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第46 卷第7 期2023年7 月地测与水害防治小庄煤矿隐蔽致灾地质因素类型及致灾特征分析煤炭与化工Coal and Chemical IndustryVol.46 No.7Jul.2023吴章涛1，黑军锋1，吴继铎，张国平1，杨皓博1，董世梁1（1.陕西彬长小庄矿业有限公司，陕西彬州7 13 5 0 0；2.陕西彬长矿业集团有限公司，陕西咸阳7 12 0 0 0）摘要：对矿井主要隐蔽致灾地质因素致灾特征的分析和评价是保障安全生产的必要工作。本文以小庄煤矿为例，通过全面分析开采4号煤层时各类隐蔽致灾地质因素的基本特征，确定影响矿井安全开采的关键致灾因素，评价其致灾危险性。研究结果表明，小庄煤矿主要的隐蔽致灾因素包括自身采空区、断层裂隙和褶曲、导水裂隙带、封闭不良钻孔、瓦斯、地下含水体、冲击地压和矿井热害，其中关键致灾地质因素为导水裂隙带、封闭不良钻孔和地下含水体，未发现其他致灾因素。关键词：隐蔽致灾地质因素；洛河组含水层；导水裂隙带；封闭不良钻孔中图分类号：TD163文献标识码：A文章编号：2 0 95-5 97 9（2 0 2 3）0 7-0 0 6 6-0 5Analysis of hidden disaster-causing geological factorstypes and disaster-causing characteristics inXiaozhuang MineWu Zhangtao,Hei Junfeng,Wu Jiduo,Zhang Guoping,Yang Haobo,Dong Shiliang(1.Shaanxi Binchang Xiaozhuang Mining Co.,Ltd.,Binzhou 713500,China;2.Shaanxi Binchang Mining Group Co.,Ltd.,Xianyang 712000,China)Abstract:The analysis and evaluation of the disaster characteristics of the main hidden geological factors in the mine is anecessary work to ensure safe production.Taking Xiaozhuang Mine as an example,this paper comprehensively analyzed thebasic characteristics of various hidden disaster-causing geological factors when mining No.4 coal seam,determined the keydisaster-causing factors affecting the safe mining of the mine,and evaluated its disaster-causing risk.The results showedthat the main hidden disaster-causing factors in Xiaozhuang Mine included its own goaf,fault/fracture and fold,waterconduction fracture zone,poorly sealed borehole,gas,underground water-bearing body,rock burst and mine heat damage.The key geological factors were water conduction fracture zone,poorly sealed borehole and underground water-bearingbody,and no other disaster-causing factors were found.Key words:hidden disaster-causing geological factors;luohe group aquifer;water conduction fracture zone;poorly sealedborehole煤矿隐蔽致灾地质因素的普查是矿井地质工作中的重要内容之一，对矿井主要隐蔽致灾地质因素致灾特征的分析和评价预测，是保障安全生产的必要任务。