8514综采探水设计.doc

后 安 煤 炭 有 限 公 司4#层8514综采工作面探放水设计一、井下钻探目的 1、煤层变薄、分叉或是其它赋存异常时，探查前方煤层赋存情况； 2、探查前方断层、陷落柱等地质构造赋存及其产状情况； 3、探查前方老空、老巷情况及其积水、积气情况； 4、探放巷道前方积水与瓦斯情况。5、务实基础，为有效地防治矿井水害做好必要的准备，增强矿井抗灾能力。二、井下钻探设计依据 1、煤矿防治水规定； 2、煤矿安全规程； 3、防突规定；4、山西地科勘察有限公司2011年3月提交的山西朔州平鲁区后安煤炭有限公司矿井水平延深地质报告；5、山西地科勘察有限公司2011年6月提交的山西朔州平鲁区后安煤炭有限公司采（古）空区积水、积气及火区调查报告；6、山西省煤炭工业厅晋煤规发20111132号文关于山西朔州平鲁区后安煤炭有限公司矿井水平延深地质报告的批复。三、设计原则 1、总则：“预测预报，有掘必探，先探后掘；先探后采，先治后采”。2、探放老空水、陷落柱水和钻孔水等，探水钻孔应成组布设，并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形。3、探放断裂构造水、岩溶水等钻孔，必须沿掘进方向的前方及下方布置。底板方向的钻孔不得少于2个。4、煤层内原则上不得探放高于1MPa的充水断层水、含水层水及陷落柱水等，如确实需要，可先建防水闸墙，并在闸墙外向内探放水。四、井田水文地质1.区域水文地质本井田位于宁武煤田北部平朔矿区，平朔矿区多为黄土覆盖，沟谷中基岩零星出露。宁武煤田以宁武向斜为主体构造，地形总体呈中部高，南北两端低之趋势。以宁武南分水岭为界，将地表水体分为两个不同的地表水系，分水岭南部属汾河水系，为黄河流域；分水岭以北属桑干河水系，为海河流域。以朔州平原南部王万庄区域性大断裂为地下水相对隔水边界，将宁武煤田划分为南北两个独立的水文地质单元，南部属下马圈泉域，北部属神头泉域。本区属神头泉域水文地质单元，其边界条件受区域地层、构造及地貌特征等条件的制约。南部以王万庄大断裂以南宁武向斜轴部为界，属隔水边界；西部以管涔山脉地表分水岭为界；北界与三层洞泉域相隔，岩溶水由北、西、南向神头泉排泄，泉域总面积4756km2，出露地层有寒武、奥陶系碳酸盐岩，石炭、二叠纪煤系地层，中生界侏罗、白垩系碎屑岩以及新生界松散层，泉口标高1049.9-1058.08m，年均排泄量4.52 m3/s(2005年观测资料)。矿区内河流有马关河、七里河，均由北而南穿越朔县平原入桑干河，为常年流水，属海河流域桑干河水系。马关河流量一般为0.040.06m3/s，洪水期流量可达100200 m3/s，1921年特大洪水流量达348m3/s，七里河流量一般为0.1320.236 m3/s，雨季时流量骤增，最大洪峰值22 m3/s，洪峰持续时间为4.2h。1）区域含水层矿区地处宁武向斜的北端，水文地质条件受宁武向斜控制。矿区的西、北、东外围大面积出露寒武奥陶系地层，矿区内多被黄土覆盖，只有在东部有石炭系、二叠系地层出露，矿区含水层组可分为奥陶系中统石灰岩岩溶含水层、石炭、二叠系砂岩裂隙含水层组和第四系河谷冲积、洪积层孔隙潜水含水层。（1）奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层奥陶系岩溶裂隙含水层为矿区主要的含水层，在盆地东、北、西三面广泛出露，接受补给条件好，富水性强。岩性以厚层状深灰色及浅灰色石灰岩、白云质灰岩为主，局部夹薄层泥质灰岩或泥灰岩等，在地表露头部分节理发育，并可见到小溶洞等喀斯特现象。