煤矿防治水中长期规划1.doc

- 0 - 山西山西 xxxxxxxxxxxx 煤业公司煤业公司 矿井防治水中长期规划矿井防治水中长期规划 - 1 - 目录目录 前言前言 第一章第一章 矿矿井概况井概况 第一节 矿井自然地理概况 第二节 矿井生产概况 第二章第二章 矿矿井地井地质质与水文地与水文地质质 第一节 矿区地层 第二节 构造 第三节 主要含水层 第四节 矿区主要隔水层 第五节 地下水补给、径流与排泄条件 第六节 地下水动态特征 第三章第三章 矿矿井充水条件井充水条件 第一节 矿井水害情况的统计分析 第二节 矿井充水水源及其特征 第三节 矿井充水途径及其特征 第四节 影响和控制矿井主要充水因素分析 第四章第四章 矿矿井水害特征及需要井水害特征及需要查查明的主要水文地明的主要水文地质问题质问题 第一节 矿井已经完成和基本查清的水文地质问题 第二节 目前存在并需查明的矿井水文地质问题 第三节 矿井近期与中远期分别应查明的水文地质问题 第五章第五章 矿矿井防治水技井防治水技术术路路线线与原与原则则 第一节 矿井防治水工作的基本原则 第二节 矿井防治水工作的技术路线 第六章第六章 防治水技防治水技术术与工程与工程规规划划 第一节 主要水文地质研究工作 第二节 水文地质补充勘探 第三节 主要监测试验工作 第四节 主要水害治理工程 第五节 井下防排水系统改造工程 第七章第七章 防治水防治水规规划划实实施的施的时间时间与与进进度安排度安排 第八章第八章 结论结论与建与建议议 - 2 - 前前 言言 山西 xxxxxx 煤业公司位于 xx 市金锣张子山乡境内。该矿始建于 1998 年 11 月 10 日，为新建矿井。井田内主采煤层为 4、10 号煤层。2001 年 7 月 1 日投产，生产能力 15 万吨/年，采用一对立井开拓。根据省市煤 炭工业局批复文件，批准设计利用三个立井及一个斜井开拓，进行矿井的 改扩建，生产能力达到 120 万吨/年。本矿主采赋存于太原组下部的 9、10 煤层，9 号煤上距太原组 l1 石灰岩 8m 左右。 矿区水文地质条件中等。本地区常年性河流有属于黄河水系的三川河 及主要支流（流量 1.98m3/s） ，东川河（流量 0.7m3/s）和南川河（流量 0.53m3/s） 。本井田位于南川河以东。矿井充水水源主要以顶板淋水为主， 目前矿井基建期间正常涌水量 31m3/h，最大涌水量 33m3/h.如果正常生产 期间，大面积的采空区的出现，随着沉陷区的增大，局部出现顶板破碎带， 而与地表水沟通时，会对矿井安全生产有一定的影响。并会随着矿井采掘 工程的延伸，矿井水害问题不容忽视。 因此，需要研究和评价矿井开采水文地质条件，分析开采受水害威胁 程度，提出针对性的防治水工作内容，指导矿井防治水工作有序进行，确 保矿井生产安全。并根据目前的基建进度，预期会在 2014 年年底投产， 为此，特制定近五年的防治水总体规划。 本规划是在收集井田已有地质和水文地质资料，分析矿井水文地质条 件和存在的水文地质问题的基础上，针对本矿的矿井地质报告中提到 的水文地质特征，结合矿井基建规划提出的。规划的主要内容包括： 1、矿井防治水基本原则和技术路线； 2、矿井日常水文地质工作内容与要求； 3、井田水文地质补充勘探； 4、10 煤底板奥灰水带压开采技术； - 3 - 5、放水试验； 6、采煤工作面底板突水预测预报； 7、防治水治理改造工程； 8、矿井防排水系统改造； 9、防治水工程实施进度与费用概算。 本规划在实施过程中收集了矿井已有地质、水文地质资料，分析了矿 井水文地质条件，确定了矿区存在的水文地质问题，并针对本矿的水文地 质特点，结合矿井 2011 年2015 年的采掘计划，提出了本矿防治水规划 基本原则，确定了本矿防治水技术路线。从矿井日常水文地质工作要求、 矿井地下水观测网建设、矿井水文地质条件补充勘探、工作面水文地质条 件探查、防治水工程安排、矿井防突水保障信息系统以及防治水技术难题 研究等方面全面规划了今后的防治水工作。但由于原有的水文地质勘探程 度较低，观测资料不足，井下揭露面积较小，开拓范围有限，因此有些认 识不一定准确，需要进一步证实。由此导致的工程布置的不适当性在所难 免，敬请批评指正。 - 4 - 第一章第一章 矿井概况矿井概况 第一节第一节 矿井自然地理概况矿井自然地理概况 xxxxxx 矿井位于 xx离石向斜中段东翼，行政区划属 xx 市 xx 县张子山乡。中心地理坐标为东径 1110615，北纬 37 2701372836。 本井田地处晋西黄土高原，地形主要以黄土台、塬、峁、梁及黄土冲 沟为主，侵蚀切割剧烈，地形复杂。井田地势总体东高西低，最高点位于 井田东南部，海拔标高 1147.3m，最低点位于井田西北部，海拔标高 970.0m，属中低山区。 本区井田属黄河流域，三川河水系。井田内无常年性河流，仅在雨季 时沟谷中有短暂性洪水，由东向西流往井田以外的南川河，最后在晋陕交 界处的军渡汇入黄河。 井田地处晋西北黄土高原，为大陆性季风气候，属暖温带半干旱地区。 气温变化昼夜悬殊，四季分明。降水量有限，多呈干旱状态。冬春两季多 西北风少雪雨。而夏季雨量集中，有时出现洪水灾害。