矿井防灭火设计.docx

前言 矿井火灾是煤矿主要灾害之一，火灾一旦发生，轻则影响生产，重者可能烧毁煤炭资源和矿井设备，更为严重者则可能引燃瓦斯煤尘爆炸或火烟毒化矿井，酿成人员伤亡的重大恶性事故。尽管当前矿井防灭火技术有了很大发展，但是仍然难以杜绝矿井火灾的发生，因此，必须作好矿井的防火灭火工作，以保证生产的安全进行。矿井防灭火课程设计是矿井火灾防治技术教学体系的重要环节。通过本课程设计，使学生了解矿井火灾的发生原因与发展过程，掌握地下火灾的预测、预报及防治方法和措施等基本知识，培养学生的实践能力，有利于快速适应毕业后的技术设计与管理工作。第一节 编制设计的依据一、煤矿安全规程，2011年版； 二、煤矿安全生产法；三、煤矿防灭火条例；四、矿井防灭火规范，煤安字第237号；五、煤矿建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范，aq1055-2008；六、煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法，gb/t20104-2006；七、煤矿自然发火标志气体色谱分析及指标气体优选方法，aq/t1019-2006八、煤矿自然发火束管监测系统通用技术条件，mt/t757-1997；九、煤矿灌浆防灭火技术规范，mt/t702-1997；十、煤矿用氮气防灭火技术规范，mt/t701-1997；十一、煤矿采空区阻化气雾防火技术规范，mt/t699-1997；十二、煤矿防火用阻化剂通用技术条件，mt/t700-1997；十三、矿井均压防灭火技术规范，mt/t626-1996；十四、矿井密闭防灭火技术规范，mt/t698-1997；十五、国家安全监管总局国家煤矿安监局关于加强煤矿防灭火工作的通知,安监总煤行2008161号；十六、矿井通风安全装备标准，gb/t50518-2010；十七、煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范，aq1029-2007；十八、资质单位编制的鑫顺煤矿煤层自燃倾向性鉴定报告；十九、鑫顺煤矿多年的开采及采空区发火情况。第二节 设计的指导思想 认真贯彻执行国家能源开发的方针、政策及煤炭行业“规程”、“规范”， 在保证矿井设计规模和安全生产的前提下，以矿井资源条件及开采技术条件为基础，以市场需求为导向，以提高矿井经济效益为中心，尽量简化生产环节，充分依托山煤集团的技术及设备力量。以合理集中生产为出发点，以完善井上、下生产系统和安全设施为重点进行矿井技术改造，设计方案充分体现市场经济的特点，因地制宜选择生产工艺，系统设计简单实用。设备选型立足国内，先进可靠合理。场区布置力争达到具有现代化花园式矿区的标准。最大限度地降低矿井初期投资和缩短矿井建设工期，力争通过精心设计和科学管理，把该矿井建设成规模合理、初期工程量少、建井工期短、见效快、效率高、效益好、符合煤矿发展趋势的地方现代化矿井。第三节 设计的主要特点及安全评价一、本设计的主要特点（一）本设计主要针对煤层自然发火的防治，考虑到经济性及实用性，采用灌浆为主、阻化剂为辅和束管监测系统相结合的综合防火措施。（二）本设计以煤样升温实验为基础，优选出煤自燃标志气体，并结合矿井实际情况，建立煤层自然发火早期预测预报体系，同时建立健全矿井火灾监测监控系统，及时、准确的发现火灾隐患，指导现场防灭火工作的具体实施。二、安全评价参照有关的法律、法规、规程、规章和制度的规定，结合鑫顺煤矿的生产实际，本设计采用的灌浆为主、阻化剂为辅和束管监测系统相结合的综合防灭火措施，能够在煤层自然发火早期及时发出预警预报，利于准确地发现火灾隐患，并按本设计的防灭火措施指导现场防灭火工作，减少不必要的财产损失。总之，该设计能够满足相关法律、法规、规程、规章和制度的规定，符合现场生产工作的实际需要，并能在一定程度上满足豹子沟煤矿矿井防灭火工作的各种要求，很好地完成了本次矿井防灭火设计的任务。第四节 待解决的问题一、地质报告中钻孔较少，提供的地质报告中仅在先期开采地段达到勘探要求，为保证矿井高产高效，尽早发挥投资效益，建议尽快对井田西部进行补充地质勘探，达到勘探要求。二、为了进一步探明断层、陷落柱等地质构造，科学的指导生产，建议对先期开采地段实施高分辨率三维地震勘探。三、井田内没有专门水文钻孔，缺少详细的水文地质资料，建议地质部门对其补充完善，进一步调查落实井田西部的奥灰水水位标高，为下一步设计提供可靠的依据。四、生产中必须注意探查隐伏构造的存在。开采井田西北部15号煤层时存在奥灰突水危险性，开采时应进行专门的水文地质勘查。必须加强导水断层、陷落柱的探放水工作；对采空区积水、积气情况进一步详细调查、探测，以便正确、准确的指导生产，确保矿井安全。第一章矿井概况及安全条件第一节井田概况一、地理概况（一）交通位置山西煤炭进出口集团左权鑫顺煤业有限公司位于左权县城东北6km处的辽阳镇殷家庄村，行政区划属辽阳镇管辖。