锦坛三个煤层中常期防治水规划

1 锦坛煤业有限公司锦坛煤业有限公司 中长期防治水规划中长期防治水规划 2011 年 2012 年 编编 制制 人 人 审审 核 核 总工程师 总工程师 矿矿 长 长 二二 0 0 一一年四月二十一日一一年四月二十一日 2 目 录 1 1 前 前 言言 3 3 2 2 矿井概 矿井概 况况 4 4 3 3 矿井地质与水文地 矿井地质与水文地 质质 8 8 4 4 矿井水害条件 矿井水害条件 21 21 5 5 矿井日常水文地质工作要求 矿井日常水文地质工作要求 34 34 6 6 防治水技术与工程路线规划防治水技术与工程路线规划 40 40 7 7 实施时间与进度安排 实施时间与进度安排 46 46 8 8 规划资金概算 规划资金概算 48 48 9 9 结论与建议 结论与建议 49 49 3 附录 有关各项规章制度附录 有关各项规章制度 53 53 一 水害防治规章制度一 水害防治规章制度 53 53 二 防治水奖惩制度二 防治水奖惩制度 55 55 三 水害隐患排查制度三 水害隐患排查制度 56 56 四 防治地面洪水的安全措施四 防治地面洪水的安全措施 58 58 防治水规划路线框图防治水规划路线框图 59 59 1 前 言 煤矿安全规程 第 251 条规定 煤矿企业应查明矿 区和矿井的水文地质条件 编制中长期防治水规划和年度 防治水计划 并组织实施 本着切实解决威胁矿井安全生 产中存在的主要问题 有效避免水害事故的发生 树立水 害防治 零事故 的理念 确保矿井安全的生产 结合矿 井技改计划和未来四年的生产计划接续安排 特制定 锦 坛煤业有限公司 2011 年 2012 年 中长期防治水规划 本规划是依据 煤矿安全规程 矿井水文地质规程 等规范要求和现有水文地质资料 从矿井地质水害水源的 分析入手 掌握地下水运动规律的特征和防治孔隙水 裂 隙水 岩溶水的途径 立足对矿井掘进 回采工作面地质 4 条件与水源涌出情况进行较详细的历史分析的基础上 论 证研究了煤矿中长期发展规划的可行性与必要性 所取得 的规范性远景规划 锦 坛 有 限 公 司 二 一 年四月十五日 5 2 矿井概况 2 1 矿区自然地理概况 锦坛煤业有限公司 原名禹州市联坛煤业有限公司 位于禹州 市西南磨街乡境内 东北直距禹州市城区约 30 Km 东南距神垕镇约 8 Km 地理坐标东经 113 09 25 113 10 58 北纬 34 07 33 34 08 45 有简易公路与禹州 磨街柏油路相通 交通便利 2 1 22 1 2 自然气候与气象 气温 最高气温 41 最低气温 14 7 年平均气温 14 5 降雨量 年降雨量为 430 1132mm 平均为 781 9mm 雨季多集中在 7 8 9 三个月 占年降水量的 70 蒸发量 年蒸发量 1299 4 2113 3mm 年平均蒸发量 1672 3mm 风向及风速 最大风速 21m s 冬季多西北风 夏季多东南风 年平均风速 2 9m s 地温 恒温深度为 40m 温度为 16 3 该区平均地温梯度 1 73 100m 属地温正常 区 未有影响地温的特殊地质因素 2 22 2 矿井概况矿井概况 2 2 12 2 1 井田构造井田构造 锦坛煤业主要开采四2 六2 七4煤层 三煤层均为薄煤层 六2煤层位于二叠系下统下石盒子组上部的六煤段中部 下距二1煤 层 340 m 左右 上距七4煤层 95m 煤层层位稳定 产状与地层产状 一致 煤层倾角 16 左右 煤层平均厚度 1 20m 左右 煤层结构简 单 不含夹矸 矿山范围内埋深 4 至 300m 开采标高 190 至 390m 目前 保有储量 22 7 万吨 可采储量 20 47 万吨 七4煤 层位于二叠系上统上石盒子组七煤段的中下部 煤层倾角 18 左右 层位及厚度较稳定 沿走向倾角变化不大 矿山范围内普遍可采 6 煤层厚 0 7 至 1 12m 一般不含夹矸 煤层埋深 20 至 220m 标高 423 至 275m 目前 保有储量 65 2 万吨 可采储量 31 89 万吨 2 2 2 区域煤层地质条件 锦坛煤业由原禹州市刘门二矿 禹州市三八矿 刘门三矿西井 和杨树沟煤矿整合而成 整合后的矿井西北浅部以花沟正断层 四 2煤层露头为界 南部以牛颈山正断层为界 东南四2煤层深部以云 盖山正断层为界 矿井南北长 1 02 至 2 23 Km 东西宽 1 32 至 2 39 Km 面积 2 431Km 2 矿井属中低山区 井田内地势总体西南 部低 东北部高 地面标高在 352 至 513m 之间 相对高差约 161m 区内无重要建筑物 地势起伏较大 沟坎发育 泄洪条件较 好 矿区周围无大的河流及地表水体 除大气降水外 无其他地表 径流补给 2 3 矿井开拓与生产现状矿井开拓与生产现状 锦坛煤业采用两斜一立井开拓 主井安装 2JT 1 6 型双滚筒绞车 兼做进风 副井安 装 GKT1 6 1 2 24 型提升机 兼做运料 进风 行人等用途 另一回风斜井用来回风 兼 做矿井安全出口 工作面采用后退式开采 采煤工艺为炮采一次蔡全高 矿井主要开采四2 六2 七 4 煤层 首采六 2 煤 设计生产能力 15 万 t a 3 矿井地质与水文地质 3 1 矿区主要地层及矿床水文地质类型 本区主要地层采煤层为四 2 六 2 七 4 煤 