各项气象要素特征 如下: 年平均气温 12.5,1 月份最低,平均为6.9,极端最低气温为 20.1；7 月份最高，平均为 24.6，极端最高气温达 32.5。一般日 最低温度降至 0时间在 10 月中旬，回升至 0的时间在翌年 4 月中旬。 多年平均降水量为 464.2mm，历年最大降水量为 577.7 mm,最小为 374.4mm。雨量集中于 6-9 月份,占全年总降水量的 60。多年平均蒸发量 为 1711mm（4-8 月蒸发量最大） ，蒸发量大于降水量。 风向多为西北风，风速历年平均 2.5ms,最大月(35 月)平均 - 5 - 3.1ms,最小月(8 月)平均 2.2ms。 初霜期在 10 月上旬，终霜期在翌年 3 月初。平均无霜期 175 天。 冰冻期平均为 11 月下旬，解冻期为翌年 3 月底，最大冻土深度 0.91cm。 据国家建筑防震设计规范 （gb50011-2001） ，本区地震基本烈度为 度，设计地震动峰值加速度为 0.05g。据历史记载，本区及附近未发生 过大地震。只在 1829 年 4 月(清道光九年三月)离石发生过 5.25 级地震， 震中位置为北纬 3730，东经 11112。 第二节第二节 矿井生产概况矿井生产概况 一、一、矿井开发历史与生产现状 根据山西省煤矿企业重组整合领导组 晋煤重组办发200945 号文件批复 的企业重组整合方案和2009 年 11 月 3 日山西省国土资源厅发放的 c1400002009111220041618 号采矿许可证批准，将原 xx 县裕祥煤业有限责 任公司及原山西xx 裕安煤业有限公司两个矿井整合为山西xxxxxx 煤业 公司。重组整合后，其井田面积合计 9.1156 km2，其生产能力达到120 万 t/a，批准开采 4、10 号煤层。 2、矿井开拓、开采现状 xx 县裕安煤业有限公司为生产过渡矿井，其井田较小，三个立井开拓， 井筒直径均为 3m，开采 4 号煤层，采用长高档普采采煤工艺，由于在裕安 煤业有限公司井田内 4 号煤局部可采，生产规模较小，2010 底该矿将关闭。 xx 县裕祥煤业有限责任公司始建于 1998 年，矿井生产能力 15 万 t/a，开采 10 号煤层。2007 年山西源通煤矿工程设计有限公司编制完成了 xx 县裕祥煤业有限责任公司改扩建初步设计 ，井田面积 6.8405km2，批 准开采 4、10 号煤层，在裕祥煤业有限责任公司井田内 4 号煤不可采，所 - 6 - 以仅对 10 号煤层进行了矿井 60 万 t/a 设计，矿井地质资源量 45870kt， 设计可采储量 28251kt。截止 2009 年 9 月，按原生产能力 60 万 t/a 批准 设计，各项工程按计划进展顺利，施工现状如下： 现除混合提升斜井及两条集中大巷施工外，其它各系统尚未动工。 原初步设计中的混合提升斜井：净宽 4.8m，净断面 16.24m2，倾角 22.5，斜长 960m，现已开掘到底。 集中进风巷和集中回风巷，矩形断面，巷道断面均为 4.2m3.5m=14.7 m2，长度分别为 926m、675m。现进风巷与混合提升斜井 下部车场已经贯通。 现有回风立井（原初步设计中的行人进风井）：井筒净直径 3.0m，垂 深 310m，现井筒装备一个 0.5t 单绳罐笼，担负人员、材料升降任务，并 装备一台 bdk-6 型轴流式通风机，兼做回风。 现有主立井（原初步设计中的回风井）：净直径 4.5m，垂深 310m， 现井筒内装备一对 2t 立井箕斗，担负煤炭提升任务,兼做进风。 兼并重组后该矿主要设备均不能利用 三、矿井排水系统及防排水能力 原 xx 县裕祥煤业有限公司，井下排水设备为 d85-458 型离心式水 泵 3 台，1 台工作，1 台备用，1 台检修。该矿属高瓦斯矿井，井下涌水量 389-421m3/d。 原山西 xx 裕安煤业有限公司，井下涌水量 192-408m3/d。井下排水设 备为 3 台 d46-309 型矿用离心式水泵，1 台工作，1 台备用，1 台检修。 第二章第二章 矿井地质与水文地质矿井地质与水文地质 第一节第一节 矿区地层矿区地层 - 7 - 井田位于河东煤田中段，离石矿区东部边缘，井田内地表大部为黄土 覆盖，根据钻孔揭露情况，井田范围内沉积地层由下而上依次为： 1、奥陶系中统峰峰组（o2f） 埋藏于井田深部，地层厚度 110m 左右，岩性底部多为角砾状石灰岩， 中下部为泥灰岩、灰岩、含脉状纤维质石膏或层状隐晶质石膏 3-5 层。上 部为中厚层石灰岩，夹有薄层角砾状泥灰岩、泥岩。 2、石炭系中统本溪组（c2b） 平行不整合于下伏奥陶系灰岩之上。底部为鸡窝状山西式铁矿和浅灰 色铝土岩，即铁铝层段。之上为深灰色泥岩、砂质泥岩夹泥岩、粉砂岩、 和 2-3 层不稳定石灰岩及 1-2 层薄煤线。本组厚度 24.00-45.00m，平均 32.78m。 3、石炭系上统太原组（c3t） 连续沉积于本溪组之上，为井田内主要含煤地层之一，地层厚度 74.20-86.18m，平均 80.84m，岩性为灰-灰白色砂岩，深灰色泥岩、砂 质泥岩间夹 3-4 层煤层，其中 9、10 号煤层为井田主要可采煤层。