矿井防治水规划.doc

郑新恒成（新密）煤业有限公司郑新恒成（新密）煤业有限公司 矿井防治水规划矿井防治水规划 （20112011 年年20152015 年）年） 郑新恒成（新密）煤业有限公司郑新恒成（新密）煤业有限公司 二二一一年三月一一年三月 目目 录录 前言前言 1 1 第一章第一章 矿井概况矿井概况 2 2 第二章第二章 矿井地质矿井地质 5 5 第三章第三章 矿井水矿井水害害条件条件 2 22 2 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 . .4 40 0 第五章第五章 矿井防治水技术路线与原则矿井防治水技术路线与原则 4 45 5 第六章第六章 防治水技术与工程规划防治水技术与工程规划 4646 第七章第七章 防治水工程实施进度与费用概算防治水工程实施进度与费用概算 5353 第八章第八章 计划措施计划措施 5454 1 前言前言 郑新恒成（新密）煤业有限公司由原新密市永灿煤矿、北董沟煤 矿、赵家咀煤矿组合而成，原永灿煤矿、北董沟煤矿开采井田北部一 1煤层，赵家咀煤矿开采井田西部二1煤层，原生产能力为 6 万吨/年， 2006 年经过资源整合后，经有关部门审核批准，重新划定了矿界， 批准开采二1和一1煤层，整合后生产能力定为 15 万吨/年，矿名为 新密市恒成煤业有限公司。 根据新划定的井田范围，原有的生产系统已不能适应 15 万吨/年 的生产能力，需要重新编制矿井设计，新密市恒成煤业有限公司新打 主、付两个立井，将原永灿煤矿主井改扩为现在风井，进行矿井开拓。 现在在井田东部开拓轨道和运输两道上山，首采工作面尚未形成。经 过全面收集和分析研究矿井已有的地质、水文地质资料，充分认识矿 井水文地质条件和矿井水害特点，提出矿井在 2011 年2011 年期间 的防治水科研工作和防治水工程规划，用以指导我公司在生产过程中 的防治水工作，确保条件清楚，工程到位，措施得当和安全生产。规 划工作的主要内容包括： 1、全面系统地分析和研究矿井现有地质与水文地质资料； 2、提出矿井存在的主要水文地质问题和矿井水害特点； 3、结合矿井生产安排提出矿井防治水工作的总体规划，规划中 包括防治水科学研究工作内容、矿井水文地质条件科学试验内容、矿 井水情水害监测监控工作内容、矿井防治水工程内容及其具体要求； 4、研究并提出采煤工作面防治水安全技术与工程措施； 2 5、提出矿井水文地质安全保障体系建设的具体建议； 6、提出矿井防治水工程实施的进度安排及费用概算。 第一章第一章 矿井概况矿井概况 一、位置及范围一、位置及范围： 该矿位于新密市白寨镇牌坊沟村境内，行政区隶属于新密白寨镇管辖。 矿区形状为一不规则多边形，东西长约 1600 米，南北宽约 300900 米， 面积 1.36km2，所采煤层为一1煤和二1煤，现在所采煤层为一1煤。 二、交通：二、交通： 我矿东北距郑州约 23km，西南距新密市城区约 20km，新密至郑州的 公路从本矿区东部通过。西南距新密支线的新密站 20km，新密支线在新郑 与京广线接轨，距南部的芦沟矿车站 5km，并有公路与之相连，交通便利。 (见下页图) 三、自然地理三、自然地理 1、地形地貌及地表水系 本矿区地表属丘陵地形，区内地势高、低不平，地表多地坎、冲沟。 煤系地层被第四系冲积层所覆盖。地表海拔标高在 225.0295.5m 之间， 最大相对高差 70.5m。本矿区地表多被季节性农作物所覆盖，雨季地表降 雨汇入贾鲁河，再入沙颖河，后入淮河，本区属淮河水系。 3 2 2、气象及自然灾害、气象及自然灾害 （1）气象 本区属半干旱大陆性气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干旱，据密 县气象站记载：该区平均年降雨量在 397.7mm-973mm，平均 624.35mm，日最大降雨量 103.5mm，降雨多集中在每年的七、八、九 三个月；平均年蒸发量为 2086.3mm；年平均气温 14.3，最高 41.3，最低17.8；最大积雪深度 20cm，最大冻土带深度 18cm；最大风速为 22ms，夏季多南风，冬季多西北风。 （2）地震 根据河南地震历史资料记载，荥巩密县一带曾发生过 40 余次 地震，其中破坏性较大的是公元 119 元 3 月 10 日的汜水（并入荥阳市） 地震，震中烈度为八度，震中在洛阳 4 附近。距今最近的一次是 1973 年 12 月 14 日发生在巩义的 3 级有感地震。 上述历次地震对本区均有波及。按照中国地震震动参数区划图 （2001）划分，本区地震烈度为度。 3 3、区域经济状况、区域经济状况 本矿所在地新密市白寨镇牌坊沟村，属丘陵地区，区域经济相对发达， 已从过去的传统农业走向半农业、半工业化，大多从事矿山开采、手工业 制造和商品流通，主要矿产有煤炭、铝土矿、石灰岩、耐火粘土等，电力、 劳动力供应充足，能够满足矿山需要。 四、电源、水源、通信情况和建筑材料四、电源、水源、通信情况和建筑材料 1 1、矿区水源、矿区水源 水源：本矿工业用水采用简单处理后的矿井排水作为供水水源，生活 用水无来源，需打井取水。 