煤矿防治水规划编写提纲

煤矿防治水规划编写提纲,中煤科工集团西安研究院研究员、博导：李竞生2011.07,一、目的与应用范围,本规范是华北型煤矿区防治水规划与设计工作的基本准则，规定了进行该项工作应遵守的法规、规程和规范；依据的基本资料，最常用的参考文献及文字报告编写的基本内容和要求。其它类型煤矿区防治水规划与设计编写也可参照执行。本规范适用于井工开采生产矿井，是煤炭科学研究总院西安分院水文地质研究所进行防治水规划与设计，完成横向科研任务的依据。,二、引用规程、标准与主要参考文献,煤矿安全规程国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局（2011年2月）煤矿安全规程释义(防治水部分)国家煤矿安全监察局（2011年3月）煤矿防治水规定国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局（2009年11月）煤矿防治水规定释义国家煤矿安全监察局（2009年12月）,矿区水文地质工程地质勘探规范国家技术监督局（1991年2月）井水探放水技术规范煤炭工业部（1996年12月）煤矿水文地质条件分类规范国家煤炭工业局（1998年11月）矿井生产时期排水技术规范煤炭工业部（1997年12月）矿井地质工作手册柴凳榜主编煤炭工业出版社（1984年10月）,二、引用规程、标准与主要参考文献,三、依据的主要技术资料,矿区地质勘探报告矿区水文地质勘探报告或矿区详查水文地质报告区域水文地质图矿区水文地质图矿区水文地质剖面图矿区水文地质柱状图矿井开拓方案图钻孔及群孔抽（放）水试验资料地下水动态长期观测资料,矿区或邻近地区历年气象、水文资料主要充水含水层等水位线图煤层底板等高线图受水威胁煤层顶、底板等水位线图规划区采掘工程平面图规划区采掘工程地质说明书已往井巷及采掘工程揭露地质现象素描图及文字说明井下水文地质记录台帐（包括涌水量、水位、水质、突水点及突水量等）相邻矿井地质、水文地质重要信息资料,三、依据的主要技术资料,按煤矿防治水规定中要求的基础资料：井田地质报告、建井设计和建井地质报告、矿井水文地质类型划分报告和各种科研成果。八种图纸、15种防治水基础台账。,三、依据的主要技术资料,三、依据的主要技术资料,煤矿防治水规定中第七条是关于煤矿防治水规划及实施要求的规定：,第七条煤矿企业、矿井应当编制本单位的防治水中长期规划和年度计划，并组织实施。,释义本条是关于煤矿防治水规划及实施要求的规定。,防治水工作具有专业性和系统性较强的特点，煤矿企业、矿井要组织专家广泛收集矿区和矿井资料，编制中长期防治水规划（5-10年），分析水情和水害特点，提出目标和保障措施，分步组织实施；同时要及时总结规划实施效果，并不断修改完善规划。每年年初要有年度计划，落实资金和工程项目等，并及时进行总结验收，研究水害形成和防治水规律，提升防治水整体工作水平。防治水规划编制、实施可采取现场专业技术人员与科研院所和高等院校专家合作的方式。,四、文字报告的主要内容及章节安排,前言概述矿井开发的重要意义，影响煤矿开采的主要水害因素。立项背景，项目实施情况，该项工作的主要任务及预期目标。目录1矿井概况1.1矿井基本情况概述煤矿开发情况，包括矿井投产年限、设计年生产能力、现今产量；矿井开拓方式、生产水平及主要开采煤层。,1.2位置、交通井田位置、行政隶属关系。地理坐标、面积、东西长和南北宽。通过矿区的主要铁路、公路及其它交通干线，交通便利程度。附交通位置图（插图）。