煤矿中长期防治水规划培训资料.doc

0 39 郑煤集团郑煤集团 XXXXXX 煤矿煤矿 矿井防治水规划矿井防治水规划 20112011 年年 20152015 年 年 XXXXXX 煤矿煤矿 二二 一一 年年 1 39 目录目录 前言前言 第一章第一章 矿井概况矿井概况 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 矿井地质与水文地质矿井地质与水文地质 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 矿井充水条件矿井充水条件 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 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 矿井防治水技术路线与原则矿井防治水技术路线与原则 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 防治水技术与工程规划防治水技术与工程规划 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 防治水规划实施的时间与进度安排防治水规划实施的时间与进度安排 第八章第八章 结论与建议结论与建议 2 39 前前 言言 XXX 煤矿位于登封市大冶镇境内 位于告成矿北侧 郑煤集团 XXX 煤矿 1996 年 建成投产 2005 年作为单独保留块段与郑煤集团公司签订整合协议 目前设计生产能 力 30 万吨 年 采用斜井单水平上下山开拓方式 郑煤集团 XXX 煤矿主采赋存于山西组下部的二 1 煤层 下距太原组石灰岩 5m 左 右 矿区水文地质条件中等 矿区西南有 XXX 河流通过 且上游 900m 处有 XXX 水 库 在断层导水的情况下对矿井生产产生不利影响 矿井充水水源主要以顶板淋水为 主 矿井正常涌水量 200m3 h 最大涌水量 400m3 h 在顶板破碎带与地表水沟通时 会对矿井安全生产有一定的影响 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 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 XXX 煤矿的水文地质特征 结合矿井采掘规划提出的 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 二1煤底板奥灰水带压开采技术 5 放水试验 6 采煤工作面底板突水预测预报 7 采煤工作面底板原位应力测试 8 防治水治理改造工程 9 矿井防排水系统改造 10 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 3 39 条件 确定了矿区存在的水文地质问题 并针对 XXX 煤矿的水文地质特点 结合矿井 2011 年 2015 年的采掘计划 提出了 XXX 煤矿防治水规划基本原则 确定了 XXX 煤矿防治水技术路线 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 XXX 煤矿今后的防治水工作 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 39 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 郑煤集团 XXX 煤矿位于登封市东南大冶镇 XXX 村 行政隶属大冶镇管辖 其地理座标为东经 113 12 18 113 13 05 北纬 34 25 05 34 26 04 北距登 封市卢店镇约 5km 东北距郑州市约 85km 矿区西南部有登封 杞县的地方小铁 路和沥青公路通过 该公路向北与汝州 郑州公路相接 矿区附近简易公路相互 连接 交通条件便利 本矿区地势呈东北高西南低 区内最高海拔 356 2m 最低海拔 301 4m 相 对高差 54 8m 属低山丘陵区 区内冲沟发育 有利于大气降水的排泄 本区地处淮河水系 XXX 河在矿区西南部流过 XXX 河受上游水库控制 据观测 1985 年 7 月 1986 年 8 月最大流量 1315 4m3 h 正常流量 200 400m3 h 水库截流则干枯 该区西北距 XXX 水库 900m 库容 400 万 m3 为本区工农业生产提供了水源 本区位于大陆性半干燥湿度不足带 夏秋两季炎热多雨 冬 春低温干旱 年 平均气温 9 1 14 6 元月份最冷 气温为 3 3 18 2 七月份最热 气温 24 4 37 1 日最高温度为 44 6 11 月到翌年 2 月气温较低 为霜冻期 最大 冻结深度 20cm 1966 年 12 月 30 日 最大积雪厚 23cm 1954 年 2 月 3 日 年降 水量为 419 5 1002 5mm 日最大降水量 153 5mm 1956 年 6 月 21 日 年蒸发量 为 908 1976 2mm 