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文档简介
1、安全技术杨庄煤矿太灰水患及其井下电法探测 杨庄煤矿是淮北矿业集团公司所属现代化大型煤炭生产企业,原设计生产力量为90t/a,采纳竖井多水平联合开采方式,1970年达产,随着技术改造,产量连年上升,二水平投产后,曾达240万t(1981)年,其后,随着开采深度增加,构造及水文地质条件日趋简单,重新核定生产力量为140万t/a,近年产量基本维持在该水平,难有大的提升,其中一个重要的缘由就是太灰岩溶裂隙水对平安回采构成严峻威逼,因此,加强太灰水害的猜测和治理工作非常重要。 1矿区构造及水文地质的特点 1.1 地质构造、主要含(隔)水层及其特点 杨庄井田位于闸河复式向斜的南部转折端,所处大地构造为华北
2、淮地台鲁西隆起徐州褶断带的西南侧。井田地层由老至新为奥淘系,石灰系、二叠系、第四系,其中石灰系、二叠为含煤地层,井田构造以褶曲为主,断裂构造相对不发育,岩浆岩对煤层破坏严峻。主要含水层组有第四系孔隙含水组、上石盒子孔隙裂隙含水组;下石盒子组5煤裂隙含水组、山西组6煤裂隙含水组、太原组岩溶隙含水组、奥灰岩溶裂隙含水组;主要隔水层有第四系底部隔水层、6煤底板隔水层,太灰中、上段之间隔水层、本溪组隔水层等。617工作面的6煤底板太灰水突发酿成重大灾难以后,杨庄矿井水文地质条件修定为极简单型。 1.2主采煤层及太灰水的威逼 杨庄煤矿受板灰岩水害威逼最为严峻的是6煤,该煤层发育在石盒子组地层的下部,其底
3、板以下有2个隔水层6煤底板隔水层和太灰中、上段隔水层,总厚约40m。再向下即为太灰含水层和奥灰含水层,由于太灰砂岩裂隙和奥灰岩浴发育,小型断层众多,掘进和回采对底板的破坏和扰动,隔水层失去效用,灰岩水顺断层或裂隙通道突出,对6煤平安回采构成严峻威逼。 1.3 突水类型及其特点 (1)5煤含水组突水,主要发生在掘进巷道迎头及回采工作面,顶板砂岩裂隙水,特点是初期水量大、来势凶狠、难以防范,但连续时间不长,随后枯干,对工作面平安回采影响极大。 (2)6煤含水层突水,多发生在掘进巷道迎头,开治涌水量大,很快削减然后干枯,对平安生产无大影响。 (3)太灰突水,采动破坏底板触发灰岩岩溶裂隙形成导水通道所
4、致,特点是开头水量小,然后快速增大,很快达到峰值,随后渐小并保持稳定,突出波及范围广,严峻威逼矿井平安生产,是突水灾难的主要形式。 (4)奥灰突水,在构造发育地段或通过岩溶裂隙通道向太灰水进行补给所引发的底板突水,其特点是水源充足,储水量和输水力量巨大,虽然可能性和次数较小,一旦发生后果却是灾难性的。 (5)钻孔突水,生产中个别钻孔穿过太原区组灰岩,含水层未封好或未封所致。 以上5种类型中,(3)、(4)危害性最大,是防范的主要对象。 2井下直流电法探测 2.1 井下直流电法探测以岩石的导电性差异为基础,通过观测和分析巷道或采场四周稳定电流场的分布规律来讨论解决有关矿井地质问题,与地面电法相比
5、,并下电法具有几个显著特点:首先,它是全空间勘探,适用全空间电磁场理论;其次,受井下空间条件制约,一般只能在巷道中进行,而巷道空间对探测效果有重大影响,必需进行巷道空间影响的校正,早期讨论和应用中,都未仔细考虑该因素,近年始有学者对此做了一些讨论;再之,靠近探测目标,获得特别强度大,易于识别,更为精确;另外,井下施工条件简单,各种电磁干扰严峻,对观测仪器要求高。这些特点,利弊兼有,给井下电法的讨论给予了很多新的内容。 2.2 井下直流电法在该矿区应用的物理前提 岩层之间或地质特别体与围岩之间具有明显的电性差展品是井下电法探测的应用物理前提。以杨压矿为例,6煤顶板泥岩电阻率仅为200m左右,底板
