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1第一章采区概况及地质特征第一节概况一、采区范围71000扩区开采的范围为原南大留村庄煤柱的7层煤，其东至F43断层,南至F43-1断层，西至7701、7702面，北至-350m下组煤东翼皮带巷。开采上限标高-303.0ｍ，下限标高-390.0m。地面标高+74.64m至+76.22ｍ。走向长200～300ｍ，平均280ｍ；倾斜长420～560ｍ，平均507ｍ，面积141960ｍ２。二、采区概况１．实见地质根据上组煤九采区采掘情况和原7700采区实际揭露情况分析，该煤柱范围内地质条件比较复杂，特别是南部靠近F3和F43断层，附生断层可能比较发育。给巷道掘进和工作面布置造成一定影响。根据附近钻孔和实际揭露煤厚资料分析，煤柱范围内煤层厚度和煤层结构比较稳定，但受断层影响煤层产状变化较大。2.采掘情况采区煤柱范围内上覆的九采区的煤2、煤3Ⅰ、煤3Ⅱ大部分已回采，只有2900采区轨道巷和皮带巷相邻煤柱未采；下组煤西部原7700采区已回采6个工作面，8700采区的煤8部分残采；东邻的7900采区部分回采；北邻的71000采区已采出4个工作面，71005工作面正在准备.下伏的8、9、10层煤均没有采掘活动。３．自然灾害及其它根据相邻采区煤7采掘情况证明，该采区范围内煤7瓦斯赋存异常，局部浓度较高；由于本采区回采下限较低，受四灰、五灰及奥灰承压水威胁严重；另外下组煤地质构造比较复杂，受断层、褶曲构造影响严重。三、地面情况１．地面建筑本采区补充范围位于南大留村南部，原南大留村庄煤柱内。太平公路从该采区范围的南部通过，太平公路两侧及以北有部分民房和附属建筑物。２．地形本采区范围内为东北高、西南低的微倾斜地形；地表地层为第四系，无基岩出露；地表植被为复垦区种植的树木及农作物。３．水系及地面积水范围2采区内地表无河流和水沟，由于第四系中下部粘土层具有良好的塑性和隔水性，隔绝了地表水和第四系水下渗，经多年的开采证实，对矿井生产无影响。４．采掘影响及破坏程度本采区的煤层开采会使地表塌陷程度进一步加大，从而影响地表民房及附属建筑物的稳定性，影响地表植被的生长。第二节地质特征及顶底板情况一、勘探情况本采区范围内无地面钻孔，相邻的地面钻孔有6个，分别为305孔、272孔、63-20孔、63-69、75-3孔和78-1孔。这些地面钻孔的详细情况见下表。钻孔特征表二、地层及标志层１．地层本煤层含于古生界石炭系上统太原群地层中。２．标志层本采区煤柱范围内煤7煤层结构复杂，煤层中部含一层0.1～0.3m的粘土岩夹石，平均0.2m左右。煤7下距四灰14.8～20.7m，平均17.9m左右。上距二灰15.3～18.9m，平均17.2m。二灰、四灰和煤7自身的粘土岩夹石均可作为主要标志层。另外煤7与四灰之间有一薄层石灰岩即三灰也可作为标志层，三灰厚度为0.25～0.50m,平均0.4m左右。上距煤7为14.0m左右，下距四灰2.6～5.2m,平均3.6m左右。3.煤层根据7该采区相邻的钻孔资料和原7700采区、71000采区采掘情况分析，煤7为结构复杂厚度稳定的中厚煤层，煤层厚度为1.50m～1.95m,平均1.65m，煤层中部含一层粘土岩夹石，孔号煤层见煤底板标高煤厚(m)终孔层位封孔质量备注3057-311.081.70煤10Ⅱ怀疑采区外2727-302.281.55煤10Ⅱ不详采区外63-207-304.761.5煤10Ⅱ合格采区外63-697-403.631.65煤11合格采区外75-37-379.181.95奥灰合格采区外78-17-349.221.58煤10Ⅱ合格采区外3厚度为0.1～0.3m，平均0.2m左右。煤层可采指数为1.0，煤厚变异系数为9.7％，因而该煤层为结构复杂厚度稳定的中厚煤层。该煤层上距二灰15.3～18.9m，平均17.2m；下距四灰14.8～20.7m，平均17.9m；下距五灰47.31～60.86m，平均54.9m（依据75-3孔资料）；五灰与奥灰间距为3.15m。