春 夏 秋三季以东北风 东风为主 冬季以西风为主 最大 风速可达 28 40m s 根据河南省地震局资料 本区近期未发生过大的破坏性地震 仅在明 清时 期发生过五次地震 烈度不清 1974 1975 年有过两次二级以上地震 震级最大 4 7 级 未造成损失 本区地震设防烈度应为6 度 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 5 39 XXX 煤矿 1996 年建成投产 因资金不到位及市场原因 常常处于停产状态 2005 年作为单独保留块段与郑煤集团公司签订整合协议 目前设计生产能力 30 万吨 年 该矿地质 储量 477 1 万 t 原设计生产能力 6 万 t a 改扩建成 30 万 t a 技 术改造后采用 斜井单水平 上山采区开拓 方式 开采水平标高 91m 2 矿井开拓 开采现状 矿井采用斜井单水平上山开拓 矿井共有两个井筒 主副斜井井筒断面均为半圆 拱形 净宽 3 8m 中心净高 3 2m 净断面积 10 6 采煤方法为走向长壁后退式 回采 一次采全高放顶煤 工作面运煤巷 运料巷 切巷均沿煤层底板布置 矿井目 前布置了 11 一个生产采区 布置了 11001 一个回采工作面 11060 一个备用工作面 上探巷 下探巷及 11060 上付巷三个掘进工作面 三 矿井排水系统及防排水能力 XXX 矿排水系统为一级排水 即11 采区涌水由主斜井排水管道排入井底水仓 再由副井排到地面 井底车场设置井底水泵房和水仓 等硐室 泵房设计安装主排水泵 3 台 排 水泵向上排水至地面 形成矿井一级 排水系统 该矿预计正常涌水量 200m3 h 最大涌水量 400m3 h 按 煤矿安全规程 规定 主要水仓容量 应不小于 200 8 1600m3 因此设计主仓容量 1100m3 副仓 容量 550m3 主要水仓有效总容量为 1650m3 符合 煤矿安全规程 的规定 水泵房选用 200D 43 9 型离心泵 3 台 参数 扬程 367 2m 单台流量 288m3 h 效率 80 配 YB450M1 4 型防爆电动 机 功率 450KW 电压 6000V 转速 1480r min 排水管路 选用 219 6mm 无缝钢管 2 趟 排水管 沿副 斜井井筒敷设 至地面 XXX 煤矿排水系统能力符合规程要求 能够满足安全生产需要 水仓容量按目前 正常涌水量符合规程要求 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 本矿区位于登封煤田郜城井田东部 华北板内区嵩箕断隆南端 发育地层主要 6 39 为奥陶系 石炭系 二叠系 三叠系和第四系 构造简单 无岩浆活动 根据 河南省登封煤田郜城井田精查地质报告 资料 本区为低山丘陵地形 基岩多被第四系覆盖 据钻孔及生产井资料 本矿区地层从老到新发育有 奥陶 系中统马家沟组 O2m 石炭系上统本溪组 C3b 上统太原组 C3t 二叠系下 统山西组 P1sh 下石盒子组 P1x 上统上石盒子组 P2S 石千峰组 P2sh 和第 四系 Q 一 奥陶系 O2 中统马家沟组 O2m 奥陶系中统马家沟组 为深灰 兰灰色结晶石灰岩 上部常含黄铁矿晶体与结核 下部为灰色角砾状灰岩 底部含泥质 厚度7 01 43 60m 与下伏寒武系地层呈 平行不整合接触 二 石炭系 C 1 上统本溪组 C3b 石炭系上统本溪组 主要为灰 浅灰色铝质泥岩 具鲕 豆状结构 含大量黄铁 矿结核 平均厚 9 50m 与下伏地层呈平行不整合接触 2 上统太原组 C3t 石炭系上统太原组由 由灰 深灰 灰黑 黑色石灰岩 泥岩 砂质泥岩 砂岩 及煤层等组成 厚度 40 28m 本组岩性组合特征明显 自下而上可分为下部灰岩 段 中部砂泥岩段和上部灰岩段三段 下部灰岩段主要由 L1 L4四层石灰岩和黑色泥岩等组成 发育两层薄煤层 一l 一3煤 不可采 中部砂泥岩段主要由深灰色细 中粒砂岩 灰黑色泥岩 砂岩 泥岩等组成 偶夹两层不稳定的深灰色石灰岩 L5 L6 上部灰岩段由深灰色石灰 岩 灰黑色泥岩和煤层组成 发育石灰岩二层 L7 L8 石灰岩中具大量蜒类 腕 足类动物化石 全区稳定 为 主要标志层 与下伏本溪组整合接触 三 二叠系 P 1 下统山西组 P1sh 二叠系下统山西组 地层下起太原组菱铁质泥岩顶 上至砂锅窑砂岩底 为本地 区主要含煤段 中下部由灰黑色泥岩 深灰色细粒砂岩及煤层组成 包括两层砂岩 标志层 香炭砂岩为泥 钙质胶结 普遍含白云母片 炭质及菱铁质鲕粒 全区普 7 39 遍发育 厚 3 6m 大占砂岩以硅泥质胶结为主 层理较发育 层面含大量白云母 片和炭质 厚 2 4 12 43m 本组下部的二 1煤层厚度较大 层位稳定 全区可采 其余煤层不稳定 偶尔可采或不可采 顶部以浅灰色含紫斑或暗斑的泥岩为主 夹 砂质泥岩和砂岩 本组厚度 77 42m 与下伏地层整合接触 受芦店滑动构造铲蚀 影响 本区保留厚度 0 10m 2 上统下石盒子组 P1x 上石盒子组 P2S 本区二叠系上统下石盒子组以滑体形态存在 属于滑动构造上覆系统 受芦店 