承壓含水層帶壓開采安全技術(shù)措施

1、 承壓含水層帶壓開采安全技術(shù)措施 一、概況         鶴煤五環(huán)分公司（原鶴煤五礦）屬安鶴煤田鶴壁礦區(qū)，位于鶴壁礦區(qū)中部，開采二1煤層，井田范圍淺部以二1煤層露頭為界，深部以-600m標(biāo)高二1煤層底板等高線為界，北部以F20斷層與三礦為界，南部以F40斷層與六礦為界。地層走向大致近南北，傾向東北，總體上呈一近似單斜形態(tài)，地面為新近系、第四系所掩蓋。        1.地層       

2、; 五環(huán)分公司位于華北地層區(qū)山西分區(qū)的太行山小區(qū)和華北平原分區(qū)的豫北小區(qū)。區(qū)內(nèi)地層由老至新依次為太古界登封群，下元古界嵩山群，上元古界熊耳群、汝陽群與前震旦系，下古生界寒武系、奧陶系，上古生界石炭系、二疊系，中生界三疊系以及新生界第三、四系。太古界與元古界多出露于煤田南的淇縣境內(nèi)，寒武系與奧陶系主要出露于煤田西及西南部山區(qū)，石炭-二疊系含煤地層在煤田均有賦存，三疊系僅隱伏于煤田北深部，新生界廣泛掩蓋在上述各地層之上。        2.煤層       

3、五環(huán)分公司井田含煤地層為石炭-二疊系，煤系地層為石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組與下石盒子組，含煤地層總厚度517m，共含煤14層，煤層總厚度13.4m，含煤系數(shù)2.59%。其中二疊系下石盒子組僅含煤線，含煤性較差；下二疊統(tǒng)山西組和上石炭統(tǒng)太原組含可采煤層，含煤性較好，是本區(qū)主要含煤地層，發(fā)育可采煤層1層（二1煤層），可采煤層總厚7.41m，可采系數(shù)為1.43%。        二1煤層（俗稱大煤）為本區(qū)主要可采煤層，位于二疊系下統(tǒng)山西組的下部，層位穩(wěn)定。其頂板為黑色泥巖或砂質(zhì)泥巖，老頂為灰色細(xì)中粒砂巖，為本區(qū)良好標(biāo)志層；

4、煤層底板為泥巖或砂質(zhì)泥巖，老底為灰色細(xì)中粒長(zhǎng)石石英砂巖。二1煤層最大厚度10.12m（井下揭露），最小厚度2.23m（羅采孔），平均厚度7.41m，煤厚變異系數(shù)為28.21，煤層可采性指數(shù)為100，屬穩(wěn)定煤層（d）。        3.構(gòu)造        五環(huán)分公司位于太行構(gòu)造亞區(qū)之太行斷隆的中部，整體構(gòu)造形態(tài)為一軸向北東45°、向北東傾伏的向斜構(gòu)造形態(tài)，兩翼基本對(duì)稱，北西翼地層傾角15°25°，南東翼地層傾角10°

5、25°。井田內(nèi)構(gòu)造以斷層為主，依方向大致可分為NE、NNE兩組。據(jù)統(tǒng)計(jì)落差20m的斷層8條，局部落差20m的斷層較發(fā)育，多成組消失，斷層均屬于正斷層。礦井局部發(fā)育陷落柱，無見巖漿巖。該煤礦構(gòu)造簡(jiǎn)單程度為中等。        五環(huán)分公司主體構(gòu)造為一傾伏向斜構(gòu)造，向斜軸走向?yàn)镹30°55°E。南北兩翼地層基本對(duì)稱，北西翼地層傾角15°25°，南東翼地層傾角10°25°。向斜形態(tài)淺、中部由巷道證明，深部由鉆孔掌握，掌握牢靠。   &

6、#160;    井田特征以斷層為主。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全井田落差在0.8m以上的斷層發(fā)育有98條，其中落差大于20m的大中型斷層8條，全部為NE或NNE向的正斷層，為扭性、壓扭性斷層。五環(huán)分公司斷層發(fā)育南北翼差異較大，南翼斷層相對(duì)發(fā)育，斷層條數(shù)多，延深距離遠(yuǎn)。如F01、F02、F03及F41、F40、F401均發(fā)育在南翼，且其間發(fā)育有落差小于10m的正斷層數(shù)十條， 影響了工作面的合理劃分和正常生產(chǎn)。 北翼小斷層相對(duì)較少，多集中在靠近邊界斷層的工作面（F20、F201），且落差一般小于5m，延長(zhǎng)長(zhǎng)度也較短。     &

7、#160;  本礦小斷層規(guī)模一般是35m的正斷層，展布方向與旁側(cè)主體斷層方向平行或呈銳角，一般在大斷層兩側(cè)部位較為發(fā)育，且斷層密度不均衡，高密度區(qū)一般100m距離內(nèi)有12條斷層消失，低密度區(qū)一般200m距離左右消失一條斷層。        依據(jù)上述小斷層發(fā)育特點(diǎn)，猜測(cè)本礦未采掘區(qū)小斷層密度區(qū)主要分布地帶為沿F41、F401斷層，沿上盤走向1200m范圍內(nèi)；沿F20斷層下盤走向1000m范圍內(nèi)。（猜測(cè)下限開采深度-600m）        五環(huán)分公

