石灰冲煤矿水文地质调查报告.doc

湖南省浏阳市金刚镇石灰冲煤矿水害调查报告及综合防治方案湖南省煤田地质局第五勘探队二O一O年六月责任表责任部分负责人签名日期地表水系调查左志辉井下水体调查孔瑞成测量李建明报告编制孔瑞成CAD制图刘丽审核刘海波项目负责唐建华队部审查2目 录1前言12井田概况42.1地理位置及自然环境42.2矿区地质概况42.3矿井水文地质82.4矿井的开拓情况142.5矿井排水现状153矿井充水水源分板及水体分布163.1大气降水163.2地表水和地表水体173.3地下水和地下水体173.4老窑积水情况194水体分布及其危害性分析204.1地表水对矿井的影响204.2地下水及水体对矿井的影响214.3邻近老窑静态水体对矿井的影响225矿井水害综合防治方案235.1排水系统的改造235.2疏放降压措施255.3探水探泥措施275.4老窑静态水体的防治对策285.5其它方面的改进与完善295.6矿井意外突水时应急预案306煤矿井下探放水管理措施336.1井下探放水的管理336.2井下探放水的实施347水害防治规划407.1水害防治规划407.2防治水计划41附表44附图1、水文地质地形图2、矿井水文地质图3、采掘工程平面图4、矿井排水系统图5、矿井水文地质剖面图附件1、采矿许可证2、煤炭生产许可证3、安全生产许可证59水文地质调查委托书湖南省煤田地质局第五勘探队：水灾是煤矿五大灾害之一，也是煤矿重特大事故的隐患之一，更是煤矿安全生产中的主要防治对象。为了查清我矿的水文地质条件，掌控开采范围内的水文安全状态，防范水灾对煤矿安全生产的影响。现委托贵单位对我矿合法开采范围内的水文地质条件及水害安全状态进行一次全面的调查和分析，并提出相应的安全技术措施。为此，我们将积极配合调查组工作并提供调查过程中所必须的原始资料，保证原始资料的真实性。特此委托 煤矿(章)法人代表二0一0年五月十八日1前言概述位置、隶属关系石灰冲煤矿位于浏阳市东南部的金刚镇，距浏阳市城直线距离约为25km。矿井经3km村级水泥公路可至金刚镇，自金刚镇沿G106国道往东8km至大瑶可联通G319国道。交通较为方便。交通位置图矿井性质石灰冲煤矿为股份制私有煤矿，隶属金刚镇管辖。其采矿证号为：4300000630795，其生产许可证号为：X180103023Y3G3，安全生产许可证号为：湘MK安许证字(2006)0613G1号。编制报告的依据1)湖南省煤田地质局第二勘探队2002年5月编写的湖南省浏阳市石灰冲煤矿水文地质调查报告、湖南省核工业地质局地质调查院湖南省浏阳市石灰冲煤矿2006年资源储量检测报告及其附图。浏阳市水文地质调查组于2007年5月提交的湖南省浏阳市石灰冲煤矿水害普查报告及综合防治方案。2) 湖南省煤田地质局第五勘探队技术人员实地测量成果、水文地质观测资料和走访搜集的资料。3）国家安全生产监督管理总局于2009年4月22日颁发的2010年1月1日起施行的煤矿安全规程、国家安全生产监督管理总局于2009年8月17日颁发的2009年12月1日起施行的煤矿防治水规定、煤炭行业标准井下探放水技术规范（MT/T 632一1996）、煤炭行业标准矿井生产时期排水技术规范（MT/T 674一1997）。4)石灰冲煤矿的水害普查委托书。矿井水害调查的工作程序受石灰冲煤矿委托，湖南省煤田地质局第五勘探队水文地质调查组于2010年5月至16月派遣工程技术人员，在该矿主要负责人吴新飞等同志的积极配合下，收集了该矿的基础地质资料，并对部分井巷工程进行了实地测量、水文地质观测，对老采空区、老窑开采等情况进行了走访调查工作。测绘采用湖南省核工业地质局地质调查院于2006年11月在该矿所建立的GPS控制网点及主要井巷工程的实测成果，选用湖南省煤田地质局第三勘探队于2009年12月对该矿井巷工程所进行的测绘成果，本次补测了该矿自2009年12月以来的新增井巷工程及周边老窑井口。水文地质观测对该矿井下巷道渗水、涌水情况，岩溶、裂隙发育情况、含(隔)水层分布情况等采用地质罗盘仪、浮标、秒表、钢尺等工具进行水文地质观测，共观测巷道1600m。对井下排水系统、防治水工程、防治水安全技术措施等进行实地调查，基本查清了该矿防排水系统。对地面溪流、积水体、工业广场、崩塌沉陷区等采用地质罗盘仪、钢尺进行踏勘，地面踏勘面积0.6km2。本次水文地质调查仅限于该矿合法开采范围内。走访调查对该矿近年来的开采情况、涌水情况、排水情况、透水事件、老采空区、老窑采空区、周边煤矿与本矿揭穿点等进行调查或采用走访当地知情人进行搜集资料。资料收集整理通过收集整理前人的勘探资料，特别是浏阳市水文地质调查小组于2007年5月的水文地质调查资料，本次水文调查查清了该矿合法开采范围内的地表水系、井下充水源、涌水通道、积水体以及含(隔)水岩层、钻孔、断层等的水文地质特征。经过以上工作过程，本次水文地质调查基本查明矿井矿床与巷道的充水来源、充水通道及涌水量等。