奥灰岩溶水属神头泉域，神头泉群位于井田东南神头镇一带，现露于洪涛山前源子河两岸及河谷中,为桑干河主要源头。泉域以接受大气降水补给为主，地下水流向南东，水力坡度0.4。（2）石炭系上统太原组砂岩裂隙含水层主要分布在各煤层之间的砂岩带，为中、粗粒砂岩，有时相变为细粒砂岩或粉砂岩，成份以石英、长石为主，颗粒分选好，一般为基底孔隙式胶结，节理裂隙不甚发育，透水性较差，厚度为515m，因补给来源小，含水性较弱。（3）二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层岩性主要为厚层状中、粗粒砂岩、细粒砂岩或粉砂岩。底部的粗粒砂岩为较好的含水层，成分以石英、长石为主，分选及磨圆度较差，有时相变为细砾岩或巨粒粗砂岩，一般为孔隙接触式胶结，节理裂隙较发育，有较好的透水性，厚度为1020m左右，全区普遍发育，特别在向斜轴部，含水性较为丰富，局部地带承压有自流现象。（4）二叠系下统下石盒子组风化裂隙含水层本组地层在区内广泛出露，构成区内主要风化壳，岩性主要为黄绿色中、粗粒砂岩夹粉砂岩及砂质泥岩，有时间夹细砾岩或含砾粗粒砂岩，风化裂隙发育，透水性较好，区内大部分裂隙下降泉皆出处自该地层。（5）第四系全新统冲、洪积孔隙含水层第四系河谷冲、洪积孔隙潜水含水层，主要接受大气降水补给和河水补给，沿河谷由上游往下游，含水层厚度增大，富水性增强。2）区域隔水层石炭系中统本溪组隔水层：岩性为泥岩、铝土泥岩、砂质泥岩、石灰岩，层位稳定，延续性强，为区内主要的隔水层。3）区域地下水的补给、径流和排泄条件区域地下水的补给来源主要为大气降水，其次为地表水，其中山区盆地外围西、北、东三面的奥灰岩出露区为奥灰含水层补给区；盆地内的黄土丘陵地带及平原区为其它下伏各含水层的补给范围，但由于盆地底部基岩与第四系地层之间在大部分地区存在有上新统棕红色粘土，它对黄土层中地下水的下渗起阻隔作用，仅在黄土覆盖较薄或有基岩出露的沟谷地带才补给下伏基岩含水层。按区域地下水的径流特征，可划分为二个径流区：（1）北部黄土丘陵区地下水由东、西两侧汇集于向斜轴部，之后由北往南向山前平原径流，并在山口受担水沟断层和耿庄断层的影响折向北东。（2）南部平原区地下水由西向东经宁武向斜轴部向朔州平原地带汇聚，在其基底断裂的作用下，水力梯度不断增大，最终向东北方向排出区外。区域地下水的排泄为以泉的形式点状排泄、河流泄流线状排泄以及地表蒸发等。泉水多出露于沟谷地带，其含水层多为上、下石盒子组地层，仅在东南部山口地带神头镇附近有奥灰水群泉出露，流量较大。马关河为区域内地下水主要排泄通道，其河床切割了上、下石盒子组地层，其流线基本沿向斜轴部分布，河谷与岩层走向大致平行，形成了东西两侧含水层沿着河床以线状泄流的条件。2.矿井水文地质条件1）地表水本井田地处宁武向斜的北端，水文地质条件受宁武向斜控制。井田多被黄土覆盖，只有在东部有石炭系，二叠系地层出露，区内无大的地表水体，只有井田西部300m有马关河流过，马关河发源于木瓜界、上梨园等地，流经平朔矿区南部，至赵家口、担水沟，汇入桑干河，全长27km，为泉水汇集而成，汇水面积1.51km2，终年皆有系数不大之径流，一般流量0.040.06m3/s，雨季时径流量较大。2003年，后安煤矿为保证其工业场地及井口的安全，在马关河修筑了长3200m，高4.50m的拦河坝，并修筑了改河涵洞，涵洞长50.0m，高4.0m，宽4.0m，半圆拱料石砌碹，断面14.28m2。2）含水层井田含水层组可分为奥陶系中统石灰岩岩溶含水层，石炭、二叠系砂岩裂隙含水层组和第四系河谷冲积、洪积层孔隙潜水含水层。