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桐花沟普查区煤层开采影响因素综合分析

2020-07-16 22:52130不详
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桐花沟区位于河南省巩义市东南部,行政隶属巩义市站街道、大峪沟镇。该区地势东高西低,沟岭相间,纵横交错,沟谷发育形态呈“V”字型,地形切割严重,山脊呈鱼脊状,山头多为馒头型,山麓及沟谷有坡积物,总体属侵蚀低山丘陵地貌。为了确保该地区煤炭工业可持续发展,满足煤矿接替需求,对桐花沟进行普查。通过本次普查勘探可知山西组二1煤层属较稳定的中厚~厚煤层,煤厚有一定变化(1.03~21.05m,平均为4.79m),全区可采。一1煤层属煤层厚度有一定变化的薄煤层,厚0.59~1.82m,平均1.02m,煤层层位稳定,且两煤层结构都简单。同时探明C+D级储量为6006万t,C级为1700万t,占28.3%,其中二1煤层C+D级为5501万t,一1煤层C+D级储量505万t,另有一1煤层暂不能利用储量647万t。对如此巨大煤炭资源,在普查勘查时期,对该区影响煤层开采的因素进行勘查和综合分析,初步评估其对煤矿开采产生的影响,具有重要的理论与实际意义。

1地质构造条件

一般情况下,研究区的构造直接对水文地质条件产生很大的影响,对构造条件的分析可以预测井突水发生的可能性。在本区以F3断层为界,南北边界附近均有断层,内部滑动构造发育。这些构造破坏了岩石的连续性,为地下水的贮存、运移创造了条件,使不同的含水层发生了水力联系。在开采条件下,由于构造带本身强度低,构造带中的水会进入矿井而发生突水。同时,断层使其两盘地层发生了重新组合,使得二1、一1煤层和含水层直接对接。再者滑动构造在部分的地段距二1煤层较近,给顶板管理带来困难。西界断层F3属区域大断裂,构造裂隙发育,具备形成地下水迳流通道条件,对西部开采构成威胁。

矿井充水形成所需要的两个必要条件是充水水源和充水通道。只有当两者结合,充水水源才有可能通过充水通道进入矿井。在本研究区中,从所处构造位置、煤层埋藏深度分析,地下水为主要充水水源,而岩石裂隙、溶洞、断裂构造带及隔水层厚度变薄带均可成为充水通道,特别是断裂构造带和隔水层厚度变薄带是主要的、最容易给采矿造成威胁的充水通道。因此,区内构造的存在,对采矿产生不利的影响,它一方面提供充水通道,发生突水事故;另一方面的距断层带滑动构造较近的地段采煤时,易于发生顶板垮落造成事故。

2瓦斯

2.1 瓦斯地质特征

本区构造形态为一走向近东西的单斜构造断层发育,西部边界断层为柳树沟断层(F3),南部边界附近为将军岭断层(F9) 北部边界断层为董陵~圪谬峪断层(F17),中部横贯东西的菜园沟断层(F15)把本区分割成为浅部、深部两个自然瓦斯地质单元。断层的发育不但破坏了煤层的连续性,而且为瓦斯的逸散提供了通道,形成了煤层瓦斯含量普遍较低,甲烷成分小于80%,且由西部向东瓦斯含量和甲烷成分逐渐增大的基本特征,如图1所示。



图1 二1煤层瓦斯含量等值线图

2.2 钻孔瓦斯分析

对区内的二1煤层10孔瓦斯样品进行了分析,瓦斯成分以CH4为主,CO2次之,其中CH4成分占53.82%~77.02%,CO2成分占8.07%~38.10%,N2成分占3.12%~28.42%;CH4含量为1.79%~6.02m3/t(可燃质),CO2含量为0.41~2.12m3/t(可燃质),N2含量为0.22~0.55m3/t(可燃质)。依据瓦斯分带标准及瓦斯成分三元座标图(图2)可知,二1煤层瓦斯成分分带为N2~CH4带、CO2~CH4带和元CH4带,均属瓦斯风化带。