滑动构造铲蚀影响 区内保存最大厚度80m 左右 由灰 灰绿色泥岩 砂质泥岩 夹薄层细粒砂岩 粉砂岩组成 含薄层炭质泥岩及不可采煤层 下与下伏山西组 为滑动构造接触 二叠系上统上石盒子组厚度 225m 左右 由青灰 灰绿色泥岩 砂质泥岩夹薄 层细粒砂岩组成 底部田家沟砂岩为本区标志层 平均厚7 81m 为浅灰发绿色 中粗粒石英砂岩 显大型斜层理 3 上统石千峰组 P2sh 本区二叠系上统石千峰组以滑体形态存在 属于滑动构造上覆系统 区内保存 最大厚度 400m 左右 上段 旧称土门组 由灰绿色细粒砂岩 粉砂岩组成 夹多层 浅灰色同生砾岩 顶部以灰紫色中细粒砂岩为主 下段为灰白色中粗粒长石石英砂 岩 厚 58m 左右 为本区标志层 俗称平顶山砂岩 四 三叠系 下统圈门组 T1q 三叠系下统圈门组由紫红色细粒砂岩 粉砂岩及泥岩组成 底部细砂岩敛密坚 硬 俗称金斗山砂岩 为区内 良好标志层 五 第四系 Q 第四系广布全矿区 上部为土黄色耕植土 下部夹卵石 厚度0 10m 与下 伏地层呈角度不整合接触 1 构造 本矿区位于嵩箕构造区嵩箕断隆西南部颖阳芦店向斜南翼东段 总体走向为 8 39 203 225 倾向 293 315 倾角 17 22 的单斜构造 该区主要构造形式为芦店 滑动构造 滑动构造由主滑面 芦 F1 和次滑面 又称上滑面 芦 F1 2 组成 滑面倾向 NW 主滑面 芦 F1 倾角 13 25 次滑面 芦 Fl 2 倾角 5 38 两滑面在剖面上形 态为犁形 南陡北缓 至深部两滑面相交合并为一个滑面 芦 F1 主滑面 芦 F1 存在于二 1煤层顶板附近 距离煤层 0 5m 局部地方下扎造成滑动薄 无煤带 上覆系统为二叠系石盒子组和石千峰组及三叠系下统圈门组 下伏系统为山西组二 1 煤层顶板至以下地层 矿区北部及东部边界外即为大面积煤层铲蚀区 滑面附近具 明显构造破碎带 滑动断裂面为上 下盘的过渡带 沿二 1煤附近的软弱层的展 布 其两侧岩性主要为断层泥 断层角砾岩 原岩特征遭到破坏 挤压揉搓 流变 现象明显 强度较低 缺失地层厚度 200 400m 左右 矿区内滑动面下盘发育断 层 4 条 上盘发育断层 2 条 一 滑动面下盘断层 1 郜 F4断层 为本区西部边界逆断层 位于 13402 钻孔附近 长约 2 1km 走向 NE26 倾向 NW 倾角 48 落差 0 15m 该断层有 13402 孔和区外 2 个钻孔控制 13402 孔 309 17m 见断点 上盘太原组 L2灰岩与下盘一 5煤层接触 重复地层 15m 该断层基本控制 2 郜 F7断层 为本区西北部边界正断层 位于 13407 13505 13602 钻孔一线 长约 5km 走向 NE26 倾向 NW 倾角 45 65 落差 35 51m 该断层有 13407 13505 13602 等五个钻孔控制 13407 孔 448 66m 见断点 上盘太原组 L7灰岩与下盘 L2灰岩接触 落差 42m 13505 孔 448 90m 见断点 上盘太原组 L8灰岩与下盘 L3灰岩接触 落差 35m 13602 孔 369 00m 见断点 上盘太原组 L9灰岩与下盘 L3灰岩接触 落差 51m 该断层已控制 3 F1断层 位于 13202 钻孔南 长约 1 2km 走向 NE72 倾向 NWl8 倾角 50 落差 10 25m 为逆断层 13202 孔 211 75m 见断点 上盘太原组 L7 9 39 与下盘 L8灰岩接触 重复地层 15m 该断层控制程度较差 4 F2断层 位于 Fl断层南 长约 1 4km 走向 NE67 倾向 NW23 倾角 38 落差 5 12 5m 为逆断层 该断层有 13202 钻孔控制 13202 孔 276 08m 见 断点 上盘太原组一 l煤层与下盘 L2灰岩接触 重复地层 12 50m 该断层控制程 度较差 二 滑动面上盘断层 为滑体内正断层 不切穿滑动面 也不破坏二 1煤层的连续性 1 郜 F15 位于 XXX 村东 为正断层 长约 0 8km 走向 NE64 倾向 NW 倾角 落 差不详 为推断断层 不可靠 2 郜 F16 位于 XXX 村东 为正断层 长约 0 6km 走向 NE61 倾向 NW 倾角 落差不 详 为推断断层 不可靠 第第二二节节 主主要要含含水水层层 一 主要含水层 1 二 1 煤层顶板砂岩含水层 受滑动构造影响 二 1 煤层顶板大都破碎带取代 滑动破碎带厚度变化较大 两极值为 0 45 113 44m 据 河南省登封煤田郜城井田精查地质报告 中抽水资 料 单位涌水量 0 0000178 0 00054L s m 渗透系数为 K 0 000062 0 0025m 昼 夜 水位标高 254 80 298 05m 水化学类型为 S04 Na 和 HC03 Ca Na 型 矿化度 0 408 1 254g L PH 值 8 15 8 3 总硬度 5 71 14 0 德国度 说明该含 水层富水性中等 是二 1 煤层顶板直接充水含水层 2 二1煤底板灰岩含水层 为C3t上段L6 L9石灰岩组成的含水层组 厚 10 15m 