2 2、矿区电源、矿区电源 矿井供电电源两回路分别来自芦沟矿变电站 28 板 6kv，供电距离 3km 和白砦变电站 4 板 10kv，供电距离 2km，两趟线路。 3 3、矿区通信、矿区通信 中国移动公司和网通公司均可为本矿提供通信保障，在工业场地行政 办公楼内设置行政管理，生产调度电话站。 4 4、主要建筑材料供应、主要建筑材料供应 砖、瓦、石子和料石等土产材料均可就地供应，钢材、木材和水泥等 可经公路直接运至矿井工业场地。 5 5、五、五、整合矿井开采情况整合矿井开采情况 5 恒成煤业有限公司是由原新密市永灿煤矿、赵家咀煤矿、北董沟煤矿 组合而成。 北董沟煤矿：北董沟煤矿：于 1994 年建井，开采一1煤层；矿井原设计生产能力 1 万吨/年，实际生产能力 3 万吨左右，经整顿技术改造后生产能力已达 6 万吨/年。本矿范围内共施工 3 个竖井，采用立井单水平上山开采，采煤 方法为走向长壁后退式，沿底送巷一次采全高放顶煤，采煤工艺采用手镐 与爆破相结合落煤，全部垮落管理顶板，通风方式为风井中央抽出式机械 通风，累计动用用资源储量 8.6 万吨。 永灿煤矿（原牌坊沟二矿）永灿煤矿（原牌坊沟二矿）：开采一1煤层，建竖井一对。单水平上 山开采，年生产能力 6 万吨。累计动用资源储量 17.8 万吨。本区东邻华 沟煤矿，开采二1煤层，年产煤 9-12 万吨，主井单水平上山，长壁回采法 采煤。 赵家咀煤矿：赵家咀煤矿：开采二1煤层，建竖井一对，主井单水平上山开采，二 1煤层已全部采空，资料散失。 第二章第二章 矿井地质矿井地质 本区区域地层划分属华北地层区嵩箕小区，区域上主要发育地层 为寒武系、奥陶系中下统、石炭系中上统、二叠系、三叠系、第三系 和第四系，其中石炭系和二叠系为主要含煤地层。 本区位于荥密背斜北翼，区域构造形态为一地层走向近东西向，倾向 n20e 左右，倾角 5-25的单斜构造，构造特征以北东向断层为 主，并在浅部及中部煤层附近发育有滑动构造，从而使煤层赋存变浅。 6 区域矿产以建筑石料和煤矿床为主，主要可采煤层为赋存于山西组下 部的二1煤层和太原组底部的一1煤层。 一、地层一、地层 本矿区为沉积岩地层，其中含煤地层为石炭系、二叠系，全部为 第四系冲积层所履盖。据矿山及邻区钻孔揭露，本区地层由老到新为： （一）奥陶系中统马家沟组（一）奥陶系中统马家沟组( (0 02 2m m) ) 上部为兰灰色厚层状石灰岩，致密，下部为灰黄色泥质灰岩，厚 度约 70m。 （二）石炭系（二）石炭系（c c） 1、上统本溪组(c3b)：为浅灰色至深灰色铝土岩，致密，质纯， 肯滑感，具豆状或鲕状结构，含黄铁矿结核。本组厚度 10m 左右，厚 度变化大，与下付地层哺平行不整合接触。本组地层不含煤。 2、上统太原组（c3t）：下界为本溪组铝土岩顶，与本溪组呈连 续沉积，上界止于 l9石灰岩（或相变为硅质泥岩）顶面。本组地层厚 度平均 70.0m，由一套厚属于海陆交互相形成的灰岩、泥岩、砂质泥 岩、砂岩及煤层等组成。本组岩性组合特征明显，自下而上可分为下 部灰岩段，中部砂泥岩段、上部灰岩三段。 下部灰岩段：自一1煤底至 l4灰岩顶，平均厚 21.60m。下部为 l1-l4灰岩和一1一4煤。l1l4灰岩分布稳定，常合并为 1-2 层， 含燧石结核、燧石条带，并富含海百合茎和假希瓦格蜒化石，可作为 7 本组的重要标志层。 中部砂泥岩段：自 l4灰岩顶至 l7灰岩底，平均厚 25.30m。下部 为砂岩及泥岩组成，中部由深灰色中厚层状灰岩、泥岩组成，上部由 灰色泥岩、砂质泥岩组成，局部夹有细砂岩，有时夹煤线。 上部灰岩段：由 l7-8、l9三层灰岩和一8煤组成，平均厚 23.10m。下部的 l7-8灰岩呈灰色，致密坚硬，夹燧石条带，层位稳定。 l7灰岩较厚，l8灰岩较薄，两层灰岩间夹一薄层泥岩或一8煤。顶部 的 l9灰岩极不稳定，沿走向有时相变为薄层菱铁质泥岩，其顶部即为 上覆山西组的分界面。 （三）二叠系（三）二叠系(p)(p) 底界为石炭系太原组 l9 灰岩顶面，上界至于金斗山砂岩底面， 与下伏地层呈连续沉积，地层总厚度 810m，含煤地层厚度 610m 左右， 分上、下两统九个煤组（段） ，本矿区主要保留有山西组和部分下石 盒子组地层，上部地层被剥蚀。 1、山西组（p1s）：本组地层是属于海退过程中形成的一套滨 海相沉积地层，上界止于三煤组底部的砂锅窑砂岩底面，主要以砂岩、 砂质泥岩、泥岩、煤层组成，其显著特点是：岩层的颜色普遍较深， 砂岩发育，层面上含有较多的白云母片。本组地层富含菱铁质结核。 二1煤层老顶砂岩（即大占砂岩）为中粒砂岩，层面上富含云母片， 具碳质面，发育水平层理，为本组的重要标志的二1煤层，层位稳定， 为本矿的开采对象，其本身也是一个良好的标志层，本组地层厚度平 均 81.70m，与太原组地层呈连续沉积。 8 2、下石盒子组(p1x)：本组地层包括三、四、五、六这 4 个煤 组，下自山西组顶，上界止于七煤底砂岩底面。岩性主要以砂岩、砂 质泥质、泥岩、煤线组成。三煤组地层底部的砂锅窑砂岩，厚 9.00mm，为灰白色中粒砂岩（顶部为细砂岩） ，硅质胶结，主要成份 为石英及长石，含大量云母及暗色矿物，分选好，磨园度差，局部夹 泥质条带，距二1煤层约 60m。本组地层总厚度约 300m，上部部分地 层被剥蚀，区内残存下部部分地层。