防隔水煤柱设计.doc

峁底煤矿防隔水煤柱设计一、矿井概况 山西兴县华润联盛茆底煤业有限公司井田位于兴县县城东南5km处，行政区划隶属于奥家湾乡。地理坐标为北纬382554382739，东经11109471111123。 本区属于中低山区，区内地形复杂，侵蚀冲刷剧烈，形成近南北向的山梁及沟谷。井田总体地势南部高北部低，最高处位于井田中部，海拔1234.90m，最低处位于井田北部，海拔1028.00m，最大相对高差206.90m。 本矿设计生产能力90万吨，服务年限26年。二水文地质条件（一）水系、河流井田属于黄河流域蔚汾河水系，该河流发源于岚县大蛇头乡和尚沟村，全长81.8km，从恶虎滩乡下会村入兴县，由高家村镇张家湾村注入黄河，年径流量为0.621亿m3。井田内无河流等地表水体，各沟谷平时干涸无水，为雨季泄洪通道。（二）气象井田位于晋西北黄土高原，属温带大陆性气候，四季分明，昼夜温差大。春季多风，夏季雨量集中，秋季凉爽，冬季寒冷少雪。年平均气温6.810.6。1月份最低平均气温-7.811.2。极端最低29.3；7月份最高平均气温22.325，极端最高38.4。太阳辐射量平均为559080J/cm2，全年日照时数为2629.2h，无霜期在150190d之间。根据兴县气象局资料，该区近10年降水量231.4688.9mm，年平均为475.16mm，60%以上集中在7、8、9月；年平均蒸发量为2090.8mm，为降水量的4倍。年平均风速2.4m/s，最大风速20m/s。（三）地表迳流蔚汾河从井田北部边界由东向西流过，该河流发源于岚县大蛇头乡和尚沟村，全长81.8km，从恶虎滩乡下会村入兴县，由高家村镇张家湾村注入黄河，水位标高1028m，年径流量为0.621亿m3。（四）井田含水层1.奥陶系碳酸盐岩溶裂隙含水层组井田内无出露，西北方向距井田8km的关家崖煤矿K5供水井资料：孔深280.21m，静水位标高863.86m（1990年），单井出水量530.75m3/d，水质类型为HCO3SO4Ca，Mg型，奥陶系岩溶水水质类型一般为HCO3-Ca，Mg型。据此推测井田内奥灰水静止水位标高866-867m，含水层时代为奥陶系中统上、下马家沟组，单井出水量2000m3/d，水质类型为HCO3S04-CaMg型及HCO3-CaMg型。2.石炭系太原组砂岩裂隙含水层组含水层主要为S2粗砂岩及L3灰岩。S2粗砂岩厚度31.55m，L3灰岩厚度为4.56m，该含水层接受补给差，富水性弱，根据斜沟ZK923孔抽水试验结果：单位涌水量0.004L/s.m，渗透系数0.0124m/d，水位标高据车家庄煤矿ZK21921孔观测结果为999.46m，水质类型为HCO3S04-CaMg型，矿化度0.77g/L。3.二叠系下统下石盒子组与山西组砂岩裂隙含水层含水层主要为中、粗粒砂岩，含水层裂隙发育较差，富水性较弱，据斜沟煤矿ZK924水文孔抽水试验结果：单位涌水量（平均）0.024L/s.m，渗透系数0.0241m/d。水位标高据车家庄煤矿ZK21921孔观测结果为1001.37m，水质类型为S04-NaHCO3-NaCaMg型及HCO3S04-NaCaMg型，矿化度为0.57-1.29g/L。4.第四系、上第三系孔隙含水层组上第三系上新统厚度不稳定，富水性弱，单井出水量一般5m3/d，水质类型为HCO3Na型。第四系上更新统分布于全井田，主要接受大气降水的补给，储水条件差，富水性极弱。（五）井田隔水层井田隔水层主要为中石炭统本溪组泥质岩隔水层组，岩性由泥岩、铝土岩组成，厚度达8m以上，为井田及区域含煤地层和奥灰水之间的主要隔水层。另外，相间于各灰岩、砂岩之间厚度不等的泥岩、砂质泥岩是含煤系地层含水层之间的隔水层。