自下 而上发育的 l1、l2、l3（l1、l2多合并为一层，有时 l1、l2、l3合并 为一层） 、l4、l5石灰岩层位基本稳定，为良好的标志层。本组底部以 一层灰白色中细粒石英砂岩（k1）与本溪组分界。 4、二叠系下统山西组（p1s） 井田主要含煤地层之一，与下伏太原组呈连续沉积，地层厚度 64.30-87.78m，平均 71.53m。岩性由深灰-灰黑色泥岩、砂质泥岩、粉 砂岩和 6-8 层煤层组成，其中 4 号煤层为可采煤层，底部分界砂岩 - 8 - （k3）为一层灰白色中细粒砂岩。 5、二叠系下统下石盒子组（p1x） 连续沉积于山西组之上，岩性为灰-灰绿色砂岩夹深灰色粉砂岩、 泥岩、砂质泥岩，下部偶夹 1-2 层煤线，顶部有一层浅灰、紫红斑杂色 铝质泥岩，俗称：桃花泥岩，为良好辅助标志层。底部以一层灰绿色 中粗粒砂岩（k4）与山西组分界。本组厚度 90.50-115.60m，平均 105.71m。 6、二叠系上统上石盒子组（p2s） 岩性由灰绿、黄绿、紫红色泥岩，砂质泥岩和黄绿、灰绿色砂岩 互层，井田内该组上部多被剥蚀，最大残留厚度约 210m 左右。 7、上第三系上新统(n2) 岩性由棕红色粘土、亚粘土组成，含有钙质结核。与下伏基岩呈 角度不整合接触。厚度 0-60.00m，平均 30.00m。 8、第四系中、上更新统 （q2+3） 广泛分布于井田内，上部为第四系上更新统黄色亚砂土，下部为 中更新统浅红、红黄色亚粘土，垂直节理发育，厚度 0-100.00m，平均 60.00m。 9、第四系全新统 （q4） 分布于井田内较大沟谷中，为近代冲积、洪积层，由砾石、卵石、 砂、砂土组成。厚度 0-15.00m，平均 5.00m 左右。 第第二二节节 主主要要含含水水层层 - 9 - （一）奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层 本地层在井田内全部被覆盖，埋藏于井田深部，地层厚度大，分布广 泛，溶洞和裂隙发育，具有良好的含水空间，富水性强，水量大，水质较 好，是井田主要含水层。据 2004 年在东北边界处 2km 处施工的大土河焦 煤公司 9 号水源井和 2006 年在井田东南部原裕祥煤矿工业广场施工的水 源井资料，9 号水源井奥灰水位标高为 805.46m，出水量为 195.60m3/h 。 裕祥水源井奥灰水位为 805.167m，出水量为 55m3/h。根据以上水源井资料 和区域水力坡度推测井田内奥灰水位在 802-805m，井田大部地段煤层底板 标高低于奥灰水位，属于带压开采，在开采时要防范奥灰水突水事故的发 生。 （二）石炭系上统太原组灰岩岩溶裂隙含水层 太原组含水层主要为三层石灰岩，从上到下为 l5、l4、l1，总厚约 25.55m，灰岩裂隙较发育，岩芯较破碎。钻孔在灰岩地层中，大部分出现 孔漏的情况，含水层顶板埋深在 85-280m 左右。据离石详查勘探资料，单 位涌水量井田东北侧 2.5km 处 12 号孔为 0.0047l/sm，井田东南侧 4km 处 20 号孔为 0.207 l/sm，渗透系数 12 号孔为 0.0131m/d，20 号孔为 1.23m/d，水位标高分别为 929.44m 和 946.67m，属弱-中等富水含水层。 水质类型为 hco3- camgna型,矿化度 0.464g/l。 （三）二叠系碎屑岩类砂岩裂隙含水层 井田内含水层无出露，含水层以细、中粗砂岩为主，平均厚度 17.90m.含 水层裂隙不发育,富水性弱.顶板埋深为 38-210 m 左右。单位涌水量 12 号 孔为 0.0008l/sm，20 号孔为 0.0022 l/sm，渗透系数 12 号孔为 0.0028m/d，20 号孔为 0.012m/d，水位标高分别为 955.62m 和 972.04m。 - 10 - 水质类型为 hco3so4- camgna型,矿化度 0.696g/l。从区域上看，该 含水层不连续，富水性弱。 （四）第四系、上第三系孔隙含水层 第四系中、上更新统出露高，补给条件差，含水层连续性差，基本属 透水不含水层。 全新统主要分布于井田较大沟谷中，含水层以砂砾石层为主，厚度小， 富水性也较弱。水质属 hco3so4- camg 型,矿化度 0.544g/l。 上第三系上新统间断出露于井田沟谷中，含水层为砂砾岩，民井出水量小 于 10t/d。水质属 hco3- na 型,矿化度 0.347g/l。 第第三三节节 主主要要隔隔水水层层 山西组隔水层 （一）山西组 5 号煤以下至太原组 l5灰岩之间是以泥岩为主，砂、泥 岩互层的一套地层，厚度 13.00m 左右，连续稳定，其中泥岩、粘土岩隔 水性好，可视为山西组与太原组之间良好的隔水层。 （二）本溪组隔水层 本溪组平均厚35.33m，岩性主要为泥岩、铝土岩、粉砂岩和砂岩，该 组有时夹薄层石灰岩或薄煤层，其中泥质岩隔水性能好，在区域内稳定， 是良好的隔水层。 第第 4 节节 地地下下水水补补给给、径径流流与与排排泄泄条条件件 第 5 节 井田奥陶系灰岩水属区域岩溶水的径流区，岩溶水流经井田 向西北流出边界，至柳林泉，呈群泉排泄。 第 6 节 石炭系和二叠系灰岩、砂岩裂隙含水层在裸露区接受大气降 水补给后，沿岩层倾斜方向运移，上部石盒子组含水层中以泉的形式排泄， - 11 - 下部含水层中水则顺岩层倾向运移，流出井田外，矿坑排水是其主要排泄 途径。 