桐花沟普查区煤层开采影响因素综合分析二

1、桐花沟普查区煤层开采影响因素综合分析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（1.0321.05m，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0.591.82m,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 60

2、06 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

3、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

4、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

5、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 0.412.12m3/t（可燃质），N2 含量为 0.220.55m3/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 N2CH4 带、 CO2CH4 带和元 CH4 带

6、，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-CO2N2 带；3-N2 带；4-N2CH4 带；5-CH4 带；6-CO2CH4 带；7-CO2N2CH4 带本区西、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%

7、,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

8、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 3.13.5/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，

9、 -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；