（六）周边煤矿小窑及水患分析井田北部与山西华润联盛车家庄煤业有限公司相邻，西、东、南面无煤矿。井田周边无小窑开采，我矿不受周边煤矿及小窑的水患影响。山西兴县华润联盛峁底煤业有限公司是由原山西兴杭隆煤业有限公司、原山西峁底煤业有限公司、原山西兴县王家崖煤业有限公司整合而成，我矿井田内一共有八处采空区积，会水对矿的采掘造成造成一定的影响，现我矿的主要采掘活动在一采区和将要开拓的二采区，故只有原峁底煤矿和乔家沟煤矿的采空区积水对我矿的采掘有一定的影响。三、 矿井充水因素分析及水害防治措施（一）地表水对矿井充水影响井田内井口所在位置的最高洪水位线均远低于各井口标高，因此井田内井口一般不会到受洪水灌井的威胁。根据导水裂隙带高度计算公式：1、式中：M-累计采厚13号煤层导水裂隙带高度为113.14-115.81m。2、Hli=100M/(1.2M+2.0) 8.913号煤层导水裂隙带高度为：73.04-73.49m。上述计算结果可知，井田东部煤层开采后导水裂隙带高度达到了地表。因此，雨季井田东部地表水将会沿裂隙渗入井下工作面，增大矿井涌水量，严重者可能导致淹井事故的发生。所以必须加强地表踏勘工作，发现地表裂隙或塌陷，及时填埋，防治水害发生。同时要对井口和工业广场等进行排水，清理渠道淤泥和其它堆积物，保证排水畅通，防患于未然。（二）构造对煤层矿井充水影响受区域构造的控制，井田为一单斜构造，未发现断层及陷落柱等构造。井田内没有断裂破坏带对矿井充水的影响。（三）采空区积水对矿井充水性影响该矿井充水的主要因素为其顶板以上砂岩裂隙含水层及第四系潜水层水沿顶板裂隙及塌陷裂隙向巷道的渗透。井田内有多处采空区，共有5处积水。原乔家沟煤矿采空区和巷道积水，来源于原山西兴杭隆煤业有限公司采空区及巷道渗滴水渗流汇聚而成；原山西峁底煤业有限公司处采空区积水来自顶板渗滴水；原山西兴县王家崖煤业有限公司处采空区和巷道积水来源于采空区顶板和巷道渗滴水汇集而成。（具体位置详见13号煤层矿井充水性图）根据煤矿安全手册第五篇矿井防治水的采空区积水公式：Q =LB+KMS/cos（m3）；Q相互连通的各积水区总积水量（m3）；M煤层厚度（实际采厚），m；L-积水巷道总长度，m；B-积水巷道平均断面，m2；S采空区积水的水平面积，m2； 煤层倾角，；K老空区的充水系数，本次采用0.30。各处积水区积水量如下表。采（古）区积水、积气情况表积水区编号积水区面积或巷道长度（m2或m）煤层采厚（m）积水量（m3）积气情况备注148000+巷道3000m12210000有包括巷道积水21500125400有31000123600有4巷道600m123800有巷道积水550001220000有各处积水总量242800m3。井田北部相邻矿井山西兴县华润联盛车家庄煤业有限公司井田边界与本井田边界相距300m以上，其采空区积水对本井田煤层开采无影响。本井田内采空区积水对下水平煤层开采存在威胁。因此，建议煤矿在临近采空区开采时，应进行探测和疏排，坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则，密切注视井下水文地质条件变化等构造的出现，对井下逐日排水量作好观测、记录，若发现异常，立即采取有效措施，防止水害发生。（四）地下水对矿井充水影响13号煤层其直接充水含水层是太原组砂岩裂隙含水层，据斜沟煤矿ZK923号水文孔抽水试验，单位涌水量为0.004L/s.m，富水性弱。矿井充水的主要因素为其顶板以上砂岩裂隙含水层及第四系潜水层水沿顶板裂隙及塌陷裂隙向巷道的渗透，雨季矿井涌水量会增大。井田内可采13煤层底板标高为8001080m。