但在煤矿生产中，隐蔽致灾地质因素的种类繁多，部分因素隐蔽性强，致灾程度也不一，因此普查和分析的难度较大。如何全面准确的评价、判定关键致灾地质因素是普查工作中的核心环节。本文以陕西彬长矿区小庄煤矿为例，通过全面分析开采4号煤层时矿井的各类隐蔽致灾地质因素的基本特征，确定影响矿井安全开采的关键隐蔽致灾因素，分析可能引发的煤矿致灾危险，评价其致灾危险性，为综合探查防治措施的制定提供了地质依据。责任编辑：张彤D0I:10.19286/ki.cci.2023.07.018作者简介：吴章涛（198 8 一），男，陕西商洛人，工程师。引用格式：吴章涛，黑军锋，吴继铎，等.小庄煤矿隐蔽致灾地质因素类型及致灾特征分析 J1.煤炭与化工，2 0 2 3，46（7）：6 6-7 0.66吴章涛等：小庄煤矿隐蔽致灾地质因素类型及致灾特征分析1概况陕西省彬长矿区小庄煤矿是陕西彬长矿业集团有限公司的主力生产矿井之一，煤矿于2 0 10 年动工建井，2 0 18 年进入联合试运转，井田面积45.8247km，生产规模6 0 0 万t/a。矿井为立井开拓方式，目前主采中侏罗统延安组（Jay）的4号煤层。4号煤层除了小灵台背斜无煤区外几乎全井田赋存，平均厚度18.0 1m，属于特厚煤层；全井田共划分为5 个盘区，采用长壁式采煤方法，分层开采。2隐蔽致灾地质因素分析2.1采空区2.1.1井田内自身采空区小庄煤矿累计回采6 个工作面，分别为40 2 0 1、40202、40 2 0 3、40 2 0 4、40 3 0 9、40 2 0 5 工作面，形成了6 个采空区，积水面积约7 5.5 万m，积水总量约10 2 万m，各采空区积水均通过联络巷自流至泄水巷外段，进行集中持续排放。目前矿井涌水量为1490m/h，井田内采空区均为自身采空区，采空区范围及积水情况清楚，且矿方在积水边界线平行外推移了2 0 m留设探水线，由探水线向外再平行外推2023年第7 期移了6 0 m作为警戒线（简称“三线”）（图1）。为了接续工作面的安全回采，矿方已积极针对采空区积水开展了相应的疏放工作，已疏放至相邻巷道最低点，即对采空区补给水量进行持续疏放。2.1.2井田周边采空区积水小庄煤矿周边邻近矿井有胡家河、文家坡、火石咀、大佛寺、亭南和孟村煤矿。小庄煤矿与周边煤矿均未存在越界开采现象，相邻各煤矿与小庄煤矿井田边界之间多为天然界线一一泾河，且各矿之间留设有保护煤柱。综合以上分析，小庄煤矿范围内自身采空区及积水区清楚，矿井探放水工作细致，密闭情况完好；接续的相邻工作面采空区积水探查相对简单，且工作面之间留设有防隔水煤（岩）柱，容易控制，在保证泄水巷持续正常排水的情况下，自身老空水的隐患较小；矿井周边采空区、积水区清楚，对小庄煤矿影响小，不作为矿井的充水水源，矿方保持资料对接及必要的探查工作即可。2.2废弃老窑（井筒）和封闭不良钻孔普查小庄煤矿煤层埋深相对较大，平均埋深超过600m。地面未发现煤层露头，井田范围内不存在老窑及关闭小煤矿。井田内主要需要防范封闭不良钻孔的影响，具体情况如图1所示。十+XZ2002A23五盘区X20139XZ1907030940307工作面XZ210119TXZ-02x三盘区2 3Xz-0140302工作面184二盘区XZ2103-40207工作面A6205作面40204工作面40203工作面DG40202作面井田边界采空区X1油气井水文长观孔183无煤区2000年前勘探孔盘区边界积水区Fig.1 Distribution of water accumulation area and poorly sealed boreholes盈洲5 42221四盘区XZ1903223WA020X作面190一盘区图1积水区和封闭不良钻孔分布19722438一盘区125672023年第7 期考虑到地勘钻孔施工工艺和封孔质量要求的不同，2 0 0 0 年以前施工的普查和详查钻孔封孔质量均视为“不可靠”。