第第 7 节节 地地下下水水动动态态特特征征 对地下水进行动态监测和动态特征的分析是矿井防治水工作的重要 方面，它有助于我们掌握井田所在区段地下水运移规律，分析各含水层 之间是否存在水力联系，尤其是对分析含水层与矿 井之间是否有充水 关系有着重要的意义。本区地下水观测网络尚未建立。 第第三三章章 矿矿井井充充水水条条件件 1、矿井水害情况的统计分析矿井水害情况的统计分析 本井田内井下的水害主要表现在顶板裂隙水，其主采煤层的上部为 25 层灰岩，其岩溶水蓄水空间主要为溶隙、溶孔，补给来源主要为大气 降水，其次为地表水渗漏补给。 2、矿井充水水源及其特征矿井充水水源及其特征 一般情况下，矿井的充水水源主要包括大气降水、地表水、地下水和 老空积水。从严格意义上讲，大气降水是一切矿井充水的最终水源，因为 无论是地表水或地下水都直接或间接地来自于大气降水的补给。但这里所 指的是大气降水本身成为矿坑充水的直接或唯一的充水水源。以大气降水 作为主要充水水源的矿坑涌水量及其涌水特点与当地的年降水变化过程和 降水强度具有明显的相关关系， 其主要涌水特点是矿坑涌水的动态与当地降水动态相一致，呈现出明显的 季节性变化和多年周期性变化，这主要是因为我国大部分地区受季风气候 的影响，大气降水的年分布具有季节性，多年变化具有周期的特点所决定 的。 地下水：由于大多数采矿活动都发生在地表面以下，所以，地下水往 往是造成矿山充水的最主要水源。地下水作为矿坑充水水源时，可依其与 - 12 - 煤层的相互位置关系及其充水特点分为间接式充水水源、直接式充水水源 和自身充水水源三种最基本形式： 所谓间接充水水源是指充水含水层主要分布于煤层的间接顶板或底板， 但和煤层并未直接接触的充水水源，常见的间接充水水源含水层有间接顶 板含水层、间接底板含水层、间接侧邦含水层或它们之间的某种组合。应 该指出间接充水水源的水只有通过某种导水构造穿过隔水围岩进入矿井后 才能使其作为充水水源的事实得以实现。 所谓直接充水水源是指含水层与煤层直接接触或矿山生产与建设直接 揭露含水层而导致含水层水进入矿井的充水含水层。常见的直接充水水源 含水层有煤层直接顶板含水层、直接底板含水层。直接含水层中的地下水 并不需要专门的导水构造导通，只要采矿工程进行，其必然会通过开挖或 采空面直接进入矿坑。 所谓自身充水水源主要是指煤层本身就是含水层。一旦对煤层进行开 发，赋存于其中的地下水或通过某种形式补给煤层的水就会涌入矿坑形成 充水，该类型矿坑在我国并不多见，但在国外许多矿井中经常遇到。 以地下水作为主要充水水源的矿坑充水有如下规律和基本特点： 矿井充水的强度与充水含水层的空隙性及其富水程度有密切关系，不 同的岩性决定着不同岩体中的空隙发育特征，按空隙性质可把地下水水源 分为孔隙水，裂隙水和岩溶水三种基本形式。一般地说，受裂隙水充水的 矿床，其充水强度小于受孔隙水和岩溶水充水矿床，而受卵砾石层潜水和 强岩溶含水层水充水的矿床，多成为大水矿床。岩溶水突水时，一般水量 大、来势猛、不易疏干，会给矿井带来巨大灾害。而砂岩裂隙水充水时， 主要以淋水、渗水为主、突水的瞬间冲击力不大，不会给矿井带来灾难。 矿井充水特点与充水量变化规律与充水含水层中地下水的性质及其水 量有关：流入矿井的水往往包含两个性质完全不同的组成部分：一部分在 矿床水文地质学中称为静贮量，指充水含水层中贮存的水的体积，这部分 - 13 - 水量大小及其对矿井充水的能力主要取决于含水层厚度，分布规模、空隙 性质以及贮存水的给出能力。另一部分在矿床水文地质中称为动储量，指 含水层中获得的补给水量，该部分水量是以一定的补给和排泄为前提，以 地下径流的形式在充水含水层中不断地进行着水交替。若充水含水层中的 水以静贮量为主，则矿坑涌水的特点是：初期矿坑涌水量较大，随着排水 时间的延续，矿井涌水会逐渐减少。该类矿床易于疏干；若矿坑充水含水 层以动贮量为主，则矿坑涌水量相对比较稳定，矿坑涌水量的动态特点往 往会受充水含水层补给量的动态变化的影响。该类型充水水源水不易疏干。 老窑积水主要是指矿床体开采结束后，封存于采矿空间的地下水，近 年来由于小煤窑开采和关闭矿井的迅速增加，许多正在生产的矿井周边及 邻近往往分布有很多废弃和关闭的小煤窑或矿井，而这些矿井由于排水停 止而成为地下的积水空间，并积存了大量的地下水，这些水体通过某种途 径一旦进入生产矿井，便形成了老窑积水充水水源，特别是一些非法开采 的小煤窑由于缺乏合理的设计和准确的测量资料，其井下巷道的分布特征 往往不清楚，很容易和生产矿井构通形成水害。 传统意义上的老窑积水一般为封存的“死水”，属静贮量，但具有一定 的静水压力，所以其充水特点是突发性强，来势猛，持续时间短，有害气 体含量高，对人身和设备的伤害较大。但对于近年来频繁发生的小煤窑和 相邻废弃矿井突水，除了具有上述特征外，由于废弃矿井或小煤窑往往与 地表水或某种地下含水层水勾通并接受补给，所以一旦发生突水，也可持 续较长时间，并且很难疏干。 