矿井水害隐患全面排查及综合治理方案.doc

山西XXXX煤业有限公司矿井水害隐患全面排查及综合治理技 术 科2011 年 2 月山西XXXX煤业有限公司矿井水害隐患全面排查及综合治理一、矿井主要含水层、涌水构成：井田内沟壑纵横，切割强烈，具典型的黄土地貌特征。在梁峁地带被第四系上更新统黄土所覆盖，沟谷中广泛出露上第三系上新统红土。基岩未见出露。区内最高点在井田东部后洼村东的山梁上，海拔为1373.0m，最低点在井田西部西塌村北沟谷中，海拔为1090.0m，最大相对高差为283.0m。井田地表水属黄河流域，三川河水系。井田内无常年性水流，仅在雨季沟谷中有短暂洪水。井田内较大的沟谷纵贯井田，呈东西向，其它南北向沟谷均为该沟谷的支沟，洪水季节，最大沟谷中最高洪水位可达1085.9m，向西南流入南川河。（一）、矿井主要含水层：1、上第三系上新统砾石含水层井田内松散层中第四系不发育，上第三系广泛分别于沟谷两侧或沟底。下部为一层胶结或半胶结的砾石层，在沟谷中易形成小泉，供人畜用水，水量一般很小，当有较好的补给源时，为较好的孔隙含水层。2、二叠系上、下统石盒子组砂岩含水层本组含水层一般由数层中粒粗砂岩组成，总厚约20m，其间多隔以泥岩、粘土岩等。据金春乔家沟井田精查时抽水试验结果，单位涌水量(q)为0.00072L/s.m，渗透系数（K）为0.0018m/d，钻孔揭露最大涌水量为0.33L/s，水位最高大于1078m，水量较小，含水微弱，水质属重碳酸-硫酸型，为软的淡水。属弱富水性含水层。3、二叠系下统山西组砂岩含水层本组主要含水层为3号煤层与4号煤之间的中粒砂岩，该含水层稳定连续，测井曲线上反映明显，厚度59m，泥质和钙质胶结。据金春乔家沟井田精查时的132号孔抽水试验结果，单位涌水量(q)为0.000107L/s.m，渗透系数（K）为0.000413m/d，水位标高982.52m。110号孔抽水试验结果，单位涌水量(q)为0.00065L/s.m，渗透系数（K）为0.00153m/d，水位标高1052.92m。富水性较差，水质类型为SO42-.HCO3Ca2+.Mg2+.Na+。属弱富水性含水层。4、石炭系上统太原组灰岩、砂岩含水层本组中有L5、K2、L1三层灰岩组成，中间多隔以细砂岩和砂质泥岩等，间距在10m以内，L5灰岩厚度小，岩芯较完整，含水相对较弱。K2灰岩为本组最厚的灰岩，岩芯中见有溶蚀裂隙，其间多充填炭屑，裂隙面凹凸不平，该层为三层灰岩中相对富水的一层。L1灰岩为最下部的两层，节理裂隙发育，并具有溶蚀现象，两层灰岩间有泥岩或炭质泥岩相隔，富水性也较弱。据金春乔家沟精查勘探区抽水试验结果：单位涌水量(q)为0.000261.24L/s.m之间，渗透系数（K）为0.00275-10.72m/d，水位标高944.25-1043.84m。本含水层水质为HCO3- .SO42-Mg2+.Na+型水。本组10号煤层上部为一层稳定的中粒砂岩，厚约515m，泥质胶结，勘探抽水试验中，该层泥浆消耗量无明显变化，从测井曲线定性分析，其含水性比山西组砂岩含水层差，故其厚度虽大，也为弱含水层。5、奥陶系中统岩溶裂隙含水层本组含水层区域上属于柳林泉域，柳林泉位于本区西二十余公里的柳林城附近，流量2.53.5m3/s，出露标高801m左右。奥陶系中统峰峰组岩性以石灰岩、白云岩为主，夹泥灰岩、泥岩、石膏。由于本层的含水性主要取决于裂隙及岩溶的发育程度，因此，灰岩的埋藏深度对其含水性起着极大的作用。据金春乔家沟精查勘探区资料，当灰岩埋藏深度大于347时，其裂隙及岩溶极不发育，含水性微弱；当灰岩埋藏深度小于267时，岩层裂隙及岩溶颇为发育，含水性显著增强。推算矿区内灰岩埋深大部分在351m408m之间，总的来说，本层在井田内大部分由于埋藏较深，所以含水性很弱，甚至基本不含水，只在浅部含水性增强。推断矿区奥陶系灰岩水位标高在900m左右。