1.3水文、气象概述研究区及其邻近地区地表水体发育状况，其中包括江、河、湖、水库、沟渠、坑塘池沼等。河流应指出其所属水系，并根据水文站资料，分别说明其平均、最大、最小流量及最高洪水位等。湖泊、水库等则应指出其分布范围和面积。,四、文字报告的主要内容及章节安排,说明研究区所属气候区。根据区内和相邻地区气象资料给出区内降水分布，包括年平均降水量、最大和最小降水量以及降水集中的月份。还应指出年平均、年最大蒸发量；最高、最低气温；平均相对湿度；最大冻土深度；年平均气压等。资料齐全时应附气象资料总表或月平均降水量、蒸发量、相对湿度、温度曲线图（插表或/和插图）。1.4地形地貌按分属的地形和地貌类型划分进行描述。指出矿区总体地形和有代表性地点（例如井田、工业场地内主要建筑物等）的具体标高。在山区还应指出泥石流、滑坡发育地段及其对煤矿安全的威胁。,四、文字报告的主要内容及章节安排,1.5地震如果历史上有地震记录，给出地震发生次数，最大震级及地震烈度等。1.6矿井排水设施能力现状主要是井下各水平井底排水设施，包括水仓容积，排水泵型号、台数；排水管路直径、趟数；井下最大排水能力；是否具有抗灾能力，是否满足疏水降压的要求。,四、文字报告的主要内容及章节安排,2前人地质、水文地质工作述评按普查、详查、勘探、建井和矿井生产或改扩建矿井几个不同阶段分门别类罗列已完成的地质、水文地质工作成果，指出各类报告的名称及完成时间。2.1普查、详查和勘探阶段地质、水文地质工作成果述评按时间顺序（由老到新）罗列“报告”或重要图纸名称，包括完成年限，完成单位和报告主要内容及结论。,四、文字报告的主要内容及章节安排,2.2矿区地震勘探及其它物探工作述评包括完成单位，勘探时间，勘探范围，测线长度和物理点个数。概述勘探主要地质或水文地质任务，特别是地震勘探对断层的控制。2.3矿井建设、采掘、开拓、延伸、改扩建时期的水文地质资料或专门报告述评罗列水文地质工作成果（报告）完成时间、单位和主要内容。详细说明矿区存在的主要水文地质问题，对已往的水文地质和防治水工作进行评述。,四、文字报告的主要内容及章节安排,3地质概况3.1地层按岩溶水系统和井田内发育的地层由老到新的顺序描述，例如震旦系寒武系奥陶系石炭系二迭系白垩系侏罗系第三系第四系。某些“系”的地层可再按“统”、“层”细划。描述内容主要包括，厚度、岩性、分布与埋藏条件。煤系、可采煤层及其储量描述，包括煤系地层，主要可采煤层编号、厚度、煤种牌号及储量。本节应附地层柱状图。,四、文字报告的主要内容及章节安排,3.2构造按照中国大地构造纲要的划分，给出地质构造隶属关系。对褶曲构造逐一进行描述，内容包括背斜、向斜、单斜、地堑、地垒等。对背、向斜应给出轴向、产状等。对区内的断裂构造进行详细描述，其中包括断层的数量、编号、展布方向、倾向、倾角、性质、落差、延伸长度等。附断层发育一览表和构造纲要图。3.3岩浆岩主要是对燕山期和喜山期岩浆活动进行描述，内容包括岩浆岩分布、产状、岩性及其与煤层和主要含水层的关系。对于区内存在的较新时期的岩浆活动也应加以描述。,四、文字报告的主要内容及章节安排,4区域水文地质4.1区域地下水补、径、排条件主要描述矿区所处岩溶水系统名称、范围、边界；岩溶水系统的补给、径流、排泄条件；强径流带展布规律及岩溶泉群流量等。特别是应指出矿区所处岩溶水系统的具体位置。附矿区所处岩溶水系统示意图。,四、文字报告的主要内容及章节安排,4.2地下水动态与水化学特征根据矿区及其邻近地区含水层中的观测孔研究地下水动态和水化学特征。岩溶水动态有气象型、水文型、开采型及其它过渡类型，但绝大部分属于气象动态类型，在受采矿影响明显的地区属气象开采型动态类型。