煤业公司中长期矿井防治水规划.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除登封市嵩基周山煤业有限公司中长期矿井防治水规划、编 制： 屈 智 慧审 核： 马 振 林 编 制 时 间： 二0一二年三月 前 言 登封市嵩基周山煤业有限公司位于登封市大冶镇周山村境内，矿井设计生产能力为30万吨/年，井田开拓方式为立井开拓，工业储量为840万吨，可采储量362万吨，服务年限为8.6年。矿井开采二1煤层，煤厚2.3517.80米，平均厚度6.19米，煤层倾角为2426。 走向长约3.38Km，倾斜宽0.551.2Km,面积约2.8476Km。采矿许可证号为：4100000830322，营业执照证号：410185000002477。主、副两立井：主井净直径4.5m，净断面15.9m，井深576m，副井直径为5m，净断面19.6m，井深580米。五职矿长资格证书及安全资格证书齐全有效，矿井于2006年编制提交河南省登封市嵩基周山煤业有限责任公司煤炭资源储量核查地质报告，并被河南省国土资源厅评审、认定，以豫国土资储备字200652号文批复。2008年4月郑州市设计院完成了登封市嵩基周山煤业有限责任公司技术改造初步设计，并被河南省煤炭工业管理局以豫煤规2008230号文予批复。2008年6月河南省煤炭安全监察局郑州监察分局对登封市嵩基周山煤业有限责任公司技术改造初步设计安全专篇进行了审核，以郑州安监2008101号文予以批复。矿井技术改造工程施工组织设计于2008年7月经郑州煤炭管理局以郑煤技施20085号文予以批复施工。针对矿井下一步开采所面临的水文地质条件，登封市嵩基周山煤业非常重视，为确保矿井安全生产，依靠矿井水文地质资料编制登封市嵩基周山煤业20122016年的防治水规划。确定了嵩基周山煤业防治水策略，论证了各项防治水工程的基本规划，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，并针对嵩基周山煤业的水文地质特点，结合嵩基周山矿的采掘计划，提出了嵩基周山煤业的防治水规划总体思路的明确性，合理性和可行性。1.矿井概况1.1、地理位置 登封市嵩基周山煤业有限责任公司矿区位于登封市大冶镇周山村，属登封市大冶镇管辖。1.2、交通状况 西距登封市25km，东北距郑州市60km。矿区南有周山村大冶简易公路通过，新郑登封地方铁路和大平煤矿铁路专用线从北部大平井田通过，交通较方便。区内乡村间均有公路与其相同，交通较为便利。1.3、地形、地貌 矿区位于嵩箕山区中段北部，属构造剥蚀低山丘陵区，第四系黄土覆盖；地势东南高西北低；地面标高582.85285.0m，相对高差297.85m左右。1.4、地表水矿区属淮河流域沙颖河水系，在矿区中部发育一条季节性河流双洎河；其余为季节性雨源型冲沟，平时干涸无水，雨时有短暂水流，雨后即干。双洎河源于西北部山区，经本区向东流经超化、新郑、扶沟等地，于周口市附近汇入颖河。雨季有水，丰水期为每年的811月；旱季干涸，枯水期为每年的17月。在土桥沟、陈沟西、弋湾西，历年最高洪水位分别为254.19m、245.61m、242.47m。弋湾西最大洪水流量为169.35m3/min。矿井正常涌水量为331.m3/h，最大涌水量为500m3/h。矿井排水系统采用一级排水，选择DM300-8510泵五台，排水管选择27312mm热轧无缝钢管三趟，两趟工作，一趟备用，最大涌水时三趟全部投入工作。1.5、气象矿区属典型的大陆性半干旱气候，四季分明，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。年降雨量为416.501102.90mm，一般为600800m，降水多集中于每年的六九月份，占全年降水量的65%；年最大蒸发量为2297.3mm(1966年)，年最小蒸发量为1637.8mm(1980年)。