综合评价，井田水文地质类型属中等类型矿井。矿井目前涌水量为24m3/h，其中6水平2m3/h，10水平22m3/h。 目前矿井水组成主要由巷道低洼积水、各放水孔水及矿井生产用水。二、排水系统现状：1、中央水泵房:位于10#煤层井底车场东南部，泵房内设有三台MD85456型主水泵（一台使用、一台备用、另一台为检修水泵）扬程360m，排水能力85m3/h，满足矿井最大涌水量要求。主排水管路为2趟（一用一备），直径为6寸，其排水能力满足要求，泵房具有2个安全出口，一个通到井底车场，另一个通到副井筒。2、水仓设置我矿在井底附近设有主副水仓，主水仓容积300 m3，副水仓容积200 m3；矿井涌水量为24m3/h，主、副水仓容水能力远远大于矿井正常涌水量及最大涌水量，满足矿井生产需要。3、工作面排水系统工作面采用风动水泵排水，经工作面顺槽2寸排水管路汇入大巷3寸排水管（或水沟）中，集中排到井底主副水仓，主水泵排至地面污水处理站，进行处理。4、供电设备安装、使用、维护我矿中央水泵房采用双电源双回路独立供电系统，各种综保、开关、电缆、管路等设施设备安装符合煤矿安全规程及煤炭行业标准有关规定，使用、维护到位。目前，我矿排水设备在安全和性能上无问题和隐患。矿井排水能力满足要求。三、矿井采空区水害分布情况：6#煤层,根据上组4#煤层采掘工程平面图，有八处采空区积水：6#煤层（采区煤仓处）上组煤层采空区有积水，积水面积13564m2，预计积水量5290m3；原后洼煤矿（井田西南角）上组煤层采空区有积水，积水面积8552m2，预计积水量2138m3；原后洼煤矿（副立井南北方向约240m处），上组煤层采空去有积水，积水面积8220m，预计积水量2055m3；原后洼煤矿（副立井东北方向约160m处），上组煤层采空区有积水，积水面积16210m2，预计积水量4052.5m3；原南焉煤矿（井田西南角）上组煤层采空区有积水，积水面积20156m2，预计积水量5039m3；原南焉煤矿（靠近沈家峁煤矿井田东北角）上组煤层采空区有积水，积水面积22410m2，预计积水量5602.5m3；原南焉煤矿（暗斜井东南方向约120m处）上组煤层采空区有积水，积水面积11639m2，预计积水量2909.7m3； 原南焉煤矿（井田北部靠近后洼社煤矿）上组煤层采空区有积水，积水面积22600m2，预计积水量5650m3。10#煤层，根据6#煤层及10#煤层采掘工程平面图，有九处采空区积水：6#煤层6101工作面采空区有积水，积水面积19203m2，预计积水量4800.75m3；6#煤层6102工作面采空区有积水，积水面积10788m2，预计积水量2697m3; 6#煤层6103工作面底部采空区有积水，积水面积10000m2，预计积水量2300m3；原后洼煤矿（回风斜井西南方向约480m处）上组煤层采空区有积水，积水面积3421m2，预计积水量855.25m3；原后洼煤矿（回风斜井西南方向约690m处），上组煤层采空去有积水，积水面积3311m，预计积水量827.75m3；原后洼煤矿（回风副井东北方向约230m处），上组煤层采空区有积水，积水面积8120m2，预计积水量2030m3；原后洼煤矿（回风副井东北方向约530m处）上组煤层采空区有积水，积水面积22225m2，预计积水量5556m3；原后洼煤矿（回风副井东北方向约580m处）上组煤层采空区有积水，积水面积9120m2，预计积水量2280m3；原南焉煤矿10#煤层主斜井980m处有采空区积水，积水面积7200m2,积水量1800m3。以上采空区积水均按采空区最大积水水量进行计算，共计约为5.58万m3。各采空区积水不受地表水影响，也无明显补给水源，除疏放放水外，未发现采空积水通过密闭墙返水管流入巷道。经分析，今后生产地点可根据接续安排，有计划的对采空区积水进行探放，严格执行“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”探放水原则，确保安全施工。