71000扩区范围内，煤层厚度和煤层结构赋存比较稳定，受断层影响自北向南，煤层产状变化较大。４．顶底板岩性煤层顶底板煤层类别岩石名称厚度(m)硬度（f）主要岩性特征7顶板老顶中细砂岩4.55.5浅灰色，上部夹中砂岩，下部夹粉砂岩，钙质胶结。粗粉砂岩7.05.0深灰色，泥质胶结，具层理。直接顶粉砂岩5.05.0深灰色，泥质胶结，含黄铁矿和菱铁矿大结核。底板直接底粗粉砂岩0.8～1.2/1.05.0浅灰色，泥质胶结，致密均一。老底细粉砂岩12.95.0深灰色，上部具层理，含扁平大结核，下部致密均一。煤层赋存情况表煤层名称煤厚(m)倾角结构Kmr稳定性煤7平均最小～最大1.651.5～1.959°7～12°0.70(0.20)0.7519.7%稳定煤层特征表煤层颜色光泽硬度容重煤岩类型7黑油脂、玻璃1.51.30半亮型工业指标表煤层MAVFCSPQ(兆焦/千克)Y(mm)工业牌号72.3%26.43%43.16%28.11%2.690%无资料23.56～24.3519.72气煤4第三节地质构造本采区煤柱范围内主要地质构造是断层和褶曲，受F43断层、F43-1断层影响，发育一向东北倾伏的小型向斜构造。受采区边界断层F43和F43-1影响，其附生小断层可能比较发育，另外根据7702和7703工作面巷道掘进情况分析，可能发育一条产状与F43-1断层相反的CF1断层，控制程度较低，有待施工中验证。断层的产状要素和控制情况详见下表。本采区煤柱范围内煤（岩）走向自西向东大致为北西至近东西向，倾向由北东至北向，倾角7°～12°，平均9°左右。本采区范围内无岩浆侵入体、岩溶陷落柱及古河流冲刷变薄等现象。断层特征表编号构造性质产状(褶曲轴面)实见位置及控制情况走向倾向倾角落差(m)F43正NE～SNNW～W50°～70°5.0～35.031100、31000采区F43断层两层的上组煤煤2、煤3已回采完毕，3900采区有部分正在回采，该断层有十多处揭露并有301钻孔通过，上组煤中该断层位置基本控制；下组煤只有在-350m东大巷和皮带巷两处揭露，其余均依据上组煤位置推断而得，控制程度较低，待验证。F43-1正NW～NESW～NW50～60°35在上组煤3900采区巷道掘进过程中，有4次揭露该断层，落差9～25m,控制程度较高，在下组煤7704工作面有一处揭露，控制程度较低，其产状及落差有待验证。CF1正NESE65°0～15.0CF1断层在7703工作面机巷迎头有一处揭露，其产状和落差控制程度较低，待验证。5第四节水文地质一、基本特征该采区南邻F43-1断层；北邻-350下组煤东翼皮带巷；东邻F43断层；西邻原7700采区的7701和7702工作面，两工作面均安全回采。该采区两面与断层相邻，预计小构造发育，由于采区断层落差较大，使得7层煤底板与四灰含水层对口接触，使得水文地质条件较为复杂。本采区范围内7层煤下距四灰14.8～20.7m，平均17.9m，下距五灰47.31～60.86m，平均54.9m，五灰、奥灰间距3.15m。，可见该采区7层煤隔水层厚度较小，水文地质条件复杂，生产过程中受五灰、奥灰水威胁。二、充水因素及威胁程度1、含水层基本情况本采区内底板主要含水层为四灰、五灰、奥灰。四灰：厚3.3～5.5m，平均厚度4.9m，为八层煤直接顶板，上距7层煤14.8～20.7m，平均17.9m，下距五灰32.1m，目前四灰已在相邻的8700采区及下部71005（八层）泄水巷大面积揭露。五灰：平均厚6.5m，为灰色、质纯、致密厚层状细粒结晶的石灰岩，岩溶裂隙发育，富水性强，连通性较好。上距7层煤平均54.9m，下距奥灰3.15m，目前五灰区域水位+32.72m。近十年五灰最高区域水位+53.77m(2004年11月5日)奥灰：厚度800m左右，裂隙溶峒发育，富水性强，动水量丰富，目前奥灰水位+34.22m(2009年3月29日测86水1孔)，为四灰、五灰含水层的主要补给水源。