地理坐标为东经11321361132330，北纬370625370740。山西煤炭进出口集团左权鑫顺煤业有限公司位于左权县城东北约6km处的殷家庄村旁，东距207国道约2km，有简易公路与之相连；北距阳泉140km，西距榆社45km，西南距阳(泉)涉(县)铁路左权站约7km，交通较为便利。交通位置见图21。（二）地形地貌本区位于太行山东部，北西邻晋中盆地，属于中山区，井田内地形地势总体上为北部高，南部低，最高点位于井田北中部的山梁上，海拔1405.5m，最低点位于井田南部的沟谷中，海拔1170m，最大相对高差235.5m。（三）水系河流本井田属海河流域南运河水系。井田内地表无常年性河流，只有侵蚀性沟谷，沟谷仅在雨季有短暂洪流通过。图21 交通位置图（四）气象与地震1.气象本区属温带大陆性季风气候区，气候特点为四季分明，昼夜温差大，春季干旱多风。据左权县气象站19592005年47年降水资料统计，多年平均降水量为520.8mm，全年降水量主要集中在每年的69月份，其降水量约占全年降水量的70%。多年（19592005年）平均地面蒸发量1619.8mm（20cm蒸发皿观测值），多年平均气温7.5，1月份最冷，月平均气温-8.5，7月份最热，月平均气温21.2，极端最高气温36.3（1961年6月10日），极端最低气温-33（1971年1月22日）。无霜期130天，初霜期在9月下旬，终霜期在次年5月20日左右。最大冻土层深度104cm（1968年23月16天），最大积雪深度20cm（1972年2月5天）。最大风速16.7m/s，风向以西北为主。2.地震据中国地震参数区划图（gb18306-2001），地震动峰值加速度为0.05g，本区属地震烈度度区。2、 主要自然灾害本区自然条件比较温和，基本无其他较严重的自然灾害。三、矿区开发史鑫顺矿始建于1982年。于1984年建成投产，原生产能力为0.06mt/a，2004年核定生产能力为0.15mt t/a。2004年12月山西省国土资源厅颁发的采矿许可证批准开采15号煤层，批准井田面积3.7142km2。目前在该矿井田东部、已布置有三个井筒，井下开拓系统也已基本形成，该矿井地质条件简单，储量丰富，煤层厚度大，为了保证矿井持续、高效、安全、健康发展，该矿2007年拟对矿井进行升级改造，使矿井设计生产能力达到45万t/a，达到合理开发煤炭资源，实现正规化开采的目的。按晋中市左权县“十一五”煤炭发展战略规划，本矿周边开采上组煤的矿井将相继关闭，优越的地理资源环境，为鑫顺煤业有限公司改扩建创造了良好的发展条件。2007年1月28日，山西省煤炭工业局以晋煤行发2007114号文批复该矿进行矿井升级改造。2009年11月6日，山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室下发了“关于晋中市左权县煤矿企业兼并重组整合方案(部分)的批复”(晋煤重组办发200974号)，批复同意山西煤炭进出口集团左权鑫顺煤业有限公司为兼并重组煤矿，由山西煤炭进出口集团兼并重组，山西左权鑫顺煤业有限公司、山西左权突堤煤业有限公司，兼并重组后名称为山西煤炭进出口集团左权鑫顺煤业有限公司，重组前矿区面积3.7142km2，批准开采4、15号煤层。重组后矿区面积5.3563km2(新增1.6421 km2)，批准开采4、15号煤层。资源重组后矿井生产能力1.80mt t/a(新增1.35mt t/a)。目前矿井已形成生产能力0.15mt t/a。矿井采用两斜一立开拓方式，两斜井位于井田中部。4、 矿井水源、电源及通信情况（一）矿井水源本井田属海河流域南运河水系。井田内地表无常年性河流，只有侵蚀性沟谷，沟谷仅在雨季有短暂洪流通过。（二）电源及通信情况本矿井位于山西省左权县境内。矿井新建一座35/10kv变电站，一回35kv电源引自左权110kv变电站35kv侧，线路导线选用lgj240钢芯铝绞线，避雷线选用gj50钢绞线(全线架设)，送电距离约5.9公里，另一回35kv电源引自突堤220kv变电站35kv侧，线路导线选用lgj240钢芯铝绞线，避雷线选用gj50钢绞线(全线架设)，送电距离约3.5公里。选用一台512门20-20ds型矿用程控数字交换机，担负矿井所有行政及调度用户通信。交换机置于办公楼调度室内。第二节安全条件一、地质特征左权鑫顺煤业有限公司井田内大部为基岩出露，在沟谷地带和部分山梁有二叠系上统石千峰组、上石盒子组、下统下石盒子组、山西组、石炭系上统太原组地层出露。根据邻区勘探资料、区域地层资料及区内钻探揭露资料，井田内发育有：奥陶系中统峰峰组、石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组、石千峰组、第四系中上更新统。2、 地质构造井田受区域构造带控制，总体为一走向北东、倾向北西的单斜，地层倾角716，但井田内有次级起伏，局部形成开阔的向斜构造。