34煤矿淇河下采煤获得成功

1浅议南许沟煤矿淇河下采煤获得成功南许沟煤矿（以下简称该矿）位于鹤壁市淇滨区金山办事处许沟村东，是一个国有控股的股份制企业，1977年12月建井，1981年6月投产，核定生产能力30万吨/年。淇河从井田东南部流过，河下共压煤352万吨，1991年开始设计并进行巷道布置，1996年6月试采工作面布置完毕开始回采，至2010年底从淇河下采出煤量200万吨，在回采期间，淇河水安全无恙，没有发生溃入和渗入井下事故，获得了成功，创造了巨大的经济效益和社会效益。该矿开采位于山西组底部的二1煤层，井田为一单斜构造，西高东低，走向长度2.2km，倾斜长度0.86km。煤层厚度6.2~8.29m，平均7.47m，倾角25º~38º，平均32º，为中灰特低硫贫煤，是良好的工业用煤和民用燃料。二1煤赋存比较稳定，结构简单，含夹矸一层。矿井充水因素主要为二1煤层顶板山西组砂岩裂隙含水层和底板太原组二层灰岩含水层。该矿采用立井两水平下山开拓全井田，一水平标高-62.6m，二水平标高-270m。淇河下开采的是一水平的12采区，采用走向长壁倾斜分层巷道布置，回采工作面采高为2米，放炮落煤，全部陷落法管理顶板，选用DZ25-25/100型单体液压支柱和HDC-2400型л型钢梁支护顶板，三四排控顶，支柱排距1.0m，柱距0.8m，最大控顶距3.4m，最小控顶距2.4m。一、地层该矿煤系地层被新近系、第四系所覆盖，地层自下而上依次如下：1、奥陶系中统马家沟组（O2）马家沟组灰岩为含煤建造之基底。O2层厚超过500m。2、石炭系中统本溪组（C2b）与下伏奥陶系中统呈假整合接触。厚度为25m。3、石炭系上统太原组（C3t）地层厚度：钻孔揭露厚度130~150m，（真厚度为115~125m）与本2溪组地层整合接触。4、二叠系下统山西组(P1S)底部二1煤厚度6.2~8.29m，平均厚7.47m，本组厚度75m左右，与下伏太原组呈整合接触。5、二叠系下统下石盒子组(P1X)全组厚110m，与山西组呈整合接触。6、二叠系上统上石盒子组(P2S)地层厚约400米，与下伏下石盒子组呈整合接触。7、新近系(N2)由土黄色、黄褐色粘土,黄褐色灰白色砂质粘土,薄层至厚层状砾岩组成。粘土中常含钙质结核及零星石灰岩砾石。核查区内厚度100~180m，与下伏地层呈角度不整合接触。8、第四系(Q)以黄土为主，局部夹薄层砾石层,黄土质地均一，颗粒细匀，具有明显的垂直管道及较发育的柱状节理，厚度3~30m。二、地质构造本区煤层走向由SN至NW20°，局部NW40°,大体是向E或NE倾斜的单斜构造，倾角30°左右，属倾斜煤层。探明断层有4条，断层走向NE30°~60°,倾向NW，现分述如下：1、F241:走向NE50°~60°,倾向NW∠60°,最大落差90m,正断层，由二水平(-260)运输大巷及其他巷道证实。2、F12:走向NE30°,倾向NW∠40°,落差50m,正断层,12采区副下山揭穿,采区主下山揭露该断层往深部分叉且很快尖灭。3、F13:走向NE30°,倾向NW,倾角60°,落差约30米,正断层,断层延展长度500m。4、F308:走向NE30°倾向SE,倾角75°,落差大于1000m,正断层,核查区南部边界断层,已基本查明。3三、水文地质1、主要含水层本区主要含水层有O2灰岩含水层、C3L2灰岩含水层、C3L8灰岩含水层、S10、S11等砂岩裂隙含水层、新近系砾岩孔隙含水层。a、O2广泛出露西部山区，总厚度大于500m,以大气降水补给为主，许家沟泉群为主要泻水点，富水性强,渗透系数K=0.173米/昼夜，单位涌水量Q=0.067公升/秒/米，PH=7.55，水质类型为HCO3SO4，Ca-Mg型水。