四 2 煤层位于二叠系下统下石盒子组中下部的四煤段中部 上距 五 2 煤层 87m 左右 下距二 1 煤层 170m 左右 煤层倾角 13 17 厚度 0 44 1 34m 四 2 煤层顶板为砂质泥岩及中细粒砂岩 底板多 7 为泥岩 砂质泥岩 粉砂岩 六 22煤层位于二叠系下统下石盒子组上部的六煤段中部 下距二 1煤层 340 m 左右 上距七4煤层 95m 煤层层位稳定 产状与地层 产状一致 煤层倾角 16 左右 煤层平均厚度 1 20m 左右 顶板多 为砂质泥岩 局部为细砂岩 底板为泥岩及砂质泥岩 七 4 煤层位于二叠系上统上石盒子组上部的七煤段中下部 下距七 2 煤层一般 5 7m 煤层倾角 18 左右 顶板为砂质泥岩 底板为泥 岩 砂质泥岩或粉砂岩 本区主要地层采煤层为二 1煤 该煤层位于山西组中下 部 上距三 9煤 165m 距五2煤 323m 距六4煤 416m 下 距太原组顶部 L11灰岩一般 6 8m 距一 4煤 56m 二1煤直 接顶板多为厚而坚硬的灰白色中细粒岩屑石英砂岩 K1大 占砂岩 井田东北端及零星部位直接顶板为深灰色粉砂岩 和砂质泥岩 二 1煤底板为深灰色砂质泥岩 伪底为炭质泥岩和灰色 泥岩 共厚 1 2m 其下即为灰色细砂岩和灰黑色砂岩互层 厚约 3 4m 二 1煤层层位稳定 沉积普遍 全井田均可采 云盖山煤矿二矿井田内煤厚在 0 73 14 05m 平均厚 3 78m 煤层倾角一般 13 20 在井田的东部边界 111 勘探线附近有一个较宽的不可采带 根据矿井地质报告 在浅部矿井生产中 开采深度在 100 300m 二1煤矿坑涌水量一般较小 矿井充水水源以老 8 窑老空水和井筒淋水为主 水量较小 易于疏排 其矿床 水文地质条件类型划归为简单型 在 0 水平以深深部生产中 由于矿压 水压在逐步增 高 推测底板灰岩岩溶裂隙水将会是矿床充水的主要威胁 其底板灰岩岩溶裂隙含水层渗透系数为 0 0159 0 25m d 单位涌水量为 0 0142 0 972l s m 属于含水中等的含水 层 本区含水层共有 10 组 而其中对矿井影响最大的是二1 煤底部的寒武系灰岩 太原组下段及上段灰岩属岩溶裂隙 水 强 中等含水层 成为矿井充水的主要来源 二 1煤顶 部的各层砂岩均为微弱含水层 对矿井不构成直接威胁 二 1煤顶板是以砂岩裂隙水为主的水文地质条件简单型 二 1煤底板是以岩溶裂隙水为主的水文地质条件中等型 综 合相邻生产矿井情况和相关规范 将其矿床水文地质条件 类型划归为简单 中等类型 本区内主要断裂构造 褶曲不发育 断裂构造以走向正 断层为主 次为斜交正断层 逆断层罕见 井田内共有六 条落差大小不等的断层 其中 4 条落差大于 30m 主要有云 盖山 花沟断层和牛劲山断层 浅部的花沟断层是井田的 上部边界 深部下白峪断层是井田的下部边界 西端的牛 颈山斜交正断层是井田的西部边界 中间有韩家门断层为 西北盘上升东南盘下降的正断层 构成典型的地堑构造 3 2 矿区主要含水层 9 3 2 1 松散岩类孔隙含水层组 矿区东部为颖河 汝河冲洪积 平原 第四系地层遍布 主要出露地层为中 上更新统的黄土状亚砂土 亚粘土 下部有砂层及砂砾石层 在河流漫滩及其一级上 条带状 分布全新统砂砾石或砂卵石 除 具有浅层水性质外 多为 孔隙承压水 松散岩类的沉积向东增厚 最厚 500 米以上 垂向可分为上 中 下水段 地表 200 米以下为下水段 属二 1煤层顶板裂隙含水层 其厚度沉积变化规律为沿走向变化较小 而沿倾向变 化相对较大 有突然增厚与尖灭的现象 该含水层自 二 1 煤层顶界面向上岩石破碎程度逐渐减弱 岩性致密 裂隙 不发育 且部分被方解石脉所充填 仅在浅部风化带裂隙 较为发育 在浅部生产矿井 该含水层裂隙水多以顶板滴 水形式向矿坑充水 矿坑正常涌水量一般较小 易于疏排 该含水层为二 1煤层顶板直接充水含水层 井田范围 内 大多基岩裸露 本含水层组不发育 对煤矿床开采 没 有影响 3 2 2 碎屑岩类裂隙含水层 在区域水文地质范围内 碎屑岩类的分布面积占四分 之一以上 其中震旦系石英砂岩仅在矿区西北及角子山附 近零星出露 且水量很小 下三叠统地层在向斜轴 部少量 10 出露 富水性弱 二叠系砂岩构成碎屑岩类裂隙含水层的 主体 厚度大 分布广 各种粒度的累计总厚可达 200 米 以上 本段属各可采煤层顶板的砂岩含水层 属于开采时的 直接充水含水层 根据矿区数十层次统计 除平顶山砂岩 以外 单位涌水量 0 01 0 1 升 秒 米 具有水压高 水量小的特点 补绐不良 径流不畅 钻孔单位涌水量为 0 000346 0 158 s m 矿化度 1g L 本层属弱含水层 大量开采实践证明未对 矿井生产产生过灾害性突水事故 3 2 3 石炭系上统太原组上段灰岩含水层 由太原组上段 L8 L9 L10 L11灰岩组成中 厚度为 7 85 15 35m 平均厚 10 79m 其中 L9和 L8灰岩较发育 层位较稳定 分别为中厚层灰岩与燧石灰岩 厚度 0 17 05m 平均 9 98m 据以往 L9 L8层位钻孔资料 单 位涌水量为 0 00000732 0 0166l s m 渗透系数为 0 000446 0 213m d 水位标高为 231 78 302 84m 本层属弱含水层水化学类型为 HCO3 Na 及 HCO3 