根据矿井充水水源的基本类型和告成矿基本水文地质条件分析，可以 得到如下认识： 本矿的主要充水含水层为顶板相对较厚且分布稳定的灰岩及部分砂岩 孔隙裂隙间接顶板(有些区域可视为直接充水含水层)充水含水层。大气降 - 14 - 水作为各个充水含水层的最终补给水源，但其对不同含水层的补给速度和 补给量不同，根据对多种信息的综合分析可以发现大气降水对各个含水层 的补给速度快慢和补给强度特点是顶板碎屑岩砂岩得到补给的速度最快和 补给强度最大。 大气降水对各个含水层的补给由于受含水层渗透性能的影响，补给方 式以缓慢渗入式为主，补给的水量要经过较长时间的渗流才能进入矿井。 所以短时间的集中降水不会造成矿井涌水量的明显增加。同样，大气降水 也构不成矿井的直接充水水源。 各充水含水层的动态补给水量不够充分，矿井充水在短时间内主要以 静储量疏干为主，所以一旦发生突水，突水量往往会在短时间内很快减少， 单点突水量的大小主要取决于突水裂隙的空间延展度和与其它裂隙的网络 连通条件。 各含水层的富水性由于受循环条件和补给条件的限制，随着埋深的增 加，补给条件变差，富水性变弱。但这种减弱速度在顶板随屑岩砂岩和底 板 l7-8灰岩中表现的更为明显。 在矿区浅部地区，分布有多个小煤窑，要高度重视这些小煤窑的开采 状况和积水情况。小煤窑的积水有可能形成矿井的隐患突水水源。 3、矿井充水途径及其特征矿井充水途径及其特征 矿坑充水途径是指连接充水水源与矿井之间的流水通道，它是矿井充 水因素中最关键，也是最难以准确认识的因素，大多数矿井突水灾害正是 由于对矿井充水途径（导水通道）认识不清所致。矿坑充水的导水通道按 其成因不同可分为： （1）构造类导水通道：如断层、裂隙等； （2）采矿扰动类导水通道：如顶板冒落、底板破裂、煤柱击穿等； （3）人类工程类导水通道：如封闭不良钻孔、小煤窑等； （4）其它：如陷落柱、岩溶塌洞等。 - 15 - 按导水通道的形态可分为： （1）点状导水通道：如陷落柱、封闭不良钻孔、岩溶塌洞等。 （2）线状导水通道：如断层带或断裂破碎带等。 （3）面状导水通道：如发育于顶、底板岩层的各类裂隙等。 不同成因、不同类型的导水通道所诱发的矿井充水形式各不相同。常 见的导水通道及其相应的充水特征有： 构造断裂：由构造断裂形成的断层破碎带，往往具有较好的透水性， 会形成矿坑充水的良好通道。对于一些巨大的断裂，由于断层两盘的牵引 裂隙广泛发育，该类断层（断层带）除了具有导水性质外，其断裂带本身 就是一个含水体，因而还具有充水水源的性质。由于断层面或断层牵引的 裂隙带导水而引发的矿井突水灾害在矿井突水事故中占有绝对主导的位置。 但并不是所有断层都可形成导水通道，构造断裂的水文地质性质与其断裂 的力学性质及其两盘岩性有着密切的关系，一般认为张性断裂的透水性较 强，压性断裂的透水性较弱，扭性断裂的透水性则介于与二者之间。实际 上，断层的导、贮性要远比上述规律复杂的多，它不仅要受断层力学性质 和岩性的影响，而且会受到断层面所受的应力状态、断层活动次数和序次、 断层带胶结物性质与胶结程度等多种因素的影响。根据大量资料和断层导 突水事例统计分析认为，断层的导水性受到两盘岩性的直接影响。一般来 说，断层带的透水性与其两盘岩石的透水性具有一致性。 当断层两盘为脆性可溶岩石时（如石灰岩、白云岩） ，断裂及其影响 带裂隙、岩溶发育，具有良好的透水性；当断裂两盘为脆性但不可溶岩石 时（如石英岩、石炭砂岩） ，断层两侧往往发育有张开性较好的牵引裂隙， 具有较好的透水性；当断层两盘为柔性岩石（如泥岩、页岩）时，断层破 碎带多被低渗透性的泥质成份充填，孔隙、裂隙率低，断层面闭合，一般 不导水或导水性极弱。 在分析断层的导水性时，应特别注意不要轻意将某条断层简单地划为 - 16 - 导水断层、隔水断层或贮水断层，而应充分注意断层的水文地质性质具有 方向性和局部性。即一条断层可以在某一方向导水，而在另一方向上隔水， 或同一断层的某一部位导水，而在另一部位隔水。有些断层在初次揭露时 隔水，但随采矿扰动可能发生滞后导水。所以，在研究和探测断层的水文 地质性质时，一定要将其视为一个在不同部分具有不同岩性对接关系，不 同部位具有不同应力状态，不同部位具有不同水理性质的复杂面状地质结 构体，进行整体分析和分区评价，而不应以一点之见资料就对整条断层做 出评价。 顶板冒落：采煤工作面回采后顶板冒落所形成的垮塌，裂隙属典型的 采矿扰动类导水通道。矿床开发开采以后，由于在地下形成采空空间，如 果没有专门顶板管理技术，则必然造成采空区上方岩层的变形、移动、破 坏，甚至形成开裂、离层或碎块状垮塌。采空区顶板岩层的破坏变形形态 与规律会受到采空空间几何结构，顶板岩性及其组合，矿床产状及采矿方 法，岩石应力环境及其受力状态等多种因素的控制，不同条件的组合会产 生完全不同的顶板岩石变形破坏特征，但就一般规律而言，采空区上方可 划分出三个不同性质的破坏和变形影响带。 （1）冒落带：指采煤工作面放顶后引起的直接顶板垮落破坏范围， 根据冒落块的破坏程度和堆积状况，可分为规则冒落带和不规则杂乱冒落 带，如果冒落带高度达到上覆含水层，则往往引起顶板水的突发性突入， 当上覆含水层为第四纪松散沉积含水层时，不但会形成突水，还会引起溃 砂和地面塌陷等灾害。 （2）导水裂隙带：指冒落带以上大量出现的切层、离层和裂隙发育 带。