淮北市臨渙礦區10煤層煤質特征及開采安全隱患分析

摘要：淮北市臨渙礦區位于安徽省北部，10煤層屬于目前開采最深煤層，煤質優良，開采價值大，安全隱患高，本文探討了10煤層煤巖特征、主要性質，安全隱患主要為瓦斯含量高及含水層突水隱患，希望能夠為廣大同行在工程中提供一定的借鑒作用。

關鍵詞：煤巖特征；煤質特征；瓦斯；含水層；突水

引言

淮北市臨渙礦區位于安徽省北部，淮北市閘河煤田南段，附近有臨渙煤礦、孫疃煤礦、五溝煤礦等礦山分布。10煤層為淮北地區可采煤層埋深最深，煤質好，開采價值高；但開采難度大，安全隱患高。其主要安全隱患為瓦斯含量高，隨著煤層埋藏深度增加，煤的變質程度加深，滲透性差，煤層吸附甲烷能力增強，同時地層厚度增加，透氣性降低。淮北臨渙礦區10煤層礦井充水也影響著開采安全，主要為太原組石灰巖巖溶裂隙含水層和奧陶系石灰巖巖溶裂隙含水層。

本文通過對10煤層的論述來探討臨渙礦區煤巖和煤質特征及不利因素對開采的影響。

1.煤巖特征

根據鉆孔資料顯示，10煤層煤芯深黑色，條痕深棕黑色。內外生裂隙極發育，性脆而易碎。條帶狀、線理狀結構。宏觀煤巖成分以亮煤為主，鏡煤次之，有時可見少量暗煤，為半亮型，礦物雜質以泥質為主，以塊狀、條帶狀、分散狀、浸染狀分布有機質中，有的可見碳酸鹽礦物和黃鐵礦等。

1.1有機顯微組份

1.1.1鏡質組：含量多在57%～70%之間，常見無基質鏡質體、均質鏡質體、無結構鏡質體。

1.1.2半鏡質組：含量多在3.5%～10%之間，常以絮狀結構、條帶狀結構、透鏡狀結構等產出。

1.1.3惰質組：含量多在20%～35%之間，常以絲質體、基質粗粒體、渾園狀粗粒體、菌類體、微粒體等產出。

1.1.4殼質組：含量在5%左右，常以小孢子、大孢子、樹脂體、網格狀樹皮、小孢子群等狀產出。

1.2無機組份

10煤層無機組份含量較低，其值均< 10%；成分以粘土礦物為主，以塵狀質點、細粒體等形態多呈條帶及似條帶狀產出；或呈透鏡狀、線理狀浸染分布于有機質中；或呈不規則塊狀、粒狀充填于有機質碎片之間[1]（表1）。

2.煤質特征

經對比臨渙礦區附近煤礦煤質特征，煤質優良，屬中—低灰分，低硫分的氣煤—焦煤。原煤發熱量為25.93MJ/kg～28.97MJ/kg，屬高熱值煤，灰分在15.58%～24.40%，全硫含量< 1.21%，水分含量0.84%～1.3%，揮發分為25.97%～29.57%，屬低揮發分煤[2]（表2）。

3.煤巖特征及不利條件對開采的影響

根據鉆孔揭露，10煤層頂板多數為復合型頂板，巖性為泥巖、粉砂巖、細砂巖、炭質泥巖，個別孔有巖漿巖厚度0～24m，平均9.9m。底板巖性以泥巖、炭質泥巖為主，其次為粉砂巖，厚度為0.2m～0.77m，平均0.61m。由于10煤層頂板以中硬巖體—硬質巖體為主，老頂砂巖厚度大，其穩定性較好，易管理。但厚層狀的堅硬砂巖頂板難以垮落，初次來壓步距大，可形成較大的空頂區，造成事故發生。主采煤層頂底板局部存在有軟弱夾層及斷層破碎帶，施工條件變差，局部地段易發生井巷工程地質問題，瓦斯、煤塵爆炸、地溫、地壓等其它開采技術條件因素較復雜。