井田内奥陶系岩溶水水位标高为864867m，岩溶水径流由东南向北西方向运移，井田内13号煤层大部分高于奥灰岩溶水水位，仅井田西部带压（见13号煤层矿井充水性图）。根据奥灰水突水系数计算公式：K=P/M其中：K-突水系数（MPa/m）；P-底板隔水层承受的静水压力（MPa）；13号煤层的最大突水系数：Ts=（867-800.00+52.5）0.0098/52.5=0.0223 MPa/m经计算可知,13号煤层最大突水系数为0.0223MPa/m，小于受构造破坏块段突水的临界值0.06MPa/m。一般情况下，井田无奥灰水突水的危险。井田内ZK21-2号钻孔位于西北部带压区，因此，采至该钻孔附近时，要进行探放水，防止奥灰水因钻孔封闭严造成奥灰突水。同时，在带压区还要密切注意隐伏断层等构造的存在，加强水文地质工作，防止意外水害发生。（五）井田水文地质类型井田内煤系地层各含水层对矿井充水影响较小，煤层局部带压，突水系数小于受构造破坏块段突水临界值，奥灰水对矿井充水影响不大。但采空区有积水，对下山方向煤层开采存在突水威胁。按煤矿防治水规定中矿井水文地质类型分类标准，本井田水文地质类型中等类型。（六）矿井涌水量预测根据我矿近几年来的采掘活动，我矿正常涌水量为22m/h，最大涌水量为25m/h，预计在二采区开拓以后正常涌水量为16m/h,最大涌水量为30m/h.二、防隔水煤（岩）柱的留设设计根据煤矿防治水规定中第二章第四节“防隔水煤（岩）柱的留设”规定及附录三“防隔水煤（岩）柱的尺寸要求”，具体对我矿的防隔水煤岩柱留设设计如下：1、煤矿防治水规定第五十一条规定：相邻矿井的分界处，应当留防隔水煤（岩）柱。矿井以断层分界的，应当在断层两侧留有防隔水煤（岩）柱。根据煤矿防治水规定附录三第八条第一点规定：水文地质简单型到中等型的矿井，可采用垂直法留设，但总宽度不得小于40m。我矿13#煤层水文地质属中等型，矿井边界没有断层，因此采用垂直法留设，设计井田边界留设20m的防水煤柱，但相邻矿井之间的井田边界煤（岩）总宽度不得小于40m。2、煤矿防治水规定第五十二条规定：受水害威胁的矿井，有下列情况之一的，应当留设防隔水煤（岩）柱：（一）煤层露头风化带；我矿的煤层露头区域已经采空，现在和今后的采掘活动不会涉及到煤层露头风化带，因此不需要对此进行设计。（二）在地表水体、含水冲积层下和水淹区邻近地带；矿区内不存在地表水体及含水冲积层，此二项不进行设计。根据附录三第五条第二项规定：本矿井无水淹区，老空积水区的界限已基本查明，防隔水煤柱的尺寸应按含水或导水断层的防隔水煤（岩）柱的留设方法进行留设。防治水规定附录第二条规定：含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设（图3-2）可参照下列经验公式计算： 20 m式中 L-煤柱留设的宽度，m； K-安全系数，一般取2-5； 本设计取2 M-煤层厚度或采高，m； 本矿煤层厚度12米 p-水头压力，MPa； 设计取0.5 Kp-煤的抗拉强度，MPa。 设计取0.6计算结果约等于19.2米，不得低于20米，设计防隔水煤（岩）柱为20米。（三）与富水性强的含水层间存在水力联系的断层、裂隙带或者强导水断层接触的煤层；根据地质报告及实际采掘情况，我矿没有与富水性强的含水层间存在水力联系的断层，因此本次不进行设计，将来如发现断层要及时进行补充设计。（四）有大量积水的老窑和采空区；我矿共有8处采空区积水，根据防隔水（煤）岩柱设计进行设计，设计防隔水煤（岩）柱为20米。（五）导水、充水的陷落柱、岩溶洞穴或地下暗河；根据地质报告及实际采掘情况，我矿不涉及导水、充水的陷落柱、岩溶洞穴或地下暗河，因此本次不进行设计，将来如发现要及时进行补充设计。（六）分区隔离开采边界；根据初步设计及现开采