主要成果和今后工作建议经过全面调查和分析，本次水文地质调查报告依据国家安全生产监督管理总局于2009年8月17日颁发的2009年12月1日起施行的煤矿防治水规定，确认该矿的矿井水文地质类型为简单类型。其充水途径主要是老窑区、采空区、采空沉陷区，其次是煤系地层顶板中砾岩弱含水层；水患来自老窑区、采空区积水。本次调查取得的具体成果如下查清了石灰冲煤矿煤系地层顶板是一种渗透性较强的裂隙型强含水岩层。这种强含水为富硅质灰岩、局部相变为硅质岩，岩溶不大发育，但裂隙较发育。该岩层含水能力较小，但透水能力极强。查清了岩灰冲煤矿系地层底板是一种含水能力、透水能力均较强的溶隙型强含水层。这种强含水岩层为厚层灰岩，岩溶不大发育，多为沿岩层面或断层面发育的溶孔或小溶洞。该岩层含水性、透水性均较强。基本查明了矿井以南废弃矿井石坑煤矿和金刚煤矿形成的静态积水体的有关情况。确定了矿井南部边界的隔水保安煤柱。矿井隔水保安煤柱不得开采，矿井必须在合法矿界内开采，矿井隔水保安煤柱附近要坚持探水探泥。预测了矿井-50m水平正常涌水量。2井田概况2.1地理位置及自然环境地理位置浏阳市金刚镇石灰冲煤矿位于浏阳市城东南部，隶属金刚镇管辖范围。矿区范围地理坐标为：东经11343191134344，北纬275410275425，矿区许可开采范围的平面积约0.2119平方公里。自然地理环境井田所在地为低山丘陵地貌，山脉大致南北方向延展，地形坡度一般为1030。矿区范围位于黄茅尖山岭之西南侧，整个矿区范围内，地形上表现为西部高，东部低。最高海拔标高260m，最低海拔标高+110m，相对高差150m左右。2.2矿区地质概况地层矿井范围内出露的地层由上而下(由新至老)依次为。第四系(Q)，三迭系上统安源组(T3d)，二迭系上统长兴组(P2c)，二迭系上统龙谭组(P2l)，二迭系下统茅口组(P1m)。由新到老详细分述如下第四系：(Q)零星出露于谷地和山麓边坡之上，为洪积和坡积物，厚07m为透水层。安源组(T3a)由砾岩、砂砾岩及砂质泥岩组成，厚度大于200m。长兴组(P2c)：岩性以硅质灰岩为主，厚约80m。龙潭组(P2l)：由泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩、煤及细砂岩、长石石英砂岩等组成，厚约60m左右。茅口组(P1m)：浅灰色，厚层状石灰岩，厚度约200m。龙潭组为本矿含煤岩系地层，全组厚约60m左右。现由新至老分层叙述如下：泥岩：黑色，较致密，夹灰质泥岩及薄层细砂岩，岩性稳定，是对比5煤层的可靠标志，厚8.019.0m，平均12.0m，本层为良好的隔水层。其上即为长兴组裂隙型强含水岩层。1煤层：黑色，树脂光泽，以亮煤为主，夹暗煤及少量镜煤，具条带状结构，煤层不稳定，为本矿主采煤层之一，厚01.4，平均0.86m。泥岩：黑色，薄层状，含菱铁矿结核，产植物碎片化石，一般厚12.0m。2煤层：黑色，以亮煤为主，夹暗煤及少量镜煤，粉状结构，煤层不稳定，为本矿主采煤层之一，厚01.23m，平均0.97m。碳质泥岩：黑色，夹泥岩，产植物碎片化石，厚00.8m。细中粒砂岩，深灰灰黑色，中厚层状，细中粒结构，成分以石英为主，长石次之，泥质胶结，夹砂质泥岩，俗称中部砂岩，是煤层对比标志层，一般厚9.8m。细砂岩与砂质泥岩互层：灰黑色，薄层状，水平层理，产植物化石，一般厚3.0m。3煤层：黑色，弱金刚光泽，以亮煤为主，夹少量镜煤条带，不可采，厚00.53m。泥岩：黑色，薄层状，水平层理，一般厚3.0m。细砂岩：深灰灰黑色，细粒结构，成分以石英为主，次为长石，泥质胶结，一般厚17.5m。泥岩：黑色，薄层状及鳞片状，产小个体动物化石，一般厚0.5m。4煤层：黑色，粉状，不可采，厚00.3m。泥岩：黑色，薄层状，水平层理，一般厚1.0m。细砂岩：深灰色灰黑色，薄层状，水平层理，夹薄层粉砂岩，一般厚2.8m。泥岩：黑色，夹粘土岩，含菱铁矿结核，一般厚0.9m，内含5煤层，仅见其层位。构造区域上，石灰冲煤矿位于我国东部新华夏系第二条拗陷带中部西翼。第二条拗陷带呈南北走向，南至醴陵南桥，北至文市以北的铁山界而伸入江西境内，长大于50km。该拗陷带与其北西部醴攸盆地和南东部的茶永盆地组成一个隆起与凹陷相间的湘东“多”字型构造体系，总体受北东向构造控制。石灰冲煤矿矿区范围内，其构造形态表现为南东倾斜的单斜构造，地层倾角2050。区内断层不发育。总而言之，该矿构造类型为简单类型。煤层和煤质煤层该矿煤系地层含煤5层，由上而下编号为1、2、3、4、5煤层，其中1煤层为局部可采煤层，2煤层为主要可采煤层1煤俗称“老壁槽”，为局部可采煤层，厚0.201.5m，位于龙潭组(P2l)之上部。煤层厚度变化大。2煤俗称“大槽”，为主要可采煤层，一般厚1.2m2m左右，位于龙潭组(P2l)之中部，含有01层夹矸。夹矸成份为炭质泥岩。煤质1煤黑色，树脂光泽，以亮煤为主，夹暗煤及少量镜煤，具条带状结构，煤层不稳定。2煤层的物理性质，灰黑色，树脂光泽，以亮煤为主，夹暗煤，少量镜煤，硬度较大，断口不平整，具粒状结构。