2、含水层之间的水力联系2005年3月10日，7900采区的7901工作面机巷在掘进过程中揭露断层，发生底板奥灰突水，稳定水量309m3/h；2006年1月14日7905工作面在回采过程中揭露一条落差1.3m断层发生突水，稳定水量1430m3/h，工作面突水后，相距3100m的96水1奥灰孔奥灰最大水位降深0.8m，相距760m的五观15五灰水位下降4.0m，相距1160m的五观14五灰水位下降5.1m，相距1680m的五观12五灰水位下降1.5m，本次突水同时造成8900泄水巷顶板四灰淋水增加，增加水量100m3/h。通过五、奥灰水位下降，四灰水量的增加，进一步证明四灰、五灰、奥灰水力联系密切。通过相邻采区的突水事故，进一步证明四灰、五灰、奥灰含水层间水力联系密切，生产过程中受承压水威胁较大。63、涌水量预测依据同一个水文地质块段的71002工作面回采时的突水资料，对该采区突水量进行预计。71002工作面最大突水量92m3/h，突水点标高-409.5m，五灰区域水位+33.7m。71000扩区最低标高-390m，区域水位+53.77m（近10年最高区域水位）。利用比拟法公式：Q1/Q2=(S1/S2)式中：Q1-----71002工作面最大突水量92m3/h；Q2-----71000扩区突水时预计最大突水量m3/h；S1-----71002工作面突水时最大水位降深443.2m；S2-----71000扩区突水时预计最大水位降深443.77m;m------经验系数，取1.41；带入公式：Q2=92/(443.2/443.77)=92.1m3/h所以，71000扩区五灰一点最大突水量为：92.1m3/h。71000扩区工作面开采时，对五灰实施疏水降压开采，根据相邻采区疏放资料，预计正常涌水量为180m3/h，因此，71000扩区突水时最大涌水量为92.1+180=272.1m3/h。4、突水系数计算五灰、奥灰区域水位分别为+53.77m、+55.27m，71000扩区开采下限标高-390m。利用公式：TS=P/(M-CP-Dg)式中：P-----隔水层底板承受的最大水头压力；五灰：5.0463MPa；奥灰：5.1578MPa；M-----隔水层厚度；五灰：47.31m；奥灰：56.96m；CP-----采动破坏深度，取11m；Dg-----含水层导高，取0m；代入公式：TS五灰=5.0463/（47.31-11-0）=0.139MPa/m；TS奥灰=5.1578/（56.96-11-0）=0.1122MPa/m；通过突水系数计算，该采区7层煤开采受五灰、奥灰水威胁。三、防治水建议及措施1、隔水层安全厚度计算：本采区开采7层煤标高-303.0～-390m，煤7下距四灰14.8～20.7m，平均17.9m，煤7下距五灰47.31～60.86m，平均54.9m，五灰区域水位+53.77m(2004年五灰最高水位)。根据公式t＝m141.11KprLKpHLrL4)8(227式中：t-----底板安全隔水层厚度(m)；L-----掘进巷道底板最大宽度(m),取3.0m；r-----隔水层岩石的容重取2.55t/m3；Kp----隔水层岩石的抗张强度取13.34t/m2；H-----隔水层底板承受的水头压力，五灰按504.63t/m2。代入公式计算得：3×(355.263.50434.138355.222)t五灰＝4×13.34＝12.62m从计算知：t五灰＝12.62m，小于实际下距五灰的最小距离47.31m，因此，本采区7层煤在-303～-390m正常区域掘进施工是安全的。2、留设断层防水煤柱⑴、采区边界断层F43煤柱留设采区边界断层F43根据2002年编写的矿井地质报告要求留设50m煤柱。⑵CF1断层留设防水煤柱计算利用公式L=0.5KMKpP/3式中：L-----煤柱留设宽度(m)；K-----安全系数取3倍；M-----煤厚7层煤最大厚度1.95m；P-----水头压力取50.463Kg/cm2（按