奥陶系岩溶含水层为井田主要的含水层，接受补给条件好，富水性强，奥灰岩溶水属神头泉域。（1）奥陶中统马家沟组岩溶裂隙含水层埋藏于井田深部，距地表深浅不一，地层厚度大，分布广泛，岩性以浅灰色、灰色巨厚层状石灰岩为主，局部为薄层状硅质灰岩及泥灰岩，灰岩中溶洞和裂隙较发育，具有较好的含水空间，富水性较强，水质较好，是井田主要含水层。2006年井田西部所施工的水井曾做对该组含水层做了抽水试验，水位降深7.23m，涌水量781.44m3/d，渗透系数为0.266m/d，静水位埋深157.26m，水位标高1067.74m，水质类型为HCO3-Ca.Mg型（后安煤矿供水井综合柱状图）。井田内奥灰水位低于4号煤层底板标高，高于井田内北西部9、11号煤层底板标高。（2）石炭系上统太原组砂岩裂隙含水层本组含水层分布于各煤层之间，从全区各钻孔的资料分析主要有以下四个含水层段。、4号煤层与6号煤层之间的中、细粒砂岩，厚022.00m，平均厚度为5.79m，是太原组含水层中主要含水层段。、位于6号煤层与9号煤层之间，岩性以中粒砂岩、细粒砂岩为主，局部为粗粒砂岩，厚度为029.31m，平均厚度为8.13m，全区分布稳定，是太原组含水层又一个主要含水段。、为9号煤层与11号煤层之间的中粗粒砂岩，厚度为014.55m，平均厚度为2.49m，是太原组含水层的一个次要含水段。、为11号煤层以下，岩性以中、细粒砂岩为主，厚度为1.2512.73m，平均厚度为5.20m，是太原组含水层的一个次要含水段。太原组砂岩裂隙含水层，据平朔矿区东露天井田D701孔抽水资料，单位涌水量q=0.0024L/s.m，渗透系数K=0.001801m/d，水位标高为1171.20m，总体富水性弱，属承压含水层。（3）二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层本组岩性主要为厚层状粗砂岩，灰色、浅灰色粉砂岩及砂质泥岩、夹粘土岩及薄煤层，而以底部及中部的二层粗砂岩为较好的含水层。岩性为石英、长石砂岩，分选及磨圆度均差，特别是底部的一层，有时变为细砾岩和含砾砂岩，为接触充填式胶结，有较好的透水性，厚度1020m左右，特别是在向斜轴部，含水较为丰富。在马关河床中，王高登村南一带，一般皆有自流现象。据平朔矿区东露天井田D701钻孔抽水资料，山西组砂岩裂隙含水层单位涌水量q=0.0030L/s.m，渗透系数K=0.005306m/d，水位标高为1213.00m，总体富水性弱，属承压含水层。（4）二叠系下统下石盒子组砂岩裂隙含水层本组地层在井田内沟谷两侧出露，构成区内的主要风化壳，岩性主要为黄绿色中、粗砂岩、夹粉砂岩及砂质泥岩，底部及中部有二层厚砂岩，特别是中部的粗砂岩，厚度在3050m左右，底部岩性为石英、长石云母等，为充填式胶结，颗粒分选及磨圆度差，有时夹细砾岩或含砾砂岩，透水性良好，为区内主要的含水层。区内不少泉水均出自本层，最大泉流量可达5.6L/s。据平朔矿区东露天井田D701钻孔抽水资料，单位涌水量q=0.0005L/s.m，渗透系数K=0.00228m/d，水位标高为1341.95m，总体富水性较弱，属无压微承压含水层。（5）第四系全新统冲洪积含水层分布于区内较大的沟谷以及河床附近一带，一般厚度为10m左右，水位埋深1.2-4.0m，岩性为砂砾石间夹少量粘土，孔隙发育，连通性好，透水性强，含水较丰富，为近地表的一个良好含水层。3）隔水层（1）石炭系中统本溪组：主要由泥岩、铝土岩、砂岩、砂质泥岩等组成，厚2050m，夹12层薄层灰岩及不可采薄煤，可视为隔水层。