在资料许可的情况下应绘制奥陶系（寒武系）地下水位与降水关系曲线图，以及降水与泉流量关系曲线图。指出奥灰水或寒灰水化学类型及特征组分。,四、文字报告的主要内容及章节安排,5矿区水文地质5.1矿区边界及其水力性质描述矿区四周边界的构成，一般是断层、隐伏露头、火成岩体和人为边界等。分析边界可能造成的含水层之间的水力联系和矿区以外含水层的水力联系。5.2含水层按由新到老的顺序对含水层逐一进行描述。主要内容包括含水层名称、产状、分布、厚度（最大、最小和平均厚度），岩性及其在纵、横向上变化规律。地下水位标高、单位涌水量、渗透系数；水化学类型、矿化度、总硬度等。指出含水层所属富水性（弱富水、中等富水、强富水、极强富水）；该含水层地下水补给来源及其与其它含水层水力联系。岩溶裂隙含水层还应指出岩溶发育情况和钻孔涌水量、泥浆消耗量、单位吸水量等。特别应指出陷落柱存在与发育状况。,四、文字报告的主要内容及章节安排,5.3隔水层按由新到老的顺序逐一进行描述，重点是构成煤层顶、底板的隔水层。内容主要包括岩性、分布、厚度（最大、最小，平均厚度）及其变化规律，物理力学指标和阻隔大气降水、地表水和含水层之间水力联系的有关信息。5.4主要含水层与主采煤层之间的相互关系主要含水层与主采煤层之间的相互关系包括空间位置、距离等。,四、文字报告的主要内容及章节安排,5.5矿井充水条件对过去、现在井下出水点进行统计，描述出水点水量变化规律。对矿井充水水源和充水途径进行分析。充水水源可能是大气降水、地表水、老空水、孔隙水、裂隙水、薄层灰岩和厚层灰岩岩溶水或岩溶裂隙水。其中充水含水层应指出直接和间接充水含水层。矿井充水途径可能是井口、开采塌陷、岩溶地面塌陷、采后冒落带、断层、封孔不良的钻孔充水或导水；采掘工作面接近和泡通时，老空水行巷道和工作面；煤层顶、底板裂隙密集带、陷落柱、断层、采掘工作面直接揭露各种含水层等。,四、文字报告的主要内容及章节安排,6煤层受水害威胁程度评估6.1掘进巷道底板安全隔水层厚度计算式中：t安全隔水厚度（m）；L掘井巷道最大宽度（m）；r隔水层岩石的容重（MN/m3）；Kp隔水层岩石的抗拉强度（MPa）；H隔水层底板承受的水头压力（MPa）。当计算的t值小于实际隔水层厚度时掘进巷道是安全的。,四、文字报告的主要内容及章节安排,6.2采煤工作面突水系数计算式中：TS突水系数（MPa/m）P隔水层承受的水压（MPa）M底板隔水层厚度（m）据全国实际统计资料，当底板受构造破坏地段的突水系数TS0.06时是安全的，而在正常地段，突水系数TS0.1时是安全的。,四、文字报告的主要内容及章节安排,6.3煤层开采所造成的冒落带导水裂隙发育高度计算对于缓倾斜、倾斜煤层当覆岩为坚硬型时当覆岩为坚中硬型时当覆岩为软弱型时当覆岩为极软弱型时或以上各式中H为导水裂隙带高度；Mi为累计开采厚度；n为开采分层数。,四、文字报告的主要内容及章节安排,或,或,或,或,对于急倾斜煤层当覆岩为坚硬型时当覆岩为坚中硬、软弱型时公式中h为回采阶段垂高（m）；M为采厚。,四、文字报告的主要内容及章节安排,对综采放顶煤下沟煤矿唐山研究院有人得到以下公式：坚硬岩石中硬岩石软弱岩石,四、文字报告的主要内容及章节安排,7矿井水文地质类型划分根据受采掘破坏或影响的含水层性质、富水性、矿井水补给条件、老空水、年平均涌水量和最大涌水量、突水量、开采受水害影响程度和防治水工作难易程度，给出所研究矿井水文地质类型划分（可按表1的内容划分为简单、中等、复杂和极复杂四个类型）。