井田内原山西左权突堤煤业有限公司在开采4号煤层时揭露了1个陷落柱，原山西左权鑫顺煤业有限公司在开采下部15号煤层时揭露5个陷落柱，井田内共揭露6个陷落柱。由于开采范围不大，尚未发现断裂构造，但据井下巷道揭露，岩层局部节理较发育，预计，井田内未开采区内存在有隐伏陷落柱或断裂。据井下巷道揭露，陷落柱体内主要为二叠系下统山西组或下石盒子组砂岩、泥岩等碎块填充，揭露时未见有导水现象。综上所述，井田内地层主体构造以单斜为主，断裂构造不发育，井田有岩溶陷落柱，无岩浆侵入体。井田地质构造属简单型。陷落柱特征见表1-1。 表1-1 井田内陷落柱特征表 名称位置平面特征长轴方向长轴长度(m)揭露工程x1井田东部边缘近圆形sn65本矿井巷道揭露x2井田东部近圆形ne25本矿井巷道揭露x3井田东部近圆形sn40本矿井巷道揭露x4井田东部椭圆形ne115本矿井巷道揭露x5井田东部近圆形nnw200本矿井巷道揭露x6井田北部边缘椭圆形ew105突堤矿井巷道揭露3、 煤层与煤质（一)煤层井田内含煤地层主要为石炭系上统太原组及二叠系下统山西组，含煤岩系平均总厚度为186.97m，共含可采煤层2层。太原组平均总厚度135.66m，含煤层7层，煤层平均厚度7.00m，含煤系数5.16%；含可采煤层1层，可采煤层平均厚度4.61m，可采含煤系数3.40%。山西组平均总厚度51.31m，含煤层1层，煤层平均厚度1.32m，含煤系数2.57%；含可采煤层1层，可采煤层平均厚度1.32m，可采含煤系数2.57%。上述含煤地层所含煤层中，4、15号煤层为全区稳定可采煤层， 8、9号煤层为井田内零星可采煤层，其余为不可采煤层。山西煤炭进出口集团左权鑫顺煤业有限公司井田(证号c1400002009121220052689)，）批准开采4-15号煤层。1.4号煤层：位于山西组中下部，全区稳定，井田东部有露头，部分被剥蚀，厚度1.29-1.39m，平均1.32m，该煤层结构简单，不含夹矸。煤层顶板为泥岩，底板为砂质泥岩。2.15号煤层：位于太原组下段中部，煤层厚度3.53-5.95m，平均厚度4.61m。上距4号煤最大165.33 m，最小84.81 m，平均133.20m。该煤层结构简单-较简单，含0-2层夹矸。煤层顶板为砂质泥岩，底板为泥岩，局部为泥质粉砂岩。该煤层下距k1砂岩9.73m，下距奥陶系中统峰峰组顶面平均30.94m。上述可采的4、15号煤层属稳定可采煤层，均为本矿批准开采煤层。各可采煤层情况见表1-2。表1-2 可采煤层情况汇总表煤层号见煤点厚度（m）最大最小平均煤层间距（m）最大最小平均结构夹石层数可采性稳定性顶板底板41.29-1.391.3284.81-165.33133.20简单0全区可采稳定泥岩砂质泥岩153.53-5.954.61较简单0-2全区可采稳定砂质泥岩泥岩（二）煤质1.物理性质4号煤：黑色，条痕为棕黑色，玻璃光泽，硬度2-3，参差状断口，内生裂隙发育，属半光亮型煤。15号煤：黑色，条痕为棕黑色，玻璃光泽，硬度2-3，有一定韧性，贝壳状、参差状断口，内生裂隙较发育，多属半亮-半暗型煤。2.化学性质及工艺性能井田内主要可采煤层为4、15号，其化学性质及工艺性能如下：（1）4号煤：灰分（ad）：原煤10.77%-38.42%，平均23.94；浮煤5.84%-9.45%，平均7.67%；全硫（st,d）：原煤0.31%-1.05%，平均0.55；浮煤0.29%-1.12，平均0.58%；挥发分（vdaf）：原煤15.10%-19.50%，平均17.02；浮煤12.45%-14.92，平均13.92%；高位发热量（qgr,d）：原煤21.30-32.14mj/kg，平均27.07mj/kg；浮煤32.94-34.25mj/kg，平均33.63mj/kg；粘结指数（gr.i）：浮煤0-17；按炼焦用煤评价标准评价：4号煤层为特低灰-中灰、特低硫-中硫、低热值特高热值贫瘦煤（ps）。 （2）15号煤灰分（ad）：原煤8.55%-18.46%，平均13.09；浮煤6.43%-10.87，平均8.60%；全硫（st,d）：原煤0.12%-1.99%，平均0.82；浮煤0.22%-0.93，平均0.58%；挥发分（vdaf）：原煤12.34%-20.54%，平均15.78；浮煤11.91%-14.34，平均12.97%；高位发热量（qgr,d）：原煤26.79-32.99mj/kg，平均29.97mj/kg；浮煤31.68-33.90mj/kg，平均32.79 mj/kg；粘结性指数（gr.i）：浮煤0；按动力用煤评价标准评价：15号煤层为特低灰-中灰、特低硫-中高硫、高热值-特高热值贫煤（pm）。3.煤的可选性该矿2010年2月9日委托山西省煤炭工业局综合测试中心对本矿4号、15号煤层进行简易可选性试验，据煤炭筛分浮沉试验报告，对4号、15号煤层进行可选性评价。