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1、 承压含水层带压开采安全技术措施 一、概况 鹤煤五环分公司（原鹤煤五矿）属安鹤煤田鹤壁矿区，位于鹤壁矿区中部，开采二1煤层，井田范围浅部以二1煤层露头为界，深部以-600m标高二1煤层底板等高线为界，北部以F20断层与三矿为界，南部以F40断层与六矿为界。地层走向大致近南北，倾向东北，总体上呈一近似单斜形态，地面为新近系、第四系所掩盖。 1.地层 五环分公司位于华北地层区山西分区的太行山小区和华北平原分区的豫北小区。区内地层由老至新依次为太古界登封群，下元古界嵩山群，上元古界熊耳群、汝阳群与前震旦系，下古生界寒武系、奥陶系，上古生界石炭系、二叠系，中生界三叠系以及新生界第三、四系。太古界与元古
2、界多出露于煤田南的淇县境内，寒武系与奥陶系主要出露于煤田西及西南部山区，石炭-二叠系含煤地层在煤田均有赋存，三叠系仅隐伏于煤田北深部，新生界广泛掩盖在上述各地层之上。 2.煤层 五环分公司井田含煤地层为石炭-二叠系，煤系地层为石炭系上统太原组、二叠系下统山西组与下石盒子组，含煤地层总厚度517m，共含煤14层，煤层总厚度13.4m，含煤系数2.59%。其中二叠系下石盒子组仅含煤线，含煤性较差；下二叠统山西组和上石炭统太原组含可采煤层，含煤性较好，是本区主要含煤地层，发育可采煤层1层（二1煤层），可采煤层总厚7.41m，可采系数为1.43%。 二1煤层（俗称大煤）为本区主要可采煤层，位于二叠系下
3、统山西组的下部，层位稳定。其顶板为黑色泥岩或砂质泥岩，老顶为灰色细中粒砂岩，为本区良好标志层；煤层底板为泥岩或砂质泥岩，老底为灰色细中粒长石石英砂岩。二1煤层最大厚度10.12m（井下揭露），最小厚度2.23m（罗采孔），平均厚度7.41m，煤厚变异系数为28.21，煤层可采性指数为100，属稳定煤层（d）。 3.构造 五环分公司位于太行构造亚区之太行断隆的中部，整体构造形态为一轴向北东45、向北东倾伏的向斜构造形态，两翼根本对称，北西翼地层倾角1525，南东翼地层倾角1025。井田内构造以断层为主，依方向大致可分为NE、NNE两组。据统计落差20m的断层8条，局部落差20m的断层较发育，多成
4、组消失，断层均属于正断层。矿井局部发育陷落柱，无见岩浆岩。该煤矿构造简单程度为中等。 五环分公司主体构造为一倾伏向斜构造，向斜轴走向为N3055E。南北两翼地层根本对称，北西翼地层倾角1525，南东翼地层倾角1025。向斜形态浅、中部由巷道证明，深部由钻孔掌握，掌握牢靠。 井田特征以断层为主。据不完全统计，全井田落差在0.8m以上的断层发育有98条，其中落差大于20m的大中型断层8条，全部为NE或NNE向的正断层，为扭性、压扭性断层。五环分公司断层发育南北翼差异较大，南翼断层相对发育，断层条数多，延深距离远。如F01、F02、F03及F41、F40、F401均发育在南翼，且其间发育有落差小于1
5、0m的正断层数十条， 影响了工作面的合理划分和正常生产。 北翼小断层相对较少，多集中在靠近边界断层的工作面（F20、F201），且落差一般小于5m，延长长度也较短。 本矿小断层规模一般是35m的正断层，展布方向与旁侧主体断层方向平行或呈锐角，一般在大断层两侧部位较为发育，且断层密度不均衡，高密度区一般100m距离内有12条断层消失，低密度区一般200m距离左右消失一条断层。 依据上述小断层发育特点，猜测本矿未采掘区小断层密度区主要分布地带为沿F41、F401断层，沿上盘走向1200m范围内；沿F20断层下盘走向1000m范围内。（猜测下限开采深度-600m） 五环分公司-450m-600m范围
6、内南翼小断层较为发育，北翼相对不发育。对将来煤层开采会有肯定影响，煤矿采区设计和生产中应予以足够重视。 4.底板承压含水层危急性分析 依据我矿状况，属于底板承压含水层的有奥陶系灰岩承压含水层（2m）、太原群其次层碳酸盐岩岩溶裂隙承压含水层（2t2）、太原群第八层碳酸盐岩溶隙裂隙含水层（2t8） 奥陶系灰岩承压含水层（02m） 该含水层距二1煤间距为148.21163.9m，平均间距157.71m，2022年112月份，实测2m水位标高变化范围在+118.102m+124.452m（平均+121.277m）。五环分公司已进入延深下山采区采煤，煤层赋存标高-450m-600m。依据煤矿防治水规定要
7、求，突水系数公式如下： 式中 -突水系数(MPa/m)； p-底板隔水层承受的水压(MPa),7.38.8MPa； M-底板隔水层厚度(m),157.71m。 经计算突水系数为0.046 MPa/m0.056 MPa/m，小于0.1 MPa/m。 正常构造条件下开采活动不会发生2m含水层突水问题，但要预防通过断层或导水的岩溶陷落柱突水。我矿对落差超过30m的断层均按规定留设有断层防水煤柱，同时仍要加强对井田内小断层的探查和掌握。 太原群其次层碳酸盐岩岩溶裂隙承压含水层（2t2） 该含水层距二1煤间距为106.59117.90m，平均间距110.76m，2022年112月份，实测2t2水位标高变
