34煤礦淇河下采煤獲得成功

1、淺議南許溝煤礦淇河下采煤獲得成功南許溝煤礦（以下簡稱該礦） 位于鶴壁市淇濱區(qū)金山辦事處許溝 村東，是一個國有控股的股份制企業(yè)， 1977 年 12 月建井， 1981 年 6 月投產(chǎn)，核定生產(chǎn)能力 30 萬噸 /年。淇河從井田東南部流過，河下 共壓煤 352 萬噸， 1991 年開始設(shè)計并進(jìn)行巷道布置， 1996 年 6月 試采工作面布置完畢開始回采， 至 2010 年底從淇河下采出煤量 200 萬噸，在回采期間，淇河水安全無恙， 沒有發(fā)生潰入和滲入井下事故， 獲得了成功，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。該礦開采位于山西組底部的二 1 煤層，井田為一單斜構(gòu)造，西高 東低，走向長度 2.2km

2、，傾斜長度 0.86km 。煤層厚度 6.28.29m ， 平均7.47m，傾角25o38o,平均32o,為中灰特低硫貧煤，是良 好的工業(yè)用煤和民用燃料。二 1 煤賦存比較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，含夾矸 一層。礦井充水因素主要為二 1 煤層頂板山西組砂巖裂隙含水層和底 板太原組二層灰?guī)r含水層。 該礦采用立井兩水平下山開拓全井田， 一 水平標(biāo)高 -62.6m ，二水平標(biāo)高 -270m 。淇河下開采的是一水平的 12 采區(qū)，采用走向長壁傾斜分層巷道布置， 回采工作面采高為 2 米，放 炮落煤，全部陷落法管理頂板，選用 DZ25-25/100 型單體液壓支柱 和HDC-2400型刀型鋼梁支護(hù)頂板，三四排控頂

3、，支柱排距 1.0m , 柱距 0.8m ，最大控頂距 3.4m ，最小控頂距 2.4m 。一、地層該礦煤系地層被新近系、 第四系所覆蓋，地層自下而上依次如下：1 、奧陶系中統(tǒng)馬家溝組（ O 2） 馬家溝組灰?guī)r為含煤建造之基底。 O2 層厚超過 500m 。2 、石炭系中統(tǒng)本溪組（ C2b ） 與下伏奧陶系中統(tǒng)呈假整合接觸。厚度為 25m。3 、石炭系上統(tǒng)太原組（ C3t ）地層厚度：鉆孔揭露厚度 130150m ，（真厚度為 115125m ） 與本溪組地層整合接觸。4、二疊系下統(tǒng)山西組 (P1S)底部二 1 煤厚度 6.28.29m ，平均厚 7.47m ，本組厚度 75m 左 右，與下伏

4、太原組呈整合接觸。5、二疊系下統(tǒng)下石盒子組 (P1X) 全組厚 110m ，與山西組呈整合接觸。6、二疊系上統(tǒng)上石盒子組 (P2S)地層厚約 400 米，與下伏下石盒子組呈整合接觸。7、新近系 (N 2)由土黃色、黃褐色粘土 ,黃褐色灰白色砂質(zhì)粘土 ,薄層至厚層狀礫 巖組成。粘土中常含鈣質(zhì)結(jié)核及零星石灰?guī)r礫石。核查區(qū)內(nèi)厚度 100180m ，與下伏地層呈角度不整合接觸。8、第四系 (Q)以黃土為主，局部夾薄層礫石層 , 黃土質(zhì)地均一，顆粒細(xì)勻，具 有明顯的垂直管道及較發(fā)育的柱狀節(jié)理，厚度 330m 。二、地質(zhì)構(gòu)造本區(qū)煤層走向由 SN 至 NW20 °，局部 NW40 °,大

5、體是向 E 或 NE 傾斜的單斜構(gòu)造，傾角 30 °左右，屬傾斜煤層。探明斷層有 4 條， 斷層走向 NE 30 °60 °,傾向 NW ，現(xiàn)分述如下：1、F241：走向NE 50 °60。，傾向NW Z60。，最大落差90m,正斷 層，由二水平 (-260) 運輸大巷及其他巷道證實。2、F12：走向NE30 °，傾向NW Z40 °，落差50m,正斷層,12采區(qū) 副下山揭穿 ,采區(qū)主下山揭露該斷層往深部分叉且很快尖滅。3、Fi3：走向NE30。，傾向NW 傾角60。，落差約30米,正斷層, 斷層延展長度 500m 。4、F308：走