（2）石炭、二叠系砂岩含水层之间的泥质岩类，厚度大，沉积稳定，由抽水可知各含水层之间基本无水力联系，这些泥质岩类可视为隔水层。（3）第四系中、上更新统离石组黄土为微红色砂质粘土，夹棕褐色古土壤层，厚13m左右，沿沟谷边坡出露广泛，为隔水层。4）地下水的补给、径流、排泄条件（1）奥灰岩溶水本井田内奥灰岩溶水在区域北西奥灰现露区接受补给，补给方式以大气降水入渗为主，河谷渗漏次之。井田内上覆较厚的非可溶性岩层，岩溶水具有承压性，为径流区。岩溶水由北东部向南西部径流，排泄区在神头泉一带，以泉群的形式泄出。（2）石炭、二叠系砂岩裂隙水砂岩裂隙含水层与泥质岩类隔水层相间成层，隔水性能良好，含水层间一般不发生水力联系，属层间裂隙承压水。其水位与含水层层位高低有关，即含水层层位高，则水位也高，其富水性随深度的增加而减弱，大气降水为其主要补给来源，补给方式以沿沟谷出露区及浅埋区下渗补给为主，受地形、盖层等条件的限制，补给条件不利，下渗补给有限，大部分消耗于土壤的蒸发和形成地表径流排出区外。5）构造和开采对井田水文地质条件的影响本井田内共发现断层四条，其中F1、F2断层最大，这两条断层位于矿区西北部，呈北东东向，区内延伸距离12km，断距1050m，另外两条小断层是在采煤过程中发现的断距均小于10m。以上这些断层均属高角度正断层，具有一定的导水性，一般上盘（下降盘）裂隙较为发育，有良好的储水空间，特别是F1、F2断层落差较大，在这两条断层之间形成地堑，在矿井西部和这两条断层之间太原组9号和11号煤层底板等高线都低于岩溶水水位标高，属带压开采煤层，一旦断层导水，将会沟通岩溶水的主要含水层，使岩溶水侵入含煤地层和矿井，造成淹矿事故。因此，开采过程中在断层两侧一定要留足保安煤墙，同时要加强对隐伏断层以及其它构造形迹的发现与研究，必须空越断层开采时，一定要先做探放水工作而后开采，以防淹矿事故发生。3.矿井充水因素分析及水害防治措施1）大气降水本区气候干燥，降水量分配极不均匀，历年降水集中在79月份，尤其在8月份多降暴雨，历史上日最大降水量曾达153mm，暴雨强度大，来势猛，易形成集中补给，使矿坑积水严重，因此开采过程中在暴雨季节应加以防范。2）地表水本区地表水属海河流域桑干河水系，马关河支流从矿井西部流过，区内地表洪水由北东流向南西入马关河后由北向南穿越朔县平原汇入桑干河。马关河常年有水，但水流量很小，一般水流量为0.040.06m3/s，洪水期流量可达100200 m3/s，1921年特大洪水流量达348m3/s，最高洪水位高出河床2.57m，标高为1205.57m，均低于本矿井口标高（主斜井井口标高为1212.558m、副斜井井口标高为1212.558m、进风行人斜井井口标高为1212.560m、回风立井井口标高为1324.090m）。沿河段一带岩层裂隙比较发育，透水性强，且井田西部有李西沟断层和安家岭断层的破坏影响，所以在采矿推进到本地段时应采取必要的防范措施。2003年，后安煤矿为保证其工业场地及井口的安全，在马关河修筑了长3200m，高4.50m的拦河坝，并修筑了改河涵洞，涵洞长50.0m，高4.0m，宽4.0m，半圆拱料石砌碹，断面14.28m2。3）地下水本井田基岩裂隙含水层虽充水空间发育，透水性强，但补给来源贫乏，富水性极弱，其对煤层开采影响不大。奥灰岩溶水在本区北西部水位高于9、11号煤层底板，但水头压力不大，且本溪组隔水层厚度稳定，隔水性能可靠，奥灰水对底板突水的可能性较小。区西北部的李西沟正断层极易形成奥灰岩溶水进入矿井的通道，在开采到本地段时应高度重视，并留足保安煤柱。4）采(古)空区积水、积气及火区井田内4-1号煤层采空区部分地段存在采空区积水，经估算采空井田内积水面积约44511m2，积水量约139307m3，见下表。