残留地层厚度平均 113.00m，与 下伏山西组呈连续沉积。 （四）第三系（四）第三系（r r） 灰白色、黄绿色泥灰岩，厚度平均 11.00m 左右，具小溶洞，底 部常夹一至两层红色砂岩及粘土砾石层。与下伏地层呈不整合接触。 （五）第四系（五）第四系（q q） 本组地层总厚度约 25.00m，为疏松黄土层，下部含少量砾石。 二、矿区地质构造二、矿区地质构造 （一）区域地质构造 本区在大地构造上位于昆仑一秦岭纬向构造带北亚带的东延部 分，矿区分布于荥密背钭与龙坡寨背抖之间的新密复式向斜构造内， 属新密复式向斜的北翼，其区域构造展布呈近东西向，主体构造以近 东西向的高角度断裂为主，并伴以宽缓的褶曲。 （二）井田地质构造 本井田位于新密煤田东北端浅部，总体呈一单斜构造，地层走 向 1570，倾向 105160，地层倾角 1518。沿走向多波状 9 起伏，使煤层底板等高线呈 s 形弯曲。 矿区南部发育一条正断层，即牌坊沟断层，走向 115，倾向 25，倾角 60-70，断层落差约 60m，贯穿全区，该断层仅赵家咀 矿主、副井间接控制。 三、煤层及煤质三、煤层及煤质 （一）煤层（一）煤层 1 1 、含煤性、含煤性 本区含煤层为石炭二叠系地层，含煤地层总厚为 246m，含煤 7 层，煤层总最大限度为 5.10m，含煤系数为 2.07%；赋存于石炭系太 原组底部的一1煤层和赋存于山西组下部的二1煤层为本区主要可采 煤层。 2 2 、可采煤层、可采煤层 一1煤层赋存于太原组底部，层位稳定，普遍发育，全区可采。 煤层埋深 35300m，煤层底板标高为-20 +240m。煤层厚度为 0.52.20m 平均 1.35m。为较稳定煤层。 二1煤层赋存于山西组下部，全区发育，层位较稳定，全区可采， 煤层埋深 35240m，煤层底板标高为0 +240m，距一1煤层平均 110m，煤层厚度为 2. 23.8m，平均厚 2.55m，为较稳定煤层。 3 3、 煤岩层对比煤岩层对比 本区可采煤层赋存于山西组下部和太原组底部，可采煤层分布较 为集中。本次煤、岩层对比采用煤岩层组合特征对比、物性特征对比 和煤质特征对比等方法，重点进行煤段划分和二1、一1煤层综合对 10 比。 二二1 1煤层煤层：位于山西组下部，下距太原组顶部硅质菱铁质泥岩 2.0-5.50m，上距大占砂岩 5m 左右，距砂锅窑砂岩 40 米左右。大占 砂岩为煤层直接顶板，层位稳定，岩石物性特征和岩矿特征明显： 白云母含量高达 57%，常富集于炭、泥质层面上；磷灰石含量高， 晶粒大且光性异常。为本区对比二1煤层最重要的标志层。二1煤层 底板砂质泥岩，泥岩具明显的波状、透镜状层理，动物潜穴发育，常 含植物化石，是对比二1煤层的良好辅助标志。二1煤层厚度大，质 软易碎。其化学组成、显微煤岩组分及工艺性能等方面同其他煤层有 明显的差异。 一一1 1煤层煤层：该煤层位于太原组底部，为全区可采的薄煤层，顶板 为 l1石灰岩，底板为黑色砂质泥岩或本溪组铝土质泥岩、铝土岩，其 岩性、测井曲线特征明显，对比可靠。太原组（一煤组）为一套海陆 交互相沉积，含多层石灰岩和煤层，石灰岩多为煤层顶板。煤岩层组 合具明显的三段特征，自下而上为下部灰岩段、中部砂泥岩段和上部 灰岩段，与其它煤组区别较大。 综上所述，一1煤层、二1煤层上、下标志层特征显著，对比手 段多，依据充分，对比可靠。 （二）煤质（二）煤质 本区以往勘查中取得煤质资料较少，结合三李勘探区资料和矿方 委托编制的储量（核查）报告及各类鉴定资料，对本矿一1、二1煤 层特征简述如下 ： 物理性质和煤岩特征物理性质和煤岩特征 11 1、一1煤为黑色玻璃光泽，平整贝壳状断口，块状结构，性脆坚 硬，且含有可见的黄铁矿，燃时无烟无焰。 显微煤岩组分特征：有机组分含量平均为 76.7%，主要为镜质组， 多为无结构镜质体，少量木镜质体及木质体，镜质组最大反射率为 r0max = 4.15%。无机组分含量为 23.3%，主要为粘土矿物，呈团块状 或浸染状分布，黄铁矿含量较多，另有微量方解石脉等。煤岩类型以 半亮-光亮型为主。 2、二1煤为黑色，金属光泽，层理不甚明显，次生裂面发育，并 具擦痕及磨擦面，断口参差状，机械强度特低，且易污手，多呈粉状 产出。煤层真密度 1.52g/cm3，视密度为 1.45 g/cm3。较易燃，局部 含少量结核状的硫化物。 显微煤岩组分特征：二1煤宏观煤岩成分以亮煤为主，镜煤和丝 炭少量。镜鉴结果表明，其有机组分一般在 81%左右，且以镜质组为 主，约占有机组分的 80%；镜质组最大反射率为 2.25%。无机组分含 量一般在 10%左右，其中以粘土类矿物为主，约占无机组分的 88%， 并呈透镜状、条带状或薄层状分布，次为黄铁矿、方解石等矿物。 化学性质及工艺性能化学性质及工艺性能 1、一1煤层 水份（mad）：原煤水分为 0.94%。 灰份(ad)：原煤灰份平均 15.10%，浮煤平均 4.32%，属低灰煤。 挥发分（vdaf）：浮煤干燥无灰基挥发份平均为 4.79%。 全硫(st,d)：原煤全硫含量为 5.26%，属高硫煤。硫份以无机硫为 主。 12 全磷（pd）：一1煤磷含量为 0.055%，属中磷煤 2、二1煤层 水份（mad）：原煤水分为 0.94%。 