潘谢矿区西淝河、泥河、济河、港河水体下安全开采可行性论证报告

潘谢矿区西淝河、泥河、济河、港河水体下安全开采可行性研究报告PAGEPAGE81淮南煤矿勘察设计院前言淮南矿业(集团)有限责任公司，是由原淮南矿务局改制而成的国有独资公司，是全国500家大型企业集团和安徽省12家国有重点骨干企业之一，以煤炭、电力，房地产为主业，兼营机械、化工、环境开发等。淮南矿区是全国13个亿吨级煤炭生产基地和6个大型煤电基地之一，先后被列为国家第一批循环经济试点单位，中华环境友好煤炭企业，全国煤矿瓦斯治理先进单位，国家创新型企业试点单位，安徽省高新技术企业，安徽省人才工作先进单位。2012年中国企业500强，淮南矿业集团位列第153位。集团公司确立“十二五”目标是投入千亿元以上，建成年销售千亿元以上、资产规模千亿元以上的新型能源企业。到2015年煤炭产量达1亿吨以上，电力权益规模突破1500万千瓦，缴纳税费120亿，资产总额1500亿。淮南煤田是中国黄河以南、特别是中国东南地区资源条件最好的煤田，也是规模最大、最后一块整装煤田！远景储量444亿吨，国家批准的总体煤炭资源量285亿吨，占安徽省的75%、华东地区的50%。具有低硫、低磷、高挥发、高发热、富油等特点，是理想的动力煤和煤化工原料，被誉为绿色能源、环保煤。淮南矿区是煤炭、粮食复合主产区，又是淮河流域治理的重点地区。淮南矿区位于淮河两岸，煤炭资源开采与河流水系息息相关，这是淮南矿区所特有的。为了确保淮河水系防洪安全，保证国家大型煤电基地的开发建设，最大限度地解放淮河及其支流下的煤炭资源，让国家水利资金和煤炭开采沉陷区治理资金得到有效利用，开展能源基地开发建设、解放和保护煤炭资源，统筹考虑水系治理与资源利用等关系研究，是落实科学发展观的具体体现，符合国家建设节约型社会、全面建设小康社会、构建和谐社会的发展战略。目前西淝河、泥河、济河及港河等水体下共压覆淮南矿业集团公司煤炭地质资源99143.88万吨，影响矿区张集矿、谢桥矿、顾北矿、潘一矿及潘三矿等主力矿井开采。为能保证国家大型煤电基地的开发建设，保障淮南矿业集团上述主力矿井的产能及采场接替的稳定，最大限度地解放等水体下的煤炭资源，提高煤炭资源回采率，促进地方经济发展，落实科学发展观，全面建设小康社会，对西淝河、泥河、济河及港河等水体下煤炭资源进行开采是十分需要的。淮南矿业集团自20世纪60年代至今，历经50多年，积累了淮河河床下、淮河大堤下采煤的成功经验。截止2011年，在淮河下、六坊堤下和西淝河下累计采煤达8000万吨，既回收了煤炭资源，又确保了河流的安全。事实证明，淮南矿业集团在淮河堤下采煤的理论研究和积累经验的基础上，形成了符合淮南矿区实际和具有自己特色的建筑物下、水体下、铁路下（称“三下”）采煤技术，已具备“三下”采煤的能力。为统筹防洪与采煤，释放水体下煤炭资源，增加我省煤炭有效储备，提高煤矿企业效益，淮南矿业集团开展了西淝河、泥河、济河、港河水体下安全开采项目的可行性论证工作，并委托我院编制《潘谢矿区西淝河、泥河、济河、港河水体下安全开采可行性研究报告》。

一、项目基本情况1.1企业概况淮南矿业(集团)有限责任公司，是由原淮南矿务局改制而成的国有独资公司，是全国500家大型企业集团和安徽省12家国有重点骨干企业之一，以煤炭、电力，房地产为主业，兼营机械、化工、环境开发等。淮南矿区是全国13个亿吨级煤炭生产基地和6个大型煤电基地之一，先后被列为国家第一批循环经济试点单位，中华环境友好煤炭企业，全国煤矿瓦斯治理先进单位，国家创新型企业试点单位，安徽省高新技术企业，安徽省人才工作先进单位。2010年中国企业500强，淮南矿业集团位列第183位。2011年中国企业500强，淮南矿业集团位列第159位。2012年中国企业500强，淮南矿业集团位列第153位。集团公司确立“十二五”目标是投入千亿元以上，建成年销售千亿元以上、资产规模千亿元以上的新型能源企业。到2015年煤炭产量达1亿吨以上，电力权益规模突破1500万千瓦，缴纳税费120亿，资产总额1500亿。淮南煤田是中国黄河以南、特别是中国东南地区资源条件最好的煤田，也是规模最大、最后一块整装煤田！远景储量444亿吨，国家批准的总体煤炭资源量285亿吨，占安徽省的75%、华东地区的50%。具有低硫、低磷、高挥发、高发热、富油等特点，是理想的动力煤和煤化工原料，被誉为绿色能源、环保煤。瓦斯赋存总量达5928亿m3。淮南煤矿素有“华东工业粮仓”之称，地理位置优越，交通运输便捷。矿区自营铁路与国铁阜淮和淮南线相接，向东60km经蚌埠可达京沪线各站，西30km经阜阳可达京九线各站，南100km经合肥可达合九线各站，或经合肥至芜湖可延伸到宣杭线和皖赣线各站。水路可沿淮河向东经洪泽湖进入长江。铁水联运可由淮南线到达芜湖港裕溪口码头，也可由京沪线到达南京港浦口码头，换装江轮直达沿江各地。上世纪60年代，淮南煤矿以其千万吨大局的实力，成为当时闻名全国的五大煤矿之一。上世纪90年代，淮南煤矿成为全国煤炭采选业利税10强企业之一，连续被评为工商银行“AAA”级信用企业，被国家确定为重点支持的300家“双保”企业，连续7年入围全国最大500家工业企业。自2003年起，淮南矿业集团审时度势，抢抓机遇，确立了“建大矿、办大电、做资本”的发展战略和“一切为了发展、一切为了职工”的企业宗旨，以建设全面小康、绿色环保、科学管理、文明和谐的新型能源基地为目标，企业进入快速、健康发展时期。2004年，集团公司上报了《淮南潘谢矿区总体开发规划》，经中咨公司专家组评估，国家发改委以发改能源〔2004〕2301号文正式批复，同意矿区总体规划指导思想和开发建设原则，矿区划分为17个井田和一个后备区，-1500m以上建设总规模可达亿吨。2011年淮南矿业集团生产原煤6751万吨，上网电量153亿千瓦时，电力权益总规模1192万千瓦，是省内权益规模最大的电力企业。销售收入356亿元，上缴税费62.08亿元，资产总额1282.69亿元。目前淮南矿业集团已经成为安徽省煤炭规模、电力权益规模、房地产规模最大的企业。目前企业现有11对生产矿井，2个均股煤电公司（下设2个煤矿和2个电厂），年煤产量7100万吨，独资电厂3座，参股均股电厂14家。资产总额1280亿元。现有职工8.54万人，其中管理人员和专业技术人员14092人，高级技术职称919人，中级技术职称2436人，享受国务院政府津贴29人，工程院院士1人，国家突出贡献专家1人。管理团队有着干事创业的胸襟，有着灵活的管理机制，具有较强的组织管理和项目实施的能力。近年来，淮南矿业集团始终将技术创新作为实现企业腾飞的两大翅膀之一，在建设新型能源基地中，用技术创新化解各类风险，加大科技投入，以发展中遭遇的难题作为课题，并以此为平台加快科技人才队伍建设，企业自主研发和创新能力急剧增强。自2005以来，煤矿瓦斯治理国家工程研究中心、深部煤炭开采与环境保护国家重点实验室、煤矿生态环境保护国家工程实验室等3大国家级实验室落户淮南矿业，淮南矿业“十二五”期间致力建设的中国煤矿工程技术研究院所需的“一心”(煤矿瓦斯国家工程中心）“两室”(深部煤炭开采与环境保护国家重点实验室、煤矿生态环境保护国家工程实验室）等3个国家级平台全部搭建完毕。淮南矿业集团还被安徽省政府命名为安徽高新技术企业。