8、司-450m-600m范圍內(nèi)南翼小斷層較為發(fā)育，北翼相對(duì)不發(fā)育。對(duì)將來煤層開采會(huì)有肯定影響，煤礦采區(qū)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中應(yīng)予以足夠重視。        4.底板承壓含水層危急性分析        依據(jù)我礦狀況，屬于底板承壓含水層的有奧陶系灰?guī)r承壓含水層（2m）、太原群其次層碳酸鹽巖巖溶裂隙承壓含水層（2t2）、太原群第八層碳酸鹽巖溶隙裂隙含水層（2t8）         奧陶系灰?guī)r承壓

9、含水層（02m）        該含水層距二1煤間距為148.21163.9m，平均間距157.71m，2021年112月份，實(shí)測(cè)2m水位標(biāo)高變化范圍在+118.102m+124.452m（平均+121.277m）。五環(huán)分公司已進(jìn)入延深下山采區(qū)采煤，煤層賦存標(biāo)高-450m-600m。依據(jù)煤礦防治水規(guī)定要求，突水系數(shù)公式如下：                 

10、                            式中 -突水系數(shù)(MPa/m)；        p-底板隔水層承受的水壓(MPa),7.38.8MPa；        &#

11、160;     M-底板隔水層厚度(m),157.71m。                                 經(jīng)計(jì)算突水系數(shù)為0.046 MPa/m0.056 MPa/m，小于0.1 MPa/m。  &#

12、160;     正常構(gòu)造條件下開采活動(dòng)不會(huì)發(fā)生2m含水層突水問題，但要預(yù)防通過斷層或?qū)膸r溶陷落柱突水。我礦對(duì)落差超過30m的斷層均按規(guī)定留設(shè)有斷層防水煤柱，同時(shí)仍要加強(qiáng)對(duì)井田內(nèi)小斷層的探查和掌握。         太原群其次層碳酸鹽巖巖溶裂隙承壓含水層（2t2）        該含水層距二1煤間距為106.59117.90m，平均間距110.76m，2021年112月份，實(shí)測(cè)2t2水位標(biāo)高變化范圍在+

13、97.797m+100.427m（平均+99.112m）。五環(huán)分公司已進(jìn)入延深采區(qū)采煤，煤層賦存標(biāo)高-450m-600m。依據(jù)煤礦防治水規(guī)定要求，突水系數(shù)公式如下：                                    &#

14、160;        式中 -突水系數(shù)(MPa/m)；        p-底板隔水層承受的水壓(MPa),6.68.1MPa；              M-底板隔水層厚度(m),110.76m。           

15、                      經(jīng)計(jì)算突水系數(shù)為0.06 MPa/m0.07 MPa/m，小于0.1 MPa/m。        正常構(gòu)造條件下開采活動(dòng)一般不會(huì)發(fā)生2t2含水層突水問題，但要預(yù)防通過斷層或?qū)膸r溶陷落柱突水。我礦對(duì)落差超過30m的斷層均按規(guī)定留設(shè)有斷層防水煤柱，同時(shí)仍要加強(qiáng)對(duì)井田內(nèi)小斷層的

16、探查和掌握。         太原群第八層碳酸鹽巖溶隙裂隙含水層（2t8）        該含水層距二1煤間距為27.80m39.71m，平均間距33.35m，依據(jù)前期C2tL8疏放水工程資料分析，現(xiàn)C2tL8含水層水位標(biāo)高，延深采區(qū)南翼在-597m，延深采區(qū)北翼在-600m。        采掘過程中不會(huì)發(fā)生2t8突水問題，不會(huì)形成影響平安生產(chǎn)的水害。  

17、      二、編制目的與依據(jù)        五環(huán)分公司開采煤層為石炭-二迭系煤系地層，礦井的采掘工程將受石炭系灰?guī)r和奧陶系灰?guī)r承壓水威逼。經(jīng)計(jì)算，五環(huán)分公司采掘頭面與承壓含水層之間隔水層承受的水頭值在平安范圍之內(nèi)，屬平安帶壓開采。但為了加強(qiáng)防范，預(yù)防承壓含水層向礦井充水，造成災(zāi)難，依據(jù)煤礦防治水規(guī)定要求，編制了預(yù)防煤系地層含水層水帶壓開采平安技術(shù)措施。        三、礦井充水水源及承壓含水層 

18、;       1.地表水        本區(qū)位于太行山東麓，鶴壁煤田中部。海撥標(biāo)高216.4m 144.2m，相對(duì)高差72.2m，屬低山丘陵區(qū)。西部山區(qū)地勢(shì)較高（最大標(biāo)高763.5m），寒武（）、奧陶（）系地層廣泛出露，井田及以東地區(qū)地勢(shì)漸趨低平，被新近系、第四系地層掩蓋。        地面流經(jīng)五環(huán)分公司礦井的河流有兩條，即：湯泉河和羅村河，湯泉河最大洪流量1280m3/s(1980年8月)，