b、太原组L2灰岩含水层露头被新生界地层覆盖，接受新近系砂岩含水层（N2）裂隙孔隙水补给或通过断层接受O2补给。富水性强，渗透系数=2.048米/昼夜，单位涌水量Q=0.2549公升/秒、米，PH=8.10，水质类型为HCO-SO4-Ca-Mg型水。c、太原组L8含水层补给水源与L2基本相同，富水性强。渗透系数K=0.413~5.554米/昼夜，单位涌水量q=0.0503~0.2407公升/秒/米，PH=7.45~7.90，水质类型为HCO3-SO4-K-Na-Ca-Mg型水。d、二1顶板砂岩含水层（S10、S11）受大气降水补给条件差，主要露头处接受N2裂隙孔隙水补给，富水性中等。渗透系数K=0.061~0.235米/昼夜，单位涌水量q=0.0240~0.0493公升/秒.米，PH=7.5，水质类型为HCO3-SO4-Ca-Mg型水。e、新近系砾岩含水层（N2）部接受大气降水补给，具潜水性质。深部接受大气降水补给条件差，主要接受淇河水补给。2、地表水体通过本井田的唯一地表水体为淇河，发源于山西陵川县太行山区，流经河南林县、鹤壁、淇县至浚县归入卫河，是卫河水系之一部分。淇河流经许沟井田的南端，这段河床宽度达100m之多，坡降0.3%，水流平缓，局部出现有小的河漫滩，此段淇河无人工河堤，河堤均系天然形成。沿河阶地两岸极不对称，河南岸为大片的缓斜砾岩滩或其4他冲积物，北岸为级差2~3m的多级阶地，比河漫滩高出20~30m。据气象观测资料，淇河在本区枯水期最小流量为2.4~3.7m3/s，洪水期最大流量达2572m3/s（1963年），最大洪水位标高为+113m，长年水位标高为+108m，水深1~4m。3、矿井充水因素分析断层导水性:煤田内多北北东、北东向断层,属压扭性断裂,两盘挤压较紧不易导水,但应重视两点,其一巷道穿越断层、矿压变化可能破坏断层不导性；其二，就二1煤而言均为承压含水层，应重视水压与采掘关系。4、矿井水文地质类型及矿井水涌水量预计该矿水文地质类型划分为中等，矿井正常涌水量为80m3/h，最大涌水量为160m3/h。四、12采区开采考虑到该矿二1煤的上方，包括淇河在内共有三个水体，由上至下为：淇河、第三系上部砾岩含水层、第三系底部砾岩含水层。第三第三系含水层与隔水层基本情况表孔号揭露砾岩情况孔口标高第四系黄土层上部砾岩含水层上部隔水层底部砾岩含水层底部隔水层厚度(m)层数最大单层厚度(m)顶界面标高底界面标高厚度(m)顶界面标高底界面标高厚度(m)顶界面标高底界面标高厚度(m)顶界面标高底界面标高厚度(m)22-1144.4113.6113.6104.09.6104.099.64.499.678.521.1-13.2-38.911.33.0521-113.8128.8128.8121.47.4无121.40.6120.80.6-3.23.815.821-227.8136.9136.9123.213.7123.2121.415.3与下部合并无79.621’-1310.9113.0无113.0102.110.9102.180.721.434.514.16.012.6立井井筒56.1138.6138.1129.19.5119.1108.07.6108.080.227.880.266.77.311.2系隔水层，上部单层厚度大，发育较好，底部不甚稳定。该区水体及地层的水文地质结构，应属于地表水体和松散含水层二者构成的复合结构水体，即松散含水层与地表水有一定的水力联系，含水层和隔水层处于分散状态。