因此，井田范围内封闭不良的地面勘探钻孔共计16 个，分别为18 5、18 4、2 8、190、8、2 3、3 8、3 9、191、12 5、197、194、2 13、221、2 2 3、2 2 4孔。井田范围内存在2 0 12 年施工的1号、泾河538号、泾河5 42 号油气井。3 口油气井封孔情况不明，需要按照封闭不良钻孔进行管理。井田内还在施工了XZ-01V/XZ-01H（含7 个分支）、XZ-02、X Z-3、X Z-0 4、H JH 0 3 瓦斯抽采井。其中，XZ-01V孔已封孔，XZ-01H（含7 个分支）、XZ-02、X Z-0 3、X Z-0 4、H JH 0 3 均未封孔。因此，上述5 个瓦斯抽采井需要按照封闭不良钻孔进行管理。井田内存在 XZ1、X Z 3、D G 5、X Z 19 0 3、XZ1907、X Z 2 0 0 1、X Z 2 0 0 2、X Z 2 10 1、X Z 2 10 3 等9个水文长观孔，需要按照封闭不良钻孔进行管理。综合以上分析，井田范围内共排查出封孔质量不可靠的地面勘探钻孔16 个（2 2 3 孔和2 2 4孔位于无煤区范围内），废弃的油气勘查孔3 个，瓦斯煤炭与化工抽采井5 个，水文长观孔9个，共计封闭不良钻孔33个（未揭露钻孔2 7 个）。通过采取各项超前探查和治理措施，已经顺利通过了4个钻孔（XZ1和XZ3水文长观孔，18 5 和2 8 地勘孔），实现了安全回采。但封闭不良钻孔数量较多、种类较杂，采掘工程接近这些钻孔时，钻孔有可能导通上覆含水层或地表水而引起矿井突水的可能，因此封闭不良钻孔有一定的致灾风险。2.3迷断层、裂隙、褶曲等地质构造地质构造分布如图2 所示。2.3.1断层、裂隙以往的三维地震勘探共解释断层40 条，除DF2断层外，均为正断层，落差一般都小于5 m。目前，井下实际揭露断层9 条，最大落差3m。40 3 0 9工作面还发现了多条节理、裂隙。井下揭露的断层和裂隙主要位于南玉子向斜轴部附近，向斜的转折端为应力集中区，因此断裂较发育。另外需指出，40 3 0 9胶带顺槽揭露F1断层时，有0.8m/h左右的涌水量。2.3.2褶皱以往的三维地震勘探工作中发现了大于5 m的第46 卷B1背斜董家庄背斜01km南玉子向斜40309工作面40307工作面40302工作面40207工作面40205工作面40204工作面40203工作面40202工作面40201工作面B4肖背料井田边界褶皱无煤区68采空区断层X2向斜B2背图2 地质构造分布Fig.2 Distribution of geological structure吴章涛等：小庄煤矿隐蔽致灾地质因素类型及致灾特征分析褶曲9个，其中背斜6 个，为路家小灵台背斜、B1、B2、B3、B4、B1（五盘区)；向斜3 个，分别为南玉子向斜、X1、X 2。井下在40 3 0 9工作面发现有小型背斜1个，背斜附近煤层产状有一定变化，揭露长度3 5 m。综上所述，井田内地层平缓，沿走向和倾向发育有宽缓褶皱；实际揭露少量的小型断层和节理构造；地质构造对开采的影响很小，也未发现因地质构造引起的突水现象，因此，地质构造的致灾风险一般。2.4瓦斯地质勘探结果显示，4号煤层瓦斯含量介于00.12ml/g，均值仅为0.0 14ml/g，自然瓦斯成分以N2为主。历年的瓦斯等级鉴定结果均为高瓦斯矿井，最近一次鉴定结果显示矿井绝对瓦斯涌出量为16.0 0 m/min，相对涌出量为1.40 m/t。无煤与瓦斯突出情况，无瓦斯喷出等动力现象。突出危险性参数中，4号煤层原煤瓦斯压力P最大为0.48 MPa，煤的坚固性系数f最小值为1.22，煤层破坏类型属于I类，煤的瓦斯放散胡5-5222+1kmB4B1153T94030%工作面XZ118540307工作惠0 1XZ2102XZ21184井田边界采空区2023年第7 期初速度P最大值为11.7，4个指标中仅有煤的瓦斯放散初速度P超过临界值。因此，4号煤层不属于突出煤层，煤与瓦斯突出危险性较小。综合以上分析，井田内4号煤层瓦斯成分以N2为主，历年瓦斯等级鉴定结果均为高瓦斯矿井，矿方在煤层回采前均开展了瓦斯预抽工作，目前暂未发现明显的瓦斯富集区，煤与瓦斯突出的危险性小。2.5导水裂隙带根据矿方在40 2 0 4和40 3 0 9工作面开展的导水裂隙带高度实测结果，4煤开采后的最大裂采比为15.5。