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        小魚溝礦區(qū)礦井開采安全性評估分析

        2019-12-14 06:21:56麗,劉
        中國金屬通報 2019年11期
        關(guān)鍵詞:隔水層奧陶系礦層

        王 麗,劉 燁

        (1.內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局153勘探隊,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020;2.內(nèi)蒙古地質(zhì)工程有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

        小魚溝礦產(chǎn)位于鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗境內(nèi)。小魚溝礦區(qū)有著豐富的礦產(chǎn)資源,小魚溝礦產(chǎn)屬于準(zhǔn)格爾礦區(qū),屬華北石炭、二疊紀(jì)礦區(qū),在華北聚礦的北部區(qū)域,成礦古地理環(huán)境在內(nèi)蒙古陸邊緣區(qū)域。礦區(qū)的主要含礦層是太原組上巖段(C2t2),有6個含礦層,6上、6、8、9上、9、10號礦層。6、9上、9號礦層的大部分礦層可以開采,8號礦層局部可以開采。6上、10號礦層不能開采[1]。

        在礦層頂?shù)装甯羲畬拥谋∪醯貛?、?gòu)造破碎帶,容易產(chǎn)生巖溶水突破,隔水層的水流進(jìn)礦坑中。文中根據(jù)礦井的開采實際情況和區(qū)域構(gòu)造條件、隔水層、抗壓性能等,對礦帶壓開采的安全性進(jìn)行評價,并提出有效措施。

        1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

        1.1 太原組(C2t)隔水層

        (1)上巖段(C2t2):出露于礦區(qū)東部、中部、南部,厚度12m~115m。巖性由灰黃、灰白、灰黑色、深灰砂巖、粘土巖、砂質(zhì)泥巖組成,是本礦區(qū)主要含礦層[1]。偶見裂隙承壓水存在,地表以泉水的方式出露,流量0.01L/s~0.60L/s。

        (2)下巖段(C2t1):出露礦區(qū)南部和東部,厚度5.27 m~42.00m,與奧陶系平行不整合接觸。巖性由灰、灰白、灰黑色泥巖、砂巖、灰?guī)r和鋁土質(zhì)泥巖構(gòu)成。

        1.2 奧陶系(O1+2)含水層

        出露于礦區(qū)東部邊緣,黃河岸邊,南部榆樹灣一帶,厚度大于100m。巖溶裂隙發(fā)育非常不均勻,造成含水性差異較大。如在黑岱溝一帶,灰?guī)r厚度大約100m,巖溶裂隙發(fā)育較差。含水量少,單位涌水量低于0.10L/s·m。

        2 帶壓開采條件分析

        礦井大部區(qū)域6、8、9上、9號礦層底板在奧陶系巖溶水的水位下,是帶壓開采的礦層。能否順利帶壓開采6、8、9號礦層,要分析礦區(qū)的構(gòu)造特性、隔水層的厚度、隔水性能和抗壓性能等諸多因素。

        2.1 隔水層性能分析

        根據(jù)礦井鉆孔施工過程及資料顯示,石炭系上統(tǒng)太原組(C2t):分上、下巖段。上巖段(C2t2):出露于小魚溝下游和中游,厚度10.46~101.93m,是主要的含礦層。上部含有6號礦層、灰白砂巖和灰黃色砂巖,淺灰色粘土巖;下部含有9號礦層、灰白色砂巖、深灰色泥巖。地表未見泉水出露。很多鉆孔鉆至該組地層會出現(xiàn)嚴(yán)重的漏水現(xiàn)象,水位低于一百米。下巖段(C2t1)分布在小魚溝下游,揭露厚度為0.20~24.19m。和奧陶系是平行不整合接觸。

        2.2 礦井?dāng)嗔褬?gòu)造的水文地質(zhì)特征

        本礦井的斷裂構(gòu)造主要為背斜。在生產(chǎn)中沒有揭露明顯的斷層,沒有導(dǎo)水和富水的現(xiàn)象。礦井內(nèi)地表沒有明顯的陷落柱,沒有發(fā)現(xiàn)導(dǎo)水和富水陷落柱。

        2.3 礦井寒武奧陶系巖溶含水層特點

        礦井內(nèi)寒武奧陶系巖溶含水層巖性主要為灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、竹葉狀灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r等。根據(jù)小魚溝C7號水文孔對奧陶系中統(tǒng)巖溶裂隙含水層抽水試驗資料分析,單位涌水量q=0.0424L/(s·m),滲透系數(shù)K=0.04833m/d,水化學(xué)類型屬HCO3—Mg·Ca·Na型,礦化度為0.41g/L,水位標(biāo)高+879.66m。根據(jù)扶貧1號水文孔對奧陶系中統(tǒng)巖溶裂隙含水層抽水試驗資料分析,單位涌水量q=0.00052L/(s·m),滲透系數(shù)K=0.0000005m/d,水化學(xué)類型屬Cl·HCO3—Na型,礦化度為0.59g/L,水位標(biāo)高+869.87m。結(jié)合礦井周邊奧灰水文孔資料,推測礦井內(nèi)奧灰水富水性差且極不均勻,奧灰水水位標(biāo)高為+870~+879.66m。