Na Ca 型 水 矿化度 1g L PH 值为 7 8 8 2 在矿井井巷开拓 中 井底车场和水仓联巷分别最大突水量分别为 0 1 0 4m h 水量较小 其水源推测为 L8灰岩水 说 明灰岩含水层岩石空隙及导 富水性弱 且具有不均一性 但由于各灰岩含水层储水空间和导水通道具有极不均衡性 11 且埋藏较浅地段岩溶较发育 因此 不会对矿井产生大的影 响 开拓过程易于疏排 在断裂构造作用下 当其与下部强含水层产生水力联 系时 富水性则会相应增强 该层为 二 1煤层底板直接充 水含水层 矿井生产中在遇到底 板断裂时 可使该层岩溶 裂隙水导入矿坑 尤其是当其与下部 寒武系灰岩水通时 水量一般较大 对开采 二 1煤层的影响较大 往往造成突 水淹井事故 3 2 4 石炭系上统太原组下段灰岩含水层 本段包含燧石灰岩四层 L4 L3 L2 L1 层位稳定 总厚 7 23 24 19m 平均 14 18m 有时 L2和 L1合并 据 勘探钻孔资料 于浅部钻孔 对该含水层段 的抽水试验 钻孔单位涌水量为 0 000424 2 07l s m 渗透系数为 0 00201 19 49m d 漏水率 19 0 水位标高为 100 200 m 水化学类型为 HCO3 CaMg 型水 矿化度 为 0 4 0 9g l PH 值为 7 0 8 9 说明该含水层渗透 性能强 压力传递快 水位恢复迅速 含水层非均质各向 异性明显 钻孔单位涌水量相差四倍 全区统一地下水位 标高 274 26 258 10m 流向大致北东 本层上距二 1煤层 33 01 62 44 m 平均 46 39 m 在 104 111 勘探线内 均大于 40 m 0 水平煤层开采 时一般水量不大 属于间接充水含水层 局部地段对于开 12 采具有潜伏的威胁 3 2 5 可溶性碳酸盐类岩溶裂隙含水层 本区揭露岩性岩溶裂隙含水层主要由寒武系张夏组 崮山组 石炭系太原组的白云质灰岩 鲕状灰岩 灰岩 燧石灰岩构成 其次为寒武系辛集组和徐庄组的碳酸盐类 岩石 属寒武系上统白云质灰岩含水层 层厚 115 35m 本区出露面积略小于碎屑岩类的分布范围构成了含煤地层 基底 对水害治理有重要的意义 太原组灰岩地表呈狭长长条带状出露 补给面积非常 有限 除个别地段由于断层切割与下伏厚层灰岩对接 接 受一定补给而水量较大外 富水性一般较弱 特别是太原 组上段灰岩更是如此 寒武系中 上统的碳酸盐类岩石有 一定出露面积 地表溶沟 溶槽 溶洞和溶蚀裂隙发育 呈现北方型岩溶特征 在这类岩石中 一方出于本身性脆 质纯 节理裂隙发育 岩溶发育 但极不均一 因而在一 定程度上对地下水的补给好 本层富水性极不均一 赋存 良好的相对隔水层 可以隔断各个含水层组的水力联系 勘查过程中漏 涌 水钻孔和遇溶洞钻孔占揭露钻孔 的 50 集中分布 114 勘探线东北 漏水钻孔和遇溶洞 钻孔均分布于浅部风化带和断裂带两侧附近 垂向上在上 部古剥蚀面以下 50 米内及下部与寒武系接触面为两个岩 溶发育带 同时也是两个较强富水带 据以往资料记载 13 本区出露泉水的吴张沟泉水出露标高为 257 43 m 一般 标高在 200 00 300 00m 上部含水层渗入井田后变为承压水 在地面标高低于 200 米的区段 可见季节性自流泉水 自流量为 0 794 165 35L s 反映出岩溶发育和其导 富水性的不 均一性 据钻孔抽水试验资料 单位涌水量为 0 000767 3 85L s m 渗透系数为 0 00281 47 62m d 水位标高为 256 280m 最高水位一般出现在每年的 10 11 月份 最低水位出现在次年的 4 5 月份 水位年 变幅在 30 米左右 水化学类型为 HCO3 Ca Mg 型水 矿化 度 0 304 0 437g l PH 值为 7 0 7 6 说明寒武灰岩 岩溶裂隙含水层水量充沛 水循环交替性好 水质优良 但其含 富水性好 是区内重要含水层 属强含水层 地 表泉水平均流量 14 36L s 在构造适当部位定托或侧向补 给上部含水层 是二 1煤底板进水的间接含水层 同时又 是区内唯一的永久性供水水源对象 另据周围煤矿生产资料 正常生产排水情况下 矿坑 正常涌水量大于 15 m3 h 时 浅部的许多煤矿矿坑基本无 水 3 3 矿区主要隔水层 3 3 1 二叠系石盒子组碎屑岩段隔水层 该层段残留厚度 0 237 88m 一般大于 100m 由泥岩 14 砂质泥岩 砂岩及断层角砾岩等组成 以泥岩 砂质泥岩 为主 其间夹数层中厚层状中粗粒砂岩和断层角砾岩含水 层 上部基岩风化带和其间中粗粒砂岩 断层角砾岩含水 层 赋存有一定的水量 但由于其夹持于厚层泥质岩之间 且距开采煤层较远 又因含水层砂岩胶结致密坚硬 在该 段中可起到骨架作用 相对增强了泥质岩层的抗压强度 该层段厚度大 在地表呈零星出露 地面坡度大 补给条 件不佳 裂隙不发育 透水性差 能对上部第三 四系孔 隙潜水含水层和下部二1煤层顶板砂岩承压含水层之间的水 力联系 起到良好的阻隔作用 3 3 2 太原组上段顶部隔水层 太原组 L9灰岩至二1煤底板之间 即二1煤层底板碎屑 岩段隔水层 系指二1煤层底界至 L9灰岩顶界之间的薄层砂 岩和砂质泥岩段 岩性以砂质泥岩 细粒砂岩为主 赋存 太原组顶部及山西组底部的泥岩 砂泥岩及粉砂岩 此层沉积不稳定 厚度变化大 