灰份(ad)：原煤灰份平均 11.89%，属低灰煤。 挥发分（vdaf）：原煤干燥无灰基挥发份 10.47%，浮煤挥发份为 7.51%。 全硫(st,d)：原煤全硫含量为 0.28%，属特低硫煤。 全磷（pd）：二1煤磷含量为 0.023%，属低磷煤。 煤的元素组成煤的元素组成 一1煤原煤有机元素以碳元素为主，碳含量（cdaf）为 90.3%，次 为氢元素（hdaf） ，为 2.62%，氮元素（ndaf） ，为 0.75%。 二1煤原煤有机元素以碳元素为主，碳含量（cdaf）为 92.40%， 次为氢元素（hdaf） ，为 2.94%氮元素（ndaf） ，为 1.06%。 工艺性能：工艺性能：据煤质分析： 1、煤的发热量（qnet,d） 一1煤原煤发热量为 25.34-32.00mj/kg，平均 28.59mj/kg；原煤 恒容低位发热量为 26.72 mj/kg，属高热值煤。 二1煤原煤发热量为 24.9731.16mj/kg，平均 28.26mj/kg；原 煤恒容低位发热量为 27.2828.24 mj/kg，平均 27.79 mj/kg，属特 高热值煤。 2、煤灰熔融性 一1煤煤灰软化温度（st）为 1199，属低熔灰分煤。 二1煤煤灰软化温度（st）为 1379，属高熔灰分煤。 13 3、胶质层指数 一1煤胶质层指数的收缩度（x 值）为 4-8%，y 值为零。 二1煤胶质层指数的收缩度（x 值）为 8%，y 值为零。 煤类的确定煤类的确定 一l煤浮煤干燥无灰基挥发分(vdaf)为 4.79，粘结指数为 0， 依据中国煤炭分类国家标准(gb5751-86)，确定一1煤为无烟煤二 号。 二l煤浮煤干燥无灰基挥发分(vdaf)为 7.51，粘结指数为 0， 依据中国煤炭分类国家标准(gb5751-86)，确定二1煤为无烟煤三 号。 煤质综合评价煤质综合评价 一1煤层属低灰、高硫、中磷、低熔灰分之粉状、碎片状无烟煤 二号，经脱硫处理后，可做为动力用煤及民用燃料。 二1煤层属低灰、特低硫、中磷、高熔灰分之粉状无烟煤三号， 可做为动力用煤，亦可做为民用燃料。 煤层风氧化带确定煤层风氧化带确定 据本矿井和邻区矿井开采资料，区内一1、二1煤层风氧化带深 度为见基岩向下垂深 50m 左右。 四、开采技术条件四、开采技术条件 区域水文地质概况 本区区域上处在荥巩煤田与新密煤田的交接处，是荥密背斜北翼 东段倾伏端向豫东平原过渡的丘陵区，总的地势为西南高，东北低。 14 核查区为三李勘探区西部，地层走向近东西，向北倾斜，南部为寒武 -奥陶系灰岩组成的低山山区，区内为石炭、二叠系碎屑岩组成的丘 陵区，北、东部为第四系冲洪积谷地。 根据地层岩性、厚度、含水空间特征及埋藏条件，区域上将含水 岩组主要划分为：寒武-奥陶系和石炭系灰岩岩溶裂隙含水岩组，二 叠系及三叠系砂岩孔隙裂隙含水岩组，第三系灰岩岩溶裂隙含水岩组， 第四系砂/卵砾石孔隙含水岩组。 地下水补给水源有大气降水、地表水和含水层之间及其侧向补 给，另外还有工农业生产废水的渗入补给等，其中降水补给是本区 地下水的主要补给水源。地下水在运移过程中，一部分在地质构造 及地形适宜地段溢出地表，构成天然排泄点，如东部的九娘庙泉群、 西部的圣水峪及三李泉群等；一部分则继续向深部迳流排泄；而区 内各矿井则为主要的人工排泄点。由于近年来矿井大量疏排地下水， 而造成区域地下水位呈逐年下降趋势。 （一）水文地质条件（一）水文地质条件 本矿区位于芦沟井田东北部 1.5km，区内多被第四系所覆盖。北 西两面有寒武系灰岩出露。现将本矿区的主要含水层及隔水层分述如 下，并将矿井充水因素加以分析。 1 1、含水层、含水层 （一）奥陶系灰岩含水层 为底板承压水，由于本矿区无断裂构造导通，且水位较低，根据 上述分析，二1煤层距奥灰之间的距离较远，其之间隔水层所能承受 15 的安全水头压力远大于本矿开采二1煤层水压，正常开采情况下不会 造成影响。但在接近断层区域时，奥陶系灰岩水会对开采造成影响。 但奥陶系灰岩距一1煤层距离较近，且由于断层而导致煤层与奥陶系 灰岩地层相接，故对开采造成影响。 （二）石炭系 l7-8灰岩含水层 该含水层经长期疏放，水位已下降至+70m 标高以下，最深部+0m 处的 l7-8灰水压为 0.7mpa，远小于底板隔水层所能抵抗的最小水压 1.52mpa，因此，正常情况下，本矿不会发生底板 l7-8灰岩突水。 （三）二1煤层顶板砂岩含水层 在二1煤层以上 70-80 米范围以内，由多层中至粗粒砂岩组成， 其富水性及含水性均较弱。二1煤层顶扳大占砂岩含水层，一般含水 性较弱，迳流条件差，水源不丰富，不足以对矿井安全构成影响，但 往往形成工作面淋水，影响矿井正常生产。另外，香炭砂岩、砂锅窑 砂岩均有一定的弱含水性，但均不会对矿井生产造成影响，往往以顶 板淋水的方式对矿井充水。 （四）一1煤层顶板灰岩岩溶裂隙含水层 含水层由太原组下段 1-3 层灰岩组成，层位稳定，一般厚度 10.35-17.51m，据三李勘探区资料，三李东部及西部钻孔单位涌水量 为 0.01062-0.0238l/sm，渗透系数为 0.0819-0.1972m/d，水位标 高为+178.25-180.20m，含水性较弱；而中部的 18-2 孔则大量涌水， 单位涌水量为 3.019l/sm，渗透系数为 136m/d，水位标高为 +177.41m，含水性强。