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龙东煤矿东二采区开采可行性分析

发布日期:2020-03-21  浏览次数:215
 摘 要:根据上海大屯龙东井田及东二采区层赋存状况、地质构造及水文地质条件,结合龙东煤矿以往防治水工作经验,对东二采区开采充水因素、突水系数、断层与钻孔的导水性等进行了分析与研究,认为东二采区7号煤通过采取综合防治水措施后可以实现安全开采。

  关键词:防治水,安全开采

  1、采区概况

  龙东煤矿东二采区位于井田最东部,以孙氏店及其派生断层与东一采区相邻。东~东南以F1′断层与姚桥井田相隔,西南以采矿证登记边界与三河尖矿相邻,西北至孙氏店断层,北至7煤层露头。采区最大走向长度为4800m,最大倾向长度为580m,面积2.35km2。

  采区地面村庄密集,有旧姚桥、刘官屯新村、大山湾、后屯、北丁官屯,压占采区可采储量约4.60Mt。这些村庄分别属于山东和江苏两个省,搬迁工作难度很大,对采区接替及工作面布置影响较大。

  采区内F孙大断层(落差200m)与奥灰强含水层对接,受奥灰水严重威胁,煤层埋藏较深,倾角大,断裂构造极为发育,同时,由于村庄搬迁难度较大,需要进行建下开采,至今未进行开采。

  鉴于矿井资源/储量所剩不多,为保证矿井生产能力,延长矿井服务年限,必须尽快对东二采区进行开拓准备,以便接替即将开采完毕的东一采区。

  2、采区地质及水文地质特征

  东二采区位于井田最东部,该采区整体为一单斜构造,倾向南西,倾角8°~12°,但局部发育有次一级小褶曲。该采区介于F孙~F1′两大断层之间,为一狭长地带,受其应力影响,其内部小构造相当发育,断层共计35条,其中,落差5m以上断层26条,每平公里15条,最大断层F1′延展长度4017m,落差240~493m。

  采区可采煤层为7煤和21煤两层,局部可采煤层为17煤层、18煤层和22煤层。煤层倾角8°~22°,平均15°。煤层顶板为粉、细砂岩互层、砂质泥岩,底板为为泥岩、砂质泥岩及粉砂岩。该煤层位于山西组中下部,顶板距分界砂岩30.12~72.75m,平均51.87m,底板距太原组分界面28.43~42.52m,平均38.73m,距强含水体L4灰岩60.54~79.0m,平均76.59m。煤层结构局部较为复杂。

  本区煤层顶底板岩石力学性质未作测试,其相邻的东一采区9105孔也仅对7煤层直接底板进行了试验,其中底板泥岩的平均抗压强度为7.8MPa,砂质泥岩平均抗压强度为64.1MPa。

  主要含水层为第四系砂层及下部粘土夹砂砾层,侏罗白垩系砾岩,山西组7号煤顶、底板砂岩,太原组薄层灰岩,本溪组灰岩,奥陶系灰岩含水层(组)。

  基岩强风化带含水层,一般厚度约16m左右,最大厚度25~30m;山西组顶底板砂岩含水组,是矿井近期生产中的主要充水含水层,但从多年揭露情况分析,其最大出水量在48m3/h,为富水性一般的含水层组;太原组L4灰含水层为岩溶溶隙含水层,该含水层水在7号煤开采过程中,具有补给采场的可能,但其地下水补给途径较远,主要是以静储量为主,是可疏干的灰岩含水层,而深部21号煤直接顶板L12灰及奥灰含水层在今后的21号煤开采中,将会对生产形成一定影响。

  东二采区界于F1′和F孙两条大断层之间,因受其构造应力影响,其区内小型构造及岩层裂隙相当发育。因此,使得区内各含水层(组)发生位移,造成含水层(组)之间相互补给、串通。特别是5勘探线以上,F孙断层处,不但7煤层多处与太原组L10、L12灰及奥灰含水层发生对接,且F孙断层下盘灰岩形成隐伏露头,为灰岩含水层接受上部水的补给创造了条件。从整体分析认为F孙断层下盘高压含水层水具有补给东二采区7煤层顶底板砂岩含水层(组)的可能,从而形成了东二采区7煤开采时地下水自然补给边界,造成东二采区内的水文地质条件较为复杂,并且,该区煤层埋藏较深(最深处达-700m左右),因此,区内水文地质条件为复杂型。

  3、掘进巷道安全水头压力及防水安全煤岩柱

  3.1 掘进巷道安全水头压力

  根据《煤矿防治水规定》,可以计算出掘进巷道安全水头压力。

  P=2Kp +γt

  式中:

  P——底板隔水层能够承受的安全水压,MPa,

  t——隔水层厚度,m ,取最小值;

  L——巷道宽度,m 取4.5m

  γ——底板隔水层的平均重度,MN/m3 取2.6×9.8×10-3=0.025

  Kp——底板隔水层的平均抗拉强度,MPa 取1.624

  3.2奥灰水体上采煤防水安全煤岩柱

  根据《煤矿防治水规定》,本采区不同突水系数情况下煤层的安全开采标高如表2所示。

  7号煤层底板隔水层厚度(过断层进行注浆加固,奥陶系灰岩水体上防水煤岩柱厚度)为233m,根据《煤矿防治水规定》,如果按照突水系数0.06MPa/m计算,则7号煤层的安全开采标高为-1293m以上;如果按照突水系数0.1MPa/m计算,则7号煤层安全开采深度为-2119m以上。因此,考虑构造影响,取突水系数0.060MPa/m,本采区7号煤层均可安全开采。

  4、开采方案的确定

  根据龙东煤矿现有资料及经验,在东二采区西部-270m水平沿近东西方向布置二条采区巷道,分别为东二采区带式输送机巷和东二采区回风巷,其中,带式输送机巷为机轨合一,与本矿井中段运输石门搭接,为保证安全,在掘进过程中,加强探放水工作,坚持“有掘必探、先探后掘”,同时,需对采区巷道底板采取注浆加固措施。

  采区内断层主要集中在三个部分,即边界断层附近、第5勘探线~第6勘探线之间及东北部第3勘探线以上浅部区域。从地质构造上看,比较有利于工作面布置的区域分别是:第3勘探线与第5勘探线之间、LF8断层与LF11断层之间、第6勘探线与第28勘探线之间,根据地面村庄分别情况,只有第3勘探线与第5勘探线之间不受村庄影响。

  因此,分别在第3勘探线及第6勘探线附近沿7号煤底板各布置一组下山,分别为东二采区上段带式输送机下山和回风下山及东二采区下段带式输送机下山和回风下山,下山间距为30m。

  鉴于东二采区水文地质条件比较复杂,各含水层浅部水压较小,从安全和经济角度考虑,首采工作面布置在不受村庄影响的第3勘探线与第5勘探线之间。

  首采工作面距西风井5700m,距主副井达7000m,为降低通风阻力和布置安全出口的需要,在东二采区西部边界第3勘探线附近新开凿一个回风立井,担负东二采区的回风任务兼安全出口,实现矿井分区通风。

  回风井井口标高+38m,井底标高-270m,井筒净直径4.0m,井筒深度308m。

  同时,为保证采区下山顺利穿过断层,防止巷道底板突水,对采区下山巷道底板采取注浆加固措施。

  为保证东二采区发生突水灾害时,可以切断其与现生产采区之间的联系,在东二采区与东一采区中段运输石门之间设置防水闸墙硐室。

  采区范围内有旧姚桥、大山湾、后屯、北丁官屯,压占采区资源/储量约4.66Mt,占采区设计资源/储量的77.54%,对采区接替及工作面布置影响较大。如果全部留设保护煤柱,则采区剩余可采储量只有1.35Mt。如果迁村,四个村庄人口总数10500人,按人均4.5万元考虑,村庄搬迁费高达47250万元,同时,这些村庄分别属于山东和江苏两个省,搬迁工作难度很大,因此必须考虑进行建筑物下采煤,以尽可能回收资源,提高矿井经济效益。

  经过调研分析,东二采区村庄下开采设计采用超高水材料充填开采等成熟经验进行村庄、煤矿生活区等建筑物下采煤。

  5、结语

  从东二采区存在的防治水、巷道维护、村庄下采煤等技术难点上考虑,尽管主采的7号煤层为带压开采,且大部分资源量位于村庄下,但在借鉴国内防治水及村庄下开采经验的基础上,通过科学试验,采取由浅入深、循序渐进的战略,本采区开发是可以实现的。

  本采区7号煤层厚度大、赋存稳定,尽管存在地质构造及水文地质条件复杂、煤层自燃、煤尘具有爆炸危险,但根据目前的技术水平,通过采取综合防治措施后可实现安全开采。

  经济评价显示,在考虑到采区各种不利因素和复杂条件的情况下,矿井财务评价指标比较先进,项目建设在经济上是可行的。

  参考资料:

  1、上海大屯能源股份有限公司龙东煤矿矿井地质报告。

  2、采煤工作面带压开采分析及综合防治水措施,《煤炭技术》2009年6月,娄彦辉、姜玉梅。

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