年平均气温14.2，最高气温可达44.6，最低气温-18.2。春、夏、秋三季多东风、东北风，冬季则以西北风为主，最大风速2840m/s。霜冻期为11月到翌年4月，历年最长霜冻期162天；12月到翌年3月为降雪期，最大积雪深度为20cm，最大冻土深度为20cm。2 矿井地质与水文地质概况2.1矿区地层矿区地层自下而上发育有下古生界奥陶系中统马家沟组，上古生界石炭系上统本溪组和太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组。1)马家沟组(O2m)最大揭露厚度66.97m，与下伏寒武系呈平行不整合接触，上部为深灰色厚层状石灰岩、下部为浅灰色白云质石灰岩，局部夹泥质石灰岩和角砾状石灰岩，隐晶质和细粒晶状结构，具溶洞和缝合线。2)石炭系(C)由上统本溪组(C3b)和太原组(C3t)组成，与下伏奥陶系呈平行不整合接触，平均厚度74.00m。(1) 本溪组(C3b)：自奥陶系顶到一1煤底，厚3.2922.68 m，平均11.50m。(2) 太原组(C3t)：自一1煤底到L9石灰岩(或菱铁质泥岩)顶，厚56.2868.16m，平均62.50m。由石灰岩、砂岩、砂质泥岩和煤层组成。根据岩性组合特征，分为下部灰岩段、中部砂泥岩段和上部灰岩段 3)二叠系(P)由于风化剥蚀作用仅保留下统山西组和下石盒子组底部，保留最大厚度为155.00m。(1)山西组(P1sh)：下起L9石灰岩顶，上止砂锅窑砂岩(SS)底界面，厚59.7884.03m，平均75.00m，与下覆太原组整合接触。主要以浅灰深灰色砂质泥岩、细中粒砂岩、粉砂岩和5层煤组成，其中二1煤层为矿区主要可采煤层。(2)下石盒子组(P1x)：下起砂锅窑砂岩(SS)底，上止于田家沟砂岩(St)底，厚约293.00356.22m，平均308.00m，与下覆山西组呈整合接触。4)第四系(Q)超覆于各时代地层之上，厚度1540m左右，由粘土、砂质粘土、含砾砂质粘土及砾石组成。2.2构造矿区西部地层走向为NWSE，东部地层走向变为近东西向，总体构造形态为轴向NE的宽缓向斜、倾向NEN；向斜轴在1602孔、补2孔、主井等一线，向斜西翼较缓、倾角1936，东翼较陡、倾角2630。区内断层较发育，共查明断层4条，断层走向为NE 近东西向，其中正断层2条、逆断层2条，落差均为50200m。1)周山逆断层(F4)：位于井田北部边界，逆断层。西起登封市大平塔湾联营煤矿、经登封市大冶镇塔湾煤矿后转向近东西方向，延伸长度大于3500m。倾向NWN，倾角5060，落差100200m。西端由巷道和采掘工程控制，东部控制程度较低。2）周山支逆断层（F4-1）：位于矿区西北部，为周山逆断层的支断层，逆断层。西起F4断层的下盘，沿SSWNNE方向延伸，于1602孔附近尖灭，延伸长度约1100m。倾向NNW，倾角5060，落差080m。由补1孔、补3和1602孔控制。3)杨树沟断层(F3)：位于井田中南部，正断层，沿近东西向伸展，倾向北，倾角6570，落差150350m由10-5、补2孔控制，控制程度较低。4）新庄断层：位于矿区的南部边界，走向为NE，倾向NW，倾角约70，控制程度较低。该区构造复杂程度应为中等。2.3主要含水层奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层：为二1煤层底板间接充水含水层，。太原组下段灰岩岩溶裂隙承压含水层：为二1煤层底板间接充水含水层，岩溶裂隙不太发育，未见涌、漏水现象发生。太原组上段灰岩岩溶裂隙承压含水层：为二1煤层底板直接充水含水层，属弱富水含水层，水化学类型为HCO3K、Na、Ca型。区域上该层富水性中等。二1煤顶板砂岩孔隙裂隙承压含水层：为二1煤顶板直接充水含水层。裂隙不甚发育，富水性弱。