山東兗煤礦下組煤深部采區(qū)覆巖離層水害危險(xiǎn)性分析與評價(jià)

尹維大

(成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 四川 成都 610000)

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山東兗煤礦下組煤深部采區(qū)覆巖離層水害危險(xiǎn)性分析與評價(jià)

尹維大

(成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 四川 成都 610000)

堅(jiān)硬覆巖下煤層開采，易產(chǎn)生覆巖離層水涌突，因此對深部采區(qū)覆巖離層水害進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)顯得非常重要。本文以東灘礦六采區(qū)為研究對象，在前人對離層水涌水機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合采區(qū)鉆探等基礎(chǔ)地質(zhì)資料，對影響覆巖離層水涌突的7個因素，進(jìn)行分析總結(jié)，對東灘礦六采區(qū)煤層開采覆巖離層水害進(jìn)行了預(yù)報(bào)，研究結(jié)果，對東灘礦深部采區(qū)-六采區(qū)開采水害防治提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

深部采區(qū)；覆巖；離層水害；超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

一、引言

本文主要以東灘礦六采區(qū)為研究對象，通過對六采區(qū)地質(zhì)條件的勘查，結(jié)合相關(guān)鉆孔資料，開展采場頂板離層水形成條件和涌突機(jī)理的研究。確定影響離層涌水危害的主要影響因素，通過層次分析法確定各影響因素在離層水害中的權(quán)重，建立離層水害超前地質(zhì)預(yù)報(bào)模型和離層水害危險(xiǎn)性分區(qū)圖，進(jìn)而對六采區(qū)的離層水害分布做出評價(jià)。將直接用于指導(dǎo)六采區(qū)工作面的水害防治工作，為工作面頂板離層水防治提供科學(xué)依據(jù)。

二、礦區(qū)地理位置及交通

東灘井田位于山東省鄒城、兗州、曲阜三市接壤地區(qū)。井田位于兗州煤田東部，東灘煤礦井田南北長約12.5km，東西寬約4.8km，面積59.9606km2，開采深度+49.85～-1350m。

三、研究區(qū)地質(zhì)概況

東灘井田地處鄒城、兗州、曲阜三市接壤地帶，在地質(zhì)構(gòu)造上位于兗州向斜的核部和深部。六采區(qū)位于東灘井田南翼。采區(qū)東西長約5km，南北寬約1.8～2.8km，面積約12.50km2采區(qū)區(qū)上組煤含可采和局部可采煤層共6層。由采區(qū)地層概況可知，采區(qū)地層自上而下為第四系、侏羅系、二疊系、石炭系和奧陶系；各系地層間除二疊系與石炭系間呈整合接觸外，其余均為不整合或假整合接觸。

四、離層水害的主要影響因素

頂板覆巖離層水害是由采場頂板離層(裂隙或空間)積水涌出而造成的災(zāi)害事故。采場頂板離層空間是離層水存在的先決條件，正是由于離層水的存在，才導(dǎo)致了離層水害的發(fā)生。因此對于離層水的研究有必要先從離層的形成說起。

(一)采場頂板離層形成條件

頂板覆巖離層形成條件為：隨著采空區(qū)的移動，上下巖層在自重作用下發(fā)生了不協(xié)調(diào)變形，即產(chǎn)生張拉或錯動位移，這種位移產(chǎn)生的拉應(yīng)力或剪應(yīng)力超過巖層抗拉或抗剪強(qiáng)度，離層便開始形成。

(二)離層水的形成條件

覆巖離層水形成的需具有以下幾個基本條件：離層的發(fā)育。離層補(bǔ)給水源及通道的存在。隔水層的存在。離層空間的持久性。

(三)離層水害主要影響因素的確定

離層水害是在很多因素的綜合作用下形成的，筆者主要從7個方面闡述。

煤層厚度含水層厚度硬巖厚度隔水層厚度壓水頭鉆孔單位涌水量(q)值，強(qiáng)度系數(shù)。

五、離層水害超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及分區(qū)評價(jià)

(一)離層水害危險(xiǎn)性分區(qū)與評價(jià)