其中L7 L8常合并 岩溶裂隙较为发育 但不够均 一 椐 河南省登封煤田郜城井田精查地质报告 中抽水资料 单位涌水量 0 0232 0 387 L s m 渗透系数为 K 0 197 0 914m 昼夜 水位标高 220 15 248 82m 水化学类型为 HC03 Ca Mg型 矿化度 0 238 0 312g L PH值7 3 7 5 总硬度11 7 13 33德国度 该含水层属富水中等 的岩溶裂隙承压水 为二 1煤层底板直接充水含水层 10 39 第第三三节节 主主要要隔隔水水层层 1 二1煤层顶板隔水层 岩性主要为泥岩 砂质泥岩及粉砂岩 由于受滑动构造影响 节理 裂隙发育 或较破碎 隔水性不强 2 二 1 煤层底板隔水层 二l煤层底下至C3t上段灰岩顶之间 由泥岩 砂质泥岩 组成 厚度 5m左右 透水性较差 隔水性较强 据本矿及周邻矿井生产情况 未发生过二 1煤层底板突水事故和底板变形现象 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 根据前面分析可知 XXX矿井田发育的主要地下含水层有第四系松散沉积孔 隙潜水含水层 二 1煤顶板砂岩及碎屑岩厚层裂隙孔隙含水层 二 1煤底板太原群 薄层灰岩岩溶裂隙承压含水层和深部寒武奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层 总体上分析 第四系松散沉积孔隙潜水含水层主要接受大气降水的直接补给 同时也接受地表河 流及其它水体的补给 由于该含水层在平面上分布的不连续性 其地下水的大循环 系统不完整 基本上具有就地补给就地排泄的特点 其排泄方式主要有蒸发作用 向河流侧向排泄作用及向下伏含水层的垂向入渗排泄作用 大气降水通过基岩裸露 露头直接入渗和第四系潜水通过基岩隐伏露头入渗是本区二1煤层底板下伏各灰岩 岩溶含水层和煤层顶板碎屑岩及砂岩类含水层的主要补给来源 入渗补给量除了受 降水强度控制外 尚与各含水层的岩性 厚度 出露条件 浅层风化裂隙 地形 植被覆盖等诸种因素有关 根据勘探资料 本区域灰岩岩溶地下水的降水入渗补给 量约为29 88 106m3 年 应该指出的是各含水层除了接受大气降水和地表水补给 外 不同含水层之间由于受垂向构造裂隙的作用 在局部区域也有可能存在相互补 排的水交替过程 大气降水对地下水的补给主要受地形控制 依地表汇水条件 地 表汇水地形可分为汇流地形 低洼谷地 滞流地形 坡度小 起伏不大的平原和 台地 和散流地形 坡度大 切割强列的山脊和山坡 不同的入渗条件和地形的 结合 会构成不同的降水入渗补给条件 一般汇流地形最有利于大气降水时矿坑水 的入渗补给 而散流地形则不利于大气降水对地下含水层的补给 地表的滞水条件 11 39 除地形因素处 还常会受到植被 耕土层结构等的影响 一般来说 地表植被越发 育 耕土层厚而疏松的地表条件会延长 大气降水在原地的滞流时间 从而减少了地 表迳流量而增加对矿坑水的补给 天然状态下本井田岩溶地下水和二 1煤层顶板滑体破碎带及上覆碎屑岩类含水 层与XXX河流向一致 二 1煤层顶板滑体破碎带及上覆碎屑岩类含水层地下水接受 大面积大气降水入渗后 循着风化裂隙 层面裂隙 构造裂隙等组成的不规则网状 裂隙系统自北向南运移 这种不规则网状裂隙系统既是碎屑岩类含水层重要的贮水 场所 又是该含水层地下水径流的主要通道 受 XXX河及其它沟谷等河流切割 碎屑岩类含水层中的地下水以泉的形式分散地排泄于上述河流 沟谷的低洼处 应 该明确的是C3L7 8灰岩岩溶含水层地下水和二 1煤顶板碎屑岩类含水层地下水由 于受矿井开采的影响 矿井排水已经构成了其主要排泄方式 它们的水位呈明显下 降趋势 改变了以自然迳流排泄为主的状态 根据矿井不同含水层突水点的水量动 态和水质特征和稳定同位素分析 大气降水通过露头区大面积入渗仍然是二1煤 层顶板碎屑岩类水和底板灰岩岩溶水的主要补给源 在浅部的部分采动塌陷裂隙区 二1煤层顶板碎屑岩类含水层也接受地表径流渗入补给 第第 5 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 12 39 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 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 13 39 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 14 39 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 XXX 矿的主要充水含水层为顶板相对较厚且分布稳定的碎屑岩及砂岩孔隙裂隙间 接顶板 有些区域可视为直接充水含水层 充水含水层 二1煤层底板 L7 8薄层灰岩岩溶 裂隙直接含水层和奥陶系灰岩岩溶裂隙间接充水含水层 大气降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 