说明该含水层含富水性极不均一，并与当地出 露的泉水密切相关，临近泉口地 16 段，含水层则岩溶裂隙发育，含富水性也强，远离时，则含富水性则 相应减弱。 （五）断层水 牌坊沟断层可能导通一1、二1煤层的顶、底板含水层，对矿井 充水影响较大，因此在断层附近开采，要留足一定防水煤柱。 （六）老空水 本区北部、西北部及东北部曾被其它小井回采过，其采空区内可 能会有老空水，开采时会对矿井的安全有生产有一定的影响，要采取 相应措施，加以防范。 2 2、隔水层、隔水层 （一）二1煤层以上煤系地层隔水层 自二1煤层顶 60m 起上至基岩面，其间主要为二叠系组地层，岩 性主要为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩及砂岩等，裂隙不发育，透水性差， 隔水性强，为二1煤层顶板的良好隔水层。 （二）二1煤层顶板隔水层： 为泥岩、砂质泥岩组成的再生顶板，厚度较小，一般随采随落， 实际上起不到隔水作用。 （三）二1煤层底板隔水层： 为砂岩、砂质泥岩，全区发育，厚度约 7 米左右，位于 l7-8灰岩 之上，一般不能起到的隔水作用。石炭系中部砂质泥岩平均厚 20 米左 右，能起到较好隔水作用。 （四）太原组中段碎屑岩段隔水层： 17 自一 4煤底上至 l7灰岩底之间，主要由泥岩、砂质泥岩等碎屑 岩组成，间夹数层薄层灰岩和煤 层，其中 l4及 l6灰岩厚度较薄，l5 灰岩较厚，但发育不稳定，局部 有时可相变为硅质泥岩。该层段岩 性致密，裂隙不发育，透水性差，是阻隔太原组上、下段灰岩含水 层间水力联系的良好隔水层。 （五）本溪组泥岩铝土岩隔水层： 主要由泥岩、铝土质泥岩、铝土岩组成，厚度 2.19-13.26m， 一般厚 7 m，局部夹 3-5 m 中细粒砂岩和砂质泥岩。该层段岩性致 密，裂隙不发育，透水性差，所夹砂岩裂隙不发育，含富水性弱， 但其力学强度较高，增强了该层段的阻隔水能力，故该层段是阻隔 上部太原组和下部奥陶系灰岩含水层间水力联系的良好隔水层，正 常情况下能起到良好的隔水作用，但在其沉积薄弱地段或遭受构造 破坏时，则会弱化或失去隔水作用。 3 3、矿井充水因素分析矿井充水因素分析 影响本矿区矿井充水因素较多，主要有地表水（大气降水） 、老 窑积水、地下水和断层水。 （一）地表水 区内无常年性地表水体，矿区西南边缘有菜园河流过，因位于矿 区南部低洼处，且有无煤带相隔，对本矿开采影响不大。 （二）老窑积水 矿区内分布有废弃老窑，容易形成大小不同的积水空间，一旦深 部与之导通，很可能造成积水淹井，给矿井生产带来危险。 18 （三）地下水 （1）第四系砂砾石层孔隙水：该含水层较薄，且距二1煤层较远， 其中又有较厚的石盒子组隔水层相隔，故对开采二1煤层影响不大。 （2）二1煤层顶板砂岩裂隙承压水：二1煤层直接顶板含水层由 细-粗粒砂岩组成，岩性致密，裂隙不发育，补给水源不足，富水性 弱，开采过程中易于疏排。但在浅部煤层隐状露头附近和顶板冒落带 与第四系含水层沟通时，在洪汛期会有一定影响，生产中应留设一定 防水保护煤柱，以便安全生产。 （3）二1煤层底板岩溶裂隙承压水：底板直接充水含水层与煤层 之间为厚3m 左右的砂质泥岩隔水层，通常可阻隔底板水进入矿井。但 在薄弱、破碎处仍会危害矿井。因为底板充水层属岩溶裂隙承压水性 质， 富水性不均一，并且有通过小断层与下部寒武系灰岩含水层发生 炎力联 系的可能。 （4）1煤层顶板灰岩充水层：据三李勘探区资料，一1煤层顶板灰 岩钻孔单位涌水量达 3.019 l/sm，又因受断裂构造影响，煤层顶 底板灰岩含水层与边界外奥陶系灰岩强含水层相对接，对矿井开采影 响较大。 （5）断层水：本井田有一条断层（即牌坊沟断层） ，从目前开采 情况看，断层不存在水，但必须留足断层防水煤柱，以防有突水危险。 4 4、矿床水文地质类型、矿床水文地质类型 矿区内一1煤层主要充水含水层为其顶、底板含水层，在浅部接 受大气降水的补给。矿井生产过程中，生产排水是其主要排泄方式之 一。含水层间有隔水层相阻隔，含水层间无水力联系。生产过程中， 19 矿井充水以顶板淋水为主，正常涌水量一般小于 200m3/d。因此，二 1煤层矿床水文地质勘查类型为三类二亚类二型，即以顶板砂岩孔隙 含水层水为主，水文地质条件简单的矿床；下部一1煤层顶板灰岩钻 孔单孔涌水量达 3.019l/s.m，又因受断裂构造影响，煤层顶板灰岩 含水层与边界外奥陶系灰岩墙含水层对接，故一1煤层水文地质勘查 类型为第三类第一亚类三型，即以顶板岩溶含水层为主的水文地质条 件复杂的矿床。 综上所述，一1煤层水文地质勘查类型为第三类第一亚类三型， 二1煤层矿床水文地质勘查类型为三类二亚类二型。 5 5、矿井涌水量预计、矿井涌水量预计 根据本矿井实际矿井涌水量情况，正常涌水量为 40m3/h，最大涌 水量 60m3/h。 本矿井涌水量主要受矿井开采面积的影响，随开采面积的加大， 今后矿井开采时涌水量有可能会增大 1020m3/h。