据煤勘六队提供的地质资料显示，2煤的化学性质：原煤灰分(Ad)为15%。挥发份(Vdaf)为11.8%，原煤干燥基发热量Qgrd为25.20MJ/kg，全硫std为0.98%，为0.020%，视密度ARD1.6t/m3 .煤的工业用途：2煤为低灰分中硫、低磷、高发热量的优质煤。2.3矿井水文地质本矿煤系地层厚约5070m，基本上都是良好的隔水层，4煤层顶底板为中粒砂岩，是孔隙型弱含水层。煤系地层之上即为长兴组灰岩。本矿范围内，长兴组灰岩以硅质岩为主，夹硅质灰岩，岩溶不发育或偶见小溶洞，但裂隙特别是“X”型剪裂隙非常发育。这种岩石易受风化，风化带常可伸入地面以下约50m处，风化带内岩石呈散砂状，极易渗水。煤系地层之下即为茅口组灰岩。本矿范围内，茅口组灰岩为厚层状石灰岩夹礈石条带，溶洞裂隙发育。矿井水文地质条件矿区属低山丘陵地貌，地表坡降变化大。陡峻地段基岩出露较好，有利于雨水排泄。平缓地段上覆14m冲积层，植被发育，有利于雨水逗留。总体来说，区内地表水系简单，水体不发育，地表径流条件好。区内煤炭开采历史悠久，地面老窑密布。石灰冲煤矿开采范围内，煤层露头呈北北东向延展，附近密布着老窑废弃矸石堆，沿煤层露头形成一条宽约50m的沉陷带，沉陷带内岩层出现明显的位移、甚至滑坡、整体下沉等地质灾害现象。大气降水通过开采沉陷区、老窑采空区、采空沉陷带渗透是本矿地下水的主要补充来源之一。石灰冲煤矿与周边矿井没有贯通历史。该矿主井位于石灰冲内，井口位置高于当地历年洪水位。风井口位于主井东侧，其井口位置高于当地历年洪水位。矿井主要充水岩层有二叠系上统长兴组(P2c)硅质灰岩、二叠系下统茅口组(P1m)灰岩以及煤系地层中部的中粒砂岩。井巷工程在浅部穿过长兴灰岩时，常为硅质灰岩散砂与泥土的混杂物，多为红色或杂色，偶见单个灰岩块状体，往深部块体增多。深部穿过长兴灰岩时，岩体稍坚硬，局部地段可不支护。穿过长兴灰岩的整个井巷工程中均呈淋水状，渗水点均匀分布，不集中。初期，涌水量稍大，随后趋于稳定。说明这种含水层储水量不大，但透水能力强。在茅口灰岩中，井巷工程可裸体施工，无需支护。沿整个巷道，可见大小、形状不一的溶洞，密度约为15个/100m。溶洞小者小于0.1m，大者可达12m。溶洞内充满泥砂，亦有空洞无物者。大多数溶洞透水突泥，初期量大流急，随后迅速减少，亦有少数溶洞呈干燥状，溶洞见水率约在70%左右。煤系地层中部的中粒砂岩为弱含水岩层，井巷工程揭穿时，可巷道壁潮湿或滴水，正常情况下无淋水现象。综上所述，本矿是以岩溶型含水层为主的溶隙、裂隙充水矿井。大气降水通过灰岩溶隙、裂隙渗透是本矿的主要充水来源，通过开采沉陷区、采空区渗透是矿井井下涌水的另一充水来源。布置在煤系地层顶、底中的采掘工程易受水害影响，属水文地质条件复杂矿区。煤层顶、底板隔水性能矿井内及外围含水层有第四系，二叠系上统长兴组(P2c)硅质灰岩、二叠系下统茅口组(P1m)灰岩以及煤系地层中部的中粒砂岩。现将各含水层的含水性分别叙述如下第四系（Q）：主要由灰色、褐黄色、黄色砂土、亚砂土、亚粘土、粘土组成，泉水流量为0.0030.829L/S，为弱中等富水的孔隙含水层。二叠系上统长兴组(P2c)硅质灰岩含水层，为浅灰色硅质灰岩，中部夹硅质层，蜓类动物化石少见。岩溶不甚发育，多为溶蚀裂隙和溶孔，泉流量在0.1840.993升/秒之间，穿过该层的部分钻孔漏水严重，为富水性中等的岩溶裂隙含水层，层厚约50120m。与下伏地层呈假整合接触。二叠系下统茅口组(P1m)灰岩。上部为浅灰灰色厚层灰岩，夹礈石条带，溶洞裂隙较发育；中部为深灰黑色泥岩、泥灰岩夹灰岩，下部为灰色厚层状灰岩、白云岩、含礈石团块，夹泥灰岩和泥岩。上部多见上升泉出露，泉流量在110升/秒之间，中部为相对稳定隔水层，下部泉体出露较小，流量多在0.9512升/秒之间。层厚约383756m，与下伏地层呈整合接触。煤系地层中部的中粒砂岩，深灰灰黑色，中厚层状，细中粒结构，成分以石英为主，长石次之，泥质胶结，夹砂质泥岩，一般厚10m，除遇老窑外，钻孔一般不漏水。除上述弱含水层之外，龙潭组其它岩层以泥岩、砂质泥岩及粉砂岩为主，均为良好的隔水层。1煤层顶板为薄层状黑色泥岩，夹薄层粉砂岩或细砂岩，富磷铁矿结核，常见产植物碎片化石。岩性稳定，厚度不稳定，一般厚19.0m，为良好的隔水层。该岩层易冒落，常随采随落，属12级顶板。1煤层底板为薄层状黑色泥岩，或相变为中厚层状灰白色中粒石英砂岩，厚约12.0m左右。2煤层有一层厚约0.5m的伪顶，其上即为灰白色中粒石英砂岩或薄层状黑色泥岩。为石英砂岩时，顶板坚硬，否则岩性较软弱。2煤层直接底板为黑色碳质泥岩，厚00.8m，其下即为直接底板，为深灰灰黑色，中厚层状的细中粒砂岩，成分以石英为主，长石次之，泥质胶结，夹砂质泥岩，俗称中部砂岩，一般厚9.8m。矿井涌水量以前测定的矿井涌水量根据湖南煤田地质局第二勘探队2002年5月编写的湖南省浏阳市石灰冲煤矿水文地质调查报告，矿井总涌水量实测为20.96m3/h。其中：+13m水平涌水量为7.63m3/h。