2010年在国家科技部、国务院国资委、中华全国总工会联合公布的第四批创新型试点企业名单中，淮南矿业集团榜上有名，成为安徽煤炭行业首次获此殊荣的企业。在科技兴煤方面，公司大力推进企业技术进步，加快新区现代化矿井建设和老区技术改造。在瓦斯综合治理、采煤方法改革、井巷掘进和支护、深厚表土层建井技术、“三下”采煤等方面取得了明显成效，形成了一套适合淮南矿区复杂条件的快速建井、安全生产和高产高效的核心技术，为矿区的可持续发展奠定了基础。近五年来，先后获国家级科技进步奖13项，获省部级科技成果奖140多项，获国家专利60多项。技术团队具有持续创新能力。现有13对生产矿井中除顾桥矿、潘北矿为高瓦斯矿井外其余矿井均为煤与瓦斯突出矿井，2012年集团公司各矿瓦斯涌出总量高达1487.65m3/min，各矿井自燃等级均在二级以上，发火期3～6个月，实际开采中，最短发火期仅20天左右。各矿井煤尘均有爆炸危险。潘谢矿区矿井地温普遍较高，目前最大开采深度已达900m左右，出现了一些高温工作面，少数采掘工作面气温已达到“十二五”期间，企业将继续调整产业结构、转变增长方式，以煤、电、房地产三大主业为支撑，立足淮南本土，走出去，向南积极参与皖江城市带承接产业转移示范区建设，向北参与西部煤炭资源开发，同时沿产业链、供应链、价值链延伸发展，做大做强包括煤炭贸易在内的物流、金融等产业，更加注重技术创新、生态环境和民生。规划“十二五”期间，投入千亿元以上，建成资产总额千亿元、年销售收入千亿元的国家级大型能源企业，成为华东地区乃至黄河以南最大的煤电能源企业，在区域经济社会发展中发挥更加重要的能源保障作用。1.2资源赋存及开采条件1.2.1构造特征淮南煤田位于秦岭纬向构造带南亚带的北缘，东与华夏构造郯城——庐江断裂呈截接，西连周口凹陷，西南与淮阳山字型脊梁柱反接，北接蚌埠隆起，南邻合肥凹陷.淮南煤田为一复向斜构造，受秦岭纬向构造带南北压应力的挤压作用，促使淮南复向斜主体构造形迹呈近东西向展布，并在复向斜南北两翼发育了一系列走向压扭性逆冲断层，造成复向斜两翼的迭瓦式构造，致使部分地层直立倒转。由于压应力自北向南挤压，各部位受力程度的差异，促使复向斜南翼八公山区向南凸出，八公山以东舜耕山走向近东西，八公山往西走向转为北西，形成向南凸出的淮南弧形构造。自北向南的压应力受到南部合肥凹陷的阻挡，随着褶皱产生的舜耕山逆掩断层组成的迭瓦状构造的影响，使东部舜耕山区表现为以向南倒转的单斜构造，地层由东往西由倒转逐渐扭曲为向北东正常倾斜的单斜地层，倾角20°左右，至孔集西部，浅部地层直立，深部倒转而又转为正常倾斜之反“S”形褶曲。往西地层走向又由北向西逐步转为近东西向。复向斜北翼为一向北倾斜的上窑—明龙山—尚塘集逆掩断层切割，掩盖了复向斜北翼的面貌。区内断裂大致可分二组，其一是随着褶曲的形成，发育一组走向逆断层，其二为一组为郯城—庐江断裂带大致平行的北北东向低序次横切正断层，它一般切割东西向构造。走向逆断层主要有阜阳—舜耕山逆断层、阜凤—陆塘逆断层、上窑—明龙山—尚塘集逆断层、耿村—朱集逆断层、丁集—潘集北部逆断层等。横切正断层主要有武店断层、新城口—长丰断层、颖上—陈桥断层、口孜集—南照集断层、阜阳断层等。断层一般向西倾斜，构成由东向西之阶梯状构造，将淮南煤田分割成几个断块。复向斜内部为一系列次一级宽缓的褶曲构造。主要有陆塘背斜、谢桥—古沟向斜、陈桥—潘集背斜、尚塘—耿村集向斜和唐集—朱集背斜等。其中，陈桥—潘集背斜是复向斜内部隆起幅度较大的背斜构造，由于背斜沿隆起的幅度不同，形成了煤系地层的走向变化。西部口孜集—谢桥地区，地层走向近东西，往东至张集、顾桥地区，地层走向急转为北东向，甚至于南北向，到了丁集以东又转为北西西向。北翼倾角稍大，一般25°左右，局部较陡，达45～60°，南翼倾角较小，一般10～15°。沿走向和倾向有波状起伏，形成小型鞍部和局部地区的小型向背斜构造。沿走向东西两端逐渐倾伏，为一不对称的宽缓倾伏背斜。组成背斜轴部地层除陈桥和潘集一带为寒武系和奥陶系外，均为二迭系煤系地层。区内松散层厚度为140～720m，一般为300～500m，有由东往西、由南往北逐步增厚的规律。背斜西部谢桥、顾桥地区，发育有第三系红色地层，不整合于二迭系煤系石千峰红色地层之上。淮南煤田岩浆岩不甚发育，主要侵入在潘集背斜西段的南翼，有小型岩脉和岩床侵入石炭纪和二迭纪煤系的下部，主要对1煤层至11煤层有不同程度的影响，使煤层局部被岩浆岩吞蚀变为天然焦，岩浆岩厚度为4.49～77.79m，一般由东往西变厚、翼部厚，向深部和背斜轴部逐步变薄至尖灭。岩性主要为细晶岩、煌斑岩等。1.2.2淮南煤田含煤地层为石炭、二迭系。石炭系含煤1～10层，大部分不可采且不稳定，仅局部地区中下部煤层稍厚(在临界可采厚度左右）。故非本区主要勘探对象。二迭系的山西组、下石盒子组和上石盒子组为本煤田主要含煤地层，总厚度为960米。共分成八个层段(七个含煤段，一个非含煤段），其中山西组一个含煤段，下石盆子组二个含煤段，上石盒子组分四个含煤段及顶部一个非含煤段。非含煤段是，由灰色、紫红、砖红、灰紫、灰绿色的花斑状泥岩、砂质泥岩及各级粒度的砂岩类组成。其中夹有灰、浅灰色及灰白色泥岩及砂岩类薄层。底部及中上部常见有石英砂岩(或相变为砂岩中含砾石），底部可偶见有植物化石碎片，非含煤段厚度在270米左右。兹将各含煤段从下到上分述之：1、山西组(P1sh）第一含煤段，厚度70米左右。下部以粉砂岩及海相泥岩类为主夹薄层中砂岩及1～2层菱铁薄层(局部相变为砂泥岩互层及菱铁结核），中下部含煤1～3层，其中1煤层和3煤层厚而较稳定，2煤层仅发育在八公山区，一般都不可采，大多与1煤层或3煤层含并。上部以砂岩和粉砂岩为主夹泥岩，层面上含较多云母片。1煤层和3煤层在潘集地区局部受火成岩(细晶岩，煌斑岩等）侵入影响，厚度变薄或被吞蚀，部分成天然焦，而且在局部地区有被冲刷的现象。2、下石盒子组(P1x）1）第二含煤段，厚度127米左右。由深灰、灰、浅灰、灰白色泥岩类和砂岩类组成，本段含煤最多(从4-1煤层到9-2煤层），有9～12层，大部分为可采或局部不可采煤层，且往往两两一组成对出现，本段8煤层顶(或9煤层顶）及5煤层上常发育一厚层灰和灰白色中砂岩(有时相变为砂泥岩互层或石英砂岩），距4-2煤层下12米左右全煤田普遍发育一套铝土岩(或铝质泥岩）与花斑状泥岩(均含鲕粒）的共生组合。底部发育一层4～12米厚的含砾中粗砂岩(相当于路驼钵砂岩层位），均为本煤田主要标志层，而后者底板亦为下石盒子组与山西组的分界层。在潘集地区4、5、8煤层局部被火成岩吞蚀或受其侵入变质为天然焦。富含植物化石。2）第三含煤段，厚度88米左右。底部普遍发育一厚层灰白色中砂岩(有时为石英砂岩）作为与第二含煤段的分界。下部以灰白色、浅灰色砂岩类为主夹泥岩类簿层，上部以灰色、深灰色泥岩类为主夹灰白色砂岩。含煤4层(10煤层至11-3煤层），11-2煤层稳定可采。在11煤层附近的泥岩类中常发育大小不一的鲕粒。11-2煤层在潘集地区局部被火成岩侵入变质成天然焦。富含植物化石。3、上石盒子组(P2s）1）第四含煤段，厚度105米左右。由灰、深灰色粉砂岩及泥岩夹细中砂岩薄层组成。底部常发育一层灰白色中砂岩（局部为石英砂岩），偶见冲刷现象，是上下石盒式子组分界层，下部上部均分别有2～3层花斑状泥岩(有时含鲕粒），是全煤田主要标志层之一，含煤5层(12煤层至15煤层），13-1煤层是全区厚而稳定的主要煤层。在13煤层与14煤层之间的砂岩类及泥岩类中，常见有大小不一的姜状、瘤状菱铁结核。2）第五含煤段，厚度60米左右。由灰、浅灰、灰绿色砂岩为主夹粉砂岩及泥岩类组成，含煤4～6层(16煤层与17煤层），多不稳定，且煤质变差，仅16-1煤层，17-1煤层局部可采。煤层中常见中细砂岩或构成明显的砂泥岩互层，具缓波状层理和混浊层理，层面上含较多的白云母片。3）第六含煤段，厚86米左右。由灰、深灰、灰绿、青灰色粉砂岩、砂岩类夹泥岩类组成。含煤4～5层（18-1煤层至21煤层），均不稳定，且煤质差，除18-1煤层和19煤层局部可采外，多为炭质泥岩、含炭泥岩替代。在20煤层、19煤层及18-2煤层的顶部常见有薄层燧石层，18-1煤层底板及其下分别有一层铝质泥岩(有时含鲕粒）及花斑状泥岩薄层，为本煤田上部含煤段的主要标志层。