预计矿井正常涌水 量 60 m3/h，最大涌水量 80 m3/h，由于我矿所备水泵为 d155-309 型，完全可以满足正常涌水量和最大涌水量的需要。 6 6、矿井防治水工作、矿井防治水工作 煤矿防治水工作是多方面的，从人员组织配备、组织机构和规章 制度的建立，到资金保障、预测预报和防治水工程、监察管理等综合 治理工程。在水文地质方面应做好以下工作： （1）我矿在主井南部建一内外园水仓，容量为 950 立方，安装 了配套的水泵，水泵型号为 d155-309，3 台（即一备一用一检修） ， 20 1946 的热轧无缝钢管二趟，完全可以保证排水的需要。 （2）做好矿井日常水文地质调查，查明与周邻矿井的水文地质 关系，为治理水害提供必要的基础资料和科学决策依据。做好“探、 放水”工作，要坚持“有掘必探，先探后掘、先探后采”的工作原则， 定期进行矿井水害因素分析和预测，认真编制并组织实施矿井中长期 防治水规划和年度防治水计划。 （3）加强地表雨季“三防” （即防洪、防雷电、防排水）工作， 为做好此项工作每年 5 月以前对河道进行一次清挖，以防地表水或矿 坑排水的倒灌。 （二）煤层顶底板（二）煤层顶底板 1、生产矿井工程地质概况 区内生产矿井现仅开采二1煤，根据矿井生产资料，二1煤层局 部具炭质泥岩（或泥岩）伪顶和伪底。直接顶/底板以黑色泥岩和砂 质泥岩为主。质软不易管理，一般沿底送巷，正常情况下能保证矿井 正常生产，偶见冒顶、片帮、掉块、底鼓及支柱滑沉等不良工程地质 现象。老顶为中粗粒砂岩。 2、区内未进行过岩石物理力学性质试验工作，据区域资料，在 自然状态下，其物理力学强度见下表。 岩石物理力学强度统计表岩石物理力学强度统计表 mpa 岩 性 围岩类型 泥 岩 （抗压/抗拉） 砂 质 泥 岩 （抗压/抗拉） 砂 岩 （抗压/抗拉） 21 顶 板 39.63/1.5030.16/1.7381.55/4.28 底 板 39.65/1.78 据以往勘查及矿井生产揭露，区内二1煤层顶、底板局部具泥岩、 炭质泥岩伪顶或伪底，直接顶/底板岩性以泥岩、炭质泥岩为主，局 部为砂质泥岩，老顶以中粗粒砂岩为主。根据其岩性组合特征，二1 煤层属二类二型顶/底板，生产中可产生冒顶、片帮、掉块及底板遇 水易泥化变形，并产生支柱滑沉等不良工程地质现象，其工程地质条 件不佳，生产中应加强顶、底板的观察和维护与管理工作；一1煤层 无伪顶和伪底，直接顶为 l1灰岩老顶压煤，底板为铝土岩或铝土质泥 岩，根据其岩性组合特征，一1煤层属二类三-四型顶/底板，顶底板 力学强度较高，属难-极难冒落性顶板，生产中一般不需支护或在工 作面等稀疏支护即可。 综上所述，本矿区二1煤层属二型顶底板，质软不易管理。一 般沿底送巷，岩、煤巷采用 u 型钢支护，正常情况下基本能保证矿井 正常生产。工程地质条件属于中等复杂程度。一1煤层属二类三-四型 顶/底板，生产中一般不需支护或在工作面等稀疏支护即可，个别地 区天板不稳定，可用 u 型钢、工字钢进行支护。 （三）环境地质（三）环境地质 1、生产矿井瓦斯 根据新密市 2009 年 8 月对该矿井瓦斯和二氧化碳鉴定结果可知： 相对瓦斯涌出量 2.32 m3/t，绝对瓦斯涌出量 0.46m3/min。为此，设 计本井田按低瓦斯矿井管理，待矿井技改投产后重新进行瓦斯鉴定。 22 2、煤尘爆炸性： 根据洛阳矿山机械检测检验中心 2008 年 9 月对我矿一1煤爆炸性 检验煤层自然倾向等级为类，有爆炸性危险，爆炸性指数 10.93%。 3、煤的自然倾向 根据洛阳矿山机械检测检验中心 2008 年 9 月对我矿一1煤自然倾 向检验，煤层自然倾向性等级分类：为类。 4、地温、地压： 据区域勘查资料，本区恒温带深度 40m，恒温带温度 1718， 地温培养费度平均值 1. 3，属地温正常区，本区煤层赋存较浅， 未来生产中不存在热害问题。 五、对矿井地质勘探资料的评价及存在问题五、对矿井地质勘探资料的评价及存在问题 （一）地质勘探资料的评价（一）地质勘探资料的评价 根据本矿区具体情况，充分利用本矿和原永灿煤矿，两个矿已有 的井巷工程揭露资料，在勘查工作方法上采用矿井调查、资料收集对 当事人询访和对地质资料验证等逐个调查分析取得了很好的效果，为 今后安全生产打下良好基础并得到了科学依据。井上下对测量工作我 矿正在准备之中。 （二）存在问题及建议（二）存在问题及建议 1、加强水文地质工作，仍是该矿安全工作的重点。在技术改造 和生产过程中必须加强对区域附近及井田内老空水、断层构造水和底 板水的预防工作，严格执行探放水制度，坚持“有掘必探，先探后掘， 23 先探后采”的原则，并建立完善、可靠的排水系统。 2、东部地区，勘控程度较低，地质资料不很清楚，应进一步勘 探，为下一步扩边做好资料准备。 第三章第三章 矿井水害条件矿井水害条件 所谓矿井水害是指矿井在建设开发过程中，不同形式、不同水源 的水通过某种途径进入矿坑，并给矿井建设和生产带来不利影响和灾 害的过程和结果。并不是所有的矿井都存在水害，矿井水害的形成和 发生是建立在特定的环境和条件之上的。每当我们提及矿井水害问题 时，必须回答三个问题： a.充水水源是否存在，如果存在，有何特征？ b.充水途径是否存在，如果存在，属何种类型？ c.充水强度如何，矿井一旦充水会带来怎样的后果？ 