井田内目前未见火区。 采空区积水、积气情况汇总表 煤层编号积水区编号积水区面积(m2)积水量M3积气区编号积气区面积(m2)积气量m3备注4-1Q1675919488Q气1207026904井底车场大巷北侧Q21000632387刘高登村大巷北侧Q32774687432杏园越界采空合计4451113930769045）周边矿井开采对井田充水影响本井田南、南东有生产矿井茂华白芦煤业有限公司开采41号煤，南东部有原杏园煤矿（资源整合与原白芦煤矿整合为现白芦煤矿）越界开采形成的大面积采空区，估算采空区积水为87432m3。因此应按规定留足相应的保安煤柱，以防发生突水事故。井田西部有安家岭露天矿开采41号煤层，目前对本矿井开采还无充水影响。矿井开采应按规定留足相应的矿界保安煤柱，做到不越界开采，避免相邻矿井采空区沟通发生突水事故。4.矿井涌水量目前41号煤层涌水量本矿井现开采41号煤层，生产能力1.80Mt/a，井下涌水量较小，正常涌水量QH=25m3/h，最大涌水量Qm=37.50m3/h。5.供水水源1）地面生产、生活供水水源根据现场调研，本矿井目前生产和生活用水由本矿井现有的深水井供给，深水井水源取自奥陶系含水层，奥陶系含水层岩溶裂隙发育，富水性强，可作为本矿井地面生产、生活永久、可靠的供水水源。2）井下供水水源矿井正常涌水量为151.0m3/h，最大为215.0m3/h。涌水排出地面后，经净化处理后，水质指标为：SS含量15mg/L30 mg/L，悬浮物粒径0.2mm0.3mm，PH=7.3(6.58.5)，每100mL水样中未检出总大肠菌群和粪大肠菌群，水质符合井下防尘洒水用水水质标准，可作为井下消防、洒水及井下各用水设施用水水源。6.矿井水文地质类型本矿现开采4-1号煤层，直接充水含水层为山西组、太原组砂岩裂隙含水层，属弱中等富水性。据本矿开采情况，井下涌水量为25m3h37.5m3h，水量不大。矿井水文地质类型简单。五、4-1号煤层顶底板岩石工程地质特征4-1号煤位于太原组上部，为本井田主要可采煤层，全井田普遍发育，厚度大，层位稳定，上距K3砂岩02.0m，煤层厚度5.77m10.37m，平均8.21m，纯煤厚度为5.77m10.05m，平均7.82m ，结构简单较简单，含03层夹矸，变化较小，其岩性为高岭岩和炭质泥岩、泥岩,一般不含夹矸。顶板为中粗粒砂岩、砂质泥岩，底板为细粒砂岩、炭质泥岩。为稳定的全区可采煤层，井田范围已基本采空。同时在ZK2-3钻孔两侧在井下生产过程中发现三外煤层风氧化现象。4-1号煤层伪顶多为炭质泥岩与泥岩互层，松散易碎；直接顶板为中、粗粒砂岩及砂质泥岩，煤层采出后35d自动垮落，砂岩顶板极限抗压强度（天然）58.9MPa77.1MPa，平均72.05MPa，抗拉强度（天然）1.9 MPa4.5MPa，平均2.3MPa，粘聚力C值6.9MPa10.9MPa，内磨擦角43.344, 属半坚硬坚硬岩层，岩体质量良，顶板稳定性好；老顶为山西组底部K3砂岩，风化裂隙发育，当开采范围近200m2时，在无支护的条件下半年左右就开始自动垮落；底板多为细粒砂岩，少量为砂质泥岩，砂质泥岩极限抗压强度（天然）36.1MPa71.8MPa，平均40.93 MPa，抗拉强度0.1MPa1.0MPa，平均0.53MPa，粘聚力C值3.3 MPa3.6MPa，内磨擦角 42.7 47.1,属中等稳定稳定岩层。六、防治水组织机构1.后安煤炭有限公司防治水管理组织机构：组长： 赵尚海 矿长副组长：王卫星 总工程师王月魁 防治水