在生产中顶板多为淋水、滴水状态，对开采影响不大。第四系砂、砾石含水层：该含水层主要接受大气降水及地表水的补给，水量、水位受季节性降水及地形的制约。2.4矿区主要隔水层本溪组铝质泥岩隔水层：铝质泥岩结构致密，完整性好，层位稳定，分布连续，为良好的隔水层，但在构造或隔水层变薄处，其隔水性能会降低。太原组中部砂泥岩隔水层：系指L4L7之间的砂泥岩段，岩石结构较致密，裂隙不发育，为隔水层，通常能阻隔上、下段灰岩含水层之间的水力联系。二1煤底板隔水层：层位稳定、连续，隔水性良好，能阻隔上段灰岩含水层向矿井进水，但应注意在断层破碎带和薄弱处其隔水层性能降低。 二叠系隔水层：该层段以泥岩、砂质泥岩为主，层位稳定，但应注意在断层破碎带和薄弱处其隔水层性能降低。2.5地下水补给、径流与排泄条件 矿区内西部底山丘陵区在浅部接受大气降水的补给，并沿地层走向及倾向向东北部及深部迳流排泄。向低洼及平原排泄运移中受断层阻隔，在地势低洼处呈区段排泄。矿井生产排水和村镇生活用水是其主要排泄方式之一。3.矿井充水条件3.1 历史矿井水害情况统计分析 登封市嵩基周山煤业目前井下现有涌水点5个。其中最大涌水量大于5m3/h的3个，登封市嵩基周山煤业涌水情况详见下表。 登封市嵩基周山煤业年涌水情况统计表 涌水地点涌水类型涌水量(m3/h)涌水时间最大最小稳定12010采空区顶板水6442011.7.东大巷断层水61452009.6东大巷清水仓断层水2018162008.3.主井筒顶板水20.60.82006.12.副井筒顶板水21.20.82006.12.西轨道平台顶板水2112009.2 登封市嵩基周山煤业井下主要涌水点统计资料来看，二1煤底板下太原组L7-8薄层灰岩水是矿井的主要充水水源，导水通道为裂隙或断裂带，少部分为层间裂隙。而目前老窑积水对矿井的威胁和破坏不是太大。 登封市嵩基周山煤业老空涌水都发生在矿井西南的原周山、塔湾、塔湾联营矿采空区域，涌水特点为：瞬间涌水量较大，最后趋于稳定，说明矿井采空区积水有一定的补给来源。下步采掘中严格按照探放水原则进行探放水，防止水害发生。3.2矿井充水水源3.2.1 大气降水 矿井开采引起地表变形而形成地面裂缝或沉降盆地，大气降水沿裂缝进入井下使矿井涌水量增加。雨季或雨季之后矿井涌水量增加，在未来的开采活动中大气降水是矿井充水的水源之一。3.2.2老空水本区浅部有老窑存在过，老空水一般为封存的“死水”，属静储量，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，有害气体高，对人身和设备的伤害大。只要注意探放，对矿井影响不大。3.2.3断层水文地质特征剖析1断层带以涌水或突水的形式向矿井充水。断层破坏了上下不同含水层之间的隔水性能，在垂向上沟通了不同含水层之间水力联系。矿井疏排时，在高水头压力和矿压作用下，断层导水性能不断加强，致使地下水通过断层带向矿井涌水或突水。一旦与强含水层沟通，极易造成淹井，对矿井威胁较大。周山及支断层、杨树沟断层都要注意。2断层对口部位向矿井涌水或突水，因断层错动，致使断层的直接充水含水层与其它强含水层对接，通过断层直接或间接向矿井涌水或涌水，如不采取措施，将会发生灾害性事故。周山及支断层、杨树沟断层要留足防水煤柱。3.3矿井充水途径及其特征矿井充水途迳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，大多数矿井涌水灾害正是由于对矿井充水途迳（导水通道）认识不清所致。根据对登封市嵩基周山煤业井田地质、水文地质、含隔水层空间分布规律及其构造特征的分析，可以得到登封市嵩基周山矿主要导水通道及其基本特征如下：煤层顶板裂隙导水通道造成登封市嵩基周山矿井二1煤开采涌水的主要导水通道有发育于顶板岩层中的天然构造裂隙和由于工作面回采产生的顶板岩层冒落形成的导水裂隙通道。