Question

矿区地质及工作面概况

Answer 1

开滦赵各庄矿位于开平向斜的东北边缘,井田及附近地层发育较完整,由老到新有太古界、元古界、古生界的寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系及新生界的第四系。石炭系中、上统及二叠系下统组成本井田的煤系地层,煤系地层的起始与终止标志分别为G层铝土岩和A层铝土岩。其下伏地层和上覆地层分别为奥陶系石灰岩和二叠系上统紫、杂色碎屑岩及泥质岩沉积。10水平以下各勘探工程及巷道工程揭露点资料统计表明,煤系地层厚度在纵向和横向上变化均比较小,介于401.2～507.8m,平均458.03m。可采及局部可采煤层共7层,为5、7、8、9、11、12-1、12-2煤,总厚度平均20.90m。目前,该矿区12水平以上煤层大部分已采空,大埋深且地质条件复杂的西冀急倾斜区煤层成为主要的开采资源。

赵各庄矿井田区,基本上为一相对独立的水文地质单元。主要的直接充水含水层包括：①5煤层顶板砂岩裂隙承压含水层,受补给条件和构造断裂的控制,属较强含水层,5煤层开采后,顶板冒落,有较大涌水出现；②5煤层至12煤层砂岩裂隙承压含水层,在7煤及9煤层开采中均有较大出水,涌水量分别达0.42m³/min、0.155m³/min；③12煤层至14煤层砂岩裂隙承压含水层,以中、粉砂岩为主,岩性致密坚硬,裂隙较发育,含水性不均匀,在裂隙发育或破碎带较常见出水,涌水量一般为0.03～0.20m³/min；④14煤层至唐山石灰岩砂岩裂隙承压含水层,以粉砂岩为主,泥硅质胶结,裂隙较发育,含水性弱。除此之外,还有间接充水含水层：第四系冲积层孔隙承压含水层、A层以上砂岩裂隙承压含水层及奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层参与矿井水害形成。含水层向急倾斜区上水平煤层采空区渗入、淋沥或涌入,在此积存,形成老窑水。老窑水被形容为“地下小水库”,分布于生产区上方,可以在短时期内造成大量水突入矿井,造成严重灾害。对急倾斜区工作面,由于工作面空间狭小,更易造成重大灾害事故,在超前探测疏放的同时,矿区通常依据经验留设一定高度防水煤柱。

赵各庄矿地质构造复杂。开采煤田形成过程中受西北挤压力的作用,西部地层倒转且形成压扭性断裂,东翼形成张扭性断裂。将井田划分为四个构造块段：①井田东翼倾斜区；②井口缓斜—倾斜区；③井田西冀金庄倒转区；及④井田西冀急斜区(16号剖面到20道石门)。西冀急斜区(16号剖面到20道石门),煤岩层倾角45°～90°,倾向S-SE,区内煤层倾角由东向西逐渐增大,至11石门,煤层倾角介于58°～85°。主要发育有西Ⅱ、西Ⅲ断层,如图5.1所示。西Ⅱ断层倾向350°,倾角70°,落差约40m,造成地层(煤层)重复。西Ⅲ断层倾向200°左右,与煤岩层夹角10°～20°,断层倾角小于煤岩层倾角,断层切穿整个煤系地层,落差达40～60m,表现为煤层大面积重复,10水平部分地段12煤层沿断层重复200～350m。据《赵各庄矿井地质报告》(1988～1989),赵各矿地质构造以扭性断层构造为主,西II及西III断层均为局部应力场集中形成的压扭性正断层。西II、西III断层交汇处位于12水平上9煤层附近,受断层交汇影响,9煤产状不稳定,并受平行西II断层的小型正断层切割。2137西下工作面位于压扭性正断层交汇后北西方向一定距离,压扭性正断层交汇后西II断层的上盘,应属于应力局部集中部位。岩体在构造集中应力作用下,易于破碎。

上述水文与地质条件下,为保障赵各庄矿西冀12水平11石门西2137西下工作面安全开采,选择合理的防水煤柱高度,进行顶板裂隙带高度数值模拟预测。2137西下工作面上至2139西下回风巷,下至2139西下运输巷,东至2139上山,西至10水平20石门防水煤柱,以西无采掘工程。工作面几何参数如表5.1。

表5.1 2137西下工作面具体几何参数

2137西下工作面上方,为11水平1237西下工作面老塘,于2001～2002年回采结束。回采过程中,曾发生最大涌水1.6m³/min,老塘内有积水,11水平12煤西正洞有少量渗水。2137西下工作面与1237工作面之间为60m防水煤柱,至今回采安全。实际开采中,证明该区地质构造复杂。2137西下工作面巷道揭露断层如表5.2。除F₈之外,其余断层对回采影响不大。开采实际说明,断层作用主要是切割破碎岩体,断层附近煤层产状变化明显,顶、底板破碎,煤质松软,易抽冒,但不能主导控制覆(围)岩整体变形破坏,2137西下工作面顶板呈现整体顶板变形特征。

表5.2 2137西下工作面巷道揭露断层

图5.1 西翼12水平11石门地质剖面图

Fig.5.1 Geologic cross section in crossdrift 11 at lever 12 in the west limb

依据11石门揭露,2137西下工作面周围顶底板的岩性及分层如表5.3。

表5.3 2137工作面顶底板岩性及厚度条件