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新疆哈密大南湖矿区七号矿井3煤顶板突水危险性预测高海涛;冯光俊;刘景;吴晓军【期刊名称】《《科学技术与工程》》【年(卷,期】2019(019025【总页数】7页(P118-124【关键词】三图-双预测法;瞬变电磁法;危险性评价;防治水措施;大南湖矿区【作者】高海涛;冯光俊;刘景;吴晓军【作者单位】中国矿业大学资源与地球科学学院煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室徐州221116;国投哈密能源开发有限责任公司哈密839000【正文语种】中文【中图分类】TD745中国煤炭资源的开采受水害事故的威胁严重，特别是随着开采深度、开采强度、开采速度、开采规模的增加和扩大，矿井顶底板突水的防治是煤矿安全生产迫切需要解决的问题[1—3]。中国矿井水文地质工作者经过近60年的实践与研究，从不同方面对矿井水害进行了大量研究工作，主要包括：水害特点与类型、致灾机理、影响因素、预测预报、危险评价、疏水降压与注浆改造、水害监测与防治体系的建立等，研究出“三图-双预测法”等方法对预测底板突水起到了良好的指导作用，为中国煤矿安全生产做出了重要贡献[4—11]。大南湖矿区七号煤矿位于吐-哈煤田大南湖矿区[12]。矿井前期进行了相关的水文
勘探及补充勘探工作，但矿井富水性区域展布特征仍不甚明确，而其相邻的矿区均出现过煤矿开拓中涌水量大，甚至淹井的事故，严重影响煤矿的正常生产，因此需要对矿井的水文地质特征、富水区展布特征等进行深入研究。本文以研究区3煤作为研究对象，结合区域水文地质特征，将瞬变电磁探测运用于“三图-双预测法”，对顶板突水危险性进行研究，并提出相应的防治水措施，以期对矿井的安全生产提供参考。1矿区地质概况研究区位于大南湖浅凹陷二级构造单元。总体为倾向SEE的单斜构造，随着古地形的差异性，由南向北构成多个宽缓向背斜形态；断层发育15条，其中DF01断层规模较大，落差10～90m，其余断层落差则均在40m以下。井田内地表岩层风化严重，据钻孔揭露区内地层由老到新为：上石炭统梧桐窝子组(C2wt、侏罗系中统西山窑组(J2x、侏罗系中统头屯河组(J2t、新近系上新统葡萄沟组(N2p和第四系(Q。煤层均赋存于中侏罗统西山窑组(J2x地层中，主要赋煤地段该组中段(J2x2；研究区共含煤29层，可采煤层18层，其中3、7、10、15、25、28、29煤层全区可采。3号煤层在全区范围内广泛分布。见煤钻孔中全层厚0.80～4.38m，平均厚2.84m；可采厚0.80～4.09m，可采平均厚2.28m，层内含0～3层泥岩、含炭泥岩夹矸，煤层结构较简单。煤层埋深差异较大，最浅处仅52.74m，最深处达828.34m，平均埋深305.11m，整体趋势为由东往西埋深逐渐减小。由煤厚等值线(图1可以看出：井田中部煤厚较大，西部与东北部小区域内煤厚相对较小。图1大南湖矿区3煤煤厚等值线图Fig.1Contourmapof3coalcoalthicknessinDananhuminingarea2井田水文地质特征