4）第七含煤段，厚154米左右。由灰、深灰色、少数青灰色粉砂岩、砂岩及泥岩类组成。含煤5层(22煤层至26煤层），煤层薄，极不稳定，仅23煤层、25煤层局部可采。煤质差，常为炭质泥岩、含炭泥岩替代。22煤层下部常见一层花斑状泥岩。1.2.3二迭系含煤地层中，共含煤36层，总厚度为41.68米，含煤系数为4.34%，有稳定可采煤层、较稳定局部不可采煤层及不稳定局部可采煤层共18层，可采煤层厚度为31.53米。煤层厚度情况见表1.2.1其中：稳定煤层三层：8、11-2、13-1煤层，全区可采。较稳定煤层七层：1、3，4-1、4-2、5-1、6-1、7-1煤层，局部不可采。不稳定煤层八层：6-2、7-2、10、11-1、14、16-1、17-1、23煤层，局部可采。其他均为极不稳定煤层。稳定煤层和较稳定煤层是本区主要可采煤层，其特征见表1.2.1。1.2.4开采技术条件矿区为高瓦斯煤层群开采的矿区，开采地质条件极其复杂，煤与瓦斯突出危险性严重，是国内高瓦斯、煤层群开采、复杂地质条件矿区的典型代表。1、地质构造地质构造极为复杂，现已发现50m以上特大断层83条，落差5m以上断层4900条，局部伴有岩溶陷落柱、火成岩、新地层构造及层滑、冲刷、薄化等地质现象。2、水文地质条件表1.2.1淮南煤田可采煤层表赋存情况一览表煤层名称16-113-111-287-27-16-2煤层厚度最小～最大平均0～3.960.690.83～14.424.870～7.582.620.20～7.152.370～8.301.500～6.801.730～8.002.01煤层结构夹矸岩性泥岩炭质泥岩泥岩炭质泥岩含炭泥岩泥岩炭质泥岩含炭泥岩泥岩、炭质泥岩、个别含炭泥岩泥岩炭质泥岩泥岩炭质泥岩泥岩、炭质泥岩、个别含炭泥岩夹矸层数最少～最多一般0～310～41～20～61～20～410～310～310～31复杂程度较简单较简单个别复杂较简单～较复杂(局部复杂）简单～较简单简单简单～较简单较简单层间距最小～最大平均73.00～92.8283.1239.00～76.0364.5363.00～95.0078.483.76～16.509.043.00～21.787.197.60～17.1511.100.86～6.203.45稳定性不稳定稳定稳定稳定不稳定较稳定不稳定煤层名称6-15-14-24-131煤层厚度最小～最大平均0～5.401.350～8.061.330～4.801.580～9.351.190～8.353.440～11.193.54煤层结构夹矸岩性泥岩炭质泥岩含炭泥岩泥岩炭质泥岩个别砂岩类泥岩炭质泥岩含炭泥岩泥岩炭质泥岩泥岩炭质泥岩泥岩炭质泥岩夹矸层数最少～最多一般0～310～210～510～310～310～31复杂程度较简单简单较简单局部较复杂较简单简单～较简单较简单层间距最小～最大平均10.02～33.1019.654.30～14.807.861.58～8.974.3050.00～81.5068.721.50～10.156.23稳定性较稳定较稳定较稳定较稳定较稳定较稳定淮南矿区水文地质条件复杂，矿井水害严重。矿井存在的水害主要有：新生界松散砂层（孔隙）含水层水害；煤层顶板砂岩裂隙含水层水害；煤系底板（局部地层倒转为顶板）太原群薄层灰岩、奥陶系厚层灰岩岩溶含水层水害；老空（塘）水水害。新生界含水（层）组水文地质特征本区新地层根据已有勘探资料可分为上、中、下三个含水（层）组，下含与中、上含之间有稳定的粘土隔水层，其厚度情况见表1.2.2、表1.2.3。矿区内各含隔水组赋存及含水性自上而下分述如下：(1)上部含水(层)组。其厚度由东向西从67.8m增厚至133.6m，岩性以中粗砂岩为主，可分为上、下两个砂层含水段。q=0.91～0.18L/s·m，K=3.6～9.3m/d，是目前矿区供水水源，含水层水质优，矿化度低。原始水位+17.6～+19.0m，水温16.5～19.0℃(2)上部隔水层组。其厚度为0.77～31.40m，全区稳定，可以对比，一般厚度为2～5m，为粘土或弱固结状钙质粘土层。(3)中部含水层组。其厚度由东向西从24m增至197m，岩性主要为中、细砂岩层，大多呈半固结状。水质较差，为Cl-～Na+水，水文18℃(4)中部隔水层组。根据167个钻孔统计，其厚度为14.81～78.73m，一般为30～40m，平均厚度43.40m。岩性以含蒙脱石成分为主的半固结粘土，区内普遍分布且稳定，系隔水性好、膨胀性强的粘土层，并可视为区域内下含的顶部隔水层。(5)下部含水层组。其厚为0～79.45m，平均厚度为46.67m。主要分布于古河床中心地区(注：厚度大)，而该古河床位置据已有勘探资表1.2.2潘集矿区新地层上含、上隔、中含、中隔对比划分综合统计表利用孔(个)194东(?孔)～西(?孔)走向长度(km)505～XV14-3242.km新地层厚度(m)最小厚～最大厚平均厚149.00(Ⅶ11)～472.62(XV8)327.58(194个)项目最小厚(孔号)(最高标高)最大厚(孔号)(最低标高)平均厚(孔数)备注上含总厚(m)69.35(Ⅲ9)133.60(XV10)95.70(162个)表中统计各含水组厚度为钻孔揭露新地层对比划分后的厚度。有些孔未取上含或中含岩芯，未参加表中平均厚度的统计。上段厚(m)40.29(Ⅲ6)77.95(Ⅸ24)56.84(154个)下段厚(m)15.10(Ⅸ24)72.10(XV10)40.21(154个)上隔总厚(m)0.77(XⅢ～ⅩⅣ4)30.25(V7)6.39(162个)底板标高(m)-59.98(Ⅳ～V2)-114.45(XV16)中含总厚(m)40.84(Ⅶ11)227.50(XV12)145.16(160个)中隔总厚(m)14.81(X30)78.73(Ⅶ～Ⅷ11)43.39(167个)底板标高(m)-137.49(505)-378.12(XV14-2)料表明大体与潘集背斜轴线平行，由东向西北方向延伸。古河床底(基岩面)东高西低，每公里高差约10m，根据下含混合抽水资料，q=0.0016～2.94L/s·m，古河床中心地区q=1.19～2.21L/s·m。其水质为高矿化度Cl-—Na+水，M=表1.2.3潘集矿区新地层下部含水层对比综合统计表利用孔194个东(？孔)～西(？孔)走向长度(km)505～XV14-3242km备注项目最小厚度(孔号)最大厚度(孔号)平均厚(孔数)表中统计各含水组厚度为钻孔揭露新地层对比后的厚度。在基岩面古隆起如Ⅶ线、X线等处钻孔（Ⅶ15、Ⅺ～Ⅻ7、Ⅶ19等孔）揭露新地层缺失下部含水组。这些孔未参加表中平均厚度的统计，有些孔经对比缺失下隔1、下含1等。见0～XV线新地层对比划分统计表。下含纯砂砾厚总厚0(Ⅶ15隆起缺失)58.65(WⅡ-2-2)79.45(XV8)23.55(183个)46.67(183个)下含3纯砂砾厚总厚0(Ⅶ15隆起缺失)26.65(XV12)43.95(水Ⅳ7)11.81(183个)20.40(183个)下隔3纯砂砾厚总厚0(Ⅶ15隆起缺失)28.39(Ⅷ17)28.39(Ⅷ17)9.56(163个)10.10(163个)下含2纯砂砾厚总厚0(Ⅶ15隆起缺失)39.99(XV9)45.93(XV9)14.56(122个)20.73(122个)下隔2纯砂砾厚总厚0(Ⅶ15隆起缺失)12.70(XV8)14.67(XV8)4.28(57个)4.39(57个)下含1纯砂砾厚总厚0(Ⅶ15隆起缺失)18.72(Ⅷ13)22.10(构2)6.58(49个)7.59(49个)下隔1纯砂砾厚总厚0(Ⅶ15隆起缺失)2.89(Ⅷ9)3.04(Ⅷ9)1.96(3个)2.01(3个)基岩面标高(m)最高-129.35(Ⅶ11)最低-450.20(XV8)下部含水层组按岩性组合及含水性自下而上又可分为下含1、下含2、下含3三个含水段，其间相应赋存着下隔1、下隔2、下隔3三个隔水层。