该带一般由下而上，其裂隙和离层程度由强变弱。但当顶板岩性及其 组合变化比较复杂时，也会出现不均匀发育的特点，总之，该层不一定具 备透砂能力，但一般具有较强的导水能力。 （1）整体移动带：指导水裂隙带以上至地表的整个范围内，岩体发 - 17 - 生的整体变形和沉降移动区。该带主要特点是岩层的整体变形和移动，而 其裂隙化程度较弱，所以一般不具备导水能力。 从矿床水文地质角度来看，可以把工作面顶板简单地划为两带，即垮 落裂隙带（冒落带和导水裂隙带之和）和整体移动带，对矿井突水有意义 的主要是垮落裂隙带。当顶板裂隙构通工作面或巷道上覆含水层时，矿坑 突水则不可避免。 底板破坏：当煤层底板隔水层之下赋存有高承压水时，在煤层未开采 前，水岩处于一定的力学平衡状态之下，一旦矿体被开发在隔水层之上形 成临空边界并产生应力释放后，在矿压和水压的作用下，隔水底板岩层必 然受到不同程度的破坏，形成新的破裂面或使原有的闭合裂隙活化。一旦 这种破裂面或裂隙构通底板承压含水层水时，必然导致底板之下承压含水 层水涌入矿井。这种因巷道掘进或矿床开发扰动其底板隔水层使其形成的 导水通道称之为底板破坏式导水通道。 我国是世界上煤矿水害最严重的国家之一，而采煤工作面或巷道底板 隔水层之下岩溶承压水突水事故占我国煤矿总突水事故的 30%以上，这主 要是因为我国大面积分布的华北石炭二叠系煤层底板之下普遍发育有山西 组、太原组薄层灰岩承压含水层和深部的奥陶系巨厚层灰岩富水含水层， 含水层的富水性是发生底板突水的内在因素，它决定着突水水量的大小及 突水量的动态变化特征，水压力的存在是驱动含水层水流入矿坑的动力， 而底板破坏所形成的破裂则是地下水得以流动的通路和咽喉，只有当三者 同时存在并达到某种特殊组合时，才能发生底板突水。 封闭不良钻孔：封闭不良钻孔是典型的由于人类活动所留下的点状垂 向导水通道，该类导水通道的隐蔽性强，垂向导水畅通，不仅会使垂向上 不同层位的含水层之间发生水力联系，而且当井下采矿活动揭露或接近时， 会产生突发性的突水事故。由于封闭不良钻孔在垂向上串通了多个含水层， 所以一旦发生该类导水通道的突水事故，不仅突水初期水量大，而且还会 - 18 - 有比较稳定的补给量。所以在进行矿井设计和生产时，必须查清井巷揭露 区或其附近地区各种钻孔的技术参数及其封孔技术资料，以确保不会因封 闭不良钻孔而引起突水事故。 陷落柱与岩溶塌洞：由于我国广泛分布的华北石炭二叠系煤层的基底 发育有巨厚的奥陶系石灰岩含水层（一般厚度在 600800m） ，巨厚层可 溶碳酸岩的存在，使得其在漫长的地质历史过程中形成了巨大的地下溶蚀 空洞，这为陷落柱的发育形成创造了有利条件。实际揭露的资料证实，分 布于太行山两侧的煤田均广泛发育有岩溶陷落柱（因、性质和形态，成为 导致灾难性突水灾害的最危险导水通道，这主要是因为： （1）突水水源的水量充沛：根据陷落柱的基本成因条件可知，只要 有陷落柱存在，则必然在其根部存在有厚层的可溶岩（如石灰岩） ，而厚 层可溶岩又往往构成富水含水层，该类含水层不仅有丰富的静贮量，也往 往具有较大的补给量。所以一旦发生陷落柱型突水，其突水水量往往较大。 （2）突水水压大、流速高：北方型煤田厚层灰岩含水层主要是奥陶 系灰岩含水层，该含水层赋存于煤系地层之下一定的深度，且在煤层和含 水层之间存在有一定厚度的隔水层，奥陶系灰岩含水层往往在平面上延展 的范围较大，其主要在地势较高处的裸露露头区接受大气降水或地表水补 给，在煤层之下的含水层水往往处于高承压状态，一旦发生突水，往往呈 现出突水点水压大，突水流速高的特点。 （3）突水通道具有隐蔽性和难以探知性：陷落柱的形成原因决定了其 具有点状导水构造的特点，尽管有些陷落柱的直径可达数百米，但和整个 地质结构体相比，其仍具有很强的局部性，特别是在陷落柱的周边区域， 地层层序仍保持着正常状态，这就形成了通过地层层序和构造形态分析预 测陷落柱变的十分困难，甚至不可能，陷落柱的隐蔽性和难以探知性，决 定了陷落柱突水具有突发性和难以防范性。 - 19 - 根据对并矿井地质、水文地质、含隔水层空间分布规律及其构造特征 的分析，可以得到告成矿井主要导水通道及其基本特征如下： 造成并矿井 10 煤开采突水的主要导水通道有发育于顶板砂岩层中的 天然构造裂隙，一旦巷道掘进或工作面回采过程中遇到该类导水裂隙就会 造成矿井出水。但是，从目前揭露的情况来看，此顶板裂隙的发育不很明 显，只揭露一个小范围的裂隙带，切出水量很小，不会影响将来的生产。 封闭不良的钻孔：根据目前对井田内的地质钻孔调查资料分析，并矿 区不存在封闭不良钻孔。 井田奥灰水位标高 802-805m，而可采煤层 4、9、10 号煤层底板标高 为 520-900 m，由此推断本井田批采的 4、9、10 号煤层底板在井田中西部 地段均位于奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层水位之下，即煤层底板标高 805m 以下地段均属带压处。根据奥灰突水系数计算公式来计算奥灰岩溶水 对井田下部 9、10 号煤层的影响。 