煤层开采底板破坏式导水通道由于二1煤底板相对隔水层较薄，平均厚度仅为12m，这个厚度已经相当于大多数相似矿井的底板破坏深度。二1煤底板所承受的水压较大，在采矿扰动和底板水压的共同作用下，产生工作面底板导水裂隙导通L78薄层灰岩出水。在构造发育地段和隔水层薄弱带，导水裂隙还有可能导通太原组下部L14薄层灰水和奥灰水，给矿井造成更大危害。3.3 断层导水通道本井田内主要断裂构造是受近南北向挤压应力作用下生成的，以正断层为主，断层两盘岩性也以砂岩和泥岩为主，断层导、富水性弱。3.4影响和控制矿井主要充水因素分析综合分析矿井水文地质条件和矿井水害特征，影响和控制登封市嵩基周山井田水害的主要因素有：1. 大气降水，2.导水裂隙的发育，3. 矿井采掘扰动。4.矿井防治水技术路线与原则4.1矿井防治水工作的基本原则登封市嵩基周山煤业防治水工作的基本原则为：1基础水文地质工作为平台，井上下物探为主，钻探为辅，监测与试验相结合，在对涌水条件进行适时监控下实现煤层安全采掘。2探测和监控老空水，合理探放和避让老空水。3. 水害安全保障体系的整体规划，完善矿井防排水系统及避灾路线。4.防治水工程与矿井采掘工程有机结合，相互利用。4.2矿井防治水工作的技术路线1. 二1煤防治水技术以顶板砂岩水、太原组薄层灰岩水、断层水和老空水为防治重点，以井下为主，地面为辅，井上下相结合。在对涌水危险区段运用井上下水情监测，顶板两帮观测和底板涌水监测等技术进行适时监控，以实现煤层安全采掘。2. 在调查的基础上进行综合物探以查明老空区范围、断层位置并分析其对矿井开采的影响，在此基础上通过留设足够的防水煤柱或探放水以解除老空水、断层水对矿井开采的威胁；3. 对地表采动裂隙进行综合治理，防止地表水通过裂隙通道入渗到矿井，威胁矿井安全；4. 为了确保矿井安全生产，对涌水重点防范地段需建立和完善具有一定能力防排水系统，完善安全出口和避灾路线等一系列措施。5. 防治水工程与矿井采掘工程有机结合，相互利用。这样可将大量的防治水工程费用消化于矿井生产过程中。5.防治水技术与工程规划5.1.矿井涌水量观测测 采用浮漂法、容积法等监测矿井涌水量变化情况，并做好记录，记录清楚时间、地点和观测物理量，绘出曲线。5.2水文地质补充勘探 登封市嵩基周山井田及其邻近地区已作过一定的地质和水文地质工作。进行专门水文地质勘探工作时，必须进行此项工作以满足矿井防治水工作的要求。水文地质补充勘探包括水文地质钻探和水文地质物探。5.3.煤层顶、底板涌水先兆的观测 对井下正在开掘、回采的工作面要进行煤壁监测：监测出汗煤岩壁的面积、估算单位面积的出汗量，并绘出变化曲线，记录清楚时间、地点和观测物理量。水量变化监测：采用浮漂法、容积法监测矿井涌水量变化情况。水温监测：涌水点定时用温度计观测一次水温，如果水温有变化，应加密观测时间，并做好记录，绘出曲线，观测地点要尽量相同，尽量靠近涌水点，温度计要事先经过校正。底鼓的监测方法：用经纬仪或软尺测量煤层底板的鼓起范围和高度，绘出平面和剖面图。5.4主要水害治理工程 登封市嵩基周山煤业排水系统为二级排水，即-200m标高以上涌水自流至主水仓，再通过敷设管路的副井直接排到地面。矿井实际涌水量和最大涌水量来看，各级排水设备达到了规定要求。a、底板水的防治 对L7-8灰岩含水层先进行疏放，再进行注浆加固及改造。b、顶板水的防治 二1煤层顶板水源为煤层顶板以上60m范围内所含砂岩裂隙含水层。该含水层多以顶板滴淋水形式向矿井充水，矿井正常涌水量一般为70m3/h，最大涌水量为500m3/h，水量小，易于疏排。因此，对该含水层要采取疏放工作。c、老空水的防治 由于登封市嵩基周山煤业西部老窑开采时间较长，存在有老空区，老空积水为登封市嵩基周山煤业主要矿井充水水源。对于老空水的防治，当水量不大，不超过矿井排水能力时，可利用探水钻孔直接放水。当老空区与其他水源有联系，动力储量很大，一时排不完