其中下隔1不稳定，缺失地带造成含水沙砾层与煤系直接接触，形成直接水力联系(天窗)区。各含隔水段分别阐述如下：(1)下含1。厚0.18～22.10m，平均7.59m。岩性主要为粒度不等的砂、砾，并多含泥质，呈半固结状。q＝0.02～0.22L/s.m，富水性弱。(2)下含2。厚1.0～45.93m，平均20.73m。是下含中较富水的层段，q＝0.49～2.4L/s.m，主要为中粗砂，下部为含泥质砾石层，局部呈半固结状。(3)下含3。厚1.95～43.95m，平均20.73m。q＝0.06～0.15L/s.m，岩性为细、中粗砂，且富含泥质，局部呈半固结状。下含1与下含2之间的下隔2厚度较薄且不稳定，故疏降过程中作为一层考虑。下含3则由于下隔3的局部尖灭、变薄以及多数钻孔穿透后没有分层止水，实际上亦串成一体，故疏干下含1.2实际上也必疏干下含3。(4)下隔1。厚0～3.04m，平均2.01m。不稳定分布于基岩面上，古河床地区大都缺失，造成下含1直接沉积在煤系之上。(5)下隔2。厚0.77～14.67m，平均4.39m。分布不稳定。(6)下隔3。厚1.08～28.39m，平均1～4m。分布较稳定，但也有局部地段变薄至尖灭。3、瓦斯淮南矿业集团所属各矿煤层埋藏深（300～1500m）、煤层极其松软（f=0.2～0.8）、瓦斯含量高（12～26m3/t）、透气性低（煤层透气性系数为0.001～0.008mD）、瓦斯压力大（6.4MPa）、地温异常（-1000m达47℃）、13对生产矿井中除顾桥矿、潘北矿为高瓦斯矿井外其余矿井均为煤与瓦斯突出矿井，2012年全矿区瓦斯涌出量已达1487.65m3/min，采煤工作面瓦斯涌出量达到40～110m3/min，预计到2015年全矿区瓦斯涌出量可达1500～1700m4、地压淮南煤田煤层顶底板工程地质条件不良，地压大。主要可采煤层顶底板多为泥岩或砂质泥岩，部分为粉砂岩或细砂岩；底板以泥岩、砂质泥岩为主。煤系岩层大多胶结良好。经力学试验，岩石的抗压强度与层位、容重点关系不明显，主要与岩性有关，泥岩强度最低，砂质泥岩次之，砂岩强度高。顶板抗压强度：泥岩、砂质泥岩为20.7～52.8MPa，细～中砂岩为85.7～143MPa，粗砂岩为56.8～123.5MPa。生产中还存在复合顶板和顶板砂岩体相变大等工程地质问题。5、煤尘据生产矿井及勘探资料，淮南煤田煤尘爆炸指数高达65%以上，火焰长度可达300mm，岩粉量最大为35%，因此，粉尘普遍具有爆炸危险。6、煤的自然倾向淮南煤田绝大多数煤层具有自然发火倾向，发火期一般为3～6个月，最短的为14天。7、地温两淮煤田的恒温带深度一般为30米，温度16.8℃.平均低温梯度变化较大，最低为2.0℃/100米，最高可达4.78℃淮南煤田潘谢矿区平均低温梯度一般在3.0～3.5℃/100米之间。属于低温梯度大于3℃的正异常区，从矿区东部到西部基本连成一片分布，一级热害区（31℃）在标高-400～-450米；二级热害区（大于371.2.5煤炭开采过程中存在的技术困难淮南矿区开采技术条件复杂，为典型的“三高”、“三软”煤层。1、高地压：淮南矿区已全面进入深井开采，地压显现强烈，谢一矿在-780m标高最大主应力达到20.6MPa，在-960m标高最大主应力达到26.8MPa；丁集矿在-850m标高最大主应力达到25.6MPa；潘三矿在-750m标高最大主应力达到23.62MPa；潘一矿在-750m标高最大主应力达到21.6MPa，由于高地压，巷道支护困难，需要采取内锚外架、喷注浆等复合支护，单进低、成本高，并且维修工程量大。2、高地温：淮南矿业集团矿井大多属于深井开采，矿区目前平均开采深度已达-780m，最大开拓深度-985m，地热灾害问题日益严重。-600m水平大部分区段地温超过31℃，局部区段大于37℃，最高原岩温度45℃3、高瓦斯：瓦斯含量10～36m3/t，瓦斯压力最高6.8MPa，所有生产矿井均有煤与瓦斯突出危险性，2011年淮南矿业集团全矿区瓦斯涌出量已达1361.72m3/min。采煤工作面瓦斯涌出量达到40～4、“三软”：顶板软，底板软，煤层松软，煤层f值只有0.2～0.8，再加上构造复杂、断层影响，煤巷支护强度要求高，需要采用锚网（索）或内锚外架支护措施，采用的锚索、锚杆直径均达到22mm，U型棚已达到36U以上；工作面装备工作阻力最高已达到10800kN。1.3矿区水资源概况1.3.1地表水潘谢矿区水资源丰富，中国七大河流之一的淮河横穿矿区。淮河过境多年平均径流量216亿立方米/年。枯水年35～40亿立方米/年，淮河水位由蚌埠闸控制，一般为17.5m。矿区内还分布有西淝河、济河、颖河、架河、港河、泥河等河流，沿淮湖泊洼地主要有瓦埠湖、高塘湖、城东湖、城西湖、芡河洼等。湖面面积4600km2，中小型水库面积107km2。江淮地区雨水充沛，年平均降水量为883.6mm。年径流量238.6mm，地区降水总量5.1亿立方米蚌埠闸正常蓄水位17.5m，相应蓄水量2.76亿立方米。现扩建工程已完成，如果水位提高到18.5m，可增加供水量1.9亿立方米。南水北调东线工程竣工后，年净增供水量12亿立方米。1.3.2地下水资源潘谢矿区属安徽省淮北平原水文地质区，为淮河冲积平原，沉积有巨厚的新生界地层，由松散的砂、细砂、砂砾和粘土等组成，为孔隙含水层。按岩性组合特征和含水层的富水性，自上而下划分为四个含水层（组）：第一含水层由中、细砂组成，为半承压孔隙含水层，埋深40m左右，含水层厚14～34m；第二含水层，由细砂、中砂组成，为承压孔隙含水层，埋深40～120m左右，含水层厚30～50m；第三含水层，由中砂、粗砂为主组成，为承压孔隙含水层，埋深130～350m左右，含水层厚240m左右；第四含水层由砂、砂砾组成，为承压孔隙含水层，埋深360m以下，含水层厚100m左右。矿区供取水为浅部地下水，即第一、第二两含水层，主要为第二含水层，由细砂、中砂等组成，为弱承压~承压孔隙含水层，埋深9～120m，含水层一般厚60～80m，水位埋深1～3m，单位涌水量1.69～3.98升/秒，富水性中等～强，矿化度小于1克/升的HCO3-Na型淡水，宜于饮用和灌溉，一般无水质问题。矿区地下水动态为典型的滲入蒸发型，主要补给来源为大气降水垂直入渗，其次为河流、湖泊、人为蓄水渗入补给。地下水动态变化受季节性控制。地下水运动以垂向为主，自然流速极慢，排泄方式主要为人工开采、地面蒸发及植物吸收蒸腾。潘谢矿区为矿井生产建设需要，进行了五个区块的供水水源勘探，每个勘探范围内天然越流补给量为17000～21000m3/d，平均年降水入渗量为25000～50000m3/d。矿井实际开采与需求水量小于补给量，表明矿区地下水丰富，开采保证程度高，能够满足矿区建设与长期使用的需求