+50m水平为3.33m3/h，平硐为10m3/h。经巷道水文地质观察，巷道大部地段干燥，仅局部地段见潮湿现象。2007年5月测定的矿井涌水量2007年5月上旬，对浏阳市石灰冲煤矿主平峒口排水沟、-4.2m涌水点、-25m石门排水沟三处进行了现场测定，-4.2m出水点33m3/h，-25m石门涌水量22m3/h，主平峒口流量141.3m3/h。本次测定的矿井涌水量2010年5月上旬，对浏阳市石灰冲煤矿主平峒口排水沟、+13m、-26.4m涌水点、-25m石门排水沟三处进行了现场测定，+13m出水点流量30m3/h，-26.4 m出水点流量20m3/h，主平峒口流量240m3/h(具体计算数据见表2-2-1)。矿井正常涌水量5月1820日对石灰冲煤矿现场测定三个地点的水流量，主平峒口的流量是在-27水平开一台132kw大泵，+60水平开一台30kw泵的情况下测定的，流量为240m3/h， -27m水平132kw大水泵两台，一般一天排20个小时左右，所以-27m水平正常流量141.320/24=118m3/h。+60m水平正常情况下一天排16个小时，按+60m水平排水泵型号100D168流量54m3/h计，+60m水平正常涌水量5416/24=36(m3/h)。由于在正常情况下矿井井巷大部份干燥，其余巷道仅见潮湿现象。矿井正常涌水量=118+36=154m3/h矿井涌水量的极值经询问石灰冲煤矿有关管理人员及水泵司机，干燥季节，矿井涌水量最小，暴雨多发季节，涌水量最大。干燥季节，+60m水平只启动一台泵排水，一天只开6个小时。-27m水平132kw大泵只开一台，一天仅排14小时，所以矿井最小涌水量= (654+14141.30)/24 =98(m3/h)。暴雨多发季节，+60m水平常开一台泵，-27m水平一天要工作36个小时，主平峒裂缝出水量10m3/h，所以矿井最大涌水量=(2454+36141.3)/24+10=240.65(m3/h)。分水平，+60m水平最大涌水量=5424/24=54m3/h，最小涌水量=546/24=13.5m3/h；-27m =141.336/24=211.95m3/h，最小涌水量=141.314/24=82.5最大涌水量m3/h。矿井最小涌水量为：98(m3/h)矿井最大涌水量为：240.65(m3/h)矿井涌水量的预测据采掘活动影响的理论作用，结合该矿井与涌水量预测有关的参数，并采用水文地质比拟之一的富水系数法的计算公式，在作好现有水害的前提下：对矿井预测涌水量做出预测。 采掘活动影响的理论作用随着采掘深度和面积的增加，首先，导致开拓井巷直接揭露新的或原未疏干的含水层、含水构造；其次，采煤工作面的推进直接扩大了含水层降落漏斗的形状。两种作用导致原无水力联系的地表水、采空区、含水层的水等被相互连通导入井巷，增加矿井涌水量。矿井与涌水量预测有关的参数从本公司清绘的石灰冲煤矿井上井下对照图上了解到，矿井地表最高点海拔标高为+260m，开采下限标高-50m，矿井井田面积0.3635Km2。从本水文调查2010年5月中旬的实测结果发现，揭露了矿界内含煤面积0.3635Km2，矿井-27m水平正常涌水量达98m3/h。矿井涌水量的预测。-50m水平是石灰冲煤矿采矿许可证允许的最深水平，目前暂无完善的排水系统，对该水平的涌水量预测对水仓容量与排水设备选型尤为重要。根据石灰冲煤矿井下的涌水特征，可用下列公式预测-50m水平正常涌水量。Q预=KPP预Kp=Q/PQ预、被预计的-50m水平涌水量m3/hKp、富水系数P预、被预计的-50m水平的开采面积 106274m2Q、-27m水平的涌水量98(m3/h)。P预、-27m水平的开采面积41559 m2Q预=2.4矿井的开拓情况矿井开拓情况开拓情况石灰冲煤矿目前采用平峒暗斜井开拓方式，井口坐标见表1-4-1，拐点坐标见表1-4-2表1-41石灰冲煤矿井口坐标表井口名称XYH备注主井308817038472750117.8风井308816038472795128.0表1-42石灰冲煤矿开采范围拐点坐标表点号XY130882218.00384722716.0023088096.0038472966.003308775538473083.004308808038473602.0053088225.0038473320.0063087755.0038473275.0073087940.0038472902.0083088048.0038472952.0093088177.0038472695.00许可开采深度 +125m-50m，开采面积0.3635m2主暗井担负进新鲜风，提升、放料，排水管线敷设等任务，风井主要作回风用，兼作安全出口。矿井开拓系统已形成了一个完整的-27m水平生产系统，-27m以下临时沿2煤下山担任提升任务，现正沿底板掘一个岩石下山以便建立完善的生产安全系统。采掘工作面布置概况2010年5月水文地质调查时，矿井掘进工作面有两个：-27水平向下延深的下山，-27m石门往南掘进工作面。