奥陶系灰 岩其次 L7 8薄层灰岩最差 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 根据目前资料分析 二1 煤直接顶板逆推断层碎屑岩具有汇集其上覆砂岩下渗水并导入矿井的作用 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 15 39 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 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 16 39 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 17 39 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 18 39 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 600 800m 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 根据对 XXX 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 XXX 矿井二1煤开采突水的主要导水通道有发育于顶底板岩层中的天然构造 19 39 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 工作面回采后产生的顶板岩层冒裂带会直接导通顶板断层碎屑岩和砂岩含水层水 进入矿井 特别是二1煤顶板并不存在明显的隔水层 所以一旦发生顶板冒裂 且冒裂 带内有水存在 必然会发生矿井突水 这一点已被目前揭露的水文地质条件所证实 底板采矿破坏导水裂隙导水 由于二1煤底板相对隔水层较薄 一般厚度小于 20m 底板所承受的水压在 3Mpa 左右 在采矿扰动和底板水压的共同作用下 很容易 产生工作面底板导水裂隙导通 L7 8薄层灰岩出水 封闭不良的钻孔 根据目前资料分 析 XXX 矿区不存在封闭不良钻孔 应该注意到的是 XXX 矿区虽然发育有煤层底板奥陶系灰岩含水层 但由于本区奥 陶系灰岩含水层厚度相对较小 产生大规模溶洞和岩溶陷落柱的可能性较小 和华北 其它矿区相比 陷落柱类导水构造不发育 但二1煤顶板推覆构造带的碎屑岩不仅构成 了矿井充水的导水构造 也是矿井充水的储水构造 应给予高度重视 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 XXX 沟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 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 20 39 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 矿井采掘扰动 从矿井采掘层位与含水层的空间结构关系可知 二1煤层与其顶 板碎屑岩砂岩含水层之间并不存在稳定明显的隔水层 矿井采掘活动一旦揭露二1煤层 必然造成其顶板碎屑岩砂岩含水层水流入矿井 流入水量的大小直接受采掘扰动裂隙 波及含水层空间范围的大小及其与天然导水裂隙的沟通情况 而矿井底板 L7 8薄层灰 岩含水层与二1煤层之间的相对隔水层厚度大多小于 15m 且部分巷道就掘进于该含 水层 一旦由于采矿扰动或揭露导水裂隙也会使该含水层水直接涌入矿井 21 39 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 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 22 39 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 23 39 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 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 24 39 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 米村矿防治水工作应该遵循以下原则 1 预防为主 有疑必探 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 控制设防二1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二1煤底板水 5 一1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 25 39 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