        3 帶壓開采安全性評價

        帶壓開采評價和分區(qū)主要是針對強(qiáng)富水含水層和巨厚含水層(華北地區(qū)一般為奧灰含水層)進(jìn)行的,奧灰水能否進(jìn)入采掘區(qū),第一要看寒武奧灰水的水位標(biāo)高是否高于礦層底板的標(biāo)高。在承壓區(qū)內(nèi),底板寒武奧灰水有可能進(jìn)入采掘工作面,在非承壓區(qū),底板寒武奧灰水不可能進(jìn)入采掘工作面。

        采用以下計算公式來計算突水系數(shù):

        式中:T-突水系數(shù),MPa/m;P-隔水層底板承受的水壓(MPa);M0-底板的隔水層厚度(m);計算出各個礦層突水系數(shù),見表1。

        表1 6、8、9上、9號礦層底板突水系數(shù)計算結(jié)果統(tǒng)計表

        小魚溝6號礦層開采底板標(biāo)高為+909.04m~+1004.64m,8號礦層開采底板標(biāo)高為+893.20m~+987.52m,9上礦層開采底板標(biāo)高為+883.34m~+978.58m,9號礦層開采底板標(biāo)高為+874.94m~+959.25m,本井田奧灰水位標(biāo)高為+870m~+879.66m。據(jù)此分析,小魚溝礦產(chǎn)采礦許可證范圍內(nèi)6、8、9上、9號礦層,均在奧灰水位以上,為非承壓區(qū),底板寒武奧灰含水層不會對礦層開采產(chǎn)生影響。

        圖1 6號礦層底板突水系數(shù)等值線圖

        根據(jù)表1的9個鉆孔礦層底板突水系數(shù)計算結(jié)果,最大為0.0025MPa/m,小于0.06MPa/m(底板受構(gòu)造破壞塊段不大于0.06MPa/m),即寒武、奧陶系巖溶、裂隙承壓水對開采本區(qū)礦層無大的影響,計算結(jié)果與準(zhǔn)格爾礦井開采從未發(fā)生寒武、奧陶系巖溶、裂隙水底板充水的情況相吻合。

        4 防治措施

        本礦區(qū)井田北部和東北部帶壓開采6、8、9上、9號礦層時,正常開采時,奧灰水對礦井的日常生產(chǎn)威脅不大,但是也需要隨時監(jiān)測和觀察。對井田內(nèi)部的斷層、內(nèi)陷落柱等異常構(gòu)造需要重點觀察,封閉質(zhì)量較差或者未封閉鉆孔的奧灰水很有可能會涌入礦井之中,需要現(xiàn)場工作人員高度重視相關(guān)問題,采取有效的防范措施,防止大量水涌入開采現(xiàn)場。

        (1)查看陷落柱和斷層。使用鉆探、化探、物探等方法詳細(xì)查明陷落柱和斷層等構(gòu)造的空間展布形態(tài)、詳細(xì)位置和賦水情況等。如果查明陷落柱和斷層含水量較大,需要及時采取注漿等措施攔截水害。

        (2)陷落柱和斷層的注漿封堵措施。開采中發(fā)現(xiàn)陷落柱和斷層時,采用注漿堵水是主要預(yù)防措施,經(jīng)濟(jì)性好,堵水效果明顯。封堵的具體部位是6號、8號、9號上、9號礦層底板以下20m的位置,避免開采對陷落柱和斷層產(chǎn)生二次破壞。

        (3)及時封閉不良鉆孔。鉆孔是容易產(chǎn)生突水的關(guān)鍵部位之一,鉆孔中的含水層或者容易引發(fā)礦井水體導(dǎo)通的鉆孔,以及廢棄鉆孔都有可能產(chǎn)生突水,需要用泥漿及時封孔,認(rèn)真填寫封孔報告,并建立統(tǒng)一臺賬方便日后查詢。

        (4)設(shè)置防水礦柱。直徑大于20m的陷落柱、高差大于8m的斷層,不僅按照規(guī)程實行注漿封堵,同時要設(shè)置防水礦柱。防水礦柱的設(shè)計尺寸要嚴(yán)格執(zhí)行《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》中關(guān)于防水礦柱的說明進(jìn)行設(shè)計和計算。

        (5)建立礦區(qū)防排水系統(tǒng)。礦區(qū)的排水系統(tǒng)具體包含泵房、水倉、配電所、排水管路等相關(guān)工程。根據(jù)報告中預(yù)測的涌水量,建立對應(yīng)的排水配套工程,排水配套工程應(yīng)該充分考慮礦區(qū)預(yù)測正常涌水量、最大涌水量和預(yù)測奧灰水突水量之和。

        (6)制定合理的礦井避水災(zāi)路線。在掘進(jìn)面上制定合理的避水災(zāi)路線,在路線設(shè)置中明顯標(biāo)記路標(biāo),定期進(jìn)行撤離演習(xí),保證掘進(jìn)施工人員的安全。

        5 結(jié)論

        通過計算研究區(qū)內(nèi)底突水系數(shù)最大值為0.0025MPa/m,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于臨界突水系數(shù)0.066MPa/m,通常情況下不會發(fā)生底板突水事故,在開采過程中仍然需要注意,在陷落柱和斷層等構(gòu)造復(fù)雜的區(qū)域要預(yù)留防水礦柱和排水通道,實現(xiàn)礦層的帶壓安全開采。

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