实际上，上述三个方面问题的存在与否也就决定了矿井水害产生 的条件存在与否，对这三个问题的回答也是矿井水文地质条件勘探的 中心任务。矿井水害的产生是上述三个条件有机结合的结果，矿井水 害产生的三个条件的不同结合会产生不同类型的矿井水害。在矿井水 文地质工作中只有将充水水源、充水途径和充水强度三个因素结合起 来进行系统研究和分析才有实际意义，也只有同时搞清楚了矿井充水 的三个条件及其各自的性质之后，才能制定出切合实际的、行之有效 的防治水技术方法和工程实施方案。 一、历史上矿井水害情况的统计分析一、历史上矿井水害情况的统计分析 恒成煤业尚处在技改验收阶段，二1煤层目前未进行开采，在技 24 改过程中井筒井壁有少量渗水，巷道延伸过程中有少量出水现象，未 对正常生产造成较大的影响（详见下表） 。 恒成煤业井下涌水点统计表恒成煤业井下涌水点统计表 涌水点 编号 位置 发生涌水 时间 目前涌水量 （m3/h） 出水水源备注 1主井西大巷2007.106底板 l7-8渗水 2副井西大巷2007.330.0底板 l7-8渗水 3外环水仓2009.84.0底板 l7-8渗水 无论何种类型的突水，突水后水量都会有明显的衰减，衰减率一 般可达 40到 80，且底板薄层灰岩水的突水量衰减率稍大于顶板 碎屑岩及砂岩类的突水量衰减率。 总体分析可知，矿井的涌水量与大气降水的直接关系不明显，也 就是说，大气降水或地表水难以直接快速地进入矿井。但这决不能说 明矿井充水与大气降水或地表水体没有关系，大气降水作为矿井充水 的间接水源，通过补给矿井水源含水层而对矿井充水起到了滞后条件 下的补充效应。 矿井多年的涌水量呈现出递增的趋势，这与矿井采掘范围的增大 和揭露导通含水层裂隙数量的增多有直接关系。 矿井突水的水质特征和稳定同位素特征： 根据对井田范围内不同含水层地下水水质分析和稳定同位素测定 的结果分析表明： 第四系砂砾石层水属 hco3so4camg 型水，ca+mg 离子含量 占阳离子总量的 90%，以含较高的污染离子指标 no 3（含量达 30mg/l）为其重要特征。 25 煤层顶板碎屑岩类水属 hco3camg 型水，ca+mg 离子含量占阳离子 总量的 86.2%，k+na+离子含量上升到 13.4%。阴离子中不含污染特征 指标 no 3，这正是区别于河水和第四系砂砾石层水的重要标志; 煤层底板 c3l78和 c3l14薄层灰岩岩溶水质类型随埋深及所处 环境有较大变化，在开启环境下为 hco3camg 型，封闭环境下则 为 hco3camgna 型甚至为 hco3na 型；寒武奥陶系灰岩水质 为 hco3camg 型，与二1煤层顶板碎屑岩类水相似，但总矿化度相 差甚远，分别为 462 mg/l（o2）与 502 mg/l（顶板碎屑岩类） 。 煤层顶板碎屑岩类水、底板灰岩水及奥陶灰岩水与地表河水、砂 砾石水之间有明显的分布差异，从环境同位素示踪的角度也证实河水、 砂砾石水与上述各含水层之间无直接的水力联系。 地表水及第四系砂砾石层水水质：砂砾层水 hco3so4camg 型水质；阳离子以 ca2+、mg2+为首，且 ca2+、mg2+离子含量分别占阳离 子总量的 70%及 20%，k+na 离子含量占阳离子总量 7%左右；阴离子中 so42占阴离子总量的 27%，而 cl离子仅为 12%左右，并以较低的 hco3含量（232mg/l）及较高的污染离子指标 no3含量（30mg/l）为 阴离子特征。no3离子作为地下水的污染指标，反映大气降水在入渗 过程中受到程度较高的污染，在通常的氧化环境条件下，no3离子将 稳定的存在于水体中，第四系砂砾层地下水的一种特征标记。第四系 砂砾层地下水水质图像点在三线图中位于 camg 型水区域的中部。 煤层底板 l7-8及 l1-4灰岩地下水水质：底板 l7-8及 l1-4薄层灰岩 水质类型随埋藏深度及所处环境而有较大的变化，通常为在较为开启 26 的环境下显示灰岩地下水的 hco3camg 型特征水型；而在较为封 闭的地段，由于钙钠阳离子交换程度的不同水质呈 hco3 camgna 甚至 hco3na 型。 l7-8灰岩 ca2+离子含量可从 66%下降到 36%，平均值为 51.97%； 而 mg2+的含量变化在 2332%（平均 28.3%） ，k+na 含量则从 10.5%上 升到 30.5%（平均 18.93%） 。 阴离子中 so42离子含量变化为 6.1317.61%，平均为 14%，cl 离子含量变化为 3.928.65%，平均 7.0%，尤以埋藏深度较深的 l1-4.灰岩显示出封闭程度的增加，促进了这种水质类型的变化。 奥灰地下水水质：从本区唯一奥灰水样分析结果可以看出奥灰 水质类型为 hco3camg 型，为华北地区典型奥灰水质，反映较好 的运移条件下形成的奥灰地下水。其中 ca2+离子含量可达 50.3%，mg2+离子含量为 36.07%，k+na 离子含量为 13.4%。 阴离子中 so42离子含量为 11.4%，cl离子含量保持在 5.57%，hco3离子组成为 82.46%，其水质类型及离子含量比例值与 砂岩相似，但总矿化度相差甚远，分别为 462mg/l（奥灰）及 502mg/l（砂岩） 。