6、向NE30。傾向SE傾角75。，落差大于1000m,正斷層,核查區(qū)南部邊界斷層 ,已基本查明三、水文地質(zhì)1、主要含水層本區(qū)主要含水層有 02灰?guī)r含水層、C3L2灰?guī)r含水層、C3L8灰?guī)r含水層、 S10 、S11 等砂巖裂隙含水層、新近系礫巖孔隙含水層。a、 0 2廣泛出露西部山區(qū)， 總厚度大于 500m, 以大氣降水補給為 主，許家溝泉群為主要瀉水點，富水性強 ,滲透系數(shù) K=0.173 米/晝夜， 單位涌水量 Q=0.067 公升/ 秒/米， PH=7.55 ，水質(zhì)類型為 HC0 3S04 ，Ca-Mg 型水。b 、太原組 L2 灰?guī)r含水層露頭被新生界地層覆蓋，接受新近系砂巖含水層（N2）裂

7、隙孔隙水補給或通過斷層接受 02補給。富水性 強，滲透系數(shù) =2.048 米/ 晝夜，單位涌水量 Q=0.2549 公升/秒、米， PH=8.10 ，水質(zhì)類型為 HC0-S0 4-Ca-Mg 型水。c、太原組L8含水層補給水源與L2基本相同，富水性強。滲透系數(shù) K=0.4135.554 米/ 晝夜，單位涌水量 q=0.05030.2407 公 升/秒/米， PH=7.457.90 ，水質(zhì)類型為 HC03-S04-K-Na-Ca-Mg 型水。d、二i頂板砂巖含水層（Sio、S11 ）受大氣降水補給條件差，主 要露頭處接受 N2 裂隙孔隙水補給， 富水性中等。 滲透系數(shù) K=0.0610.235

8、米/ 晝夜，單位涌水量 q=0.02400.0493 公升/ 秒. 米， PH=7.5 ，水質(zhì)類型為 HC0 3-S0 4-Ca-Mg 型水。e、新近系礫巖含水層（N2）部接受大氣降水補給，具潛水性質(zhì)。 深部接受大氣降水補給條件差，主要接受淇河水補給。2 、地表水體 通過本井田的唯一地表水體為淇河，發(fā)源于山西陵川縣太行山 區(qū)，流經(jīng)河南林縣、鶴壁、淇縣至?？h歸入衛(wèi)河，是衛(wèi)河水系之一部 分。淇河流經(jīng)許溝井田的南端，這段河床寬度達(dá) 100m 之多，坡降 0.3% ，水流平緩，局部出現(xiàn)有小的河漫灘，此段淇河無人工河堤，河堤均系天然形成。沿河階地兩岸極不對稱，河南岸為大片的緩斜礫 巖灘或其他沖積物，北岸

9、為級差 23m 的多級階地，比河漫灘高出 2030m。據(jù)氣象觀測資料，淇河在本區(qū)枯水期最小流量為 2.43.7m 3/s，洪水期最大流量達(dá)2572 m 3/s（ 1963年），最大洪水 位標(biāo)高為+113m，長年水位標(biāo)高為+108m，水深14m。3、礦井充水因素分析斷層導(dǎo)水性：煤田內(nèi)多北北東、北東向斷層，屬壓扭性斷裂，兩盤 擠壓較緊不易導(dǎo)水，但應(yīng)重視兩點，其一巷道穿越斷層、礦壓變化可能 破壞斷層不導(dǎo)性；其二，就二i煤而言均為承壓含水層，應(yīng)重視水壓 與采掘關(guān)系。4、礦井水文地質(zhì)類型及礦井水涌水量預(yù)計該礦水文地質(zhì)類型劃分為中等，礦井正常涌水量為80m 3/h，最大涌水量為160m 3/h。四、12采

10、區(qū)開采考慮到該礦二i煤的上方，包括淇河在內(nèi)共有三個水體，由上至下為：淇河、第三系上部礫巖含水層、第三系底部礫巖含水層。第三第三系含水層與隔水層基本情況表揭露礫巖情況孔第四系黃土層上部礫巖含水層上部隔水層底部礫巖含水層底部口厚厚厚厚隔水最大孔號層單層頂界底界頂界底界頂界底界頂界底界層厚標(biāo)面標(biāo)面標(biāo)面標(biāo)面標(biāo)面標(biāo)面標(biāo)面標(biāo)面標(biāo)度數(shù)厚度高高度高高度高高度高高度(m)(m)高(m)(m)(m)(m)22-1 -44.4113.6113.6 104.09.6104.099.64.499.678.521.1-13.238.9 11.33.021-113.8128.8128.8 121.47.4無121.40.6

11、120.80.6-3.23.815.821-227.8136.9136.9 123.2 1；J.7 1232 121.4 15.3與下部合并無79.621 '-1310.9113.0無113.0102.1 10.9 102.1 80.721.434.514.16.012.6立井井筒56.1138.6138.1 129.19.5119.1108.07.6108.030.227.880.266.77.311.2系隔水層，上部單層厚度大，發(fā)育較好，底部不甚穩(wěn)定。該區(qū)水體及 地層的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，應(yīng)屬于地表水體和松散含水層二者構(gòu)成的復(fù)合 結(jié)構(gòu)水體，即松散含水層與地表水有一定的水力聯(lián)系，含水層和隔