(1)4号煤可选性：根据可选性曲线图，依照“中国煤炭可选性评定标准（gb/t16417-1996）”，采用分选密度0.1含量法对4号煤的可选性评价如下：假定浮煤灰分为8%，由分选性曲线图可知，理论产率76.81%，分选密度为1.436g/cm3；0.1含量为72.34%（已扣除沉矸），可选性属极难选等级。假定浮煤灰分为10%，理论产率92.15%，分选密度为1.722 g/cm3；0.1含量为28.7%，可选性属较难选等级。假定浮煤灰分为8%，理论产率98.1%，分选密度为2.128g/cm3；0.1含量为12.0%，可选性属中等可选等级。（2）15号煤可选性：根据可选性曲线图，依照“中国煤炭可选性评定标准（gb/t16417-1996）”，采用分选密度0.1含量法对15号煤的可选性评价如下：假定精煤灰分为8%，由分选性曲线图可知，理论产率68.51%，分选密度为1.458g/cm3；0.1含量为61.02%（已扣除沉矸），可选性属极难选等级。假定精煤灰分为10%，理论产率85.21%，分选密度为1.784 g/cm3；0.1含量为15.18%，可选性属中等可选等级。假定精煤灰分为12%，理论产率90.85%，分选密度为2.01g/cm3；0.1含量为25.0%，可选性属较难选等级。4.煤的风氧化井田内东部出露石炭系太原组、二叠系下统山西组、下石盒子组地层，中、西部大面积出露二叠系上统上石盒子组地层，西部局部出露二叠系上统石千峰地层，南东部及中、西部局部有第四系中上更新统地层覆盖，井田东部地表有4号煤层露头。4号煤层露头有风化及氧化现象，风氧化带约50m。5.煤类及工业用途煤类的确定依据中国煤炭分类国家标准(gb5751-86)进行，煤质的分级依据煤炭质量分级国家标准(gb/t15224.1-2004、gb/t15224.2-2004、gb/t15224.3-2004)进行。按照煤类及煤炭质量分级标准，根据煤的灰分、硫分及发热量，确定的煤类见表1-3。表1-3 4号、15号煤层煤类表煤层号工业用途煤类符号4号炼焦用煤特低灰-中灰、特低硫-中硫、低热值特高热值贫瘦煤ps15号动力用煤特低灰中灰、特低硫-中高硫、高热值-特高热值贫煤pm根据可采煤层的煤质特征，结合目前煤炭技术加工利用途径，4号可作炼焦配煤、15号原煤可作为优良的动力用煤及民用煤。综上，随着煤炭工业的发展，煤的工业利用价值越来越高，煤炭及其夹矸的综合利用范围越来越广，根据本区煤层的夹矸及顶底板岩性特征等，可考虑进行多种综合开发利用。如用洗选中煤建电厂，矸石电厂，矸石作灰碴砖、建筑材料、烧制水泥等。4、 矿井安全条件 （一）瓦斯根据山西省煤炭工业管理局晋煤安发20072030号文，鑫顺煤业有限公司开采15号煤层，矿井瓦斯等级鉴定结果：2007年度矿井瓦斯绝对涌出量为2.66m3/min，相对涌出量为7.95m3/t；二氧化碳绝对涌出量0.94m3/min；2006年度矿井瓦斯绝对涌出量为2.54m3/min，相对涌出量为7.88m3/t；二氧化碳绝对涌出量为0.64m3/min，相对涌出量为1.99m3/t。批复等级为低瓦斯矿井。井田内原突堤煤业有限公司开采4号煤层，矿井瓦斯鉴定结果：2007年度瓦斯绝对涌出量13.941 m3/min，相对涌出量33.669 m3/t，co2绝对涌出量1.26 m3/min，相对涌出量3.14 m3/t，批复等级为高瓦斯矿井。煤炭科学研究总院重庆研究院于2010年8月份编制山西煤炭进出口集团左权鑫顺煤业有限公司瓦斯涌出量预测报告，经测定及预测鑫顺煤业属高瓦斯矿井。（二）煤尘爆炸危险性及煤的自燃倾向性1.煤尘爆炸性根据2010年2月3日山西省煤矿设备安全技术检测对本井田内开采的4号煤层进行的煤层爆炸性测试结果，4号煤尘火焰长度为15mm，岩粉最低用量15%，煤尘有爆炸危险性。对该矿15号煤层进行的煤尘爆炸及煤层自燃倾向性测试，结果表明：15号煤尘火焰长度为15mm，加岩粉量30%，煤尘有爆炸危险性。2.煤的自燃倾向性根据山西煤矿设备安全技术检验中心鉴定，2010年2月3日对该矿4号煤层采样进行煤层自燃倾向性测试结果：4号煤层吸氧量0.99cm3/g，自燃等级为级，属不易自燃煤层。根据山西煤矿矿用安全产品检验中心，2007年4月25日对该矿15号煤层进行的煤层自燃倾向性测试结果：15号煤层吸氧量1.0098cm3/g，自燃等级为级，属不易自燃煤层。据调查，在以往的生产过程中，井下15号煤层在掘进过程中由于富有顶煤曾发生过15#煤层的自燃现象，后经砌碹封闭自燃现象消失，井下其它地段未发生过自燃现象，但仍需进一步加强原火区监测，做好防火工作。（三）煤层顶、底板情况4号煤层顶板岩性为泥岩，底板为砂质泥岩。15号煤层顶板岩性为砂质泥岩，底板为泥岩。（四）地温该矿未作专门的地温测试工作，但自该矿投产以来，未发现地温异常现象，不存在热害区，应属地温正常区。据区域资料和矿井调查，井田处于常压地带，预计地压变化一般不会影响矿井的正常生产和建设。