大南湖坳陷亦即大南湖煤田，地处中天山褶皱带的东延部位，研究区位于大南湖坳陷西部，属贫水区。区内气候干燥，蒸发远强于降水，除融雪和暴雨季节外，无地表水补给。地貌形态为戈壁沙丘平原和低山丘陵，地表大部被第四系所覆盖。矿井水文地质类型较为复杂。2.1主要含水层及其特征根据地层岩性特征及其富水性，可将研究区内地层划分为1个透水层和3个含水层(段，包括第四系透水层、新近系上新统葡萄沟组裂隙孔隙弱含水层、侏罗系中统头屯河组裂隙孔隙弱含水层和侏罗系中统西山窑组裂隙孔隙弱含水层(表1。表1含水层(段划分Table1Aquifer(segmentdivision地层代号透、含水层(段编号透、含水层(段名称主要特征Qpl4、Qpl3-4Ⅰ第四系透水层主要由黄土、黏土和砂砾石组成,厚度小于15m,风化严重;透水性好N2pⅡ上新统葡萄沟组裂隙孔隙弱含水层泥岩、粉砂岩互层,底部含砾岩,为河流相沉积,均厚49.12m,含水性弱J2tⅢ侏罗系中统头屯河组裂隙孔隙弱含水层上部砾岩、泥岩互层;下部为泥岩、泥质粉砂岩互层;均厚30.17m,含水性弱J2xⅣ侏罗系中统西山窑组裂隙孔隙弱含水层为泥岩、砂岩、砾岩及煤层互层,是主要含煤岩系,均厚419.21m,含水性弱2.1.1第四系透水层井田范围内第四系透水层广泛分布，岩性主要为黄土、砂质黏土、砾石、细砂、砂砾层、风成砂土、盐碱砂质黏土，与下伏地层不整合接触，厚度0～14.55m，平均厚度3.31m。这些松散沉积物虽透水性较好，但不具储水条件。2.1.2新近系上新统葡萄沟组弱含水层该套含水层在井田范围内为河流相土灰黄色、浅红色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩互层，底部以砾岩、砂砾岩与下伏地层呈超覆不整合接触，含水性弱，平均49.12m。2.1.3侏罗系中统头屯河组裂隙孔隙弱含水层
该含水层上部为褐黄色砾岩，紫红色砾岩，泥岩互层；下部为杂色泥岩、泥质粉砂岩互层，夹中细砂岩，底部夹灰白色泥灰岩，与下伏地层整合接触，含水性弱，平均厚度为30.17m。2.1.4侏罗系中统西山窑组裂隙孔隙弱含水层该含水层主要由灰绿色、褐黄色、深灰色泥岩、粉砂岩、粗砂岩、砾岩及煤层不均匀互层，为区域的主要含煤岩系，地表局部零星出露。该组地层厚度变化较大,介于102.96～912.05m，平均419.21m，裂隙不甚发育。本次综合研究将侏罗系中统西山窑组含水层进一步细分为西山窑组上段3煤以上裂隙孔隙弱含水层、西山窑组中段3煤～7煤间裂隙孔隙弱含水层和西山窑组中段7煤～10煤间弱含水层。主要研究3煤以上裂隙孔隙弱含水层。勘探资料显示研究区3煤以上裂隙孔隙弱含水层厚度介于0～224.12m，平均厚度57.72m；整体上表现出自北东向南西厚度逐渐较小的趋势，在东北部厚度高值区域，含水层厚度可达120m以上，在西南部厚度低值区域，厚度则在20m以下(图2。图2大南湖矿区3煤顶板含水层厚度分布Fig.2Thicknessdistributionofaquiferinthe3coalroofofDananhuminingarea2.2导水裂隙带发育特征煤层采出后上覆岩层发生移动，并具有明显的垂向分带性，呈现垮落带、断裂带以及弯曲下沉带，通常将垮落带和断裂带合称为导水断裂带。其发育高度是防治顶板水等工程布置的基础[13，14]。当矿井进行采掘工作时，将形成采掘扰动裂隙，当导水裂缝带高度大于隔水层厚度时，其导通的上部含水层中的水将会沿此裂缝进入矿井。这是该矿井最主要的充水通道。3煤煤层顶板岩性以泥岩、粉砂岩、细砂岩为主，天然单向抗压强度平均为15.53MPa，单向抗拉强度为0.54MPa，属于软弱类型。根据《水体、建筑物、铁路及
主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》和《“三下”采煤规程》等规定采用式