浅谈采空区冒落带裂隙带高度如何确定.docx

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浅谈采空区冒落带裂隙带高度如何确定

浅谈采空区冒落带、裂隙带高度如何确定

一、矿井概况

***煤矿矿井设计利用工业储量213.7万吨，可采储量159.6万吨。

设计三层煤联合开采，斜井开拓，壁式采煤，全部垮落法管理顶板。

矿井设计生产能力为15万吨/年，服务年限为8.2年。

二、矿井水文地质

1．地层

矿区及其附近出露的地层有下三叠统夜郎组（T1y），上二叠统长兴组（P3c）和龙潭组（P3l），中统茅口组（P2m），第四系零星分布。

龙潭组是该区的含煤地层。

现由新到老简述如下：

（1）、第四系（Q）

主要为残积、坡积、冲积物等，零星分布于地势低洼处，不整合于矿区内各地层表面，主要覆盖含煤地层，厚0～10m。

（2）、下三叠统夜郎组（T1y）：

根据岩性变化情况由上至下分三段：

九级滩段（T1y3）、玉龙山段（T1y2）、沙堡湾段（T1y1）

1）九级滩段（T1y3）

主要由灰紫色、紫色、暗紫色粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩组成，局部夹薄层状泥质灰岩、灰岩，含瓣鳃类等动物化石（产王氏克氏蛤、格氏克氏蛤、弱海扇等动物化石）。

矿区内地层出露不全，出露厚度大于200m。

分布于矿区中、东部地区。

2）玉龙山段（T1y2）

浅灰～灰色，中-厚层灰岩，晶粒或泥晶结构，顶部含鲕粒，向下泥质增加，下部常为泥质灰岩，全层夹泥岩，具锯齿状、箱状缝合线构造，产同心克氏蛤等化石，地层厚度180～250m左右。

分布于矿区中西部地区。

3）沙堡湾段（T1y1）

深灰色，风化后多为黄灰、紫灰色，薄层状粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，具水平纹理，夹薄层状泥质灰岩，近顶及近底常夹薄层黄绿色蒙脱石泥岩，产舌形贝、蚌形蛤、蛇菊石等化石。

地层厚10～23m。

分布于矿区西部。

（3）、上二叠统长兴组（P3c）：

浅灰-深灰色，中-厚层灰岩，晶粒结构，含黑色燧石团块，上部具鲕粒结构，中部含泥质，常为泥质灰岩夹钙质粉、细砂岩，中上部偶夹薄层炭质泥岩。

产蜓科、蕉叶贝及瓣鳃类等化石。

厚25～35m，平均厚30m。

分布于矿区西部。

（4）、上二叠统龙潭组（P31）

为矿区内主要含煤地层，厚度112～151m，平均厚度118m。

系一海陆交互相沉积为主的含煤建造。

主要由灰、深灰色，薄～中厚层状粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩及煤层组成，上部为深灰色岩屑粉砂岩、细砂岩、钙质泥岩、灰岩、泥质灰岩及煤层，含煤2～3层，其中M18煤层全区稳定可采；中部岩性为泥质粉砂岩、细砂岩、粉砂岩夹粘土岩、炭质泥岩及煤层，砂岩胶结物中菱铁质含量较上部有所增加，含煤或煤线9-12层，其中M51为较稳定可采煤层；下部为泥质粉砂岩夹细砂岩、粉砂岩、粘土岩、炭质泥岩及煤层，其中M73为较稳定可采煤层，底部为含黄铁矿粘土岩，其中砂岩胶结物以菱铁质为主，形成菱铁质砂岩。

分布于矿区西部边界。

（5）、中统茅口组（P2m）：

浅灰-深灰色，厚层-块状灰岩，隐晶-微晶结构，上部含少量燧石团块，顶部层面凸凹不平，产蜓科、珊瑚等化石。

矿区出露厚度大于100m。

分布于矿区西部边界。

2．含水岩组水文地质特征

根据矿区出露地层的水文地质特征，区内地层含水岩组为碳酸盐岩类岩溶裂隙水、碳酸盐岩类岩溶裂隙水夹碎屑岩类基岩裂隙水和碎屑岩类基岩裂隙水，其特征如下：

（1）下三叠统夜郎组九级滩段（T1y3）主要由粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩，局部夹薄层状泥质灰岩和灰岩组成，出露厚度大于200m；下三叠统夜郎组沙堡湾段（T1y1）主要由粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，夹薄层状泥质灰岩，近顶及近底常夹薄层黄绿色蒙脱石泥岩，厚10～23m；上二叠统龙潭组（P3l）岩性主要由粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩及煤层组成，厚112～151m。