5、 水文地质（一）地表水体井田范围内没有大的地表水体。井田内发育后河、云化寺沟、东沟等冲沟，各沟谷一般情况下水流较少，甚至断流，属季节性沟谷河流。井田内工业场地附近沟谷最高洪水位约1183m，矿井主井口标高1189.625m，副井井口标高1188.276m，工业场地标高11881189m，矿井井口及工业场地一般不受洪水威（二）井田含水层井田内主要含水层为太原组灰岩及奥陶系灰岩岩溶含水层和石炭二叠系的砂岩裂隙含水层，将井田含水层自下而上叙述如下： 1.中奥陶统石灰岩岩溶裂隙含水层本组为煤系地层之基盘，岩性为海相厚层状石灰岩，主要化学成分为碳酸钙，因其易被水所侵蚀溶解成溶洞，在深部溶洞裂隙是相当发育的，甚至使上部岩层塌陷而成柱状陷落。从区域特征来看，本层灰岩是富水性强的岩层，是本区的最主要的含水层。其中上、下马家沟组岩溶裂隙含水层为本区最主要的含水层段。岩性以厚层状灰岩、豹皮灰岩、白云质灰岩及泥灰岩为主。据井田北部石港口水泥厂水井抽水试验资料，上部溶洞、溶隙发育，一般在侵蚀基准面下60-200m左右，岩溶裂隙发育。单位涌水量5.21l/sm，属含水丰富的含水层。其水质类型为hco3so4-ca型水，ph=7.5，总硬度504.4mg/l。是区内良好的工农业及生活饮用水水源。据井田北部5 km石港口水泥厂岩溶水井资料，奥灰岩溶水位为832m。该岩溶水井位于本井田北东方向约5km，按千分之一的水力坡度推算至本井田奥灰水位约为837838m。井田西部15号煤层底板标高低于奥灰水位，煤层底板为承压状态。因此，矿井在井田西部开采15号煤层时必须重视矿井防治水工作，防范奥灰水突水事故发生。2.石炭系上统太原组石灰岩岩溶裂隙含水层太原组是本井田主要含煤地层之一，本组地层在井田东部有少量出露。地层厚度约135.66m，除砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层外，尚有三层发育良好，易被水溶解的海相石灰岩，即k2、k3、k4石灰岩。k2厚度为6.169.72m，平均厚度为7.91m；k3厚度为1.107.29m，平均厚度为3.78m；k4厚度为2.753.83m，平均厚度为3.32m。三灰为本组主要含水层，其中k2灰岩含水层属弱富水含水层，其单位涌水量一般在0.00010.032l/s.m，渗透系数0.002670.678m/d之间。3.石炭系太原组砂岩裂隙含水层含水层为细砂岩，是15号煤的直接充水含水层，单位涌水量为0.0011l/s.m，渗透系数为0.003m/d，水位标高1181.23m。4.二叠系碎屑岩类裂隙含水层含水层为中、粗粒砂岩，是4号煤的直接充水含水层，单位涌水量为0.012l/s.m，渗透系数为0.029m/d，水位标高1269.388m。5.第四系松散层类孔隙含水层中上更新统地层广泛出露于井田内的梁峁上，含水层主要为黄土底部的砾石层，连续性较差，单位涌水量一般为0.17l/s.m。、（三）隔水层1.山西组隔水层山西组4号煤层上下有稳定、连续的泥岩、砂质泥岩互层岩层，且由于山西组含水层的弱富水性，所以可作为山西组煤层与太原组灰岩含水层间较好的隔水层。2.本溪组隔水层本组井田内平均厚度19.30m，岩性以铝土质泥岩、砂质泥岩、灰色粉砂岩及灰黑色的薄层灰岩组成，无明显含水层存在，为本井田煤系地层与奥陶系地层间的重要隔水层。（四）地下水的补给、径流、排泄条件井田内大面积出露二叠系上、下石盒子组地层，其中砂岩含水层主要接受大气降水补给，受气候变化影响明显，是当地生活及工农业用水的主要水源。其中基岩风化带含水层在露头区及浅埋区，除可直接接收大气降水补给外，还可接受第四系含水层的补给。在不同的地段，不同时期第四系含水层与基岩风化带含水层可互为补给含水层。井田内碎屑岩类含水层及石炭系上统岩溶裂隙含水层由于其间有厚度不等的泥质岩层阻隔，相互间水力联系差，而主要以相互平行的层间径流为主。仅在构造部位或浅部才可能与其它含水层发生直接水力联系。奥陶系中统石灰岩含水层是井田内主要含水层之一，井田内没有出露。其地下水位于泉域径流带上。从井田内埋藏条件、岩溶发育情况分析，井田内岩溶发育段埋藏较深，溶蚀发育较好。在构造部位有可能与其它含水层发生水力联系。奥灰水的补给主要由井田东部奥灰岩露头区接受地表径流和大气降水补给。上部含水层水沿陷落柱下渗也是补给来源之一。松散层地下水以蒸发排泄为主，其次为人工开发；基岩裂隙水以人工开发及矿井排水为主；岩溶地下水的主要排泄方式为向北东方向径流至娘子关泉呈泉水溢出。此外人工开采也是奥灰水排泄方式之一。（五）井田内采空区积水情况鑫顺煤业有限公司井田南界与盘城岭煤业有限公司矿井相邻。由于盘城岭煤业有限公司开采15号煤层，因此，鑫顺煤业有限公司应掌握盘城岭煤业有限公司井田与本井田邻界的采空区位置和积水情况等，应及时与盘城岭煤矿进行采掘（采掘工程平面图）图纸的交换，警惕邻矿存在越界开采情况。