3.1變質程度和有機煤巖組成對其性質的影響

10煤層為二疊紀山西組和上下石盒子組沉積的煤層，區域變質階段應屬Ⅱ-Ⅲ階段的氣煤—焦煤。由于后期受巖漿的侵入，使該煤層在距巖漿遠近不同而出現了不同的變質程度，其變質階段從Ⅲ-Ⅳ-V-Ⅶ，甚至大于Ⅶ階段的無煙煤—天然焦。煤層原煤灰分為中灰—高灰煤；低硫分—中硫分煤；特低磷—低磷分煤；特低氯；一級—二級含砷煤；具中熱值—高熱值；煤灰為中等—高軟化溫度和中等流動溫度灰；不易結渣；含油—富油；煤層屬中—中高揮發分煤；具強粘結性—特強粘結性；具良好的結焦性；煤層可選性評定為易選—極難選煤。

3.2瓦斯含量對其開采的影響

煤層圍巖的透氣性、煤化程度及水文地質條件等因素影響瓦斯含量，構造和煤層埋藏深度也是是造成瓦斯含量分布不均的主要因素。隨著煤層埋藏深度增加，煤的變質程度加深，滲透性差，煤層吸附甲烷能力增強，同時地層厚度增加，透氣性降低，可采煤層的瓦斯含量，隨深度增加而增加。瓦斯梯度約為62.5m/ml。總體而言，10煤層平均甲烷含量大于其他煤層，開采難度更大，安全隱患更多。臨近礦井海孜煤礦在建井和生產期間揭煤60余次，發生了7次煤和瓦斯突出，對10煤層的開采應按高瓦斯礦和具有瓦斯突出危險的礦井來進行設計和生產管理[3-6]（表3）。

3.3含水層對10煤層開采的影響

新生界第四含水層（組）地下水，在淺部沿風化裂隙帶，采空塌陷裂隙帶或順煤層進入礦井，在留有防水煤柱情況下，是煤層開采的補給水源。可采煤層頂底板砂巖裂隙水是礦井開拓和煤層開采的直接充水水源，是礦井涌水量的主要組成部分。煤系砂巖裂隙發育不均一，一般富水性較弱，以儲存量為主，補給量不足。太原組石灰巖和奧陶系石灰巖巖溶裂隙水在一般情況下對礦井無直接充水影響，但在有斷層或巖溶陷落柱導水時，則有可能對礦井產生突水。勘探區內斷層一般富水性弱，導水性差，但在井巷開拓和煤層開采時，會破壞地下水的天然平衡狀態，使斷層的導水性有所改變，若斷層溝通了富水含水層時，也有可能產生突水。

據鉆孔揭露，本區10煤層與太原組石灰巖巖溶裂隙含水層間距為32m～67.38m，太灰水能否突破10煤底板隔水層對礦坑充水，取決于太灰原始導高、隔水層厚度、隔水巖層的抗壓強度、水頭壓力以及底板受構造、開采等因素影響與破壞程度，開采深度越大，水頭壓力也隨之增加，深度每增加10m，水頭壓力則增加0.098MPa，突水系數不大于0.15MPa/m時，受構造破壞塊段不大于0.06MPa/m時，一般不會造成突水或“底鼓”，如果超過突水系數則會發生突水事故。受斷層的影響，無論在哪個水平開采，其突水系數值均遠遠>0.06MPa/m，開采過程中均有突水的隱患。而對于正常塊段，在-500m深度以淺開采時，突水系數值均小于0.15MPa，突水的可能性不大，隨著開采水平下降100m、200m、300m時，開采水平隔水層厚度分別小于55m、60m和68m，此時突水系數超過臨界值，發生突水隱患的概率將逐步增大。

4.結語

淮北市臨渙礦區10煤層煤質優良，屬中—低灰分，低硫分的氣煤—焦煤，開采價值大。可采煤層的瓦斯含量隨深度增加而增加，10煤層平均甲烷含量大于其他煤層，開采難度更大，安全隱患更多，因此對10煤層的開采應按高瓦斯礦和具有瓦斯突出危險的礦井進行生產管理。太原組石灰巖巖溶裂隙含水層和奧陶系石灰巖巖溶裂隙含水層是淮北臨渙礦區10煤礦井充水的主要隱患之一，奧灰突水具有水壓高，水量大，10煤層與太原組石灰巖巖溶裂隙含水層最近距離僅32m。因此開采過程中應對太灰水采取探水和降壓措施，把太灰水的突水系數值降到安全范圍以內；同時，還應提前對奧灰含水層進行水文地質評價，制訂防治水計劃以保證安全生產。

參考文獻：

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