据此，计算得出4煤导水裂隙带发育高度为29.76235.6m，平均2 0 7 m。据对7 7 个钻孔分析，有6 2 个钻孔导水裂隙进人洛河组含水层，使得洛河组及以下含水层都将成为矿井的充水水源。井田内二盘区、三盘区和五盘区西部导高几乎全部突破至洛河组底界，洛河组含水层成为矿井主要补给水源，且表现为由东南至北西方向导通洛河组含水层厚度逐渐增加的趋势，如图3 所示。综上以上分析，井田西北部4号煤层导水裂隙泾河5 8720XZ1909XZ2010XZ200830XZ1908395-1XZ19064-29122#油气井32+233040207工作面49205工作面40204工作面DG640203工炸面DG540202工作面4-56201工作面回风井井检孔543090244.6XZ2002XZ2004XZ1911XZ2006XZ1910XZ2009XZ2003XZ190762x2190539-0222120302工作画-XZ2104XZ21035339423XZ1913XZ2005 XZ2001.27X7191231华河542W1XZ1901XZ1903XZ19046-4XZ1902197泾河5 3 8DG238X2612532DG1等值线40207规划工作面导高突破至洛河组无煤区Fig.3 Guided height wave and horizon distribution of No.4 coal2.612图3 4号煤导高波及层位分布692023年第7 期带均发育至洛河组含水层，洛河组含水层厚度大、富水性中等，对矿井水害威胁较大。因此，导水裂隙为矿井的主要充水通道，也是矿井主要的致灾因素之一。2.6其他致灾因素（1）地下含水体。井田内由上而下划分为7 个主要含水层组，分别为第四系全新统冲、洪积层孔隙潜水含水层，第四系中更新统黄土孔隙一裂隙潜水含水层，新近系砂卵砾含水层段，白垩系下统洛河组砂岩孔隙一裂隙含水层，白垩系下统宜君组砾岩裂隙含水层，侏罗系中统直罗组砂岩裂隙含水层，侏罗系中统延安组煤层及其顶板砂岩含水层。其中，第四系全新统冲、洪积层孔隙潜水含水层属于强富水性；洛河组含水层属于中等富水性，其余均为弱富水性。煤层顶板的延安组、直罗组、宜君组和洛河组含水层均为矿井的直接充水含水层，特别是洛河组含水层是矿井主要的充水含水层。因此，小庄煤矿顶板洛河组含水层水具有一定的水害隐患。(2）井下火区。小庄煤矿及周边矿井均无发火历史，无火区存在。经日常巡查采空区自燃指标性气体正常，无自然发火征兆。(3）冲击地压。目前小庄煤矿生产期间未发生过矿井冲击地压现象，也没有发现有强烈震动、瞬间底（帮）鼓、煤岩弹射动力现象。但以往的鉴定和评价结果显示，4煤层及顶底板岩层均具有弱冲击倾向性。因此，冲击地压具有一定的的隐蔽致灾风险。（4）古河床冲刷带、天窗等其他地质不良体。井田不存在天窗构造，但局部揭露了无煤区或煤层厚度变薄带；矿井未来3 a采掘活动范围内均(上接第6 5 页）层倾角为5 8，倾向为S63W。5 结语针对恒大煤矿2 17 1综放工作面地质构造复杂，伴生断层较多，单一三维地震探测无法探明具体情况的问题，采用ZYWL-15000DS定向钻机施工定向长钻孔进行精准探测，分别在回风顺槽侧设计了4个煤岩探查孔，在底板瓦斯治理侧设计了3 个煤岩探查孔，探明了2 17 1工作面区域地质构造情况，为后续工作面布置提供了有利的地质参考条件。同时，定向钻进技术相比传统普通钻机，大幅度减少了施工进尺及预抽时间，具有70煤炭与化工处于 3 1的一级热害区；地表地质灾害对未来3a采掘活动影响较小，地表水导入矿坑使引起突水事故的可能性不大。综合确定古河床冲刷带、天窗等其他地质不良体致灾风险一般。3 结 语小庄煤矿主要的隐蔽致灾因素包括自身采空区、断层/裂隙和褶曲、导水裂隙带、封闭不良钻孔、瓦斯、地下含水体、冲击地压、矿井热害，其中关键致灾地质因素为导水裂隙带、封闭不良钻孔、地下含水体，未发现废弃老窑（井筒）、古河床冲刷带、陷落柱、火区、岩浆侵入、地表水体、天窗等隐蔽致灾因素。参考文献：1 陈凤杰，刘润斌.山西平安煤矿隐蔽致灾地质因素分析 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