层位较不稳定 厚度 介于两极值 1 03 28 62m 平均 12 14m 抗压强度一般 20 公斤 平方厘米 抗拉强度一般 岩石裂隙不发育 透水性 差 隔水性能良好 但因其厚度变化较大 使其在局部地 段隔水作用相对减弱 显然难以阻挡太原组上段灰岩地下 水突入煤层 15 3 3 3 太原组中部砂泥岩段隔水层 L4灰岩顶板至 L8灰岩底板为由中细粒砂岩 泥岩 砂 质泥岩 粉砂岩及夹少量细砂岩组成 间夹薄层灰岩透镜 体 L6灰岩 属于碎屑岩段 个别薄层灰岩 俗称 砂泥 岩段 该层段属于太原组中段碎屑岩段隔水层 沉积厚 度为 14 58 32 84m 平均 22 56m 区内 62 孔过本段全层 者 无一漏水 同一钻孔中 太原组上段与下段灰岩的水 位 水量 水质均有显著差异 这皆表明是一良好隔水层 段 该层段补给条件不佳 裂隙不发育 透水性差 具有 良好的阻隔水作用 是太原组上 下段灰岩含水层之间的 良好隔水层 这一点在周围煤矿生产过程的资料 里 矿坑 疏排水中已得到证实 3 3 4 太原组底部铝土泥岩隔水层 该层属于本溪组泥岩铝土岩隔水层 主要由泥岩 铝 土质泥岩 铝土岩 矿 组成 寒武系顶部与太原组下段 灰岩之间的铝土质粘土岩 岩性隔水性能良好 称为 压 盖隔水层 由于沉积时古地形起伏不平 因此厚度变化大 为 2 1 7 29 5 米 平均 7 37 米 该层层位较稳定 力学 强度弱 中等 岩性致密 裂隙不发育 透水性差 含富水 性弱 正常情况下是一 1煤层底板的良好隔水层 对于阻隔 下部寒武系灰岩岩溶裂隙水充入煤矿坑起着重要的阻隔作 16 用 本层情况较复杂 本区寒武系顶部古岩溶已被充填 致使界面以下 10 余米以内岩溶裂隙不够发育 相对隔水层水层段还 可下延 加之岩性良好 因此具有一定隔水作用 至少起 缓冲 作用 使得太原组下段灰岩与寒武 系灰岩富水性有很大差异 由于勘探阶段难以查明的小断层的存在以及岩石的 破碎 又能使隔水作用仅限定一定区段 下伏厚层 灰岩地下水通过不同渠道碾转补给太原组下段灰岩 表现在钻孔不同层位的水位 水质接近 本层在其沉积薄弱地段或遭受构造破坏时和在高压 地下水水头作用的条件下 则会弱化或失去隔水作 用 3 4 矿区基本构造 井田西北侧灰岩裸露 山坡坡度大 沟谷发育形成狭窄 的 v 字型谷 井田南东牛颈山 跑马岭 云盖山构成单 面山地形 其南坡坡角 4 13 由平顶山砂岩组成顺倾向 的平缓构造坡 北坡坡角 20 左右 为细砂岩 泥岩组成 坡度陡峻的剥蚀坡 平行山脊走向之间为剥蚀作用形成的 次生山间凹地 宽 300 2000 米 沉积有粘土 亚粘土 坡积碎石 17 根据资料核查 截止 2009 年底矿井保有地质储量 2128 万吨 可采储量 1325 万吨 二 1煤煤层稳定 煤层结构简 单 大部分不含夹矸 煤层厚度变化大 经常出现厚薄相 间的复煤包体 具有突然增厚 变薄以至尖灭现象 厚薄 变化无规律 给开采带来一定困难 本区含煤地层为晚石炭纪太原组 二叠纪山西组和上 下石盒子组 煤系地层总厚度约 700m 分为 8 个含煤段约 含煤 50 层 煤厚约 10 77m 含煤系数为 1 5 左右 其中 可采和局部可采从下至上有二 1 三2 五2 六4四层煤 平均总厚度 6 8m 地质资料表明地层与煤层分布的厚 薄 不同 煤层水的积存和水含量差异也很大 需要在准备和 回采期间引起注意 3 5 矿区地下水的补给 径流及排泄条件与特征 矿区内主要充水含水层为二1煤层之顶 底板直接充水 含水层 在浅部接受大气降水的补给 并沿地层走向及倾 向向东部及深部迳流排泄 矿井生产过程中 生产排水是其主要排泄方式之一 由于本区属丘陵地形 地面坡度比较大 地表植被稀疏 有利用大气降水及地表水的迳流和排泄 区内也未发现特 大的断裂构造 且含水层间有隔水层相阻隔 故依据前面 分析含水层间无水力联系 井田区段吴张沟水文地质单元 二叠系各可采煤层顶 18 板的砂岩含水层及石炭系太原组灰岩含水层地表出露不良 面积有限 呈条带状分布 且排泄条件良好 也不利于大 气降水的补给 由于地形的切割 往往在沟谷中以泉水形 式排泄 或者通过浅部生产矿井人工排泄 补给区与径流 区接近一致 除太原组下段灰岩外 水文地质条件简单 寒武系灰岩地下水的补给区外围的祖师庙断层 F6 下 盘地段 走向 10 公里 含水层出露宽度不到 2 公里 承受 大气降水补给后流向东及北东 径流距离很短 补给和径 流区一致 在 114 勘探线以东的浅部地段 沿北东向形成约 4 平 方公里的径流带 宽度不足 1 公里 地下水向东流动 穿 过 F15 F16 等个断层 在构造复合部位的吴张沟附近 以 泉群形式集中排泄 多年以来流量 67 91 0 218 L s 近 年平均流量 14 63 L s 综合以上因素分析 矿区补给 径流及排泄具有以下 特征 本区具有补给面积有限 径流距离短 排泄点集中等 水文特点 3 6 地表水地下水的动态特征 3 6 1 地表水的动态特征 本区地表水系不发育 排泄渠道 旱季几乎断流 雨季 水量增大 雨后很快出观最大流量 洪峰流量大于 2 立方 19 米 秒 实际测流量 0 803803 0 002 立方米 秒 动 态变化明显受大气降水控制 井田内煤厚变化较大 地质资料表明煤厚的厚 薄不同 尤其对于凸镜状煤包或被薄煤带所包围的厚煤带岩层等 