上述地层为碎屑岩类基岩裂隙水,含水贫乏，弱含水岩组。

（2）上二叠统长兴组（P3c）：

主要为中-厚层灰岩，含黑色燧石团块，中部常为泥质灰岩夹钙质粉、细砂岩，中上部偶夹薄层炭质泥岩。

为碳酸盐岩类岩溶裂隙水夹碎屑岩类基岩裂隙水，富水性中等。

（3）下三叠统夜郎组玉龙山段（T1y2）主要为中-厚层灰岩，下部常为泥质灰岩，厚180～250m；中统茅口组（P2m）主要为厚层-块状灰岩，厚度大于100m。

上述地层为碳酸盐岩类岩溶水，富水性强。

矿井最上的M18煤层顶板粉砂岩为相对隔水，最下的M73煤层底板与含水岩层（P2m）相距10m，底板为泥岩为相对隔水，且矿井所采煤层的开采标高全部位于最低侵蚀基准面标高+845.6m，该矿开采深度+1450m～+1850m，矿界范围内煤层最低开采标高为+1450m。

煤层均位于当地最低侵蚀基准面标高以上。

本矿井水文地质条件是以大气降水为主要补给来源的裂隙充水矿床，水文地质条件中等。

3.构造

矿区位于百纳向斜西翼，区内为一单斜构造，地层总体倾向南东，倾角10～20°。

浅部地层倾角相对较陡（一般地15-20°），往深部地层逐渐变缓,减少到10°左右。

矿内断层不发育，地表未发现大的断层，但在矿井内发现2条隐伏小断层。

地质构造复杂程度定为简单型。

4．煤层赋存状况

（1）含煤性

矿区含煤地层为龙潭组（P3l），总厚约112～1515m，含煤22～30层，煤层总厚约5.35m，含煤系数4.18%。

（2）可采及局部可采煤层

矿区范围内可采煤层3层，煤层编号从上往下依次为M18、M51、M73，M18、M51、M73煤层容重1.55t/m³。

1）M18煤层：

位于龙潭组上部，煤层较稳定，为矿区主要可采煤层，上距长兴组底界15～21m，平均18m，煤层厚度1.20～1.41m，平均1.31m，全区可采，属较稳定煤层。

煤层结构简单，无夹矸，颜色灰黑色、条带状结构，似金属光泽，贝壳状断口，半光亮-光量型。

2）M51煤层：

位于龙潭组中部，上距M18煤层约40m，下距含煤地层底约55m，煤层厚度1.50～1.80m，平均1.70m，全区可采，属较稳定煤层。

煤层结构简单，煤层中上部常有一层夹矸，夹矸厚0.04～0.6m，煤层上分层厚度约0.30～0.60m，下分层煤层厚度约1.00～1.20m。

3）M73煤层：

位于龙潭组底部，上距M51煤层约45m，下距含煤地层底约10m，煤层厚度0.90～1.20m，平均1.05m，全区可采，属较稳定煤层。

M73煤层下距二叠系中统茅口组顶界约10m。

5.可采煤层顶底板岩性

龙潭组含煤地层为一套泥岩、煤层至细粒碎屑岩组成，M18煤层位于龙潭组（P3l）上部，顶板为层状粉砂岩、泥岩，底板为泥岩、粉砂岩；M51煤层位于龙潭组（P3l）中部，上距M18煤层约21—40m左右，顶板均为粉砂岩，底板均为深灰色薄层状炭质泥岩；M73煤层位于龙潭组（P3l）底部，上距M51煤层约45m左右，下距含煤地层底约10m，顶板均为泥质粉砂岩，底板为灰色铝土质泥岩。