对相邻井田边界的采空积水要及时查明，采掘中要坚持“预测预报，有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，及时疏排采空积水，确保矿井安全。此外，本井田东部上山方向的煤层已部分开采，并形成了采空区，鑫顺煤业有限公司应对本矿井采空积水进行及时的疏排防治，警惕生产中发生上山方向采空区积水突出造成的水害事故。井田内4、15号煤层兼并重组前原矿界范围内，4、15号煤层部分已被采空(采空区范围由矿方实测确定)，采空区主要分布在井田中东部和中部。据调查，采空区内有积水、积气现象。因采空区密闭(或已关闭坍塌)，无法进行采空区积水深度及积水量的观测，本次采用煤矿安全手册中老空区积水估算公式，对采空区积水进行估算。估算公式：式中： q积相互连通的各积水区总积水量(m3)；m煤层厚度(m)；f采空积水区水平投影面积(m2)；煤层倾角，()；k充水系数，取0.25。井田内采空区积水量估算结果见表14。表1-4 采空区积水量估算结果表煤层号积水区编号积水区面积(m2)采厚（m）煤层倾角（）积水量(m3)积气情况备注4积水区116070001.3812566800有15积水区185125.951212944有积水区2104005.951215816有积水区391005.951213839有积水区499005.951215055有积水区531504.34123494有积水区663004.34126988有积水区777004.34128541有合计1662062643477经估算，井田内采空区积水面积约为1662062m2，积水总量约为 643477m3，预计采空区积水量将随时间的增加而增加。（六）矿井充水因素分析1.顶板充水因素分析井田内4、15号煤层的直接充水含水层为其顶板砂岩和其顶板以上的砂岩含水层。由于煤层开采过程中产生的裂隙塌陷，容易沟通导水裂隙带内含水层，使含水层水直接进入井下造成矿井涌水。在井田东部由于煤层埋藏相对较浅，局部地段会受到松散层水的影响，因此矿井生产时应予以防范。15号煤层顶板以砂质泥岩、泥岩、细砂岩为主，根据矿区水文地质工程地质勘探规范gb12719-91附录f中导水裂隙带高度经验公式公式，计算15号煤层开采所形成的导水裂隙带高度：式中：hf 导水裂隙带高度，m；m累计采厚，m；n煤分层层数，m。15号煤平均厚度4.61m。若一次采全高，导水裂隙带高度为118.4m。15号煤层距地表大部区域大于118.4m，故导水裂隙带未达地表，地表水体对15号煤层的开采影响较小。但东部相对埋深较浅，个别地段小于118.4m，经调查地表有塌陷和地裂缝，雨季前必须经行地表裂缝调查并有针对性地进行填堵，开采时做好地表水防治工作。15号煤层距4号煤层层间距84.81-165.33m，故导水裂隙带局部达到4号煤层，所以局部地段4号煤层采空积水会沿导水裂隙带涌入15号煤层巷道，对15号煤层开采造成影响。在断层或陷落柱处，当断层及陷落柱导水时，4号煤层的采空积水对15号煤层的开采有较大的影响。当积水量较大时，可能造成矿井透水事故，矿井生产中必须予以高度重视。15号煤层导水裂隙带发育高度大于k2灰岩与15号煤层的层间距，因此太原组灰岩含水层是15号煤层的直接充水含水层。由于k2石灰岩含水层单位用水量一般为0.00010.032l/s.m，属弱富水含水层，因此，k2灰岩含水层对15号煤层的开采影响较小。但经调查本矿开采15号煤层时，k2灰岩含水层水对开采有一定的影响，应加强防排水工作。2.底板充水因素分析4号煤层底板距奥灰含水层顶面平均距离约164.14m。井田内4号煤层底板标高范围为7601260m，根据矿煤矿防治水规定中突水系数公式，对4号煤层底板突水性进行分析计算：式中 ts突水系数，(mpa/m)；p底板隔水层承受的水头压力，(mpa)；m4号煤层底板隔水层厚度，m；取164.14m。计算分析结果见表1-5。表1-5 4#煤层突水系数计算及突水性评价 煤层底板标高区段(m)承压水头(m)隔水层承受的水压（mpa）突水系数(mpa/m)突水性评价1260-83800安全区。奥灰水位低于隔水层底板838-7600-242.140-2.4710-0.015相对安全区。奥灰水位高于4号煤层底板，但由于ts0.06，因此在正常地段(无贯穿性导水构造或导水钻孔)一般没有突水危险性，为安全区，当存在贯穿性导水构造时存在突水威胁计算结果表明：在井田中、东部4号煤层底板标高1260838m区段，奥灰水位低于4号煤层底板，即使本区段发育有导水断层或导水陷落柱，也不存在奥灰突水危险性，为开采安全区；在井田西部边缘地带4号煤层底板标高838-760m区段，煤层底板隔水层承受的承压水头为0-242.14m，突水系数小于0.015mpa/m。为相对安全区。奥灰水位高于4号煤层底板，但由于ts0.06，因此在正常地段(无贯穿性导水构造或导水钻孔)一般没有突水危险性，为安全区，当存在贯穿性导水构造时存在一定突水威胁。