回采工作面为靠南翼的1煤工作面。邻近矿相互关系该矿邻近无合法的矿井，至本次水文地质调查时，该矿仅在+50m水平以上发生穿通老窑沿2煤下山现象。在+50m以下无老窑活动痕迹。2.5矿井排水现状矿井排水系统现状矿井排水为多级。 -27m水平有两个水仓，均布置在茅口灰岩内，排水设备将水排至主平峒(标高+120.311m)后，水自流出平峒。+60水平有一个水仓，布置在茅口灰岩内，排水设备将水从+60m排至主平峒 (标高+120.748m)后，水自流出平硐。排水设施现状水仓：1号水仓：布置在-27m水平煤层底板茅口灰岩之内，分为内仓、外仓，水仓容量660m3。2号水仓：布置在+60水平茅口灰岩之内，单水仓，水仓容量200m3， 水泵：水泵：1号水仓泵房安装了二台100D168型号水泵，流量为54m3/h，水泵功率为30kw。2号水仓泵房安装了两台150D306型号水泵，流量为155m3/h，功率为132kw。排水管路：排水管路：+60米水平铺设了一趟 4英寸塑料水管，管内径100mm，厚8mm。-27m水平铺设了二趟6英寸无缝钢管，管内径150mm。两个水平的水均由排水管排往主平峒水平，水自流出平峒。防水闸门：末安装。其他情况详见附表：3-1-1。表3-2-13矿井充水水源分析及水体分布3.1大气降水本区冬寒、夏热，四季分明，雨量充沛，气候温润，属湿热的大陆性气候。年降水量在1412.6至1554.6mm之间，多年平均降水量1501.2mm，大于蒸发量。降雨季节多集中在4至6月份，降水量可达678.4至877.7mm，最大日降水量157.7mm(1974年5月5日)，年降雨天数140l80天。3.2地表水和地表水体据现场调查，该矿开采范围的地表无水塘、水库、河流、湖泊等地面水体。矿井开采范围位于黄茅尖山岭之西南侧，山脉走向与岩层走向其本一致近似于南北向，总地势北高南低，沟谷发育，切割较深。地表水系简单，仅发育一些山间小溪，由南向北注入南川河。因其迳流途径短，坡降大，排泄有利，滞留时间短，因此，这些小溪流量受大气降雨的控制。由于地面没有陷落区，所以没有产生大地表水体。下雨时，雨水沿着岩溶通道，溶蚀裂隙，采动影响形成的顶底板裂缝及采空区渗入本矿井下，成为该矿主要的充水水源。3.3地下水和地下水体地下水根据本次水文地质调查分析，该矿在生产过程中不断流入到井下的动态地下水，主要来自大气降雨通过第四纪冲积层透水层渗入煤层顶底板的弱含水层；大气降雨通过岩溶通道、溶蚀裂隙导入井下；大气降雨通过老空区及采动影响形成的顶底板裂缝导入井下或直接流入矿井。上述分析和现场调查结果表明，地下水主要受大气降雨的补充，矿井涌水量变化大，与大气降雨关系密切。地下水体岩溶水煤系地层龙潭组之下为茅口组，茅口组由厚层灰色灰岩组成，夹礈石团块，岩溶较发育，富水性强。本矿在+60m水平以下揭穿岩溶水三处：首先在-27m沿煤大巷向上掘沿煤上山，煤层底板突水，突水时流量达20m330m3/h；后来该矿开掘主暗井至+13m时突水，突出黄泥200m3。该处突水后，原煤上山突水点之水消失。现场测定+13m涌水点岩溶水涌水量为30m3/h， -27m水平岩溶水涌水量22 m3/h，这两处水量较为稳定，暴雨季节明显加大，说明其与地表水有导水通道，底部岩溶水是该矿防治水的重点。煤系地层龙潭组之上为中等岩溶裂隙含水层长兴组P(2ch)，岩溶发育一般，因1煤至长兴灰岩距离达30m左右，1煤厚度较薄，放顶后未产生导水裂隙至长兴灰岩，仍保持厚的隔水层，所以至今未发生有长兴灰岩岩溶水导入矿井现象。老窑水体矿井范围老窑情况根据访问调查，多年前，矿方就在主平峒+117.8m之上揭穿了开采范围内的老窑采空区，1煤、2煤均被老窑采空，采空区已垮密，偶见垮落的矸石中有少量滴水。+117.8m至+50m之间，矿方揭穿了老窑的五个沿煤下山，其积水被疏干。经开采揭露，老窑最低开采深度标高在+50m水平以上。综上所述，矿井采矿证许可开采范围内的老窑积水体已基本揭穿疏干。矿井附近的老窑水体规模较大且有资料可查的废弃矿井有石坑煤矿、金刚煤矿。这两个矿已在井下贯通，积水量大，成为地下静态水体，是石灰冲煤矿防治水工作的重要方面。老采空区水体由于新采区的回风巷即老采区的运输巷，老采区水一部由回风巷流入回风水平的水仓之中，一部分沿新采区沿煤上山流入到下一个水平，客观上不会造成老采区积水，但不排除泥砂淤积而形成的局部积水体的存在。钻孔及断层引起的来水据访问矿方主要负责人，本矿开采范围内无钻孔。矿井开采范围内的断层均已查明，断层断距很小，断层面未触及强含水层，在煤层内未发现有沿断层而发育的溶洞。据调查，该矿所遇断层均没见来水或潮湿现象，另一方面，煤层顶底板均为隔水层，所以矿井范围断层不会引起强含水层来水。3.4老窑积水情况矿区范围附近有老窑多处。经访问相关知情人，开采深度均不超30米，开采标高均在+80m以上，规模小且都位于开采范围之外，因此，对矿井安全开采的影响较小。规模较大且对本矿安全生产构成威胁的废弃老窑主要有矿区南部的石坑煤矿、金刚煤矿。