具有一定的储水条件 二 1煤层上部各砂岩含水层均与大气降水联系密切 雨 季到达前 泉水 老窿 生产矿井出现最小流量 然后随 着降水的补给而回升 快慢不一 一般十余天到达高峰 需要在准备和回采工程期间引起注意 3 6 2 地下水的动态特征 太原组上段灰岩含水层 富水性微弱 降水后补给缓慢 最高水位滞后月余 高峰出现后很快下降 变幅很大 雨 季与旱季水位标高相差 32 米以上 太原组下段灰岩含水层富水性中等 由于含水层较薄 储水能力有限 因此长期干旱时水位阶梯状下降 直至雨 后回升 经过月余出现高峰 随之又开始下降 本层由于 富水性优于上段灰岩 因此径流区水位下降速度远低于上 段灰岩 寒武系灰岩含水层的富水性较强 地表泉水水量受大气 降水控制 雨后很快出现最大流量 泉水不均匀系数很大 深部井田水位的变化幅度小于浅部 与太原组下段的动态 变化规律相似 有一定的储水能力 上升快而下降慢 雨 20 后月余到达高峰 往往出现在 8 月下旬 然后缓慢下降 表现出集中补给 常年消耗的特点 最高水位之后 出现 阶梯状缓慢下降 直至翌年雨季到来为止 处于不同水文地质部位的井田 地下水位年变幅差别明 显 愈靠边补给区愈大 达到 11 64 米以上 愈临近泄区 愈小 小于 4 41 米 本层的动态观测点资料较多 应留意 对区内 1051 长观孔的观察 4 矿井水害条件 4 1 矿井充水水源及其特征 4 1 1 地表水和大气降水 地表水和大气降水进入矿坑两个方式 通过封闭不良钻孔 根据资料 井田精查时期所 做的大量钻探工程钻孔封闭 情况不明 一般来说 封闭不良钻孔可以上下沟通多个含水层的水力联系 一旦通过钻孔导水发生突水 突水水源补给充足 水量大而稳定 对矿坑产生极大的危害 由于冒落裂隙高度沟通顶板砂岩含水层和第四系松 散层含水层 地表水和大气 降水蕴涵丰富 从而沟 通下部矿坑 构成巨大的威胁 21 矿区附近主要地表水流均已经查明 河流以往主要接 受大气降水的水源补给 均为季节性河流 以排泄山洪为 主 其次在浅部接受大气降水的补给 并沿地层走向及倾 向向深部迳流排泄 因近几十年以来 受矿坑排水及邻近厂 矿等排出的 工业废水的补给 而变成常年性溪流 在河水流经煤层隐 伏露头地段 开采放顶形成的冒落破裂带和地表凹陷 为 大气降水和地表水向矿坑充水提供了导水通道 从而使之 成为矿坑充水水源之一 每年在汛期来临之前要组织有关人员对地面采空区 上部进行查看 对沉陷坑和裂缝及时组织回填和堵漏工 作 4 1 2 顶板裂砂岩裂隙水 包括山西组和石盒子组两组地层 总体来说 砂岩裂 隙含水层属于巨厚型 其岩性是泥岩和砂岩交替沉积 含 水性弱 一般情况下可以疏干 对采矿基本没有威胁 但 由于裂隙发育的影响 在局部地段存在富水区 所以在一 定条件下 上层的砂岩裂隙水可成为影响生产的顶板水害 突水水源 采煤后随着顶板陷落 上层砂岩水多从老塘口 以老塘水形式涌出 老塘水受到堵塞时积聚 当压力升高 超过临界值时 突然涌出形成灾害 属于开采时的直接充水含水层 是为 各可采煤层顶板 22 的砂岩含水层 二 1煤直接顶板多为厚而坚硬的灰白色细 粒石英砂岩 井田东北端及零星部位直接顶板为深灰色粉 砂岩和砂质泥岩 二 1煤顶板是以砂岩裂隙水为主的水文地质条件简单型 顶部的各层砂岩均为微弱含水层 具有补绐不良 径流不 畅 水压高 水量小的特点 含水层在井田范围内 大多 基岩裸露 本含水层组 又不发育 对煤矿床开采影响 不突 出 对矿井不构成大的直接威胁 在浅部生产矿井中该含 水层裂隙水多以顶板滴水形式向矿坑充水 矿坑正常涌水 量一般较小 易于疏排 但是 因各灰岩含水层储水空间和导水通道具有极不 均衡性 且埋藏较浅地段岩溶较发育 二叠系各可采煤层 顶板的砂岩含水层及石炭系太原组灰岩含水层地表随少有 出露 呈条带状分布 所以对矿井生产安全的影响也不容 完全忽视 4 1 3 底板灰岩水 底板含水层为石炭系太原组和寒武系灰岩含水层 其 中石炭太原组灰岩含水层包括L8 7灰岩水 L2 1灰岩含水 层水位标高较低 石炭系太原组灰岩含水层主要接受寒武 系灰岩含水层补给 水位标高 258 10 270 46 米 寒武 系灰岩含水层水位较高 水位标高 256 280 米 二 1煤底板为深灰色砂质泥岩 伪底为炭质泥岩和灰色 23 泥岩 其下即为灰色细砂岩和灰黑色砂岩层 在含水层的 10 组中对矿井影响最大的是二 1煤底部的寒武系灰岩 太原组 灰岩均属岩溶裂隙水 底板是以岩溶裂隙水为主的简单 中等型水文地质条件 成为矿井充水的主要来源 尤其是 在深部生产中 由于矿压 水压的逐步增高 底板灰岩岩 溶裂隙水将会是矿床充水的主要威胁 另外 在断裂构造作用下 矿井生产在遇到底板断裂 时 当其与下部强含水层产生水力联系时 富水性则会相 应增强很多 成为二 1煤层直接充水含水层 可使该层岩 溶裂隙水导入矿坑 特别是与下部 寒武系灰岩水沟通时 水量一般较大 对开采 二 1煤层的影响较大 往往是造成 透水 突水和淹井事故重要原因 4 1 4 老空水 因矿区开采历史长 不仅越界私挖滥采严重 而且技 术管理混乱 造成老空区面积 积水范围 积水量不宜查 清 给生产带来极大的安全隐患 二1煤层在深部矿井生产中 矿井涌水量一部分来自 矿坑充水水源 以老窑 老空水为主 水量较为集中 老空水水源进入矿井的途径是采掘工作面接近或沟通 老窿 