12、水層處于分散狀態(tài)。本井田第三系含水層及隔水層基本情況見上表：從表中數(shù)據(jù)可以看出：1、 直接覆蓋于煤系地層之上的第三系粘土厚度為3.015.8m ， 具有良好的隔水性能，但厚度較??；2、底部礫巖含水層厚3.811.3m，平均5.5m，單位涌水量為 0.02083.2713L/s m，滲透系數(shù)為 0.1637.337m/d ，根據(jù)我國煤 礦水體下采煤的經(jīng)驗，該層礫巖應(yīng)屬于中等或強富水松散層；3、+80m以上粘土層最小單層厚度21.1m，在全井田范圍內(nèi)沉 積穩(wěn)定，隔水性好，厚度大，預(yù)計下部二i煤開采后，在該粘土層處 于彎曲帶內(nèi)，滲透性變化不明顯；4、+100m 以上的上部礫巖含水層厚 015.3m，

13、平均7.6m , 因其上覆第四系黃土平均厚度僅有 7.7m，故地面水體同該礫巖層有 較強的水力聯(lián)系。綜上分析，可以認(rèn)定：由于地表水體和上部礫巖含水層被 +80m以上粘土層所阻隔，這兩個水體對許溝煤礦開采二i煤無充水影響；底部礫巖富水性強，其下部隔水粘土層厚度較小，開采二 i煤時必須留設(shè)足夠的防水煤巖柱，經(jīng)過試采以后方可提高開采上限。二i煤頂板覆巖以泥巖和砂質(zhì)泥巖為主，約占全厚的62%82% ，中等硬度，防水性能好，可作為主要隔水層。其余為砂巖，硬度較大，但不含水，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，也可作為防水煤巖柱的組成部分。因煤系地層基巖面上部粘土分布不穩(wěn)定，按照“三下壓煤與開采規(guī)程”第45條規(guī)定，二1煤上方的底

14、部礫巖含水層的采動等級取I級，即水體位 于基巖上方或底界面下無穩(wěn)定的粘性土隔水層的松散孔隙強、中含水（按中硬覆巖計算公式）：100 651.1m1.6 6 3.6層水體。因此不允許導(dǎo)水裂縫帶頂點波及水體，必須留設(shè)防水安全煤 巖柱。1、導(dǎo)水裂縫高度設(shè)計計算：100 MHh5.61.6 M 3.6式中：M 累計采厚該式適用于單層米厚13m，累計米厚不超過15m。該淇河下 采煤分層厚度2m，累計采厚6m。2、保護(hù)層厚度的計算：（按松散層 底部粘土層厚度小于累計采 厚）保護(hù)層厚度 Hb=4Am=4 X2=8m式中 A=M/nM累計采厚 n分層開采的層數(shù)3、防水煤巖柱高度Ash=H ii +H b =5

15、9.1m,取為 60m根據(jù)上述計算，求得河下采煤允許開采上限為 -80m，但為減少 上部總回風(fēng)巷的維護(hù)量，設(shè)計留設(shè) 60m的護(hù)巷煤柱，故開采上限初 期確定為-90m，實際設(shè)計防水煤巖柱垂直高度為 70m。根據(jù)第21 ' 勘探線剖面圖可以看出，在-90m水平，二1煤距基巖頂界面實際垂 直高度約90m，大于設(shè)計防水煤巖柱垂直高度 70m。故原設(shè)計淇河 下開采范圍確定為二i煤層-90m水平以下區(qū)域。該礦自 1996 年 7 月至 2010 年底進(jìn)行了河下壓煤開采工作，先 后開采了 12221 、 12231 、12121 和 12241 回采工作面，開采面積 約21余萬m2，采出煤量約200

16、萬t。試采和開采期間未出現(xiàn)淇河水 涌入井下造成突水淹井事故。隨著開采深度的增加，根據(jù)第 21 '勘 探線剖面圖可以推斷，二 1 煤層距基巖頂界面垂高越來越大。通過試 采證明：原設(shè)計的防水煤巖柱尺寸及開采上限是合適的。五、結(jié)論1 、該礦開采前在地面淇河兩岸設(shè)置了水文觀測站和地表沉陷觀 測站進(jìn)行淇河水文和地表沉陷觀測， 從觀測資料整理的結(jié)果表明： 在 12 采區(qū)開采期間和開采后經(jīng)地表沉降觀測淇河河床最大下沉值為 2850mm ，淇河水安全無恙，沒有出現(xiàn)滲入和潰入井下事故。2、該礦在 12 采區(qū)開采期間，在井下也布置了水文觀測站，對 井下出水點進(jìn)行觀測：記錄出水時間、地點、標(biāo)高、涌水特征、出水 層位及