石坑煤矿：1995年建井，1997年停办，采用顶板斜井开拓方式，主井井口标高+151m，斜井全长155m，落底标高+62m，主采2煤层，产原煤约1万吨，后废弃。现在井口处雨后可见地表水灌入井下，实测灌入量为14.06m3/h。金刚煤矿：新、老井均为斜井开拓方式，开采龙潭组2煤层，新、老井两井已贯通。该矿的最低开采标高为-14m，巷道走向长360m，倾向宽220m，控制面积约79200m2。巷道充水来源于煤层顶、底板砂岩裂隙弱含水层水及地表水渗入。据访问石坑煤矿与金刚煤矿已经贯通。上述老窑废弃后聚集了较大的水量，经估计老窑积水静储量在40000m3以上，老窑静止水位标高约+150m，最低标高-14m，积水范围 走向长460m，倾向长220m，该水体将成为石灰冲煤矿矿井主要水患之一。4水体分布及其危害性分析本次水文地质调查已基本查明矿井水患的三个方面：1、地表水；2、地下水体；3、邻近老窑静态水体。下面就上述三个方面分析，这些水患将通过何种途径对矿井的生产安全产生影响。4.1地表水对矿井的影响大气降水大气降水通过表土冲积层这一透水层接触煤系地层底下的强含水层茅口灰岩，雨水可通过岩溶通道或溶蚀裂隙导入井下，也可通过煤层顶底板的弱含水层原生裂隙导入井下，还可通过浅部采动影响而形成的煤层顶板裂缝及老空区导入井下达40米。2煤距长兴灰岩达40米，开采后导水裂隙高度远末至灰岩强含水层，雨水通过长兴灰岩空无法进入采空区，所以大气降水不会通过长兴灰岩而影响2煤的安全。地表水体井田范围内未发现明显的水井、泉，也没有河流、湖泊、水库，但有一个小水塘。矿井范围大面积出露的茅口灰岩易受地表降雨时形成径流影响，地表水易直接通过岩溶通道或溶蚀裂隙导入井下。4.2地下水及水体对矿井的影响地下水体包括浅部老窑水、下山采空区积水、构造水、砂岩孔隙水、岩溶水等。它们在生产过程中，随着井下采掘工作面的移动，进行推进或扩散，对矿井生产安全构成影响。石灰冲煤矿矿井范围地下水主要是岩溶水，其影响最为突出，是矿井充水主要水源，其次为浅部老窑及采空区来水，再次是煤层顶底板弱含水层涌水。浅部老窑及采空区水体据访问浅部老窑均在一水平+117.8m之上开采，在+117.8m至+50m之间，老窑沿煤开掘了五个沿煤下山，石灰冲煤矿生产时已全部揭穿，并已疏干了积水，+50m以下无老窑活动。浅部老窑开采后引起煤层顶、底垮落后重新压实，仍存在了导水裂缝，与地表水有水力联系，但经压实后，采空区内空隙率小，积水量不大，也就无大的水体。采空区裂缝水是矿井次要的充水水源，对矿井安全生产威胁小。岩溶水本次调查，现场测定两处岩溶水流量，占矿井总流量55/77=71.4%， 可见岩溶水是矿井主要充水水源。由于煤系地层底板强含水层茅口灰岩大面积出露地表，大气降水和地表水是直接补充水源，通过岩溶通道或溶蚀裂隙进入井下。据访问，井下现有两处岩溶突水点在暴雨季节，突水量明显加大，两处岩溶水均流入-27m水平水仓。干燥季节，-27m水平132kw大水泵一天只需开14小时，而暴雨季节一天需开30小时，可见岩溶发育，岩溶水流量大，对矿井安全构成威胁。弱含水层水主采煤层2煤的直接顶板为长石英砂岩，为弱含水层，具0.5m厚的炭质泥岩伪顶；底板为长石石英砂岩，为弱含水层，顶底板含弱裂隙水，流量很小，不对矿井安全构成威胁。4.3邻近老窑静态水体对矿井的影响矿井许可开采范围以外的西北侧有数处老窑。据相关当事人反映，这些小窑规模很小，没有安装过绞车，全靠人力担出，其深部 (沿煤倾向)斜长不足30米，可推测其开采标高在+80m以上。无论从水头值还是从平距方面考虑，矿井采矿证范围西北的老窑不对矿井的安全构成威胁。矿井以南废弃矿井有石坑煤矿、金刚煤矿，这两个废弃矿井是石灰冲煤矿的主要水患之一。金刚煤矿1968年建井，1995年停产，年产量1万吨。该矿井口标高+155.5m，开采最深标高在-14.0m，开采走向长360m，开采1、2、3煤，主采2煤。石坑煤矿，建于1995年，闭于1997年，共产原煤约1万吨，主采2煤。该矿为斜井开拓，井口标高+151.00m，落底标高+62m，斜长155m，开采走向不长。据调查，两矿在井下贯通并聚集了大量的积水，估计其静态储水量在40000m3以上，两矿静止水位标高约+150m，显然，由于这两个老窑积水量大，距石灰冲煤矿采矿边界近，已成为该矿的主要水患之一，也是制约石灰冲煤矿往南发展的瓶颈。5矿井水害综合防治方案石灰冲煤矿水害综合防治方案主要包括下列四个方面。排水系统的改造。岩溶水的防治对策。老窑静态水体的防治对策。其它方面的改进与完善。5.1排水系统的改造改造的依据煤矿安全规程第二百七十八条规定，主要排水设备应符合下列要求：水泵必须有工作、备用和检修的水泵，工作水泵的能力，应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量(包括充填水及其它用水)。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%。