,四、文字报告的主要内容及章节安排,注：单位涌水量以井田主要含水层中有代表性的为准。,8矿井防治水规划与设计8.1水文地质补充勘探一般矿区前期水文地质勘探工作都不能满足防治水工作的要求，需要进行水文地质补充勘探。水文地质补充勘探包括水文地质钻探和水文地质物探。勘探的目的层应该是对煤层开采威胁最严重的充水含水层。对于华北型煤田主要是构成煤层底板的太原组（或山西组）薄层灰岩和奥陶系（或寒武系）灰岩含水层。补充勘探的目的是：完善和建立矿区地下水动态观测网。,四、文字报告的主要内容及章节安排,探查薄层灰岩含水层厚度、裂隙、岩溶发育程度、水头高度、富水性等。确定薄层灰岩含水层的流场及其与奥陶系灰岩含水层的水力联系。探查煤层和下伏主要充水含水层之间隔水层岩性、厚度、稳定性，隔水性能、构造破碎带对隔水层的破坏程度等。确定薄层灰岩含水层水文地质参数和分区。控制和探索某些特殊构造（如断层、陷落柱和裂隙密集带等）。预测评价矿井涌水量。,四、文字报告的主要内容及章节安排,8.1.1水文地质钻探水文地质钻孔的布置应遵循一孔多用的原则，把大多数钻孔布置在矿区内的主要充水含水层中。在整体控制采区、构造部位、边界重点监控地段的基础上可以在矿区外围，奥陶系和其它相邻含水层中布置少量钻孔，以查明它们之间的水力联系，控制降落漏斗的范围，形成观测孔动态观测网。水文地质孔可分地面和井下两种，地面水文地质孔深度大、费用高，易受破坏，但水位测量精度高。井下钻孔孔深小，节省费用，利于保护，但水位测量精度差。对补充的每一个水文地质钻孔具体位置、作用、孔径、终孔层位、施工方法应逐一说明，并应符合有关规范的要求。应附矿区水文地质钻孔一览表，其中包括孔号、位置、坐标、终孔层位、深度、作用和目的等。,四、文字报告的主要内容及章节安排,8.1.2水文地质物探应在地面进行三维地震勘探和电法勘探，探查断层、陷落柱等地质异常体及其含导水性。应在每一个采掘工作面进行电法勘探，探查煤层顶底板富水区和其它地质异常体。地震和电法勘探都应进行专门设计。,四、文字报告的主要内容及章节安排,8.2放水试验（或抽水试验）对于主要充水含水层地下水位埋深较深的矿区，为节省钻探工程，一般应在井下进行放水试验。反之则应在地面布置抽水试验。放水试验（或抽水试验）的目的在于：探查主要充水含水层富水性，地下水补径排条件和流场形态。,四、文字报告的主要内容及章节安排,查明水文地质边界条件，确定主要充水含水层与奥陶系灰岩含水层或其它含水层之间的水力联系。探查断层的阻水与导水性能和导水陷落柱的存在（主要是高水位区的存在）求取分区水文地质参数（包括渗透系数、储水系数、越导系数等），为计算矿井涌水量作准备。通过放（抽）水试验对采煤工作面疏干的可能性进行论证。,四、文字报告的主要内容及章节安排,放水试验方案应按不同水平进行设计。方案中包括放水孔布置、观测孔布置、放水量设计、连通试验设计等。放水试验必须遵守有关规定。抽水试验方案与放水试验方案大体相同。抽水试验必须遵守有关规程的规定。结合矿区水文地质条件，详细阐述上述具体试验方案是矿井防治水规划的重要内容。,四、文字报告的主要内容及章节安排,8.3水化学与环境同位素研究水化学与环境同位素研究主要解决：地下水补给来源和矿井充水水源问题；地下水年龄及其径流条件等问题。应在矿区采集雨水、地表水、各含水层和井下不同出水点水样，进行水化学分析和环境同位素分析。水化学分析包括常规分析和特征组份分析。同位素主要是氘和18。应绘制水样采集地点图示。列表给出矿区各种水体水化学成份分析表，其中包括样品编号，化学组份含量和采掘地点及水体类型等。