8、化范围在+97.797m+100.427m（平均+99.112m）。五环分公司已进入延深采区采煤，煤层赋存标高-450m-600m。依据煤矿防治水规定要求，突水系数公式如下： 式中 -突水系数(MPa/m)； p-底板隔水层承受的水压(MPa),6.68.1MPa； M-底板隔水层厚度(m),110.76m。 经计算突水系数为0.06 MPa/m0.07 MPa/m，小于0.1 MPa/m。 正常构造条件下开采活动一般不会发生2t2含水层突水问题，但要预防通过断层或导水的岩溶陷落柱突水。我矿对落差超过30m的断层均按规定留设有断层防水煤柱，同时仍要加强对井田内小断层的探查和掌握。 太原群第八层
9、碳酸盐岩溶隙裂隙含水层（2t8） 该含水层距二1煤间距为27.80m39.71m，平均间距33.35m，依据前期C2tL8疏放水工程资料分析，现C2tL8含水层水位标高，延深采区南翼在-597m，延深采区北翼在-600m。 采掘过程中不会发生2t8突水问题，不会形成影响安全生产的水害。 二、编制目的与依据 五环分公司开采煤层为石炭-二迭系煤系地层，矿井的采掘工程将受石炭系灰岩和奥陶系灰岩承压水威逼。经计算，五环分公司采掘头面与承压含水层之间隔水层承受的水头值在安全范围之内，属安全带压开采。但为了加强防范，预防承压含水层向矿井充水，造成灾难，依据煤矿防治水规定要求，编制了预防煤系地层含水层水带压
10、开采安全技术措施。 三、矿井充水水源及承压含水层 1.地表水 本区位于太行山东麓，鹤壁煤田中部。海拨标高216.4m 144.2m，相对高差72.2m，属低山丘陵区。西部山区地势较高（最大标高763.5m），寒武（）、奥陶（）系地层广泛出露，井田及以东地区地势渐趋低平，被新近系、第四系地层掩盖。 地面流经五环分公司矿井的河流有两条，即：汤泉河和罗村河，汤泉河最大洪流量1280m3/s(1980年8月)，最高洪水位145.96m，低于井口标高(主井井口标高为171.1m，副井井口标高为170.8m，元泉风井井口标高为166.3m，东窑头风井井口标高为166.77m)，现流量为422.64m3/h
11、(204年8月7日测)。 罗村河现流量为1172.16m3/h(2022年8月7日测)，河水主要来源为矿井的排水，水位亦低于井口标高；罗村水库与罗村河连接，库容量微小，主要用于农田浇灌。由于两河流流量较小，且地表表土层较厚距煤层又有较多隔水层，故对矿井构不成水害威逼。 2.含水层 依据以往勘探资料（岩性、构造、富水性、 赋存特征等）及二1煤层开采以来的生产实践，将矿井范围内含水层划分成五个，分述如下： 奥陶系中统马家沟组碳酸盐岩岩溶裂隙承压含水层（2m） 其总厚约400m，位于二1煤下148.21163.9m，平均157.71m，矿区西部广泛出露，补给条件好。该层岩性为厚层状、 巨厚层状石灰岩
12、及白云质灰岩，岩溶裂隙发育。 奥陶系灰岩广泛出露于井田西部，直承受大气降水的补给，形成丰富的地下水，由西向东流入矿区，以岩溶泉的形式集中排泄区外，在区内则通过断层直接或间接补给2t2、2t8灰岩含水层和二1煤顶底板砂岩（9、10）含水层，构成对矿井的严峻威逼。1981年5月16日，井田南部的石林矿遇断层曾发生过奥陶系灰岩突水淹井事故，最大突水量13507m3/h。 太原群其次层碳酸盐岩岩溶裂隙承压含水层（2t2） 2t2灰岩在本区发育良好，分布稳定，厚度4.1910.74m，平均厚度8.02m，岩溶裂隙发育，含岩溶裂隙承压水。 该含水层距二1煤间距为106.59117.90m，平均间距110.
13、76m，距 2灰岩平均间距38.66m，距2t8灰岩平均间距80.75m。 2t2灰岩出露范围和受水面积很小，仅在井田西部有零星出露，一般水量不大，但由于南翼断层的切割（40、41）可与2m灰岩对接发生水力联系，是二1煤充水的间接充水含水层。 太原群第八层碳酸盐岩溶隙裂隙含水层（2t8） 2t8灰岩在区内发育良好，分布稳定，厚度3.925.23m ，平均4.68m，岩溶裂隙较为发育，含岩溶裂隙承压水。 该含水层距二1煤间距为27.8039.71m，平均33.35m，并且有西北向东南渐渐缩短的趋势（向斜轴以北接近40m，向南由35m递减为27.8m）。 2t8灰岩是开采二1煤的直接充水含水层，因
14、受40、41、01、02、03断层影响，与2t2、2灰岩含水层发生水力联系而得到较大量补给，呈现水量较大，且不简单疏干的含水特征，从而构成对二1煤开采的主要威逼。依据前期2t8疏放水工程资料分析，现2t8含水层水位标高，延深采区南翼在-597m，延深采区北翼在-600m，对三水平延深下山采区已无影响。 二1煤顶底板（山西组9、10及11）碎屑岩孔隙裂隙承压含水层 该含水层组由中、粗粒砂岩（9、10、11）所组成， 发育较好，层位稳定，属二1煤直接顶底板含水层， 含孔隙裂隙承压水。 砂岩总计厚度2.8560.11m， 平均30.41m。 其中二1煤上（10、11）厚1.8546.35m，平均21.37m， 二1煤下厚（9）1.0013.76m，平均9.04m。本含水岩组裂隙发育不均，含水量不大，一般状况下易于疏干。但其局部得到2m、2t2、2t8 灰岩含水层的补给水量相对较大，持续时