四、密闭墙排查分析对全矿井密闭墙进行了全面排查分析，井下密闭墙以贯眼密闭墙为主，采空区密闭墙较少，密闭墙质量状况良好，没有出现因建筑质量及巷道压力等原因，造成墙体裂开而致使密闭漏风现象，大部分安设了气体观测孔、“V”型导水管，有水密闭墙均设置返水池。对墙内气体及温度的检测，密闭墙内CH4、CO2浓度普遍较高，温度在2024之间，没有发现CO和其它有害气体，通过分析无煤层自燃现象。五、底板承压水水害防治根据区域精查资料，本井田奥灰水位标高为+900m。井田内10号煤层最低底板标高为+830，最高底板标高为+1180m， 6号煤层最低底板标高为+870m，最高底板标高为+1220m，井田西部6、10煤层底板标高部分低于奥灰水水位标高。根据突水系数计算公式Ts=P/M，计算的6号煤层底板奥灰突水系数最大值为0.003MPa/m，10号煤层底板奥灰突水系数为0.015MPa/m，均小于安全突水系数0.06 MPa/m，计算结果表明，开采6、10号煤层不受奥灰水的影响。六、相邻矿井边界隔离煤柱排查情况：该井田西北与山西中阳张子山煤业有限公司接壤，北邻山西桃园腾阳容大煤业有限公司，南与山西中阳联盛苏村煤业有限公司相接，西部为离柳朱家店煤矿，东部无矿。现将相邻矿井情况简叙如下：（一）、山西中阳张子山煤业有限公司由原山西晶鑫盛煤业有限公司煤矿、原山西易航煤业有限公司煤矿、原山西大土河永华煤业有限公司煤矿、原山西中阳昶昊煤业有限公司煤矿整合而成，兼并重组整合主体为地方骨干企业山西中阳钢铁有限公司。与本矿井相接壤的是整合的四个矿井中的山西中阳昶昊煤业有限公司。即原中阳县古家岭煤矿南侧生产坑口，始建于1997年，2001年11月投产，设计生产能力6万吨年，经多年建设和采煤方法改革，2007年核定生产能力为15万吨年。现有山西省国土资源厅于2007年3月颁发的第1400000711838号采矿许可证，有效期自2007年3月至2011年3月。批准开采井田内4、10号煤层，井田面积为1.6302km2，证载生产能力15万吨/年，批准开采标高为980m-790m。2008年经机械化升级改造后能力达30万吨年，股份制经济。矿井核定生产能力30万吨年，4号煤层已基本采空，现开采4号煤层，进入大巷煤柱回收阶段。矿井正常涌水量为96m3/d，最大涌水量为144m3/d，主排水泵3台，型号为D25309配用电机37KW。无越层越界开采。（二）、山西桃园腾阳容大煤业有限公司（煤矿）该公司由山西永平煤业有限公司、山西桃园腾阳煤业有限公司、山西峰达煤业有限公司整合而成。井田面积6.3375km2，储量5160.1万吨，批采4号、6号、10号煤层，生产能力90万吨/年。1.山西永平煤业有限公司：井田面积1.1013km2，储量509.2万吨，生产能力45万吨/年，批采4号、10号煤层，现在10号煤层。相距本井田较远。2.山西桃园腾阳煤业有限公司：井田面积2.5362km2，储量1828万吨，生产能力45万吨/年，批采4号、6号、10号煤层。相距本井田较远。3.山西峰达煤业有限公司：与本井田毗邻。井田面积2.7km2，始建于1990年，1995年投产，矿井核定生产能力30万吨年，4号煤层已基本采空，现开采10号煤层。矿井正常涌水量为70m3/d，最大涌水量为130m3/d，与雨季有关。无越层越界开采。（三）、山西中阳联盛苏村煤业有限公司（煤矿）该公司由山西鑫明煤业有限公司、山西照阳煤业有限公司、中阳县张子山庄上七头山煤矿整合而成。井田面积为9.4301km2，批采410号煤层，证载生产能力90万吨/年。1.山西照阳煤业有限公司地：与本井田接壤。该矿始建于1972年，1973年简易投产，开采10号煤层，至2000年因产能低且销售不畅，未申请年检而被关闭。1991年，在井田中部开始建设4号煤层矿井，1994年投产。