M18煤层顶板岩性坚硬程度较软弱，M51煤层、M73煤层顶板岩性坚硬程度中硬。

可采煤层空间位置及其顶底板特征简表

序号

含煤地层

煤层

编号

煤层平均

厚度（m）

煤层间距（m）

稳定性

顶底板岩性

顶板

底板

1

龙

潭

组

M18

1.31

稳定

粉砂岩

泥岩

21-40

2

M51

1.7

稳定

粉砂岩

炭质泥岩

45

3

M73

1.05

稳定

泥质粉砂岩

铝土质泥岩

距煤系底界约10

煤岩层柱状图

三、采空区冒落带、裂隙带高度确定方法

（一）采空区冒落带高度确定

采空区冒落带高度根据煤层顶板岩石坚硬程度和采高确定，一般为采高的3—5倍。

M18煤层顶板岩性坚硬程度较软弱，根据本矿井2008年采面采空区的实际冒落高度数据显示为4—7m之间。

西部M18煤层开采厚度为0.8—1.1m，冒落高度数据显示为4—5m；东部M18开采煤层厚度为1.1—1.4m，冒落高度数据显示为5—7m。

即M18煤层采空区冒落带高度按采高的5倍计算。

M51煤层、M73煤层顶板岩性坚硬程度中硬，矿井没有经验数据，由于顶板岩性坚硬程度中硬，其采空区冒落带高度暂按采高的4倍计算。

（二）采空区裂隙带高度确定方法

1、采空区裂隙带高度根据煤层顶板岩石坚硬程度和采高确定时，一般为采高的8倍左右。

2、模糊推理方法采用下列计算公式：

坚硬岩层：

中硬岩层：

较软弱岩层：

式中：

H为导水裂隙带高度；M为煤层开采高度。

四、2012年度开采地点裂隙带高度及导水性分析

（一）1181采空区（采高1.4m）裂隙带高度：

1、按采高的10倍计算：

采高1.4m×10＝14m；

2、按模糊推理方法公式计算：

＝10×1.18＋5＝16.8m；

导水性分析：

取导水裂隙带高度为16.8m，即1181采面采空区上部16.8m范围内的裂隙带具有导水性。

（二）1511采空区（采高2.1m）裂隙带高度：

1、按采高的10倍计算：

采高2.1m×10＝21m；

2、按模糊推理方法公式计算：

＝20×1.45＋10＝39m；

导水性分析：

取导水裂隙带高度为39m，即1511采面采空区上部39m范围内的裂隙带具有导水性。

五、裂隙带导水危害分析及治理措施

（一）开采地点裂隙带导水危害分析

1、1181工作面位于井田中上部，开采M18煤层，走向长度150m，倾斜长度105m。

井下标高1681m～1697m，地表标高1950m～2000m，距地表最小垂深253米。

上部无可采煤层，下部M51和M73均未开采。

上翼30m（+1702）以上M18煤层已采空，下翼未开采。

M18煤层顶板粉砂岩为相对隔水，且1181工作面导水裂隙带高度为16.8m，小于M18煤层距上部弱含水层长兴组底界18m的垂高，距地表最小垂深253米，所以1181采空区对地表无影响，采空区裂隙带不导水，对矿井没有导水威胁。

本矿井2008年的开采经验也证实M18煤层采空区裂隙带对上部的弱含水层不具备导水条件。

1181工作面上翼30m（+1702）以上M18煤层采空区存有少量积水，会沿采空区裂隙带逐渐渗入1181工作面采空区，增加采空区管理难度，但不会造成突水事故。

2、1511工作面位于井田上部，开采M51煤层，走向长度340m，倾斜长度80m。

井下最高标高1772m，地表最低标高1822m，距地表最小垂深50米。

上部M18煤层已采空，下部M73未开采。

上翼距M51煤层露头50--70m，下翼M51煤层未开采。

M51煤层上距M18煤层约21—40m，1511工作面距上部M18煤层采空区为21m，且1511工作面导水裂隙带高度为39m，大于距上部M18煤层采空区21m的垂高，因此1511采空区裂隙带具有导通其上部M18煤层采空区水的威胁。

1511工作面距地表最小垂深50米，距M51煤层露头50--70m，雨季大气降水水源会渗入1511采空区弯曲带，然后沿采空区裂隙带导入井下，对矿井形成导入地表水的威胁。

根据分析，1511工作面回采期间和回采后应重点防范其上部M18煤层采空区积水和雨季大气降水沿裂隙带导入而造成的水灾事故。

（一）需采取的治理措施

1.采掘过程中严格水害预测预报制度，经常观察、查看淋水状况，发现异常或淋水增大及时停产撤人、及时汇报，采取措施进行处理；

2.采掘工作面排水沟必须保持畅通，及时排除工作面积水；

3.利用M18煤层采空区下方泄水巷及时排出M18煤层采空区积水，保持最少积水量；

4.按规定留设防水隔离煤（岩）柱，煤柱不得低于30m，岩柱不得低于20m.

5.做好“雨季三防”工作，雨季期间加强地面巡查，及时夯实垫平或用沙灰灌实地表裂隙，防止地表水大量侵入，雷雨、暴雨等灾害天气及时停产撤人，安全渡汛；

6.经常排出井底水仓积水，水仓正常存水不得超过水仓底板1.5m，保证水仓有效的储水空间；

7.工作面严格正规循环作业，严格执行“敲帮问顶”制度，严格正规支护方式。