二、项目的必要性、可行性及以往工作分析2.1以往工作分析2.1.1淮南煤矿淮堤下采煤淮河是中国的重要河流之一。干流流经淮南矿区的李嘴孜、新庄孜和谢李深部井井田上方，详见图2.1.1。图2.1.1淮河与矿区分布对照图河床和堤下直接或间接压煤地质储量3.9亿t，可采储量2.14亿t，压煤占四个矿区总可采储量的42.3％，大量压煤严重制约了淮南矿区的正常生产发展。为了充分利用煤炭资源，延长矿井服务年限，淮南矿业集团自20世纪60年代进入淮堤下采煤。至今历经50多年，积累了淮河河床下、淮河堤防下采煤的成功经验，在理论研究方面也取得了相应的飞跃，取得了一系列试验研究成果，“三下采煤技术”曾分别荣获煤炭工业部科技进步特等奖（1983年）和国家科技进步一等奖（1985年），淮河堤下采煤技术获安徽省科技进步二等奖（1983年）。截止2005年，在淮河下、六坊堤下和西淝河下累计采煤5900万吨，既开采了煤炭资源，又保证了河流的安全。事实证明，淮南矿业集团在淮河堤下采煤的理论研究和经验积累的基础上，形成了符合淮南矿区实际和具有自己特色的“三下”采煤技术，已具备在建筑物下、水体下、铁路下（称“三下”）采煤的能力。1、淮堤下采煤影响情况六坊堤是淮河大堤的重要组成部分，从1974年开始，淮南矿务局李嘴孜矿就开始在六坊堤下试采，在淮河这样大的水体及河堤下开采，我国尚属首次。1973年～1981年6月，先后从淮河漫滩、河床及河堤下开采了C15到B4共9个煤层（其中漫滩1个，河床及河堤下8个），累计采厚19.3m，共安全出煤186.4万吨，同时通过系统的观测，积累了大量的数据，取得了淮堤下采动变形规律。1974年4月～1975年4月，李嘴孜矿C15煤层采动后，地表下沉量达0.293m，堤体为0.248m，地表水平拉伸变形2.2mm/m，堤体为2.0mm/m，此时地表和堤体未见明显的裂缝。1975年5月，李嘴孜矿东二东C13第一分层推进达90m后，发现地表有平行切眼方向的细小裂缝，缝宽2～5mm，缝距2m左右。测得地表最大下沉量达0.595m，最大水平变形走向线2.0～4.7mm/m，平均3.5mm/m，倾斜线3.3～4.6mm/m，平均4mm/m，因此可以认为当水平变形达2～4mm/m时，地表和堤体可出现裂缝。1976年3月，李嘴孜矿C13第二分层采后，发现地表有平行工作面向和切眼围绕采空区四周的椭圆状裂缝带（地表最大拉伸区），带宽40m，裂缝开口宽度一般为10～20mm，密度2m左右一条。经在堤体南侧开挖，其延展深度2～3m，倾向采空区，角度很陡。1976年下半年，李嘴孜矿C13第三层采后，裂缝带位置变化不大，但裂缝开口宽度加大了，为120～250mm，落差为140～200mm，经在堤北侧地表开挖发现裂缝深1m左右，急速收敛到宽度10～20mm，裂缝陡直，倾向采空区，裂缝密度为1m左右一条。此时地表最大拉伸变形已达到18.7～27.5mm/m，堤体为10mm/m，裂缝延展深度4.15m，缝宽10mm。因堤体与煤层走向斜交，此裂缝带对堤体影响有两段（155＃～14＃测点处长40m，158＃～161＃测点处长90m），裂缝斜切和横切堤体，其延展深度已完全切割到堤底。1977年～1980年，开始对李嘴孜矿B层煤开采，堤体水平拉伸变形继续扩大，最大达13.1m/m。具体见表2.1.1。表2.1.1六坊堤变形观测数据表煤层分层数累计煤厚（m）深厚比H0/m变形值裂缝发育情况倾斜（mm/m）曲率（10-3/m）水平变形（mm/m）E2E上段Ceq\o(\s\up5(1),\s\do2(13))22.94切眼上方地表有10mm裂缝E3E下段Ceq\o(\s\up5(1),\s\do2(13))23.0535.00.155.0切眼上方地表有10mm裂缝E3W下段Ceq\o(\s\up5(2),\s\do2(13))25.431－0.104.9下山方向堤及地表有裂缝E3E上段段B9b23.83*下山方向堤及地表有裂缝E3E上段段Ceq\o(\s\up5(1),\s\do2(13))23.5385.15.2切眼上方地表有裂缝E2E上段段Ceq\o(\s\up5(2),\s\do2(13))34.7286.814.1下山方向地表形成台阶式裂缝E3E上段段B8b35.02610.910.4下山方向地表形成台阶式裂缝E2E上段段B8b35.4227.513.1下山方向地表形成台阶式裂缝从20世纪80年代起，经原煤炭部批准后进行确保堤下开采，新庄孜矿开始将大部分采场延伸至淮河老应段确保堤煤柱内。至今，淮堤下已累计采出煤炭2300多万t。原堤顶已分别在保证水位线以下4m和行洪水位以下12m。近期，李嘴孜和新庄孜两矿每年采出煤炭200万t。淮河下开采对淮堤的影响情况见表2.1.2。表2.1.2新庄孜、李嘴孜矿对淮堤的影响情况表矿名采动堤段开采时间影响堤长(m）原堤性质原堤断面维护措施新庄孜矿五号井围堤1959～530砂质粘土堤工厂围堤顶宽3～5m堤高7.5m加高堤身北隔堤1967～1000砂质粘土堤塌陷积水区隔堤顶宽10m堤高3.2m加高堤身淮堤老应段副堤1972正堤19848002820砂质粘土堤确保堤顶宽3m堤高7.5m加宽、加高堤身，锥探灌浆，水平防渗六方堤1983～3650亚粘土堤行洪堤顶宽3m堤高3.5～4m加宽、加高堤身，锥探灌浆，水平防渗李嘴孜矿淮堤黑李段1966波及影响1440m砂质粘土堤确保堤顶宽10m堤高7.5m加高堤身，裂缝灌浆，贴坡防渗六方堤1974～1440亚砂土堤行洪堤顶宽3m堤高3.5～4m加宽、加高堤身灌浆铺塑料膜水平防渗至今淮堤下采煤影响堤段长度为：确保堤4.53km，行洪堤5.2km，淮堤最大下沉：确保堤6m，行洪堤13m。2、淮堤维护加固措施为保证淮堤的防洪安全，淮南矿业集团每年对影响堤段均进行了加固处理，主要采取了以下加固措施。1）增加堤顶高度（超高），考虑到采动裂缝的影响，保证裂缝底部高于设计洪水位，将确保堤堤顶高程抬高了2.5m，堤顶超高达5.47m，行洪堤堤顶超高2.5m。2）加宽了堤身，按在设计洪水位时裂缝不会裂穿堤身控制，将确保堤堤顶宽度加宽到30m，行洪堤堤顶宽度加宽到50m3）填筑护堤地，为减小堤身高度，便于巡查，方便运行管理，在常水位以上两侧设置了设置护堤平台，确保堤护堤地宽50m，行洪堤护堤地宽30m。4）迎水面的防浪防渗。采取粘性土斜墙和复合土工膜双重防渗措施，迎水面采用干砌块石或预制混凝土护坡。5）采动裂缝区的锥探灌浆。对于受采动影响的堤段，特别是采动拉伸区，用锥探机打孔灌浆。灌浆材料采用粘性不太高的粘土，锥探机打孔的孔距和孔深根据堤体受采动损害情况而定。由于开采是连续进行的，所以在每年汛期前，对受采动拉伸区的堤体都要灌浆一次，以提高堤体的抗渗能力和稳定性。6）由于淮南段淮堤位于Ⅶ度地震区，淮堤黑李段下伏淤泥质土和细砂层，在地震作用下将发生液化，采用了振冲碎石桩加固处理。淮堤采动影响段经受了1975年至今淮河多次洪水的考验，洪水期间堤内外水头差最大时达到8.5m，均未出现险情而安全渡汛。确保堤和行洪堤加固最终标准断面见图2.1.2、2.1.3。图2.1.2确保堤加固最终标准断面图图2.1.3行洪堤加固最终标准断面图3、采动区淮堤加固的试验研究受采动影响的淮堤，其下沉和变形的强度很大，最大下沉达到13m左右，最大拉伸变形超过30mm/m，其影响周期很长，连续时间将超过20a。对于长期处于移动变形的淮堤，当汛期来临处于高水位时，特别在同时发生8°地震的最坏状态，能否稳定实现安全渡汛？为此，在淮堤加固过程中，通过采用有限元计算分析了加固后淮堤的变形幅度、稳定情况、应力状况、抗液化安全度；通过振动试验，模拟地震情况下淮堤的抗震能力；通过离心模型试验验证了渐沉堤防的稳定状况；通过二维渗流电模拟试验验证了加固淮堤的渗流稳定性；进行了相似模型裂缝渗流试验、堤坝移动变形预测模型试验、煤矸石堤坡环保植被试验等多个课题进行专题研究。研究结果认为，按以上方案加固，保证工程施工质量，受采动影响的淮堤在各种运行情况下是安全的。4、采动区淮堤监测体系及监测成果综合分析1）淮堤堤体内外动态监测体系（1）淮堤表面位移观测系统：根据从高级到低级逐级控制的原则，堤坝表面移动变形观测系统由监控网和堤坝移动变形观测站组成，以监测渐沉式淮堤的表面位移。（2）堤体内部变形观测系统：堤体内部移动变形观测采用钻孔测斜仪和钻孔伸长仪组成的三维测量系统，以监测堤身内部变形。2）淮堤表面观测站实测资料分析通过对受采动影响淮堤精度测量，获得了大量丰富的淮堤移动与变形观测资料，这些资料体现了淮堤的沉陷动态。