2.3 影响瓦斯赋存的地质因素



图2 煤层瓦斯成分三元座标图

1-CO2带;2-CO2~N2带;3-N2带;4-N2~CH4带;5-CH4带;6-CO2~CH4带;7-CO2~N2~CH4

本区西、北、南三面均以正断层为边界,横贯本区东西的菜园沟断层(F15)将本区分割为南、北两个瓦斯地质单元。F15以南的瓦斯地质单元二1煤层CH4成分平均为68.23%,CH4含量平均为3.95m3/t(可燃质),最大CH4含量平均为6.02m/t(可燃质)并呈现由西向东增大的变化规律;F15以北的瓦斯地质单元二1煤层CH4成分平均为59.83%,CH4含量平均为2.44m3/t(可燃质),最大CH4含量平均为2.89m3/t(可燃质)。全区二1煤层CH4成分均小于80%,均属瓦斯风化带。与浅部大峪沟红旗井高瓦斯矿井对比,瓦斯成分与CH4含量呈逆向变化规律,具有明显不均衡性。

瓦斯赋特征主要受地质构造控制:本区的断层均属张性正断层,性质为开放及半开放性,为瓦斯逸散提供了良好的通道。断层的发育使其两盘的煤层瓦斯含量差异明显,一般断层上盘瓦斯成分和含量相对较大,下盘成分和含量相对较小。另外,厚、薄煤带的分布对煤层瓦斯赋集状态亦有明显影响,一般煤层愈厚,瓦斯含量愈大。

3井田地温状况

区内简易测温4个孔,3个见煤层的钻孔测得基本地温资料见表1。根据1901孔简易测温曲线表明,在第二次测温时480m以深温度明显增高,二1煤层以下温度增高更大,说明下部有高温水存在。由此可以判定,地下水对未来开采的影响,不仅是充水水量大小问题,更突出的将是高温水进入井巷,提高井巷环境温度和湿度,破坏工作环境。从测温结果看,本区的地温梯度在3.1~3.5℃/hm之间,比浅部的大峪沟煤矿高,属地温异常区。浅部测温资料与深部测温资料对比,二1煤层以下地温梯度变化为浅部弯小,深部变大。根据测温资料和地温梯度计算结果,二1煤层底板标高-240m以上为常温区,-240m~-340m为一级高温区,-340m以下为二级高温区;一1煤层底板标高-250m以上为常温区,-250m~-330m为一级高温区,-330m以下为二级高温区。

表1 二1煤层附近低温资料表



4其它开采技术因素

根据钻孔统计资料,二1煤层顶、底板岩性以泥岩、沙质泥岩为主,局部为粉砂岩、细粒砂岩,哟度低,易放顶,属于软岩顶、底板;一1煤层顶板岩性为石灰岩,其硬度高,强度大,属于坚硬顶板;底板岩性为铝质泥岩,遇水膨胀易变形变软,属于软岩底板。因此,本区的一1、二1煤层顶、底板存在如下问题:

(1)直接顶板较薄及滑动构造通过部位压力较大时,易出现冒顶、掉块、片帮及断梁折柱现象;

(2)底板岩石松软、隔水层厚度较小时,易发生底鼓现象。

通过对二1、一1煤层的煤尘爆炸危险性和煤的自燃性分析,可知两者均属于无煤尘爆炸性和无煤层自燃性煤层。

5结论

(1)由于工区内构造的存在,对采矿产生不利的影响。一为提供水通道。易于发生突水事故;再者在距断层带滑动构造较近的地段采煤时,警惕发生顶权垮落造成事故。

(2)通过对二1、一1煤层顶、底板岩性对煤层的安全开采也有很大的负面影响。

(3)二1、一1煤层均属于瓦斯风化带,对煤层开采危害较小。

(4)本区属地热异常区,可以充分利用地热资源,同时可降低奥灰水对采危险,减少地热危害。


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