東灘礦六采區(qū)離層水害危險(xiǎn)性指數(shù)范圍為1.000-2.822，平均值為1.996。整體來說，研究區(qū)內(nèi)離層水害危險(xiǎn)性指數(shù)對應(yīng)的柵格單元個數(shù)非常不均，變化較大，最多可高達(dá)近3000個，最少可低至0。且離層水害危險(xiǎn)性指數(shù)大多在1.6以上，其中主要集中在2.3-2.7之間，在此區(qū)間內(nèi)，危險(xiǎn)性指數(shù)對應(yīng)的柵格單元數(shù)量整體較大，占研究區(qū)總面積的40%左右。

根據(jù)以上的離層水害危險(xiǎn)性指數(shù)的頻率和頻數(shù)分布直方圖,確定離層水害危害程度的分區(qū)閾值，利用ArcGIS的重分類功能對獲得的離層水害危險(xiǎn)性指數(shù)柵格圖進(jìn)行重分類，從而對研究區(qū)離層水害的危險(xiǎn)程度作出定量區(qū)劃評價(jià)。

危險(xiǎn)性分區(qū)閾值(臨界點(diǎn))為1.49和2.14，根據(jù)此危險(xiǎn)性分區(qū)閾值，可將研究區(qū)內(nèi)離層水害危險(xiǎn)性狀況劃分為相對安全區(qū)、中等危險(xiǎn)區(qū)和嚴(yán)重危險(xiǎn)區(qū)三類。具體為：Zk≤1.49為相對安全區(qū)；1.492.14為嚴(yán)重危險(xiǎn)區(qū)

通過分析，可知東灘礦六采區(qū)離層水害危險(xiǎn)性情況如下：

相對安全區(qū)主要位于六采區(qū)的東部，分布面積較小，約占研究區(qū)總面積的23.1%。由于地質(zhì)構(gòu)條件造的影響以及開采條件的變化，此區(qū)域仍然存在著離層水涌突的危險(xiǎn)，只是相對于其他區(qū)域而言，該區(qū)域?qū)儆谙鄬Π踩珔^(qū)。

中等危險(xiǎn)區(qū)主要位于采區(qū)的中部、北部及東南部，約占采區(qū)總面積的33.7%。在此區(qū)域內(nèi)，構(gòu)造條件復(fù)雜、斷層分布較廣，離層水害危險(xiǎn)性相對更大。因此需要采取必要的防護(hù)措施，避免離層水害事故的發(fā)生。

嚴(yán)重危險(xiǎn)區(qū)在分布在中等危險(xiǎn)區(qū)的西部，近乎呈三角形分布。主要集中在采區(qū)西部、南部的北部，此外還有中部的極小部分。因此離層充水后，一旦上部硬巖破斷，極容易發(fā)生離層涌水事故。在加上地質(zhì)構(gòu)造的影響，水害危險(xiǎn)性極大。因此必須增強(qiáng)防范意識。

(二)離層水害的防治

離層水害的防治可以從防止離層的形成和離層水的形成兩方面考慮。離層的形成主要與煤層的開采方式和煤層覆巖頂板巖性有關(guān)。這兩個條件很難改變或者說成效不大。對離層水的形成來說，只有離層補(bǔ)給水源和隔水層方面可以改變，因此可以在可能發(fā)生離層水害區(qū)域，通過進(jìn)行含水層的超前疏放即抽取水源，或者破壞離層下部的有效隔水層，使得導(dǎo)水?dāng)嗔褞c含水層直接相連，從而杜絕離層水的形成。

六、結(jié)論

本文的主要結(jié)論如下：

(1)確定了影響離層水害的7個主要因素,對東灘礦六采區(qū)各因素分別進(jìn)行了量化分區(qū)，并對分析了各因素指標(biāo)的分布變化特征。

(2)確定了各影響因素在離層水害危險(xiǎn)性評價(jià)中的權(quán)重，分別為：含水層0.137，靜壓水頭0.086，煤層厚度0.137，硬巖厚度0.276，強(qiáng)度系數(shù)0.046，隔水層厚度0.318；可見，硬巖厚度和隔水層厚度對離層水害危險(xiǎn)性的影響最大。

(3)對各影響因素進(jìn)行了歸一化處理，結(jié)合各因素的權(quán)重值，建立了離層水害危險(xiǎn)性超前地質(zhì)預(yù)報(bào)模型。

(4)完成了東灘礦六采區(qū)覆巖離層水害的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。分區(qū)結(jié)果顯示六采區(qū)離層水害危險(xiǎn)性情況呈現(xiàn)“西部大、東部小，南部大、北部小，中間分布不均”的特點(diǎn)。

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