山東兗煤礦下組煤深部采區覆巖離層水害危險性分析與評價

尹維大

(成都理工大學地球科學學院 四川 成都 610000)

?

山東兗煤礦下組煤深部采區覆巖離層水害危險性分析與評價

尹維大

(成都理工大學地球科學學院 四川 成都 610000)

堅硬覆巖下煤層開采，易產生覆巖離層水涌突，因此對深部采區覆巖離層水害進行超前地質預報顯得非常重要。本文以東灘礦六采區為研究對象，在前人對離層水涌水機理研究的基礎上，結合采區鉆探等基礎地質資料，對影響覆巖離層水涌突的7個因素，進行分析總結，對東灘礦六采區煤層開采覆巖離層水害進行了預報，研究結果，對東灘礦深部采區-六采區開采水害防治提供了技術基礎。

深部采區；覆巖；離層水害；超前地質預報

一、引言

本文主要以東灘礦六采區為研究對象，通過對六采區地質條件的勘查，結合相關鉆孔資料，開展采場頂板離層水形成條件和涌突機理的研究。確定影響離層涌水危害的主要影響因素，通過層次分析法確定各影響因素在離層水害中的權重，建立離層水害超前地質預報模型和離層水害危險性分區圖，進而對六采區的離層水害分布做出評價。將直接用于指導六采區工作面的水害防治工作，為工作面頂板離層水防治提供科學依據。

二、礦區地理位置及交通

東灘井田位于山東省鄒城、兗州、曲阜三市接壤地區。井田位于兗州煤田東部，東灘煤礦井田南北長約12.5km，東西寬約4.8km，面積59.9606km2，開采深度+49.85～-1350m。

三、研究區地質概況

東灘井田地處鄒城、兗州、曲阜三市接壤地帶，在地質構造上位于兗州向斜的核部和深部。六采區位于東灘井田南翼。采區東西長約5km，南北寬約1.8～2.8km，面積約12.50km2采區區上組煤含可采和局部可采煤層共6層。由采區地層概況可知，采區地層自上而下為第四系、侏羅系、二疊系、石炭系和奧陶系；各系地層間除二疊系與石炭系間呈整合接觸外，其余均為不整合或假整合接觸。

四、離層水害的主要影響因素

頂板覆巖離層水害是由采場頂板離層(裂隙或空間)積水涌出而造成的災害事故。采場頂板離層空間是離層水存在的先決條件，正是由于離層水的存在，才導致了離層水害的發生。因此對于離層水的研究有必要先從離層的形成說起。

(一)采場頂板離層形成條件

頂板覆巖離層形成條件為：隨著采空區的移動，上下巖層在自重作用下發生了不協調變形，即產生張拉或錯動位移，這種位移產生的拉應力或剪應力超過巖層抗拉或抗剪強度，離層便開始形成。

(二)離層水的形成條件

覆巖離層水形成的需具有以下幾個基本條件：離層的發育。離層補給水源及通道的存在。隔水層的存在。離層空間的持久性。

(三)離層水害主要影響因素的確定

離層水害是在很多因素的綜合作用下形成的，筆者主要從7個方面闡述。

煤層厚度含水層厚度硬巖厚度隔水層厚度壓水頭鉆孔單位涌水量(q)值，強度系數。

五、離層水害超前地質預報及分區評價

(一)離層水害危險性分區與評價

東灘礦六采區離層水害危險性指數范圍為1.000-2.822，平均值為1.996。整體來說，研究區內離層水害危險性指數對應的柵格單元個數非常不均，變化較大，最多可高達近3000個，最少可低至0。且離層水害危險性指數大多在1.6以上，其中主要集中在2.3-2.7之間，在此區間內，危險性指數對應的柵格單元數量整體較大，占研究區總面積的40%左右。

根據以上的離層水害危險性指數的頻率和頻數分布直方圖,確定離層水害危害程度的分區閾值，利用ArcGIS的重分類功能對獲得的離層水害危險性指數柵格圖進行重分類，從而對研究區離層水害的危險程度作出定量區劃評價。

危險性分區閾值(臨界點)為1.49和2.14，根據此危險性分區閾值，可將研究區內離層水害危險性狀況劃分為相對安全區、中等危險區和嚴重危險區三類。具體為：Zk≤1.49為相對安全區；1.492.14為嚴重危險區

通過分析，可知東灘礦六采區離層水害危險性情況如下：

相對安全區主要位于六采區的東部，分布面積較小，約占研究區總面積的23.1%。由于地質構條件造的影響以及開采條件的變化，此區域仍然存在著離層水涌突的危險，只是相對于其他區域而言，該區域屬于相對安全區。

中等危險區主要位于采區的中部、北部及東南部，約占采區總面積的33.7%。在此區域內，構造條件復雜、斷層分布較廣，離層水害危險性相對更大。因此需要采取必要的防護措施，避免離層水害事故的發生。

嚴重危險區在分布在中等危險區的西部，近乎呈三角形分布。主要集中在采區西部、南部的北部，此外還有中部的極小部分。因此離層充水后，一旦上部硬巖破斷，極容易發生離層涌水事故。在加上地質構造的影響，水害危險性極大。因此必須增強防范意識。

(二)離層水害的防治

離層水害的防治可以從防止離層的形成和離層水的形成兩方面考慮。離層的形成主要與煤層的開采方式和煤層覆巖頂板巖性有關。這兩個條件很難改變或者說成效不大。對離層水的形成來說，只有離層補給水源和隔水層方面可以改變，因此可以在可能發生離層水害區域，通過進行含水層的超前疏放即抽取水源，或者破壞離層下部的有效隔水層，使得導水斷裂帶與含水層直接相連，從而杜絕離層水的形成。

六、結論

本文的主要結論如下：

(1)確定了影響離層水害的7個主要因素,對東灘礦六采區各因素分別進行了量化分區，并對分析了各因素指標的分布變化特征。

(2)確定了各影響因素在離層水害危險性評價中的權重，分別為：含水層0.137，靜壓水頭0.086，煤層厚度0.137，硬巖厚度0.276，強度系數0.046，隔水層厚度0.318；可見，硬巖厚度和隔水層厚度對離層水害危險性的影響最大。

(3)對各影響因素進行了歸一化處理，結合各因素的權重值，建立了離層水害危險性超前地質預報模型。

(4)完成了東灘礦六采區覆巖離層水害的超前地質預報。分區結果顯示六采區離層水害危險性情況呈現“西部大、東部小，南部大、北部小，中間分布不均”的特點。

[1]喬偉,李文平,李小琴.采場頂板離層“靜水壓涌突水”機理及防治[J].采礦與安全工程學報,2011,28(1):96-104.

[2]謝憲德.淺談南桐煤礦采區頂板離層裂隙透水[J].礦山測量,1992,(2):15-19.

[3]謝憲德.南桐煤礦深部采區離層裂隙突水的原因及其防治[J].技術經驗,1997,(1):31-35.

[4]李文平等.淮北礦區整體結構頂板特大動力突水水害查治試驗研究[R].中國礦業大學,2007.

[5]李偉,李文平,程新明,等.整體結構頂板特大動力突水水害查治方法[M].徐州:中國礦業大學出版社,2008.

[6]李偉.海孜礦特殊突水事故發生的原因及對策[J].煤炭科學技術,2006,34(1):35-38.

[7]程新明,王經明.海孜煤礦頂板離層水害的成因與防治研究[J].煤炭工程,2008,(7):60-62.