～35m, 距煤层底板高度15.4m至30.7m。

(3) 155m～245m处, 剖面高度25m～50m, 离巷道水平距离17.5m～35m, 距煤层底板高度15.4m至30.7m。

(4) 355m～370m处, 剖面高度30m～50m, 离巷道水平距离21m～35m, 距煤层底板高度18.4m至30.7m。

(5) 415m～455m处, 剖面高度20m～45m, 离巷道水平距离14m～31.5m, 距煤层底板高度12.3m至27.6m。

2.3综合解释结果

把轨顺与运顺探测结果一起分析与解释得出主要相对赋水区域有两个, 一个是在切眼附近至运顺90m范围, 长轴150m, 短轴约90m, 离底板高度12至32m。第二个区域位于运顺125至245m, 轨顺位于二切眼外145至180m的区域, 离底板高度8至32m。一个次要赋水区, 轨顺位于二切眼外195至310m, 离底板高度31至5 5 m。

3涌水量预计及防治水措施

3.1工作面充水性因素分析

3.1.1含水层

根据各含水层的赋存特征, 分析认为:影响工作面安全掘进的含水层有3煤顶板砂岩含水层和侏罗系砂砾岩含水层。3煤顶板砂岩含水层厚10m～23m, 侏罗系砂砾岩含水层厚124m～160m, 直接与煤层顶板接触的底砾岩厚度约20m, 富水性弱～中强, 为3煤的直接充水含水层。

以上各含水层皆以静储量为主。

3.1.2“两带”高度

根据对以往工作面导水裂隙带研究表明导水裂隙带高度是采厚的10.08倍, 煤厚8.08m～9.82m, 按90%回采率计算, 采厚为7.27m～8.84, 则导水裂隙带高度为73.28m～89.11m。3煤顶板距侏罗系约15m～40m, 因此导水裂隙带能够到达侏罗系。

3.1.3断层的导水性

断层以及工作面裂隙发育区涌水量将较大。

3.2涌水量预计

按裘布依公式Q=1.366K (2H-M) M/ (lgR0-lgr0) 进行涌水量预计。含水层渗透系数K取平均数0.025m/d, 含水层深度H取360m。含水层平均厚度M取35m (顶板砂岩加侏罗系底砾岩) , 引用影响半径R0取1592m, 大井半径r0取190.5m, 则:

预计本面正常涌水量37m3/h, 最大涌水量85m3/h。工作面开采初期水量不会大, 回采到F48-7断层附近, 涌水量可能达到正常涌水量水平, 或接近最大涌水量水平。

3.3防治水措施

(1) 建立畅通的排水系统。在运顺巷道最洼处 (运5测点附近) 外帮施工一个容积20m3以上的水漾。在水漾处安装一台排水能力不低于40m3/h和一台排水能力不低于80m3/h, 扬程80m的渣浆泵, 并分别配备同型号备用水泵。从水漾往南安装二路Φ108排水管路。在水漾以北安装一台15m3/h渣浆泵和一趟2寸软管。

(2) 做好清淤工作, 设专人及时清理巷道中淤煤, 确保两巷畅通。

(3) 一旦发生水淹巷道事故, 要按既定避水灾路线撤人, 同时向调度室和有关领导汇报。

(4) 加强工作面回采时的水情水害观测, 及时分析, 并提前采取处理措施。

(5) 工作面总体呈仰采, 但中间有两处高点, 涌水无法自流出来, 一旦出水, 严格专人负责看泵排水。

(6) 水泵电源专供, 确保不出现因电源问题, 而造成水淹巷道。

(7) 当工作面开采距异常点20m距离时需特别注意涌水量变化和淋水点位置、水量、水温等资料的收集和整理。

(8) 在相对赋水区提前打钻孔放水。