15号煤层底板距奥灰含水层顶面平均距离约30.94m。井田内15号煤层底板标高范围为6201120m，井田西部15号煤层底板低于奥灰水位标高（推测井田内奥灰水位标高837-838m，这里按838m进行分析）。根据矿矿煤矿防治水规定中突水系数公式，对15号煤层底板突水性进行分析计算：式中 ts突水系数，(mpa/m)；p底板隔水层承受的水头压力，(mpa)；m15号煤层底板隔水层厚度， m；取30.94m。计算分析结果见表1-6。表1-6 15#煤层突水系数计算及突水性评价 煤层底板标高区段(m)承压水头(m)隔水层承受的水压（mpa）突水系数(mpa/m)突水性评价1120-868.9400安全区。奥灰水位低于隔水层底板868.94-8380-30.940-0.31570-0.01安全区。奥灰水位低于15号煤层底板838-687.0430.94-181.890.3157-1.8560.01-0.06相对安全区。奥灰水位高于15号煤层底板，但由于ts0.06，因此在正常地段没有突水危险性,当存在贯穿性导水构造时存在突水威胁687.04-620181.89-248.941.856-2.5400.06-0.08相对危险区。奥灰水位高于15号煤层底板，由于0.06ts0.1，因此在构造地段存在突水危险性，在正常地段(无贯穿性导水构造或导水钻孔)一般没有突水危险性计算结果表明：在井田东部15号煤层底板标高1120838m区段，奥灰水位低于15号煤层底板，不承压，即使本区段发育有导水断层或导水陷落柱，也不存在奥灰突水危险性，为开采安全区；在井田中部15号煤层底板标高838687.04m区段，煤层底板隔水层承受的承压水头为30.94181.89m，突水系数为0.01-0.06mpa/m。由于突水系数ts0.06，因此在此区段开采煤层，当区段均为正常地段（无构造发育）时，煤层底板一般不会发生奥灰突水，为相对安全区。但当此区段发育有贯穿性导水断层、导水陷落柱、导水钻孔时，这些导水构造会将奥灰水导入矿坑，造成奥灰突水事故；在井田西部地带15号煤层底板标高687.04-620m区段，煤层底板隔水层承受的承压水头为181.89-248.944m，突水系数为0.060.08mpa/m，由于突水系数0.06ts0.1mpa/m。因此在此区段开采煤层，当区段存在构造时，存在突水危险性；当区段为正常地段时，煤层底板一般不会发生奥灰突水，为相对危险区。但当此区段发育有贯穿性导水断层、导水陷落柱或导水钻孔时，会将奥灰水导入矿坑，造成奥灰突水事故。3.采空积水对矿井充水的影响经计算，本矿井15号煤层距4号煤层层间距84.81-186.53m，平均133.20m，故导水裂隙带未达4号煤层，4号煤层采空积水在没有构造沟通的条件下对15号煤层的开采影响较小。但在断层或陷落柱处，当断层及陷落柱导水时，4号煤层的采空积水对15号煤层的开采有较大的影响。当积水量较大时，可能造成矿井透水事故，矿井生产中必须予以高度重视。同时在矿井生产过程中，除对开采煤层上部采空积水要加强防范外，对本煤层可能存在、但未掌握的采空积水，特别是对小窑及相邻矿井越层、越界开采形成的本煤层采空积水要予以高度重视。因此，采掘生产中必须坚持“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”，严防开采煤层上部及本煤层采空积水造成矿井透水事故。（七）矿井水文地质类型1.井田矿床水文地质类型井田内4号煤层为稳定煤层，煤层赋存状态为单斜，断裂构造不甚发育，地质构造简单，排泄条件良好，其顶板直接充水含水层为山西组中、粗粒砂岩，单位涌水量为0.012l/s.m，渗透系数为0.029m/d，4号煤层井田水文地质条件为三类一型，井田内15号煤层为稳定煤层，煤层赋存状态为单斜，断裂构造不甚发育，地质构造简单，排泄条件良好，其顶板直接充水含水层为太原组k2灰岩含水层，其单位涌水量q=0.0001-0.032l/s.m，q0.1l/s.m，因此，15号煤层井田水文地质条件标高838m以东为三类一型，838m以西为三类二型。2.矿井水文地质类型计算结果表明：在井田中、东部4号煤层底板标高1260838m区段，奥灰水位低于4号煤层底板，即使本区段发育有导水断层或导水陷落柱，也不存在奥灰突水危险性，为开采安全区；在井田西部边缘地带4号煤层底板标高838-760m区段，煤层底板隔水层承受的承压水头为0-242.14m，突水系数小于0.015mpa/m。为相对安全区。奥灰水位高于4号煤层底板，但由于ts0.06 mpa/m，因此在正常地段(无贯穿性导水构造或导水钻孔)一般没有突水危险性，为安全区，当存在贯穿性导水构造时存在一定突水威胁。综上，矿井开采4号煤层时，矿井水文地质类型属中等类型。