对堤坝动态监测成果分析后，总体上可以得出以下结论：（1）1991～1995年间，受开采影响的堤坝移动变形是连续的、渐变的、下沉盆地是平缓的。地表和堤坝在开采影响过程中发现的裂缝基本上在分析预测的深度和宽度范围内，这些裂缝经过灌浆等必要的技术手段处理后，顺利地度过了1991年和以后几年的洪水考验。只要保证堤坝维修、加固和灌浆等工程质量，淮堤安全是有保证的。（2）在局部范围内累计的拉伸变形值比较大，这是由于多个采空区边界重叠所致。因此，采场的接替安排需要做进一步的改进，应当尽量避免各煤层采空区边界的重叠，减小水平变形值，以避免开采引起的裂缝达到极限深度，使灌浆处理裂缝的效果更好。（3）在已经形成的局部的拉伸变形集中带，虽然堤坝表面经过充填灌浆加固，使产生的裂缝或疏松区得到消除，但堤体内部及堤基中产生的疏松区在较长时间内不会消失。因此，应该尽快开采相邻的工作面，使各煤层开采边界错开，或者加大灌浆的深度和灌浆量。5、堤坝加固效果由于确保堤和六坊堤的加固方法不同，对堤坝的影响也存在差异。根据监测资料分析，在采用上述加固方法时，确保堤（老应堤、黑李段）新充填2～3m范围内的土需要一定的稳定和密实时间。2～3m以下的充填土则基本上处于稳定状态，与自然土层无明显差异。六坊堤加固施工的方法直接影响到堤顶以下5m的范围，即该范围内除了受采动的影响外，还明显受灌浆、排水等施工过程等外界扰动影响，还要受自然雨水冲刷等因素的影响。5m以下则与自然土层无明显的差异。以上监测结果说明，在目前的堤坝加固方法和施工质量的前提下，堤坝的加固效果是好的，堤坝下采煤采动区堤防加固措施是有效的、安全的。在每年汛前，对受采动影响的堤体浅部都要进行锥探充填灌浆，这一措施是十分必要的，仍需要坚持并保证质量。不仅可以充填由于开采引起的裂缝和疏松，还可促使浅部新充填土及早密实，提高堤体的抗渗能力和稳定性。淮堤受采动段经受了1975年至今淮河多次洪水的考验，洪水期间堤内外水头差最大时达到8.5m，均未出现险情而安全渡汛。2.1.2山东兖州集团鲍店矿山东兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿地处山东省邹城市，井田面积35.3km2，是我国自行设计和施工的年产300万吨的特大型全综采机械化矿井，1986年6月10日投产，目前核定年生产能力已达640万吨，配有同等产能的现代化洗煤厂一座。泗河发源于山东省泰安新泰市太平顶，为二级河道，流经济宁市泗水、曲阜、兖州、邹城、微山，于济宁市任城区辛闸村入南阳湖，全长159km，流域面积2357km2。在鲍店煤矿井田范围内自北向西南流过井田西部露头煤附近。在井田范围内，占压3煤层储量1316.5万t。鲍店矿位于泗河下开采，泗河堤防等级二级，为二十年一遇防洪设计，五十年一遇洪水校核。据统计截止2003年，兖州集团鲍店矿泗河下河下采煤河道塌陷治理工程统计见下表2.1.3。

表2.1.3泗河河下采煤河道塌陷治理工程统计表2004～2006年又对1312、1314综放面采用综采放顶煤开采，全部垮落法管理顶板，1312工作面自2004年10月25日开采至2005年4月29日停采，共安全采出煤炭220.63万t，实际采出率为91%。1314自2005年9月26日开采至2006年1月24日停采，总采出量为102.8万t，实际采出率为86.7%。由于工作面的开采在泗河东堤两侧形成面积巨大的下沉盆地，使河堤、河槽、两侧滩地、护堤地下沉形成大坑，在工作面中部形成最大下沉区，下沉量达到8m左右。在工作面开采过程中，沿工作面走向方向每隔30m左右产生与工作面平行的裂缝，实测数据表明，大堤上裂缝最大宽度达到0.3m。由于堤防下沉量大，工作面的开采时间必须避开汛期开采。因此，选择两工作面的开采时间为冬季枯水期。在工作面开采前，根据沉陷预计，对堤防、护堤地、滩地按照沉陷预计值进行预加固，分层上土，分层碾压，达到设计值加沉稳值。大堤稳沉后，对堤防进行灌浆处理，对滩地、护堤地、堤防进行整理，对河岸进行护砌。新的堤防按50年一遇标准进行修筑。河堤采用梯形断面，堤顶宽6m，内坡为1∶3，外坡为1∶2.5。地表沉陷时产生的裂缝深度及广度较大，在洪水期堤基、堤身将因此而产生渗透破坏，甚至溃堤。因此，对旧堤防进行推倒重建，并对下沉段采用水泥粘土灌浆进行加密加固。灌浆材料采用掺入10％水泥的粘土混合浆液；灌浆深度至堤基下2.0m以上；采用双排两序孔、梅花形布置，排距、孔距均为1.5m。由于地表下沉量较大，滩地及护堤地将因下沉而大量积水，因此，在地表沉陷前对滩地及护堤地按预计下沉量值加设计滩地高程进行预加高，沉陷后再对滩地按设计高程进行推平整治。按相关设计规范，护堤地宽度取50m，不考虑恢复工程保护范围。项目河段东岸河口处为冲刷区，滩地恢复后，由于回填土为粉土，易遭受冲刷。因此，采用干砌粗料石护岸，扩脚采用抛煤矸石，扩脚顶高程为40.0m，顶宽10m，坡度1∶2.5。干砌石扩岸顶高程平河口，河岸封顶宽1.0m，护坡厚度0.4m，下设土工布反滤，坡度1∶2；基础座在回填煤矸石上，采用干砌粗料石，高1.0m，埋深1.5m，顶宽0.8m，底宽1.0m。1312工作面下沉区河堤塌陷治理工程自2005年4月7日施工至2005年6月13日竣工，工程投资2758万元，安全采出泗河保护煤柱115.7万t，销售单价按400元/t计算，可产生经济效益4.62亿。1314工作面已回采完毕，共安全采出泗河保护煤柱61.34万t，销售单价按400元/t计算，可产生经济效益2.45亿元。下沉区河堤塌陷治理工程于2005年11月28日开工，于2006年5月底完工，工程投资968万元。上述案例表明，水体下采煤技术上是可行的，相应的加固措施可以保证堤防安全度汛。2.2项目实施的必要性淮南潘谢矿区进行水体下采煤是地区经济建设及矿区发展的需要。华东地区是我国最具增长潜力的煤炭消费市场，以发电用煤增长为主。据预测今后每年的煤炭净调入量在1亿吨以上。华南也是我国的主要缺煤地区。淮南矿业集团公司是我国最南端的大型煤炭生产基地，距离世界最大的煤炭贸易市场（东亚煤炭消费地）及我国缺煤的华东、华南地区最近，具有广阔的煤炭市场空间。安徽省“861计划”、“两淮一蚌”发展战略、“蚌埠闸上沿淮经济带”建设、淮南煤电基地建设等都需要大力实施淮南矿区的煤炭资源开采。淮南矿区是全国13个亿吨级煤炭生产基地和6个大型煤电基地之一，是国家首批循环经济试点企业、中华环境友好型煤炭企业和国家级创新型试点企业。而淮南矿区由于位于淮河两岸，煤炭资源开采与河流水系息息相关。目前西淝河、泥河、济河及港河等水体下共压覆资源99143.88万吨，影响淮南矿业集团张集矿、谢桥矿、顾北矿、潘一矿及潘三矿等主力矿井开采。为能保证国家大型煤电基地的开发建设，保障淮南矿业集团主力矿井的产能及采场接替的稳定，最大限度地解放压堤下的煤炭资源，提高煤炭资源回采率，促进地方经济发展，落实科学发展观，全面建设小康社会，对西淝河、泥河、济河及港河等水体下煤炭资源进行开采是十分需要的。2.3项目实施的可行性以已掌握的“三下”采煤技术为支撑，西淝河、泥河、济河及港河水体下采煤是可行的。淮南矿业集团自20世纪60年代至今，历经50多年，积累了淮河河床下、淮河大堤下采煤的成功经验。在积累了大量丰富、科学数据的同时，在理论研究方面也取得了相应的飞跃，取得了一系列试验研究成果，“三下采煤技术”曾分别荣获煤炭工业部科技进步特等奖（1983年）和国家科技进步一等奖（1985年），淮河堤下采煤技术获安徽省科技进步二等奖（1983年）。截止2011年，在淮河下、六坊堤下和西淝河下累计采煤8000万吨，既回收了煤炭资源，又确保了河流的安全。事实证明，淮南矿业集团在淮河堤下采煤的理论研究和积累经验的基础上，形成了符合淮南矿区实际和具有自己特色的“三下”采煤技术，已具备在建筑物下、水体下、铁路下（称“三下”）采煤的能力。综上所述，为释放潘谢矿区水体下煤炭资源，增加我省煤炭有效储备，保障能源基地建设，提高煤矿企业可持续发展能力，促进地方经济发展，实现全面建设小康社会，对西淝河、泥河、济河及港河等水体下煤炭资源进行开采是需要的。以已掌握的“三下”采煤技术为支撑，水体下采煤在技术层面是可行的。