废巷及老空区时 引发老窑水进入巷道或工作面 目前西翼万迪煤矿老空水水源是二矿主要的矿井水害 水源 加强对矿区西翼北部的采空区管理势在必行 24 4 2 矿井充水途径及其特征 矿井充水途径是指连接充水水源与矿井之间的导水通 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 构造类导水通道 如断层 裂隙等 采坑扰动类导水通道 如顶板冒落 底版破碎 煤 柱击穿等 人类工程类导水通道 如封闭不良钻孔 小煤窑等 按导水通道的形态可分为 点状导水通道 如陷落柱 封闭封闭不良钻孔 岩 溶塌陷洞等 线状导水通道 如断层带或断裂破碎带等 面状导水通道 如发育于顶 底扳岩层的各类裂隙 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 根据井田地质与水文地质资料分析 本区主 要充水水源位于主采煤层上部小煤窑采空区与下部灰岩含 水层 在该条件下可能发生的导水通道类型主要有 4 2 1 构造断裂 25 由构造断裂形成的断层破碎带 往往具有比较好的透 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 本区内主要断裂构造 褶曲不甚发育 断裂构造以走向 正断层为主 井田内的断层落差大小不等 其中有 4 条断 层落差大于 30m 主要有花沟断层 韩家门断层 云盖山断 层和牛颈山断层 以及深部的下白峪断层 浅部的花沟断 层是井田的上部边界 深部下白峪断层是井田的下部边界 西南端的牛颈山斜交正断层是井田的西部边界 中间有韩 家门断层为西北盘上升东南盘下降的正断层 具有典型地 堑构造 在断裂构造作用下 韩家门断层切割太原组灰岩含水 层 0 水平以下富水性较弱 在井田的 112 勘探线东部富 水性较好 属底板间接充水含水层 当断层与下部含水层 产生水力联系时 富水性则会相应增强 在矿井生产遇到底板断裂时 该 断层为二 1煤层直接 充水含水层 可使该岩溶裂隙水导入矿坑 尤其是当其与 下部寒武系灰岩水沟通时 水量一般较大 对开采 二 1煤 层的影响较大 往往是造成突水淹井事故的元凶 水源进入矿井的途径是 26 采后冒裂带 断层带 采掘巷道揭露顶 底板砂岩水 封孔不良的钻孔等 本区井田总体构造形态为走向北东 倾向南东的单斜 构造 区内断裂构造不发育 主要为二1煤顶板的花沟断层 次为韩家门断层 构造复杂程度中等 区内构造走向正断层 把井田分为阶梯状的三个大块 段 花沟正断层 倾向北西 倾角44 左右 落差 25 60M 位于二1煤层顶板 构造破碎带厚度 5 100m 主要由岩性复杂的角砾岩所组成 角砾多 为泥质胶结 遇水后再生胶结性强 故其导富水性 弱 矿井生产开采条件下 顶板易冒落破裂 工程 地质条件较差 韩家门断层为井田中部的西北盘上升东南盘下降的 正断层断层 其走向北东 倾向南东 倾角70 左 右 落差20 30m 是区内太原组上段灰岩含水层 非均质各向异性明显 属于区内压扭性构造 构成中 部的相对给水边界 局部地段对于生产具有较小的 威胁 在开拓时应留意 云盖山断层为深部断层 其走向东西 倾向 北西 27 倾角 65 左右 落差30 100m 使区内二1煤层与太 原组上段灰岩含水层段相对接 构成深部的相对给 水 边界 未来深部开拓应留设防水煤柱 矿井综合水文地质条件简单 地表水系不发育 属贫 水区 矿井目前涌水量 19m3 h 二 1煤顶板各含水层 富水 性弱 漏水钻孔很少 单位漏水量 q 0 000346 0 0772L s m k 0 00178 0 715m d 对二 1煤开采均无威胁 煤层底板下伏有三个含水层均属底板直接或间接充水 的含水层 但其隔水层岩性良好 有一定的隔水作用 区 内各断层的导水性能差 对开采无大的威胁 上山开采过程中矿井西部采区存在的小煤窑越界开采 形成的老空积水仍是矿井的主要水害来源 4 2 2 底板破坏 当开采煤层底板隔水层之下赋存有有高承压含水层时 在矿床未开采前 水岩处于一定的力平衡状态之下 一旦 煤层被开采 在隔水层之上形成临空边界并产生应力释放 后 矿压和水压的作用下 隔水层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沟通底板承压含水层时 必然导致 底板之下承压含水层水涌人矿井 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 28 太原组 L9灰岩至二1煤底板之间 即二1煤层底板碎屑 岩段隔水层 系指二1煤层底界至 L9灰岩顶界之间的薄层砂 岩和砂质泥岩段 岩性以砂质泥岩 粉细粒砂岩为主 赋 存太原组顶部及山西组底部的泥岩 砂泥岩及粉砂岩 岩 石裂隙不发育 透水性差 隔水性能良好 但因其厚度变 化较大 使其在局部地段隔水作用相对减弱 显然难以完 全阻挡太原组上段灰岩地下水突入煤层 水源进入矿井的途径是 采掘工作面 采后冒裂带直接揭露灰岩灰岩岩溶水 地面塌陷坑 导水断层 封孔不良的钻孔等 4 2 3 封闭不良钻孔 封闭不良钻孔是典型的由于实践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 且当井下生产活动揭露或接近时 会产生突发性的突水事 故 封闭不良钻孔垂向上串通了多个含水层 