在井田东部15号煤层底板标高1120838m区段，奥灰水位低于15号煤层底板，即使本区段发育有导水断层或导水陷落柱，也不存在奥灰突水危险性，为开采安全区；在井田中部15号煤层底板标高838687.04m区段，煤层底板隔水层承受的承压水头为30.94181.89m，突水系数为0.01-0.06mpa/m。由于突水系数0.06ts0.1 mpa/m，因此在此区段开采煤层，当区段均为正常地段（无构造发育）时，煤层底板一般不会发生奥灰突水，为相对安全区。但当此区段发育有贯穿性导水断层、导水陷落柱、导水钻孔时，这些导水构造会将奥灰水导入矿坑，造成奥灰突水事故；在井田中西部地带15号煤层底板标高687.04-6200m区段，煤层底板隔水层承受的承压水头为181.89-248.94m，突水系数为0.060.08 mpa/m，由于突水系数0.06ts0.1mpa/m。因此在此区段开采煤层，当区段存在构造时，存在突水危险性；当区段为正常地段时，煤层底板一般不会发生奥灰突水，为相对危险区。但当此区段发育有贯穿性导水断层、导水陷落柱或导水钻孔时，会将奥灰水导入矿坑，造成奥灰突水事故。综上，矿井开采15号煤层时，煤层底板标高大于838m的区段，采掘工程不受奥灰水害影响，矿井水文地质类型属简单类型；煤层底板标高在小于838m的区段，采掘工程可能受奥灰水害影响，矿井水文地质类型属中等类型。（八）矿井涌水量预算鑫顺煤业有限公司现开采15号煤层，据该矿历年来开采情况和井下涌水量变化情况，矿井生产能力15万t/a时，井下正常涌水量5.3m3/h左右，最大涌水量10m3/h左右。鑫顺煤业有限公司的相邻矿井梅园突堤煤业有限公司矿井开采15号煤层，矿井生产能力15万t/a时，井下正常涌水量1.25m3/h左右，最大涌水量2.08m3/h左右。采用富水系数法预测涌水量。预测公式：式中：q0现矿井涌水量，m3/h；p0现生产能力，万t/a；q预测的矿井涌水量，m3/h；p为整合后的生产能力，万t。kp富水系数采用鑫顺煤业有限公司矿井富水系数，预测矿井涌水量。预测结果表明，当矿井实际生产能力达180万t/a时，矿井正常涌水量为63.6m3/h(1526.4m3/d)，最大涌水量为120m3/h(2880m3/d)。以上预算数据是否正确尚有待今后生产中进一步验证，建议开采过程中加强矿井涌水量观测分析工作，为生产过程中矿井涌水量预测、预报提供依据。第三节矿井设计概况一、工程性质左权鑫顺煤业有限公司属兼并重组矿井，因此工程性质为改扩建。2、 井田开拓开采（一）井田境界山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室文件，晋煤重组办发200974号“关于晋中市左权县煤矿企业兼并重组整合方案(部分)的批复”文件，鑫顺煤矿井田范围由14个拐点坐标连线圈定(6带坐标)，见表1-7、1-8。表1-7 井田境界拐点坐标（西安80坐标系）点号坐标点号坐标xyxy14113401.8919710481.2584112213.8819709175.2524112601.2719712481.2794113002.9819709155.5434111951.8919712131.27104113012.1919709525.9544111485.8919712190.27114113937.2919709502.9454111474.8919711850.27124113946.4919709873.2464111001.8819711581.27134114038.8919709895.2474112011.8819709731.25144113717.9019710619.25表1-8 井田境界拐点坐标 （北京54坐标系）点号坐标点号坐标xyxy14113450.0019710550.0084112262.0019709244.0024112650.0019712481.2794113051.1019719224.3034112000.0019712200.00104113060.3019709594.7044110534.0019712259.00114113985.4019709571.7054110523.0019711919.00124113994.6019709942.0064111050.0019711650.00134114087.0019709964.0074112060.0019709800.00144113766.0019710688.00井田呈不规则长条状，东西最长约3.33km，南北最宽约3.03km，井田面积5.3563km2。井田西南部与山西左权盘城岭煤业有限责任公司井田相邻。生产能力1.80mt/a。（二）矿井资源/储量及服务年限矿井地质资源量22.98mt，工业资源储量34.97mt，设计资源储量32.96 mt，设计可采储量25.84mt，以矿井生产能力1.80mt/a计算，矿井4号煤层服务年限为12.35a，15号煤层服务年限为9.84a。（三）井田开拓与开采1、井田开拓方式在现有工业