工作和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。检修水泵的能力应有小于工作水泵能力的25%。按到规程要求，该矿+60m水平的设备满足了要求，有二台100D168水平，出水管内径为100mm，一般情况下排水量为54m3/h， +60m水平正常涌水量为36m3/h，所以二台100D168水泵完全能满足排水方面的安全需要。-27m水平仅配置150D306水泵两台，没有达到煤矿安全规程第278条的规定。排水系统的改造由于-27m水平没有达到规程要求，所以必须增加排水设备。-27m水平正常涌水量本次测定为98m3/h，最大涌水量为240.65m3/h。经现场实测，150D306型水泵的排水能力141.3m3/h。所以检修水泵的能力应不小于141.325%=35.3m3/h。-27m至主平峒内出水标高为27+120.311=147.311m，加上吸水扬程5m，所以检修水泵的扬程应不低于152.311m。配套管路为内径为150mm无缝钢管。综上所述，应选150D306型作为检修水泵，该型水泵扬程为163.5m，流量155m3/h，电机功率132kw。泵房的改造，由于当前只有安装两台水泵位置，因此水泵房在现有基础上加长3m，以满足安装备用水泵的需要。吸水井可利用现有的。5.2疏放降压措施疏放降压措施是综合疏干排水、带压开采措施而提出的一种综合防治方案。带压开采石灰冲煤矿含煤岩系地层的顶、底板岩层都是强含水岩层，因此，该矿的煤层开采实际上是一种水体下开采，属“三下”开采范畴。前面分析了煤系地层顶板长兴组灰岩的含水特征，认为：这是一种储水能力小但透水能力强的溶隙型岩溶水体。这种水体一般不会造成突然的、大量的溃水事故，而是一种缓慢的、长期的涌水源。当这种涌水源意外地在采空区特别是采区出现时，虽然不会造成淹井、淹采区等大事件，但必然会破坏采区顶、底板的压力平衡，影响采区的正常布置和推进。该矿最上面的可采煤层是1煤层，1煤层之上至长兴灰岩之间有一层良好的隔水层，这就是1煤层的直接顶板。1煤层顶板由薄层黑色泥岩夹粉砂岩薄层组成，富含磷铁矿结核，是一种易冒落的顶板。厚8.019.0m，平均12.0m 。这个隔水层的存在是提出带压开采的前提，也是确定带压开采安全高度的依据。1、安全回采工作的高度L (据专门水文地质学)B：综合系数，取0.71；Kp：顶板岩层平均抗张系数，取8MPa=80(t/m3)；：顶板岩层平均容重，取2.2(t/m3)；b：开切眼至老顶初次来压时的最大控顶距，取5m；K：顶板岩层碎胀系数，取1.3；m：煤层的实际、累积采厚，取0.86m；：煤层平均倾角，取50；h：煤层顶板至强含水层的厚度，取12m；n：矿山压力系数，取1.5。经计算可得工作面水平投影距离为L50.97m则工作面倾斜长度为L79.29m工作面垂距H60.74m经计算，该矿带压安全开采高度在上述参数取值情况下为：60m。本计算公式为半经验公式，其计算结果带有经验性，因此，矿方应布置采取安全措施的试采工作面进行试采，同时观测顶底板岩层移动及矿井水文地质变化情况，确定实际破坏范围值，以便充实和修正公式中的某些参数，使公式更符合本矿生产实际，从而不断提高预计精度。综合安全技术措施经过计算，本矿带压安全开采的高度为60m，超过这个高度时，必须采取安全技术。为此，本报告从经济角度出发，提出以下综合措施部分充填措施：井下矸石尽量堆放在采空区，特别是采区内的废矸石更要堆放在采空区内，从而达到部分充填的效果，相对地减小开采高度；保障顶板稳定下沉措施：及时放顶，防止大面积、大冲击的冒顶事件，以免波及强含水层；疏干降压措施：采取主动措施，将超过安全开采高度的积水主动揭穿并疏干排放，从而达到降低静水压力的目的。运输大巷布置在茅口灰岩内，并超前采煤工作面100m以上。掘进工作面超前，既可预先对带压岩溶水体进行了疏放，又为采煤工作面的安全生产积累必要水文地质资料。老窑水体下开采在水体疏干前严禁开采。5.3探水探泥措施岩溶水体、构造水体布置在茅口灰岩内，并超前采煤工作面100m以上的底板集中运输平巷，随时可能遇到岩溶水体、构造水体，因此，这些巷道的掘进工作面必须坚持探泥探水措施。探泥探水的超前可参照裘布衣公式计算d=0.5L L：岩巷高度，取2.5mP：水头压力，取45kg/cm2(+300-150m)Kp:石灰岩的抗拉强度 取50kg/cm2经计算可求得：石灰岩中探泥探水时的超前距d=6.5m，考虑安全系数1.5，取整数10m。在煤巷内接近岩溶、构造水体时，一般情况下的超前探水距离也可采用上述公式确定d:超前距离(也可作为岩溶、断层隔水煤柱宽度)(m)L:煤层宽度(或巷道高度)，取2mP：水头压力，取45kg/cm2(+300-150m)Kp:煤层的抗拉强度，取5kg/cm2经计算可求得d=15m，考虑安全系数1.5，取整数25m。注：此处计算的超前距是-150m水平为准的，如果深度超过该水平重新计算。浅部老窑水体未能查明的地下水体主要包括浅部的一些老窑水体。