各含水层基本水化学特征见表。 恒成煤业不同含水层水化学特征离子组成表 含水层 ca2+ (%) mg2+ (%) k+na (%) so42- (%) cl- (%) no3- (mg/l) hco3- (mg/l) 水质 类型 砂砾 岩水 68.823.37.827.512.530231.2hco3so4camg 顶板 碎屑岩类水 53.333.213.49.75.20328.7hco3camg l1-4及 l7-8 水 51.928.318.914.07.00356.1 hco3camg na hco3camg 27 奥灰水 50.336.113.411.45.62316.8hco3camg 煤层顶板碎屑岩类地下水水质：顶板碎屑岩类地下水具有 hco3 camg 型水质类型，阳离子仍以 ca2+、mg2+离子为首，但 ca2+离子占 阳离子总量的 53%（平均值） ，mg2+离子含量上升到 33.2%（平均值） ， k+na 离子含量则上升到 13.4%（平均值） 。 通常顶板碎屑岩类水由于围岩组分如钠长石等的水解反应成因， 往往含有较高的 na+（k+）离子含量，形成特有的 hco3na 型水质,但 在补给充足，径流条件畅通的水文地质条件下，将会向 hco3camg 型水质过渡、演化，即由 hco3na（k）型转化为 hco3camgna 型，最终转化为 hco3camg 型水质，显示水文地质循环条件的优越。 同位素特征分析：当代水文地质研究中，环境稳定同位素d、18o 及放射性同位素t 有着十分重要的地位，由于该种同位素直接存在于 水体之中，起着天然示踪的作用，是研究地下水水源（成因）及地下 水运移（居留时间）的重要手段。同时高精度的测定使同位素方法实 现了这种应用的可能。西安分院在稳定同位素及天然放射性同位素测 定共取样 10 个，对有关各层地下水及地表水、第四系砂砾石潜水均 取样进行了氢氧同位素 d、18o 及放射性同位素氚（t）的测定，结果 见表： 环境同位素测定成果表 取样编号取样层位 d（ ） 18o（ ） t（tu） 11 砂砾层潜水 -67-9.011.05 4 顶板上覆碎屑岩类水 -61-8.617.54 28 6 顶板上覆碎屑岩类水 -60-8.910.62 8 顶板上覆碎屑岩类水 -58-8.728.08 2 l1-4薄层灰岩 -56-8.215.00 3 l7-8薄层灰岩 -54-8.110.62 5 l7-8薄层灰岩 -63-8.012.82 7 l7-8薄层灰岩 -52-8.51.10 1 o2奥陶系灰岩 -66-7.922.93 同位素分布情况见图。 各含水层水同位素分布特征图像 将稳定同位素数据绘制于 d18o 关系图中 ，其中 d=818o+10 为全球大气降水雨水线（标准雨水线） ，大气成因的地 下水将分布于该标准雨水线两侧，遵从高度（纬度）效应的影响，左 下方（同位素值偏负） ，各点代表较高海拔（如山区、半山区）地域 降雨入渗形成的地下水，而右上方各点则代表较低海拔地域降雨形成 的地下水，经受一定程度的蒸发（浅层潜水）及严重蒸发（如水库、 河水）影响的地表水同位素值受到富集，将会散落于蒸发线上。由此 可从各含水层地下水、地表水同位素值的分布来判断它们补给来源的 异同。在 d18o 关系图中砂岩含水层出水点有相对集中的散点, 18o 平均值为 8.7,d 平均值为-59.7，可视为本地区大气降水 d d 1 18 8 o o关关系系图图 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -10-9-8-7 18o d 7 3 d=818o+10 2 5 1 11 87 4 6 10 地表河水 顶板砂岩水 雨水蒸发线 雨水线 29 下渗形成的补给来源，地表河水同位素值明显偏离雨水线，显示强烈 蒸发的效果，同位素 18o 值-7.4，d 值为-63，与砂岩相比氧 同位素值相差 1.3（氧同位素值的分析精度可达 0.2） ，氘同位素 值相差 3.3（氘分析精度为 1） ，从图中可看到砂岩地下水与地表 河水分布区域明显不同。沿蒸发线左移至与雨水线相交点，即可视为 河水在未受蒸发前原始同位素值（ 18 o=-9.8、d=-69） ，该点 位于雨水线左下方，表明河水的原始补给源于半山区较高海拔地域， 与矿区当地大气降水补给无直接关系，即河水的补给主要来自上游而 非就地补给。同样 l1-4及 l7-8底板灰岩同位素测定值分布也异于第四 系砂砾岩水和地表河水，但接近于砂岩水同位素值分布范围，基本上 具有相同的当地大气降水入渗补给来源。 地下水中氚同位素值反映大气降水进入地下各含水层后的运移时 间及地下水居留地层中的年龄，放射性氚为水中氢的同位素，其半衰 期为 12.43 年，近年来大气降水中氚含量（依近海内陆距离而定） 基本上趋于稳定，华北地区约在 2530 tu（氚单位）左右。进入地 层后随地下水运移而逐年衰减。 二、矿井充水水源及其特征二、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 30 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