6、砂岩电阻率60100 m,6煤电阻率在200m以上,相对于顶底呈现高阻反映,而灰岩电阻率可以高达n1000m,即6煤四周不同地层导电性存在明显差异,利用直流测深进行层位划分非常有利;另一方面,当灰岩内部岩溶裂隙发育含水丰富时,岩溶四周灰岩电阻率会显著降低,该特点同样为利用直流电法在高阻围岩中查找低阻地质体供应了有利条件。 3应用效果和实例 近年来,井下直流电法在全国数10个矿井尤其是一些水地质条件简单,水患严峻的矿井得到重点推广。利用井下直流电法探测含(隔)水层厚度、导水构造与通道,进行富水性评价和突水猜测预报,取得了相当良好的应用效果。 杨庄煤矿3622工作面6为底板砂岩裂隙,太灰岩溶非常发
7、育,灰岩含水丰富,风巷掘进过程中揭露小型断层多条,多处底少量出水,具有底板突水的潜在威逼。采纳井下直流电法探测巷道底板下60m内含导水构造、富水区分布发育特征,并对可能的突出地段进行猜测。图1是富水特别剖面图,有3处砂岩富水区,2处太灰富水区,并存在2处潜在太灰导水通道。图2是煤底板下60m四周太灰内部富水区平面分布趋势图,存在2处富水区域。矿方以富水区进行了打钻验证,在推举地段作了适当的底板加固工作,对太灰水的突出起到乐观预防作用。 图1 3622工作面风巷富水特别剖面图 图2 3622工作面太灰层段富水区平面分布图 4 井下电法应用现状及进展趋势 4.1 应用现状与存在的问题 自20世纪5
8、0年月末开头,国内先后有多家高等院校和科研院所开展井下直流电法的讨论和试验工作,在基础理论、方法技术和井下电法仪器等方面均有肯定进展。目前主要的工作方法有底板测深(确定含隔水层、查找导水构造探查评价富水性)、巷道间直流透视(工作面内部富水性评价)和掘进头超前探测。由于直流电法有众多分支,运用起来比较敏捷,现对其特点及适应性归纳于表1。 表1 矿井直流电法分支及其适应性 基于对国内井下直流电法讨论和应用现状的分析,笔者认为,作为矿井物探手段的重要分支,其讨论和应用中仍有以下几个方面的工和需要努力:一是理论上要建立尽可能贴近井下实际状况的数学模型进行数值模拟、巷道校正以期提高解释精度;二是数据质量
9、,一切分析解释都是建立在牢靠精确的数据据基础之上,井下电法数据采集环境简单,干扰因素多,劳动强度大,不仅要求井下仪器灵敏度抗干扰性强智能轻巧耐用,而且迫切需要改进施工方法技术,实行各种手段有解决诸如铁轨、金属支架、电机、浮煤厚、底板坚硬接地因难、局部积水等因素造成的不利影响;三是进展掘进头超前探测,巷道掘进过程中,常常需要快捷精确地探测前方构造发育状况及其导水性,目前超前探测理论有待完善,地质效果也不尽抱负;四是井下直流电法可以利用多参数联合解释,并与其它物探方法协作,利用综合物探手段提高探测的牢靠性与精确性。 4.2 进展前景 与其它地方物探方法相比,井下直流电法具有无可比拟的优点,因而具有宽阔发进展前景,随着理论讨论的进一步深化、仪器性能的提高和工作方法的改进,井下直流电法在猜测水文地质灾难方面肯定能发挥其独待作用。 5小结 本文以杨庄煤矿的水文地质特
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