所以一旦发 生该类导水通道突水事故 不仅初期水量大 而 末期会有 较稳定的补给量 29 封闭不良钻孔不仅是各含水层间产生压力联系的通道 也是矿井的重要充水因素 对矿井构成重大水灾隐患 在 今后的生产一定要特别留意此类危险性 在新采区生产之前 必须检查清楚钻孔或其附近地区 各种钻孔的技术资料 加以防范 4 3 影响和控制矿井水害的主要因素 经分析现有资料 地表水 第四系砂砾石孔隙潜水和 煤层顶板砂岩水对矿井采掘基本不构成灾害性威胁 影响矿井开采的主要水害因素是 煤层底板灰岩水 浅层煤矿越界开采老空水 造成水害的通道有 构造破碎带 采动破坏底板 封闭不良钻孔 因此 煤层底板水害因素 要在今后成为矿防治水工 作的研究重点 4 4 矿井涌水量 根据开拓时揭露的各个含水层的不同情况和采区面积 等参数 砂岩裂隙含水层 岩溶裂隙含水层分别采用了地 下水动力学的有关适用计算方法做出相关预算 4 4 1 三9煤层初期采区涌水量 30 大井法 Q 1 366K 2H M M 1gRo 1gro 1 366 0 243 f 2H M M1gRo 1gro 2 289 86 7 60 7 60 1g2192 1g763 3149 立方米 日 131 立方米 小时 狭长地沟法 Q KB 2H M M R 0 243 3400 2 289 86 7 60 7 60 1429 2514 立方米 日 105 立方米 小时 4 4 2 二1煤层初期采区涌水量 顶板正常涌水量 大井法 式 Q 1 366K 2H M M 1gRo 1gro 1 366 0 0543 2 285 70 17 89 17 89 1g1835 1g1169 3751 立方米 日 156 立方米 小时 狭长地沟法 式 Q KB 2H M M R 0 0543 3400 2 285 70 17 89 17 89 666 31 2745 立方米 日 114 立方米 小时 底板正常涌水量 直线型涌水量方程 式 Q q1S1 q2s2 0 0162 303 63 0 0356 274 64 5 90 升 秒 21 立方米 小时 顶板全部塌陷冒落后的最大涌水量 大井法 Q 1 366K 2H M M 1gRo 1gro 1 366 0 112 f 2H M M1gRo 1gro 2 278 42 30 59 30 59 1g2101 1g1169 9673 立方米 日 403 立方米 小时 狭长地沟法 Q KB 2H M M R 0 112 3400 2 278 42 30 59 30 59 932 6577 立方米 日 274 立方米 小时 底鼓最大可能突水量 突水初期按直线型涌水方程计算 Q qs 0 671 263 93 177 升 秒 637 立方米 小时 32 突水后期稳定水量按指数型涌水量曲线方程计算 Q qo m s 式 1Gq 1gqo 1Gs 1 m 0 0427 0 7944lg263 93 1 88091 Q 76 升 秒 274 立方米 小时 4 4 3 采用的计算结果 三9煤层初期采区涌水量 按照不同方法计算的水 量 可以视为正常及最大涌水量 分别为 105 131 立方米 小时 二1煤层初期采区涌水量 矿井正常涌水量采用 Q 156 21 177 立方米 小时 最大涌水量采用 Q 274 21 295 立方米 小时 发生底鼓突水时 初 期增加水量 637 立方米 小时 末期为 274 立方米 小时 合 计计算方法 水 源 式式 式 式式 式 采用值 正常最大突水 初期 突水突水 末期 直接顶板直接顶板 156114156 直接底板直接底板 2121 全部冒落全部冒落 403274274 底鼓底鼓 突水 初初 期期 637637 177 295 932 569 33 排水系统能力考核 矿井正常涌水量为 15m3 h 最大涌水量为 30 m3 h 采用一级排水 主排水泵 房安装 D85 45 7 水泵三台 功率 130kw 排水 管路三趟 二趟为 75mm 一趟为 100mm 能 够满足安全生产的需要 168 水平和 60 水平水仓 水仓容积分别为 960M 和 1120 M 有关计算成果参见下表 二1煤层初期采区预计涌水量 立方米 小时 5 矿井日常水文地质工作要求 矿井日常水文地质工作是保证煤矿日常安全生产的 项重要技术基础工作 其基本任务包括 开展矿井水文地质补充调查 补充勘探和水文地质 观测 末末 期期 274274 34 为矿井采掘 开拓延伸提供水文地质资料或报告 在采掘工程中进行水害分析 预测和防探水 5 1 水文地质补充调查与观测 5 1 1 地面水文地质补充调查 包括气象资料搜集 降水量 蒸发量 气温 气压 相 对湿度 风向 风速以及历年月平均直和两极值 地貌调 查着重调查由开采引起的塌陷 人工湖等地貌变化 地质 调查 第四系覆盖层 基岩露头 地质构造的形态 产状 性质 规模 破碎带等 其它还应调查的内容包括地表水体 小煤矿采空区积 水量等 5 1 2 井田地下水位 水压 观测 包括气象观测 地表水观测 地下水动态观测等 因 矿井开采深度大 预计不会对地表水产生影响 本规划设 计地面水文观测孔 井下观测孔 连原来的等孔 应该要 求对各个观测孔水位 水压 实施观测 每月观测次数不得 少于 3 次 对观测孔逐个实施观测 5 1 3 