本井田第三系含水层及隔水层基本情况见上表：从表中数据可以看出：1、直接覆盖于煤系地层之上的第三系粘土厚度为3.0~15.8m，具有良好的隔水性能，但厚度较小；2、底部砾岩含水层厚3.8~11.3m，平均5.5m，单位涌水量为0.0208~3.2713L/s·m，渗透系数为0.163~7.337m/d，根据我国煤矿水体下采煤的经验，该层砾岩应属于中等或强富水松散层；3、+80m以上粘土层最小单层厚度21.1m，在全井田范围内沉积稳定，隔水性好，厚度大，预计下部二1煤开采后，在该粘土层处于弯曲带内，渗透性变化不明显；4、+100m以上的上部砾岩含水层厚0~15.3m，平均7.6m，因其上覆第四系黄土平均厚度仅有7.7m，故地面水体同该砾岩层有较强的水力联系。综上分析，可以认定：由于地表水体和上部砾岩含水层被+80m以上粘土层所阻隔，这两个水体对许沟煤矿开采二1煤无充水影响；底部砾岩富水性强，其下部隔水粘土层厚度较小，开采二1煤时必须留设足够的防水煤岩柱，经过试采以后方可提高开采上限。6二1煤顶板覆岩以泥岩和砂质泥岩为主，约占全厚的62%~82%，中等硬度，防水性能好，可作为主要隔水层。其余为砂岩，硬度较大，但不含水，泥钙质胶结，也可作为防水煤岩柱的组成部分。因煤系地层基岩面上部粘土分布不稳定，按照“三下压煤与开采规程”第45条规定，二1煤上方的底部砾岩含水层的采动等级取Ⅰ级，即水体位于基岩上方或底界面下无稳定的粘性土隔水层的松散孔隙强、中含水层水体。因此不允许导水裂缝带顶点波及水体，必须留设防水安全煤岩柱。1、导水裂缝高度设计计算：（按中硬覆岩计算公式）：mMMHli1.516.366.161006.56.36.1100式中：M——累计采厚该式适用于单层采厚1~3m，累计采厚不超过15m。该淇河下采煤分层厚度2m，累计采厚6m。2、保护层厚度的计算：（按松散层底部粘土层厚度小于累计采厚）保护层厚度Hb=4Am=4×2=8m式中A=M/nM——累计采厚n——分层开采的层数3、防水煤岩柱高度Ash=Hli+Hb=59.1m,取为60m根据上述计算，求得河下采煤允许开采上限为-80m，但为减少上部总回风巷的维护量，设计留设60m的护巷煤柱，故开采上限初期确定为-90m，实际设计防水煤岩柱垂直高度为70m。根据第21’勘探线剖面图可以看出，在-90m水平，二1煤距基岩顶界面实际垂直高度约90m，大于设计防水煤岩柱垂直高度70m。故原设计淇河下开采范围确定为二1煤层-90m水平以下区域。7该矿自1996年7月至2010年底进行了河下压煤开采工作，先后开采了12221、12231、12121和12241回采工作面，开采面积约21余万㎡，采出煤量约200万t。试采和开采期间未出现淇河水涌入井下造成突水淹井事故。随着开采深度的增加，根据第21’勘探线剖面图可以推断，二1煤层距基岩顶界面垂高越来越大。通过试采证明：原设计的防水煤岩柱尺寸及开采上限是合适的。五、结论1、该矿开采前在地面淇河两岸设置了水文观测站和地表沉陷观测站进行淇河水文和地表沉陷观测，从观测资料整理的结果表明：在12采区开采期间和开采后经地表沉降观测淇河河床最大下沉值为2850mm，淇河水安全无恙，没有出现渗入和溃入井下事故。2、该矿在12采区开采期间，在井下也布置了水文观测站，对井下出水点进行观测：记录出水时间、地点、标高、涌水特征、出水层位及岩性，出水点周围及巷道的破坏变形情况，同时观测水量、水温，分析出水原因（记载出水有关因素和情况）及水源。必要时取水样进行化验，并绘制了出水点素描及剖面图。一般每月测量1~3次，雨季应增加观测次数，应做到分水平、分含水层，并固定观测地点、方法及人员。通过观测资料表明：12采区开采期间，矿井涌水量与丰水期和枯水期无关，在丰雨时节井下涌水量并无增大现象，特别是没有出现一次顶板突水现象。3、综上，从各种观测资料结果表明，南许沟煤矿淇河下采煤是技术上可行，安全上可靠，经济上合理。