化验结果可采用聚类图和三角形图以及建立矿区雨水线等方法进行分析研究。水样采集与测试方法应遵守“煤炭资源地质勘探地表水、地下水长期观测及水样采取规程”的规定。,四、文字报告的主要内容及章节安排,8.4掘进工作面与采煤工作面防治水工程8.4.1掘进工作面防治水工程对于掘进工作面，主要防治水工程是：超前物探超前钻探超前物探主要采用直流电法，目的是发现采掘工作面前方的水体、如老窑水、断层水、溶洞水等。钻探主要是进行探放水。探放水工程应进行专门设计，并符合煤矿防治水规定和煤矿安全规程的规定。,四、文字报告的主要内容及章节安排,8.4.2采煤工作面防治水工程在采煤工作面布置的防治水工程主要是物探、钻探。物探采用坑透、直流电法和音频透视法，目的是发现断层、陷落柱、裂隙破碎带。钻探一般在物探标出的异常区段进行，目的是验证物探结果，进一步探查顶底板水情。应结合采煤工作面的地质和水文地质情况，编写出详细的物探和钻探施工设计，并且要求设计符合有关规程的规定。底板压水试验主要确定采煤对煤层底板的扰动破坏深度，压水孔一般应布置在受采煤扰动最严重的地段，该项工作应进行专门设计。,四、文字报告的主要内容及章节安排,8.5采煤工作面底板突水预测预报8.5.1采煤工作面底板突水前兆可视化监测应对监测项目水温、水压、水质、应力和应变进行详细说明，指出这些征兆的变化与底板突水的关系。介绍突水前兆监测系统的组成及其连接示意图。结合采面实际情况，具体说明监测工程布置，其中包括钻窝工程、钻孔工程布置及传感器埋设方法等。监测结果用水压、温度、应力、应变、特征组分变化曲线表示，并可用专门软件进行处理分析。,四、文字报告的主要内容及章节安排,突水监测系统示意图,接线盒,8.5.2岩体应力原位测试技术应首先较详细的阐述岩体应力原位测试理论及其在采煤工作面煤层底板突水预测预报分析中的应用。给出测试系统的组成框图和工作流程图。结合采煤工作面的实际水文地质条件，详细描述每个原位地应力普查孔和采动应力测试孔的布置原则、钻孔结构及施工要求。测试钻孔位置、编号、参数和目的应用表格方式表示，并绘制工作面原位地应力测试孔平面布置图。,四、文字报告的主要内容及章节安排,8.6矿井防治水空间信息系统开发基于地理信息系统（GIS）的矿井防治水空间信息系统，可以对防治水信息进行有效管理，支持对矿井水文地质实体进行分析模拟与评价，从而改变了以纸为介质，利用单一表格、数据和单个模型分析的缺陷，极大提高了矿区地下水勘探、评价与信息管理的效率的精度，对数字矿井水文地质学的形成与发展，对提升矿井防治工作有重要理论和实际意义。该系统由空间数据管理模块、模型库管理模块、空间分析模块、数据转换模块、查询与检索模块和系统管理模块六部分组成，实现了在同一平台上对矿井防治水信息的存储、管理、检索、更新、再现、分析与评价等功能。,四、文字报告的主要内容及章节安排,8.6.1矿井防治水空间信息系统总体结构,系统总体结构图,8.6.2矿井防治水空间信息系统开发工作流程系统开发工作流程如下图所示该系统的建立也为煤矿区矿井防治水资料的整理、系统化和长期保存提供了十分便利的平台。这些资料包括各类水文地质台帐、图纸、报告等。,系统开发工作流程图,四、文字报告的主要内容及章节安排,8.7矿井防治水方法研究对于华北型煤田，防范煤层底板水的主要方法是带水压安全开采。当矿井采煤工作面突水系数TS大于0.06MPa/m时，应当采用降压疏干或（和）煤层底板注浆加固方法减小突水系数，以保证煤矿安全生产。8.7.1煤层底板注浆加固改造应根据煤层底板的实际情况，确定注浆层位