井下水文地质观测 在开拓主要采区巷道时 应及时进行井下水文观测与 编录 并且要绘制实测水文地质剖面图或展开图 当巷道穿过含水层时 应详细描述其产状 厚度 岩性 构造 裂隙或岩熔的发育与充填情况 揭露 35 点的位置及标高 出水形式 涌水量 水温等 并 采取水样进进行水质分圻 对含水层裂隙 应测定其产状 长度 宽度 数量 形状 尖灭等情况 充填程度及充填物 观察地下 水活动的痕迹 绘制裂隙玫瑰图 井选择有代表性 的地段测定岩石的裂隙率 对岩熔应观其形态 发育情况 分布情况 有无充 填物以及充填物成分 充水状况等 并绘制岩溶素 描图 对褶曲应观测其形态 产状 破碎情况 对突水点应详细观测记录突水的时间 地点 确切 位置 出水层位 岩性 厚度 出水形式 围岩破 坏情况等 并测定水量 水温 水质 沙含量等 同时观测附近的出水点和观测孔涌水量 水位的变 化 并分析突水原因 主要突水点可作为动态观测 点 并编制卡片 附平面图和素描图 5 1 4 矿井涌水量观测 矿井涌水量观测每月不少于 3 次观测 井下新的出水点在涌水量尚未稳定以前 每天不少 于 1 次 井下疏降孔涌水量和水压在稳定以前应每小时观测 1 次 稳定后正常观测 36 5 2 矿井水文地质补充勘探 井下矿井水文地质补充勘探 应编制补充勘探设计并 按规定报批 地面或井下水文地质勘探钻孔均应进行单孔设计 并 按规程和规范进行施工 5 3 矿井水文地质基础资科和图纸 5 3 1 水文地质台帐 水文地质基础资料必须认真搜集整理 长期保存 为 了使矿井水文地质基础资料系统化 应建立以下各类的水 文地质台帐 矿井涌水量观测成果台帐 气象资料台帐 钻孔水文及井泉动态观测台帐 抽 放 水试验成果台帐 矿井突水点卡片或台帐 井下水文地质钻孔台帐 水分析析成果台帐 矿区水源井 孔 台帐 封闭不良钻孔台帐 其它专门项目台帐 5 3 2 矿井必备的水文地质图纸 包括 37 矿井充水性图 矿井涌水量与各种相关因素动态曲线图 矿井综合水文地质图 水文地质柱状图 水文地质剖面图 主要含水层等水位线图等 5 4 工作面水害预测与防探水 应开展水害因素分析和水害预测工作 根据采掘接续 计划 结合水文地质资料 全面分析水害因素 提出水害 分析预报表或预测图 在采掘工程中对预报表 图进行检 查 补充和修订 发现险情 应及时发出水害通知单 并 采取相应预防措施 防探底板突水 采掘前必须具备勘探或补充勘探 的资料 水文地质条件基本清楚 对可能发生的 水害及其预防措施提出建议 预防有突水可能的 危险区 预计可能的最大涌水量 防探断层水 应核准断层产状 位置 分析断层 带的富 导 水性 并在平面图和剖面图上确定 断层与工 作面的空间几何关系 巷道通过导水 或可能导水断层前 必须超前探水 并采取相应 的防水措施 对与强含水层连通的导水断层 必 须按规定留设防水煤柱 38 防止钻孔突水 应对采掘范围内穿越煤层顶 底 板的强含水层的钻孔进行核查 分析判定封孔质 量 对封闭不良的钻孔 分别采取相应的预防措 施 根据勘探地质报告 对封孔质量居多 在掘进或 接近回采接近封孔时加强勘察 防止因钻孔导水 而引发突水事故 探放老窑与老空区积水 超前距离一般不得小于 10 20m 探岩层或断层时 应根据水压确定 见下表 工作面防探水钻孔超前距离一览表 水压 kgf cm2 钻孔超前距 m 水平 垂直 止水导管长 m 10 108 5 10 20151210 20 30201515 39 6 防治水技术与工程路线规划 6 1 防治水技术研究 6 1 1 寒武系灰岩和太原组灰岩水 带压开采 研究 随着云盖山煤矿二矿矿井采掘工程向下延伸 寒武系 灰岩和太原组灰岩含水层水压逐渐增高 其突水的几率增 大 成为矿井重要的突水因素 高压寒武系灰岩和太原组 灰岩水将严重制约着矿井的远景开采 按照韩家门断层以上接替规划 和 21204 采煤工作面 服务年限 目前二 矿开采尚属于浅部开发 水文地质条件 较为简单 加强开展寒武系灰岩和太原组灰岩水 带水压 开采 的技术研究 对找出其地下水运动规律和突水规律 避免在薄弱地带和隐伏导水地带寒武系灰岩和太原组灰岩 水突水灾害发生 具有十分重要的意义 有效利用 1051 水文观测孔 观察水文观测孔地下水位 变化情况 建立台帐以便及时掌握第一手资料 6 1 2 积极开展直流电法物探和瞬变电磁物探工作 地下水径流带和断裂构造的存在是突水通道 也是造 成突水的重要原因 通过在井下进行直流电和瞬变电磁物 30 20 15 15 40 探 可以查明水文地质异常带 查出采区围内的 5m 以下的 断层 查明主要导水通道和隐伏导水构造为矿井防治水工 作提供科学依据 将来在 0 水平附近施工 用瑞利波和瞬变电磁物探 在掘进工作面或回采工作面进行直流电磁物探 以有效查 明水文地质条件和构造分布情况 根据集团公司要求和云盖山煤矿二矿的实际情况 每 个工作面和主要岩巷掘进工作面在投入生产或施工前 都 要进行直流电法物探 以查明工作面掘进头周围和前方的 水情水害 6 1 3 逐步建立煤层底板注浆加固系统 随着二矿采掘工程逐步延伸 对物探查出的水文地质 异常区 超前进行注浆加固 加固煤层底板含水层 特别 是对太原组灰岩含水层 改造后可以成为良好的隔水层 增强底板隔水能力 增强矿井抗灾 减灾 防灾的能力 防止底板突水事故发生 6 2 防治水工程