2003年换领1400000320268号采矿证，批准井田面积3.5425km2，批采煤层为4号、10号。2006年能力核定30万吨/年。目前，4号煤层资源已枯竭，正在开拓10号煤层。矿井采用两立井开拓，主副井均位于井田中部。井筒采用罐笼提升，大巷皮带运输。采用走向长壁布置工作面，利用单体液压支柱和型梁支护，放炮落煤，刮板机运煤。井筒、大巷局部用料石砌碹，其它巷道用圆木支护。通风方式为中央并列式，采用BK-54型风机抽出式通风，矿井为低瓦斯矿井，正常涌水量30m3/d，最大50m3/d。2.中阳县张子山庄上七头山煤矿：与本井田接壤。井田面积0.9km2，批采10号煤层，矿井核定生产能力15万吨年。矿井采用双立井开拓，走向长壁式炮采，矿井正常涌水量50m3/d，最大80m3/d。2005年瓦斯等级鉴定为低。3.山西鑫明煤业有限公司：井田面积1.1013km2，储量712万吨，生产能力21万吨/年，批采10号煤层。相距本井田较远。无越层越界开采。（四）、离柳朱家店煤矿该矿为国有企业，隶属山西离柳焦煤集团有限公司。井田面积22.96km2，批采4号、6号、10号煤层，生产能力120万吨/年，现正处于扩能机械化升级改造的基建阶段，未生产。该矿前身朱家店煤矿，始建于1994年，2000年投产。现有两套生产系统，一套生产系统位于井田中部（一坑），另一套生产系统位于井田东北部（二坑）。1.朱家店煤矿一坑始建于1994年9月，2000年10月投产，现开采4号煤层，实际生产能力21万吨年。采用斜井开拓，采煤方法为长臂式全部垮落法管理顶板的采煤方法，回采工作面采用SGW40型刮板运输机运煤，工作面采用单体液压支柱配合金属铰接顶梁铺顶网护顶，巷道支护方式为锚喷。提升采用2JK2.5绞车提升。运输采用1.5t固定式矿车，1.0t翻斗矿车，SGB630/40刮板机，800皮带机运输。中央并列式通风。矿井属高瓦斯矿井。2002年10月23日，主井发生瓦斯爆炸，死亡44人。井下涌水量50m3/h。无越层越界开采。（二）朱家店煤矿二坑始建于1994年12月，2000年6月投产，现开采4号煤层，实际生产能力21万吨年。采用立井开拓，采煤方法为长臂式全部垮落法管理顶板的采煤方法，回采工作面采用SGW40T型刮板运输机运煤，工作面采用单体液压支柱配合金属铰接顶梁铺顶网护顶，巷道支护方式为锚喷。提升采用2JTK1.6M绞车提升。运输采用皮带机运输。中央并列式通风。矿井属高瓦斯矿井。井下涌水量35m3/d。无越层越界开采。两坑口4号煤层煤尘均有爆炸性，自燃等级均为II级，自燃倾向性质均为自燃。据调查，周边矿井均未越界开采。井田四周未见其他小窑。七、矿井可能发生的主要水害事故及威胁程度分析矿井存在的水害隐患主要有地表水害、相邻煤矿水害、采空区水害、各含水层水害。其具体情况分析如下：(1)、地表水害：井田内较大的沟谷纵贯井田，大气降水在沟谷中形成的短期洪水汇积，据调查，井田中部的沟谷，在雨季最高洪水位为1085.9m,而井田井口标高1085.561-1085.598m,低于最高洪水位，易形成水患。矿井现已挖建防洪排水渠沟，工业广场要挖建排水渠道拦截地表水以及浅层地下水，以防雨季洪水涌入矿井造成水害，对防洪排水渠道，每年雨季前要进行清淤工作，以防堵塞。同时，在主、副井口附近，要建设约5m高的拦洪坝。一定要采取防范措施，坑口、堆煤场也要建在最高洪水位之上，以防洪水袭击，造成危害。井田内没有大的地表水体，仅有季节性河流。一般来说河水通过基岩含水层渗透补给的水量是较弱的，但是，随着煤矿的开采，顶部岩层将遭到破坏，会使基岩裂隙加大、增多，特别是在西部和北西部煤层浅埋地段甚至形成地面塌陷，沟通断层以及其它构造形迹。因此在开采过程中必须做好防水堵漏工作，对煤层浅埋区，煤层开采后形成的地面塌陷以及各种通道、渗水洼地，均采用粘土或水泥等进行。特别要重视采空区的排查堵漏工作，以防地表水、采空区积水涌入矿井造成危害。