本次水文地质调查了地表有矸石堆的老窑，这些老窑开采历史实在太悠久，未能调查到井下巷道的布置情况，也没法查清其积水情况，总之，除了知道井口的位置，其它无法调查。对这些水体，矿方只有坚持“有疑必探、先探后掘”原则，做到“先探后掘、未探不掘”，只有在确定没有水患的情况下才能布置开拓开采工作。依据访问，本矿老窑水体下限标高基本上高于+100m。因此，本矿布置开拓开采工程时，所有高于+100m水平的沿煤平巷、沿煤上山、沿煤天眼等沿煤巷道工程都必须布置探水工作，做到“先探后掘”，在确保安全的情况下，才能进行掘进工作，特别是开拓开采新的煤层时，更要注意探水工作，坚持“有疑必探”原则。5.4老窑静态水体的防治对策石灰冲煤矿以南的两个较大的老窑：金刚煤矿、石坑煤矿处于连通状态，蓄水量大，达40000m3以上，最大开采深度标高为-14m，水头值达164m左右，是石灰冲煤矿最主要的水患。在矿井边界南部留设必需的防水保安煤柱。保安煤柱宽度d=0.5klK：安全系数取5。L：煤厚取2m。P：水头压力取16.4(kg/cm2)。Kp：煤的抗拉强度5kg/cm2。d=0.552=16m考虑到老窑开采范围的摆动，防水煤柱宽度应在上述计算基础之上增加到30m。+50m水平、+10m水平往南开采的情况表明，矿井开采矿范围内，南部边界煤柱均不可采。即使深部可采的情况下，在-50m水平及当前-27m水平组织生产时，绝不能冒险蛮干，必须严格按照本报告计算的防水煤柱宽度，留设必要的30m保安煤柱。5.5其它方面的改进与完善掘进、回采工作面调整凡在矿井南部边界的采掘工作面必须马上停止作业，严禁超深越界开采。再添置一台QKD-80型4kw探水钻，在可疑区段做到“先探后掘、不探不掘、先探后采、不探不采”。观测降雨量与矿井涌水量的关系，利用三年时间掌握四季经常性降雨量，并记录。井下建立涌水点、水仓入口涌水量观测站，并记录，绘制出一张“石灰冲煤矿矿井涌水量与降雨量关系图”。在-27m及-50m主石门内设置防水闸门，在非常情况下控制来水量，确保主泵房的设备安全。在茅口灰岩及长兴灰岩内巷道，凡巷壁有泥将涌出，在不能确定灰岩内泥浆体积、岩溶空间大小的情况下，必须砌碹支护出泥段，砌体厚度不少于380mm，砌体与岩巷壁接实关紧。由于石灰冲煤矿-50m水平沿2煤下山已把保安煤柱采出一部分，未见采空区来水，为了确保安全，应加强对采空区来水的观察，如发现不正常来水，应立即撤出井下全部工作人员。由于茅口灰岩是富水性强的岩溶裂隙含水层，长兴灰岩是中等岩溶裂隙含水层，与地表水有水力联系，因此加强对地表水、大气降水的观测，采取相应的措施，如清沟、填缝、开导水沟等，从源头上减少补给水源，从而减少矿井水涌水量，是十分重要的。5.6矿井意外突水时应急预案矿井如出现意外突水时，首先要做的是尽快疏散受突水威胁区域井下人员，并及时报告矿调度室和政府主管部门。在确定受突水威胁区域井下人员全部脱离险情后，立即进行排水抗灾。立即关闭防水闸门、关闭水泵房入口防水防火密闭门、关闭水仓与水泵房相通处控制闸门，启动现有两套排水设施排水，并关闭所有防水墙闸阀。视情况，还可以采取地以下两措施：一是若防水闸门、防水防火密闭门、控制闸门均起到了隔水作用，则利用水泵房预设水泵位置，立即从管子斜巷运进一套更大功率的排水设施，抢时间安装，投入抗灾排水。二是若防水闸门，防水防火密闭门、控制闸门有一处未起到隔水作用，则利用材料车，安装一套或多套大排水能力的设施，用绞车牵引移至水面上部适当位置，投入抗灾排水。组织管理雨季前，矿井应成立雨季水害应急指挥部，由矿长任指挥长，下设一室四组。办公室：启动24小时值班制，由矿调度室主任任指挥部办公室主任，负责收集各工作组的上报情况，向指挥长汇报；落实指挥长命令，协调雨季日常工作，对指挥长负责。技术组：由测量、地质、机电、采矿技术人员组成，负责矿井雨季井上、下水文地质工作，分析和掌握各类水害有可能对矿井的影响程度。观察组：由责任心强，具有多年矿山井上、下工作经验的技术工人组成，负责雨季矿井井上、下水害变化现象的细心观察。维修组：由井下电钳工、机修工、水泵工、绞车司机、井巷维修工、泥水工等人员组成，负责矿井雨季设备、设施、井巷的检修与维护工作；负责雨季矿井出现意外水灾时排水抗灾工作。矿井意外水灾抗灾组：由采购小组、救护小组、排水抗灾小组三部分人员组成。负责雨季矿井出现意外水灾时，保障灾区人员抢救及时；保障有效排水设备的及时到位和运转正常；保障排水抗灾速度能达到预期目的。安全技术措施将矿井井下各类井巷、采掘工作面、井上、下各类水体确切填图，分析和掌握雨季各类水对井下或采掘工作面的影响程度。制定出针对雨季调整采掘工作面的布置方案、调整排水设施的方案，对原防治水计划尚未完成的工程，要酌情处理好或尽快继续完成。清理山沟溪流淤塞，保障山沟溪流畅通无阻，派人24小时值班，发现冲击物阻塞山沟溪流，组织人员及时疏通；观察山沟溪流洪水趋势，对有可能淹没或被矸石堆冲刷覆盖的井口和工业广场地段，加固加高防护墙搬走主要设备或疏散井下人员