掘進工作面地質條件分析

樊騰飛

摘 要：云蓋山煤礦23302掘進工作面位于二疊系山西組中下部的二1煤層，工作面煤層總體呈單斜狀，煤（巖）層產狀走向NE35°～42°，傾向為：SE55°～48°，傾角11°～15°，平均13°，二1煤層頂板含水層為下二疊系山西組砂巖裂隙含水層組，由3～9層細中粒砂巖組成，總厚12.12～50.47m，平均32.8m，淺部風化裂隙比較發育，為含水層的相對強富水部位，向深部富水性變弱至極弱。突水系數為0.013 MPa/m，小于0.06MPa/m，工作面無突水危險。

關鍵詞：掘進工作面；富水性；突水系數

云蓋山煤礦位于禹州市西南部35km處的磨街鄉境內，礦井主要含煤地層為石炭系上統太原組及二疊系下統山西組、下盒子組和上統上石盒子組；礦井井田基本構造形態為走向北東，傾向南東的單斜構造。煤層傾角13-20°，走向NE35-42°；傾向SE55-48°；礦井目前通風、供電、運輸、排水、提升、瓦斯抽采、監測監控、人員定位、通信聯絡、壓風自救、供水施救、緊急避險等系統完善，運行正常[ 1-2 ]。

1 掘進進工作面煤（巖）層賦存特征

23302掘進工作面的煤層位于二疊系山西組中下部的二1煤層，黑色，粉末狀，局部夾碎塊狀，以亮煤為主，半亮型，下部為半暗型，煤質稍差，煤層均受擠壓可見揉皺現象，煤層厚度0.2～9.7m，平均厚度5.0m。基本頂為中粒砂巖，直接頂為泥巖，有少量偽底，為炭質泥巖，直接底為粉砂巖，基本底為粉砂巖。

根據二1煤層底板等高線形態分析，工作面煤層總體呈單斜狀，煤（巖）層產狀走向NE35°～42°，傾向為：SE55°～48°，傾角11°～15°，平均13°，掘進期間受薄煤帶影響較大，預計工作面掘進過程中，伴生構造發育，煤層底板起伏及煤厚變化較大，對掘進有一定影響，掘進過程中加強地質及水文地質資料收集。

2 掘進進工作面水文地質條件

二1煤層頂板含水層為下二疊系山西組砂巖裂隙含水層組，由3～9層細中粒砂巖組成，總厚12.12～50.47m，平均32.8m，淺部風化裂隙比較發育，為含水層的相對強富水部位，向深部富水性變弱至極弱[ 3-5 ]。

二1煤底板有3層含水層，分別為：

1）石炭系上統太原組上段灰巖含水層，含水層富水性弱，但極不均一，為二1煤底板直接充水含水層。

2）石炭系上統太原組下段灰巖含水層，含水層總體上富水性中等，上距二1煤層45.93～52.06m，一般情況下對開采二1煤影響不大，為二1煤底板間接充水含水層。

3）寒武系上統白云質灰巖含水層，賦存于頂界面以下30～60m范圍內為含水層的強徑流帶，向深部富水性變弱，為強富水含水層，上距二1煤層65.54～78.6m，是二1煤底板間接充水含水層。

二1煤底板有3層隔水層，隔水性能不一致，分別為：

1）太原組上段頂部隔水層，在開采條件下失去隔水作用。

2）太原組中部砂泥巖段隔水層，一般條件下是良好隔水層段，但在斷層附近會破壞其隔水作用。

3）太原組底部鋁土泥巖隔水層，正常情況下，該隔水層可阻斷太灰下段L1-4與寒灰巖含水層的水力聯系。

工作面底板標高：+54.9～+86.6m，底板隔水層厚度74m，目前礦井最高水位標高+80m，工作面底板承受水壓為0.025MPa。涌水形式及水文地質情況：該工作面主要沿二1煤層底板掘進。

工作面主要水源為山西組頂板砂巖水；根據礦井水文地質報告及相鄰工作面情況預計，該工作面正常涌水量約為5m3/h，雨季頂板淋水可能會增大，預計最大涌水量為100m3/h，排水設施應保證100m3/h以上的排水能力，并及時在低洼處挖設水窩，完善排水設施，保證排水能力。根據礦井綜合柱狀圖顯示，現礦井含水層上面距煤層底板厚為74m。

1）隔水層安全厚度計算：

t=

t=2.02m

式中，t——安全隔水層厚度，m；

L——巷道底板寬度，4.8m；

γ ——底板隔水層的平均重度，0.0257MN/m3；

Kp——底板隔水層的平均抗拉強度，2.66MPa；

p——底板隔水層承受的水頭壓力，0.99MPa。

則t=2.02m<74m，

因此，正常段掘進不受底板含水層威脅。

2）突水危險性驗算[ 1-2 ]：

突水系數計算公式如下：

T=P/M=0.99÷74=0.013MPa/m

其中：T——突水系數，MPa/m；

P——底板隔水層承受的水頭壓力，0.99MPa；

M——底板隔水層厚度，取74m。

則T=0.013<0.06MPa/m，無突水危險。

3 結論

云蓋山煤礦23302掘進工作面位于二疊系山西組中下部的二1煤層，工作面煤層總體呈單斜狀，煤（巖）層產狀走向NE35°～42°，傾向為：SE55°～48°，傾角11°～15°，平均13°，二1煤層頂板含水層為下二疊系山西組砂巖裂隙含水層組，由3～9層細中粒砂巖組成，總厚12.12～50.47m，平均32.8m，淺部風化裂隙比較發育，為含水層的相對強富水部位，向深部富水性變弱至極弱。突水系數為0.013 MPa/m小于0.06MPa/m，工作面無突水危險。

參考文獻：

[1] 國家安全生產監督管理總局.煤礦防治水規定[S].北京：煤炭工業出版社，2000：225-245.

[2] 國家煤炭工業局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程[S].北京：煤炭工業出版社，2000：225-245.

[3] 楊濱濱，郭偉鵬.近松散含水層下煤層開采安全性分區[J].煤炭科學技術，2012，40（7）：96-98.

[4] 楊濱濱，隋旺華.近松散含水層下采煤安全性熵值模糊綜合評判[J].煤田地質與勘探，2012，40（8）：43-46.

[5] 馬其華，王宜泰.開采參數對圍巖應力分布影響的數值模擬分析[J].煤礦開采，2010（01）.