目前矿井防洪排水渠道完好，并抓好地面塌陷回填堵漏工作，因此矿井不受地表水害威胁。 (2)、相邻煤矿水害调查情况：按上级有关部门的要求，我矿每月组织有关人员对周边煤矿进行详细的摸底、调查、排查，特别是矿井周边100米范围内的采掘活动都进行全面调查，且对相邻矿井的下一步的采掘动向进行了详细了解。通过调查周边相邻矿井分析，在靠近我矿100米范围内无采掘工程，矿井涌水量均在6m3/h以下，防排水设施齐全，无超层越界开采现象，目前对我矿没有水害及其他隐患威胁。(3)、采空区水害：据调查，本井田可采煤层中，均进行过开采活动，特别是由于4号煤层埋藏较浅，开采时代久远，目前已形成了较大范围的采空区。4号煤层已开采完毕，矿井延伸至6号、10号煤层。由于6号煤层放顶导水裂隙最大高度为45.4m,而6号煤层与4号煤层的层间距仅有25.53m，开采6号煤层，放顶产生的导水裂隙也会导通4号煤层采空区的积水。目前，4号煤层采空区中积水量达83785m3，会对6号煤层开采造成较大的影响，应引起高度重视。10号煤层开采放顶后，其导水裂隙带高度为51.8m,远大于它与6号煤层之间的层间距38.13m，所以，随着10号煤层的开采，6号的采空积水，会延导水裂隙带，渗流至10号层，使矿井水涌水量增大。井田内大多数采空区水均沿顺槽巷道渗出流水大巷后被抽入水仓然后排出地表，仅部分采空区局部地段因处于煤层倾斜方向的低处，又无巷道可以排泄，因而逐渐聚集为采空区积水。由于采积水造成的透水事故近年来屡见不鲜，且破坏性较大，应引起矿方高度重视，在开掘至此处附近时，必须遵从“每掘必探，先探后采”的原则。矿井采空区范围基本清楚，采掘前要做好超前探放水工作，以查明采掘工作面、侧帮或顶底板水情，这是确保安全生产的一项重要防水措施。我矿坚持每周一次的水害隐患剖析检查制度，对现已结束的4采空区、6采空区及现开采工作面的老空积水情况都进行全面排查，发现隐患及时处理。对排查出的老空积水区都已在采掘工程平面图上标出积水范围外缘标高和积水量，同时也标出了探水线位置。严格执行 “预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的探放水原则。严格按煤矿防治水规定要求进行探查，钻探超前距符合要求，每次完成钻探进行掘进前，探水人员填写允许掘进通知单，报总工程师批准后交技术、调度和施工单位掌握执行，以确保矿井的安全生产。(4)、断层水及封闭不良钻孔水害：本井田构造较为简单，基本形态为为一向西倾斜的单斜构造，在井田的东部，发育较小的褶曲构造，但不会形成储水构造。但我矿均按规定留设了足够的防水煤柱，矿井防水安全煤柱完整。对接近导水断层附近的采掘工程，均严格执行“有掘必探，先探后掘，先治后采”的探放水原则，保证了不受断层水害威胁。本井田范围内钻孔封孔质量均良好，无不安全隐患。（5）、“山西组砂岩含水层”、“太原组灰岩、砂岩含水层”对煤层开采的影响6号煤层开采时，其放顶导水裂缝带高度计算公式为：H h=100M/(1.2M+2.0)+-8.9或Hh=30M+0(坚硬覆岩)，计算结果，6号煤层开采放顶导水裂隙最大高度为45.4m，基本上导通了山西组地层中的大部分含水层，造成各含水层水通过导水裂缝带淋入或渗入，使矿井涌水量增大。10号煤层开采时，其放顶导水裂缝带高度计算公式为：H h=100M/(1.6M+3.6)+-5.6或Hh=20M+0(坚硬覆岩)，计算结果，10号煤层开采放顶导水裂隙最大高度为51.8m，基本上导通了其上部太原组灰岩、砂岩含水层中的L1、K2、L5灰岩含水层，尽管三层灰岩为弱富水层，但无疑会使其矿井涌水增大。根据区域精查资料，本井田奥灰水位标高为+900m。井田内10号煤层最低底板标高为+830，最高底板标高为+1180m， 6号煤层最低底板标高为+870m，最高底板标高为+1220m，井田西部6、10煤层