三、水体下安全开采可行性论证及地面堤坝维护加固方法3.1西淝河、泥河、济河、港河简介1、西淝河西淝河是淮河北岸的一条支流，全长178km，流域面积4113km2。西淝河历史上多次受黄泛影响，河床淤积，河道比降平缓，下游低洼地多。茨淮新河开通后，西淝河在利辛县境内的阚疃被茨淮新河截断，截走西淝河中游流域面积2492km2，上段长101.6km。西淝河下段流经利辛、颍上县后，于凤台县境内西淝河闸处入淮河，下段长72.4km，流域面积1621km2，其中，凤台县境内长度42.5km，流域平均宽度为19km，流域内地形西北高东南低，最高地面高程30.0m，最低地面高程17.0m。西淝河下段河道较为平缓，河道平均比降约为1/40000。流域内土壤大部分为砂姜黑土，沿河附近为棕壤土。西淝河压覆淮南矿业集团张集矿资源。2、泥河泥河是淮河左岸支流，发源于凤台县的米集，流经凤台县和潘集区，穿过淮北大堤青年闸，出口在汤渔湖缕堤尹家沟闸处入淮河干流。青年闸以上泥河干流河道长55.65km，流域面积388km2，其中上游凤台境内河长16.25km，流域面积50km2；中、下游潘集区境内河长39.4km，流域面积338km2。泥河压覆淮南矿业集团潘一矿、潘三矿资源。3、济河济河是西淝河右岸另一条较大支流，界于苏沟与颍河之间，为平原坡水区，于颍上县北部的老集附近汇入西淝河。济河全长63km，流域面积707km2。济河压覆淮南矿业集团谢桥矿资源。4、港河港河为西淝河左岸支流，长32km，总流域面积101km2，于淝左堤港河闸处入西淝河。港流域内地形西北高，东南低，最高地面高程26.0m，最低地面高程17.0m，沿河地势低洼，下游形成天然湖泊（姬沟湖），港河中段以下河道极不规则，滩地面积大，河道淤积严重，平均淤泥厚度达1.5m左右，港河沿岸有些地段至今没筑圩堤。港河压覆淮南矿业集团顾北矿资源。3.2西淝河、泥河、济河、港河水体下资源压覆情况3.1、地表移动参数的确定依据国家煤炭工业局2000年制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》推荐的淮南矿区地表移动角实测参数，淮南地区的参数值为：松散层移动角，ф=41°；基岩移动角，走向δ=66°，上山г=70°，下山β=66°-22°×sinα。2、地面围护带宽度根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》第17条，建（构）筑物地面受护面积包括受护对象及其周围的围护带，围护带宽度按表3.表3.建（构）筑物保护煤柱等级ⅠⅡⅢⅣ围护带宽度（m）2015105西淝河、泥河、济河、港河均为水压Ⅱ级标准，其防护宽度分别为河堤宽度15m3、压矿范围计算方法1）剖面计算法对于河流堤坝线状的压覆范围的确定本次采用剖面计算法，示意图如3.图3.2（1）垂直于河流堤坝的维护带边界做一系列的剖面线并编号。（2）在松散层内采用公式计算受保护对象在松散层的移动宽度S。（3）基岩内的移动宽度计算：按斜交剖面移动角β＇、γ＇代替β、γ，然后利用公式1、2计算q、l。采用垂线法与煤层走向斜交的受护对象保护煤柱，煤柱在煤层上山方向垂线长度q和下山方垂线l长度按式1及2计算：………………1………………2式中：S：松散层移动宽度（m）q：上山长度（m）L：为下山长度（m）H：煤层埋藏深度（m）（或标高，若为标高，则用地面标高相减）h：松散层埋藏深度（m）α：地层倾角（°）β＇：斜交剖面下山岩石移动角γ＇：斜交剖面上山岩石移动角最终河流堤坝在各剖面位置处的上山方向受护边界宽度为S+q，下山方向受护边界宽度为S+l，然后将每一剖面位置处的受护边界连线，则为整个河流堤坝的受护边界线。3.2潘谢矿区西淝河、泥河、济河、港河水体下共压覆张集矿、潘一矿、潘三矿、谢桥矿及顾北矿等5对矿井资源量99143.88万吨。详见表3.表3.2序号水体名称压覆矿井名称压覆资源量（万吨）压覆资源上限标高(m)压覆资源占矿井总资源百分比(%)1西淝河张集矿23475.99-60013.22泥河潘一矿15814.09-60017.8潘三矿19493.80-55024.43济河谢桥矿16884.10-55027.34港河顾北矿23475.90-47035.2合计99143.883.3水体下安全开采可行性论证及地面堤坝维护加固方法3.3.11、井下开采引起的覆岩破坏一般规律未经采动的岩体，在地壳内受到各个方向力的约束，处于自然应力平衡状态。岩体内的应力状态主要取决于上覆岩层的重量和性质。局部矿体被采出后，在岩体内部形成一个空洞，其周围原有的应力平衡状态受到破坏，引起应力的重新分布，直至达到新的平衡，这是一个十分复杂的物理、力学变化过程，也是岩层产生移动和破化的过程，这一过程和现象称为岩层移动。以近水平煤层开采为例，说明覆岩移动和破坏过程及其应力状态的变化。当地下煤层被采出后，采空区直接顶板岩层在自重力及其上覆岩层的作用下，产生向下的移动和弯曲。当其内部拉应力超过岩层的抗拉强度极限时，直接顶板首先断裂、破碎、相继冒落，而基本顶岩层则以梁或悬臂梁弯曲的形式沿层理面法线方向移动、弯曲，进而产生断裂、离层。随着工作面的向前推进，受采动影响的岩层范围不断扩大。当开采范围足够大时，岩层移动发展到地表，在地表形成一个比采空区大得多的下沉盆地。在倾斜煤层，特别是急倾斜煤层开采条件下，岩层移动的主要特征是岩石沿层面错动。在采空区上边界上方，岩层和煤柱在自重力的作用下，顶板岩层在产生法向弯曲的同时，受沿层理面分力的作用而产生沿层理面向采空区方向的错动和滑落。当煤层倾角接近和大于50°时，这种现象可扩展到煤层的底板沿层。若煤层的顶、底板岩层强度均较小时，则可同时产生沿层理面的下滑。上覆岩层的移动形式包括弯曲、岩层的垮落（又称冒落）、煤的挤出（又称片帮）、岩石沿层面的滑移、垮落岩石的下滑（或滚动）和底板岩层的隆起等六种。1）影响覆岩破坏规律的因素所谓覆岩破坏规律，在研究水体下采煤问题时主要就是指导水裂缝带的分布形态和最大高度。影响覆岩破坏规律的因素包括覆岩力学性质和结构特征、采煤方法和顶板管理方法、煤层倾角、开采强度、时间因素、重复采动等。2）淮南矿区覆岩破坏监测成果淮南矿区老区水体下（包括淮河下、淮堤下）压煤量约占该区总储量的60％以上。水体下的大量压煤制约了该区生产的正常发展。为了保证安徽和华东地区用煤，充分利用煤炭资源、稳定矿区产量，本着积极稳妥，确保安全，先易后难，由点到面，逐步扩展的原则。原淮南矿务局组织工程技术人员会同有关科研单位，把水体下采煤问题列为重点公关项目。经过充分调研和论证，于20世纪60年代初先在李嘴孜矿进行了水体下压煤的试采，并获得了成功。在水下开采过程中，淮南矿务局在各试采区累计施工了约500个冒落裂缝带探测孔，获得了丰富的实测成果。2、井下开采引起的地表沉陷规律所谓地表沉陷，是指采空区面积扩大到一定范围后，岩层移动发展到地表，使地表产生移动和变形，在地表沉陷的研究中称这一过程和现象为地表移动。开采引起的地表移动过程，受多种地质采矿因素的影响，因此，随开采深度、开采厚度、采煤方法及煤层产状等因素的不同，地表移动和破坏的形式也不完全相同。在采深和采厚的比值比较大时，地表的移动和变形在空间和时间上是连续的、渐变的、具有明显的规律性。