19、最高洪水位145.96m，低于井口標(biāo)高(主井井口標(biāo)高為171.1m，副井井口標(biāo)高為170.8m，元泉風(fēng)井井口標(biāo)高為166.3m，東窯頭風(fēng)井井口標(biāo)高為166.77m)，現(xiàn)流量為422.64m3/h(204年8月7日測(cè))。        羅村河現(xiàn)流量為1172.16m3/h(2021年8月7日測(cè))，河水主要來源為礦井的排水，水位亦低于井口標(biāo)高；羅村水庫與羅村河連接，庫容量微小，主要用于農(nóng)田澆灌。由于兩河流流量較小，且地表表土層較厚距煤層又有較多隔水層，故對(duì)礦井構(gòu)不成水害威逼。    

20、60;   2.含水層        依據(jù)以往勘探資料（巖性、結(jié)構(gòu)、富水性、 賦存特征等）及二1煤層開采以來的生產(chǎn)實(shí)踐，將礦井范圍內(nèi)含水層劃分成五個(gè)，分述如下：        奧陶系中統(tǒng)馬家溝組碳酸鹽巖巖溶裂隙承壓含水層（2m）        其總厚約400m，位于二1煤下148.21163.9m，平均157.71m，礦區(qū)西部廣泛出露，補(bǔ)給條件好。該層巖性為厚層狀、

21、巨厚層狀石灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r，巖溶裂隙發(fā)育。        奧陶系灰?guī)r廣泛出露于井田西部，直接受大氣降水的補(bǔ)給，形成豐富的地下水，由西向東流入礦區(qū)，以巖溶泉的形式集中排泄區(qū)外，在區(qū)內(nèi)則通過斷層直接或間接補(bǔ)給2t2、2t8灰?guī)r含水層和二1煤頂?shù)装迳皫r（9、10）含水層，構(gòu)成對(duì)礦井的嚴(yán)峻威逼。1981年5月16日，井田南部的石林礦遇斷層曾發(fā)生過奧陶系灰?guī)r突水淹井事故，最大突水量13507m3/h。        太原群其次層碳酸鹽巖巖溶裂隙承壓含水層（2t2）&

22、#160;       2t2灰?guī)r在本區(qū)發(fā)育良好，分布穩(wěn)定，厚度4.1910.74m，平均厚度8.02m，巖溶裂隙發(fā)育，含巖溶裂隙承壓水。        該含水層距二1煤間距為106.59117.90m，平均間距110.76m，距   2灰?guī)r平均間距38.66m，距2t8灰?guī)r平均間距80.75m。        2t2灰?guī)r出露范圍和受水面積很小，僅在井田西部有零星出露，一般水量

23、不大，但由于南翼斷層的切割（40、41）可與2m灰?guī)r對(duì)接發(fā)生水力聯(lián)系，是二1煤充水的間接充水含水層。        太原群第八層碳酸鹽巖溶隙裂隙含水層（2t8）        2t8灰?guī)r在區(qū)內(nèi)發(fā)育良好，分布穩(wěn)定，厚度3.925.23m ，平均4.68m，巖溶裂隙較為發(fā)育，含巖溶裂隙承壓水。        該含水層距二1煤間距為27.8039.71m，平均33.35m，并且有西北向東南漸漸

24、縮短的趨勢(shì)（向斜軸以北接近40m，向南由35m遞減為27.8m）。        2t8灰?guī)r是開采二1煤的直接充水含水層，因受40、41、01、02、03斷層影響，與2t2、2灰?guī)r含水層發(fā)生水力聯(lián)系而得到較大量補(bǔ)給，呈現(xiàn)水量較大，且不簡(jiǎn)單疏干的含水特征，從而構(gòu)成對(duì)二1煤開采的主要威逼。依據(jù)前期2t8疏放水工程資料分析，現(xiàn)2t8含水層水位標(biāo)高，延深采區(qū)南翼在-597m，延深采區(qū)北翼在-600m，對(duì)三水平延深下山采區(qū)已無影響。        二1煤頂?shù)装澹ㄉ轿鹘M9、10及11）碎屑巖孔隙裂隙承壓含水層        該含水層組由中、粗粒砂巖（9、10、11）所組成， 發(fā)育較好，層位穩(wěn)定，屬二1煤直接頂?shù)装搴畬樱?含孔隙裂隙承壓水。 砂巖總計(jì)厚度2.8560.11m， 平均30.41m。 其中二1煤上（10、11）厚1.8546.35m，平均21.37m， 二1煤下厚（9）1.0013.76m，平均9.04m。本含水巖組裂隙發(fā)育不均，含水量不大，一般狀況下易于疏干。但其局部得到2m、2t2、2t8 灰?guī)r含水層的補(bǔ)給水量相對(duì)較大，持續(xù)時(shí)間