9、10 号煤层突水系数小于正常块段安全突水系数 0.10（mpa/m） ，但 也小于受构造地段安全突水系数 0.06（mpa/m） ，因此推测，在无构造沟通 的情况下，开采 9、10 号煤层奥灰突水的可能性小。但当开采地段有隐优 导水构造时，则存在突水可能性，开采中应严密监测井下隐伏构造发育情 况，防范奥灰水岩溶水构造突入矿井造成水害事故。 4、影响和控制矿井主要充水因素分析影响和控制矿井主要充水因素分析 根据对矿井水文地质条件和矿井水害特征的分析研究，可以得出影响 和控制矿井水害的主要因素有： 大气降水：大气降水作为本区矿井各个充水含水层的最终补给水源， 控制和维持着各含水层长期稳定的充水水量。如果没有大气降水的补给， 随着矿井的生产排水，含水层水会逐渐趋于疏干，矿井的涌水量会逐渐减 少。但应该明确的是大气降水是一个不可控因素，很难通过人为因素减少 和控制。 - 20 - 含水层的埋藏条件和构造开启性条件：由于主要充水含水层受大气降 水的直接或间接补给，而大气降水的补给强度和补给速度主要受含水层的 埋藏条件、构造裂隙发育条件和水循环开启性条件控制。目前的资料已经 显现出随着含水层埋藏深度的增加，其富水性具有减弱的趋势。我们要充 分研究和利用这一基本规律。 构造发育情况特别是导水裂隙的发育与分布规律：裂隙储水、裂隙导 水和裂隙突水已成为矿井水害的明显特征，裂隙的发育与否决定了矿井是 否具有突水的条件，裂隙的导水性能及其空间联通网络的大小、网络之间 水力联系的密切程度决定了单个出水点水量的大小。研究和探查导水裂隙 的发育规律、空间展布规律和控制因素对有效预测和防范矿井水害具有重 要意义。 第四章第四章 矿井水害特征及需要查明的主要水文地质问题矿井水害特征及需要查明的主要水文地质问题 1、矿井已完成和基本查清的水文地质问题 告成煤矿属于在生产矿井，已经进行了大量的水文地质勘探试验工作， 积累了大量的较为丰富的矿井水文地质资料，应该说下列方面的矿井水文 地质问题已基本查清： （1）主要充水含水层的分布、结构、厚度及其埋藏条件已基本查清。 （2）主要充水含水层之间的结构关系以及与大气降水和地表水体之 间相互联系已基本清楚。 （3）矿井充水的方式、途径和突水产生的条件基本清楚。 （4）矿井水害类型及其水害特征基本清楚。 （5）初步建立了矿井水文地质信息观测系统。 2、目前存在并需查明的矿井水文地质问题 目前尚需进一步查明下列决定矿井水害条件和矿井水害防治方法的关 键问题： - 21 - （1）查明采区或工作面范围内含水层的富水性、重点富含水区段的 分布规律及其主要控制因素。 （2）查明采区或工作面范围内存在的小规模隐伏导水构造，如断层、 裂隙发育带及其分布与展布规律。 （3）进一步查明各含水层水力动态特征，特别是不同含水层之间发 生水力联系的位置、原因及其与矿井突水之间的相互关系。明确各含水层地 下水流场及其随矿井生产排水的变化规律和趋势。 （4）根据工作面回采条件（采厚、采宽、推进速度、采煤方法等）和 岩石力学性质，计算分析回采过程和回采完成后对顶底板含、隔水层的破 坏特征和破坏程度。 （5）计算分析采掘过程中采区或工作面的涌水量，涌水特征及其安 全疏降水量，为超前预防或治理工作面回采过程中发生意外突水的技术措 施设计提供依据。 3、矿井近期与中远期分别应查明的水文地质问题 一般情况下，矿井水文地质工作需要查清的重点任务有： （1）查明和控制矿区区域水文地质条件，确定矿区所处的水文地质 单元的位置，详细查明矿区发育的主要含水层及其各个含水层地下水的补 给、径流、排泄条件，区域地下水对矿区充水含水层的补给关系，矿区地 表水系及气象因素与地下水的相互关系及其相互影响。 （2）详细查明矿区含（隔）水层的岩性、厚度、产状，分布范围、 边界条件、埋藏条件，含水层的富水性，矿床与顶底板含水层之间隔水层 的厚度及稳定性。着重查明矿区主要充水含水层的富水性、渗透性、水位 、水质、水温、动态变化以及地下水径流场的基本特征，特别是主采煤层 顶底板隔水层所承受的静水头压力，确定矿区水文地质边界位置及其水文 地质性质。 （3）详细查明矿区或附近对矿坑充水有较大影响的构造破碎带的位 - 22 - 置、规模、性质、产状、充填与胶结程度、风化及溶蚀特征、富水性和导 水性及其变化、沟通各含水层以及地表水之间相互补给关系的程度，分析 构造破碎带及其可能诱发的引起突水的地段，提出开采中对构造水的防治 方案原则性建议。 （4）详细查明对煤层开采有影响的地表水的汇水面积、分布范围、 水位、流量、流速及其季节性动态变化规律、历史上出现的最高洪水位、 洪峰流量及淹没范围。详细查明地表水对井巷可能的充水方式、地段和强 度，并分析论证其对煤层开采的影响，提出开采过程中对地表水的防治方 案原则性建议。 （5）对于煤层与含（隔）水层多层相间的矿床，应详细查明开采煤 层顶、底板主要充水含水层的水文地质特征和隔水层的岩性、厚度、稳定 性和隔水性，不同含水层之间的水力联系情况，断裂与裂隙发育程度、位 置、导水性以及沟通各含水层的情况，分析不同的采矿方式对隔水层的可 能造成的破坏情况。当深部有强含水层或采区地表有水体时，应查明主要 充水的中间含水层从底部或地表获得补给的途径和部位。 （6）对已有多年开采历史的老矿区，应重点调查废弃矿井、周边地 区小煤窑、已经采掘的老空区的分布位置、范围、埋藏深度、积水和塌陷 情况，与地表及其它富含水的含水层之间的水力联系情况，大致圈定采空 区，估算积水量，提出开采中对老空水的防治措施建议。 （7）在水文地质条件勘探的基础上，应根据矿井采掘条件和矿井采 掘规划，建立矿井涌水量预测预报模型，选择适合矿井水文地质条件的涌 水量预测和计算方法，对全矿井涌水量、分水平涌水量、分采区涌水量进 行计算预测。在条件许可的条件下还应对矿井可能形成的突水水量进行分 析评估，为矿井防排水系统和能力设计提供基础资料。 （8）对于深部开采的矿井，应详细查明主要充水含水层的富水性及导 水断裂破碎带向深部的变化规律。对矿井采掘过程中可能出现的高地应力、 - 23 - 高温热害、有毒气体等进行勘探和分析，初步查明地应力、地热场的成因、 分布及其对矿床开采可能带来的的危害。 第五章第五章 矿井防治水技术路线及原则矿井防治水技术路线及原则 1、矿井防治水工作的基本原则 根据煤矿安全规程和矿井水文地质规程等相关技术规范的要 求，结合米村井田地质、水文地质条件和防治水工作现状，本矿防治水工 作应该遵循以下原则： （1）预防为主，有掘必探，探治结合，探采结合，先探后掘，先治 后采； （2）以基础水文地质工作为平台，井上探查手段以物探为主，钻探 为辅；井下探测手段物探先行，钻探验证。井上下探测、监测与水文地质 试验紧密结合； （3）以地下水信息监测为基础，建立矿井水害水情实时监测体系。 （4）控制设防 10 煤顶板水，治理和受控疏放合理结合综合防范顶板 水害；以合理受控疏放为主，配套必要的封堵技术防治 10 煤底板水。 （5）9 煤顶板灰岩水的防治以合理受控疏放为主，局部封堵加固为辅； 底板水的防治应该在精细探查的基础上，配套带压开采综合防治水技术； （6）探测和监控相结合，合理避让，防治小窑采空水突出； （7）改造矿井防排水系统，提高矿井排水能力； （8）建立水害安全保障体系的整体规划，设计整体目标，分解阶段 目标，分区、分阶段实施规划与设计； （9）防治水工程与矿井采掘工程相结合，防治水工程方案优化与经 - 24 - 济效益相结合，选择经济有效、对矿井生产进度影响较小的防治水工程技 术； （10）防治水工程与水资源的合理利用相结合，在防治矿井水害、合 理受控疏放地下水的同时注意对地下水资源和地表水体的保护。 2、矿井防治水工作的技术路线 根据告成矿的水文地质基本条件与矿井水害特点，本防治水规划建议 采用的防治水技术路线是疏堵结合以疏为主，疏堵结合以疏为主，技术途径是准确预测矿井涌准确预测矿井涌 水量，合理设计矿井排水能力和井下疏排水系统，水量，合理设计矿井排水能力和井下疏排水系统，防治水工程实施的技术 方法是井上下结合井下为主井上下结合井下为主： 疏降为主、疏堵结合，减少采掘涌水量，降低掘进头和采煤工作 面水压力，改善掘进作业环境，提高生产效率和质量； 探堵结合，探查煤层底板隐伏导水构造，注浆加固煤层底板薄弱区 段。 第六章第六章 矿井中长期防治水规划矿井中长期防治水规划 6.16.1 矿井水害防治思路矿井水害防治思路 针对目前我矿存在的水害隐患，我矿的防治水工作思路是：强化水害防治 工作，认真贯彻落实煤矿防治水规定，严格执行好“预测预报、有掘 必探、先探后掘、先治后采”的原则。在思想上要高度重视，防治水工作 要早做、要主动。 6.26.2 矿井水害治理途径矿井水害治理途径 水害治理的途径是“疏、填、堵、排” 。 “疏疏”是对井田范围内地表的黄土冲蚀沟谷进行疏通，增强泄洪能力， - 25 - 减少地表积水，防止洪水向井下渗漏水。 “排排”主要是针对井下几个主要涌水量点，设置临时水仓，根据涌水 量安置排水泵。增加排水设备，提高排水量，增强矿井的抗灾能力。 6.36.3 地面工程规划地面工程规划 对井田西部的南川河的河道、冲水沟进行雨季前的定期清挖、治理；主 斜井井口附近地势低洼，根据工业广场的整体设计要求，需要进行挡水墙 的建设，约需工程量 130 多立方的土石方量。 重点对 10101 首采面回采后的地面塌陷区进行综合治理，填平压实，塌 陷区预计约 44 万平方米。 6.46.4 井下工程井下工程 1、井下中央水仓预计 2012 年 4 月完成并安装投入使用。其储水量约为 1660 多立方。采区水仓约 2012 年 12 月完成并投入使用。其储水量约为 2000 立方。 2 2、对南部 10 号煤采空区的积水进行每天的排水约为 350 多立方，按照 煤矿防治水规定的要求，在相关位置设立挡水墙约 7 道。 3、严格按照有掘必探、先探后掘的防治水原则，对全部的掘进工作面进 行施工探放钻孔，总计约 6.1 万米。 6.56.5 防水煤柱的留设防水煤柱的留设 根据我矿的煤层赋存特征，矿井防水煤柱的种类确定如下： 井田边界煤柱：40m 大巷煤柱：40m 断层煤柱：50m - 26 - 采空区煤柱：20m 6.6 规划保障措施规划保障措施 以坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，以提高煤炭产量， 增加经济效益为中心；以保证工作面接续为重点。提高认识、加强领导、 严格管理。查明矿井水文地质条件，排查各类水害隐患，强化治理