当采深和采厚的比值较小（一般小于30）或具有较大的地质构造时，地表的移动和变形在空间和时间上将是不连续的，移动和变形的分布没有严格的规律性，地表可能出现较大的裂缝或塌陷坑。地表移动和破坏的形式有地表移动盆地、裂隙及台阶、塌陷坑等。1）沉陷（地表移动）盆地在开采影响波及到地表以后，受采动影响的地表从原有标高向下沉降，从而在采空区上方地表形成一个比采空区面积大得多的沉陷区域（如图3.图3.一般开采工作面近似于矩形，下沉盆地稳定后全面积的沉陷分布有以下特征：下沉等值线呈近似椭圆形分布，在椭圆形中心处下沉值最大，在同一方向上离中心愈远下沉值越小(见图3.3图3.2）裂隙及台阶在地表移动盆地的外边缘区，地表可能产生裂缝。裂隙的深度和宽度，与有无第四纪松散层及其厚度、性质和变形值大小密切相关。若第四纪松散层为塑性大的粘性土，一般是地表拉伸变形值超过6～10mm／m时，地表才发生裂隙。塑性小的砂质粘土、粘土质砂等，地表拉伸变形值达到2～3mm／m时，地表即可发生裂隙。地表裂隙一般平行于采空区边界发展。当采深和采厚的比值较小时，在推进中的工作面前方地表可能发生平行于工作面的裂缝。但裂缝的宽度和深度都比较小。这种裂缝是随工作面推进先张开而后逐渐闭合。地表裂缝的形状为楔形，地面的开口大，随深度的增大而减小，到一定深度尖灭。3）塌陷坑塌陷坑多出现在急倾斜煤层开采条件下。但在浅部缓倾斜或倾斜煤层开采，地表有非连续性破坏时，也可能出现漏斗状塌陷坑。矿区由于开采深度较大，第四系表土层很厚，由大量的实测资料证明，开采后仅出现地表下沉盆地和深度很小的地表裂缝。淮南矿区的煤系地层为石炭二叠系，总厚度约为400m，含可采煤层13～15层，总可采厚度28～32m。地层岩性为砂岩、粉砂岩、粘土岩和煤组成。淮南矿区地质条件复杂，主要表现在煤层倾角变化大和第四系冲积层厚度变化大。淮南矿区断层对地表沉陷规律的影响包括：①断层对开采沉陷的影响。所采煤层的上覆岩层中有断层存在，就可能引起断层的上下盘沿断层面相对移动。当断层倾角大于20°，断层落差大于10m时，断层对开采沉陷便有明显的影响，主要表现为断层露头处地表产生台阶状裂缝和改变沉陷的影响范围。②断层对地表移动与变形产生影响的原因。断层对地表移动与变形产生影响的原因在于断层带处岩层的力学强度大大低于周围岩层的力学强度。由于采动引起的应力的集中作用，致使断层露头处成为岩层变形集中的有利位置。在上覆岩层发生移动与变形的同时，岩层还沿着断层面发生滑动，于是在断层露头处的地表就出现台阶状的破坏。同时，由于断层的变形集中作用，也是盆地内移动与变形的正常分布发生改变。在断层露头处的地表变形加剧，大大超过其正常值，位于断层露头两侧附近的地表变形变得缓和小于其正常值。利用断层对地面影响的规律，可指导地面建筑物的合理分布。也就是说，在断层露头位置禁止新建新的建筑物，在断层带上的原有建筑物，一般不采取加固措施而进行拆除，而在断层露头两侧地表的变形缓和地带，则对建筑物影响很小，原有建筑物可以进行加固，也可盖新的建筑物。③矿区开采沉陷预测预报系统，简称MSPS系统，包含了解决矿区开采沉陷及“三下”采煤问题中所需要的大部分数据处理问题。这是一个非常实用的系统。该系统是在WINDOWS环境下，实用VISUALBASIC开发而成的。功能包括地表沉陷数据处理、岩体内部数据处理、地表沉陷预计、求开采沉陷预计参数、地表沉陷实时预测、矿区土地沉陷预报、地表移动变形动态模拟、岩体内部破化预测。3.3.2潘谢矿区西淝河、泥河、济河、港河水体下采煤的关键技术问题水体下采煤的是否可行的技术关键是：一是开采引起的导水裂缝是否波及河床底部，造成矿井透水和淹井，即水患问题；二是堤坝是否会突然沉陷引起垮堤溃水，即突然下沉（沉陷）问题；三是开采引起的堤坝裂缝是否会横切大堤或堤体内部是否有许多裂缝成为漏水通道，即裂缝问题。在这三个方面有了明确的认识，并具有安全、可靠的对策后，水体下采煤才是可行的。1、水患问题地下开采引起的岩层与地表移动，能使开采煤层围岩中的新生界下含水层里的水、溶洞水以及位于开采影响范围内的地表水和泥砂溃入井下，威胁煤矿生产安全。因此，在水体下采煤时必须采取适当措施，保证开采过程中不发生灾害性透水，溃砂事故，避免因矿井涌水量突然增大而严重地恶化井下工作环境。进行水体下采煤，只要开采引起的覆岩中的导水裂缝带不波及水体底部，水体下采煤就是可行的。2、突然下沉（塌陷）问题模拟研究表明，在没有断层影响的地区，堤坝、表土和上部基岩的移动和变形是连续的，也就是在堤坝、表土和上部基岩之间不出现大的离层空间，堤坝不会出现突然塌陷。在有断层影响的情况下，断层面受开采影响被拉开，两侧发生相对错动，但这种错动在近地表处由于表土的约束、缓冲作用而越来越小。模拟结果显示，在基岩面处，断层两侧下沉仅有20mm，水平移动不超过80mm，这些位移差将被表土及大堤吸收，不形成大的空洞而导致大堤的突然塌陷。但在断层露头处堤体极有可能出现裂缝。3、裂缝问题当地下煤层被开采后，回采工作面上方地表逐渐形成近似椭圆形的下沉盆地，在下沉盆地的边缘区，地表受拉伸变形，当拉伸变形值大于产生裂缝的临界变形值后，地表即出现裂缝，并逐渐形成由多条裂缝组成的裂缝带。裂缝带宽度一般为40～70m，裂缝的形态为上宽下窄，呈楔形状态，其深度有限，经人工开挖验证，一般为2～3m，最深处达4.15m。裂缝始终从地表开始，不会从土体内部某一深度产生，土体内部一般只会产生层面之间的离层现象，因此，裂缝的切割深度线与地表面起伏一致。即无论地表面如何起伏，其裂缝深度（从地表算起）基本一致。由于裂缝产生的时间、位置是可预计的，裂缝发育的范围、深度是有限，且地表（堤体）内部不会产生竖向裂缝，因此，裂缝问题可以通过采取一定的措施来解决。4、水体下采煤的可行性水体下采煤，水患问题的解决措施，根据前文1.2.4叙述的区域水文地质条件，在新生界下部有稳定的隔水层，上隔及中隔总厚度达50～108m，能够有效阻止新生界以上的地表水及含水层水导入下方，而新生界下部含水层的水与井下的联系通过留设防水煤岩柱阻断解决，且防水煤岩柱的高度应大于井下开采工作面裂隙带的高度；堤体随地表同步缓慢、平稳下沉，不会突然塌陷；堤体（地表）的裂缝发育规律已基本掌握，完全可以通过采取一定的措施来解决。因此，解决了水体下采煤的关键技术问题，水体下采煤是有科学依据的，确实是可行的。3.3.3受采动影响堤坝维护加固方法及措施1、开采对堤体的损害1）沉陷损害水体下采煤后，使堤坝沉陷。堤坝及堤坡脚的不断沉陷，是汛期及平水期时的内外坡水位差加大，从而影响堤坝堤身的稳定性。2）变形损害沉陷过程在时空上都是一个非均匀的过程，非均匀沉陷导致各种变形损害。由于堤体不同部位不均匀沉陷引起的倾斜变形，使堤身倾斜，降低了堤身稳定性，特别在高水位时，堤身向背水坡方向倾斜时，这种危害更大，在分析堤身稳定性时要充分顾及。沉陷过程必然伴随水平位移，而各点不同量水平位移值导致堤身产生拉伸或压缩变形，拉伸变形使堤体疏松，强度减弱，拉伸变形超过4mm/m后，堤体产生上宽下窄的采动裂缝，严重时甚至出现台阶状断裂，堤体的稳定性和防渗能力收到严重损害。3）开采对堤基土层的影响大面积、长期、剧烈的开采沉陷，使堤基土层的结构和物理力学性质发生了变化，主要表现在下列几个方面：①沉陷区土层逐渐加厚。沉陷区段，汛期带来的泥沙将淤积，是堤段土层逐渐增厚。根据钻探资料对比，沉陷区覆盖层的厚度将增加1～3m。②沉陷中心区与砂层增厚。据1990年钻探资料与20世纪70年代钻探资料对比，砂层因处于沉陷区中心而增厚。③受扰动的土层，其波速发生变化，与地震勘探资料对比，发现受扰动的土层与同一层非扰动土层，其波速有明显差异。2、受采动影响堤坝的维护加固基本原则和方案1）维护加固的基本原则堤坝的安全度汛，是关系到淮南矿区安全的头等大事。对采动堤坝的维护加固，遵循了以下基本原