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山西朔州华美奥崇升煤业有限公司防治水中长期规划地测科二O一一年十二月
1前言1第一章井田概况及四邻关系2第一节井田地理概况2第二节周边四邻关系情况3第二章矿井水文地质的基本情况7第一节矿井水文地质概况7第二节井下排水设施9第三章矿井充水因素分析11第一节矿井充水因素分析11第二节矿井涌水量预算19第四章矿井水防治的整体规划20第一节矿井水防治的整体思路20第二节矿井水防治整体规划的确定22第三节井下水害治理方案24第五章实施计划及预期效果25第一节项目实施计划25第二节项目实施后的预期效果26
2矿井水灾是煤矿常见的一种灾害。随着煤矿企业重组整合工作进一步深入,矿井水害成为继瓦斯事故后影响煤矿安全生产的第二主要灾害。为了贯彻落实好《煤矿安全规程》、《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》、国家安监总局的《煤矿防治水规定》和省政府的相关规定,杜绝水害事故的发生,保障从业人员生命及财产的安全,结合我矿的水文地质情况实际,坚持“预防为主,防治结合”的方针,按照当前与长远、局部与整体、地面与井下、防治与利用相结合的原则,根据不同的水文地质条件,落实“探、防、堵、截、排”等相应的措施。因此编制防治水中长期规划是非常必要。同时要在整体规划的基础上,根据轻重缓急,抓好防治水工作,要严格检查,堵塞漏洞,防患于未然,确保整个防治水工作按计划有条不紊地进行,使防治水规划落到实处,水害得到有效防治。
3第一章井田概况及开发现状第一节井田地理概况一、地理位置山西朔州平鲁区华美奥崇升煤业有限公司位于朔州市平鲁区驻地(井坪)之东32km处下面高乡北烟墩村至冯家岭村一带,南距朔州市约22km。行政区隶属于下面高乡管辖。井田地理坐标为:东经112°29'14〃—112°30'40〃;北纬39°29,55〃-39°30,43〃。崇升煤业有限公司位于朔州市平鲁区东部,距区驻地(井坪)32km处,区内有1km土石路与乡镇水泥公路相连,距朔(州)一平(鲁)公路干线32km,距芦家窑煤炭集运站8km,距神头一、二电厂20k叫通过公路、铁路可通往全国各地,交通方便。二、地形地貌井田位于管涔山东麓,地表为黄土覆盖,经长期切割冲蚀,呈为中山丘陵区,纵观井田,总的地势为西北高东南低。地形最高点位于井田西北部梁处,高程为1395.4叫地形最低点位于东南部沟口附近,高程为1210.0m,相对高差达185.40m。区内为黄土覆盖,以黄土冲沟,梁地貌为主。由于强烈的侵蚀切割,形成多条冲沟,其上游呈“V”字型,下游是“U”字型。冲沟两侧由于不断的侵蚀形成树枝状的小冲沟。三、交通条件崇升煤业有限公司位于朔州市平鲁区东部,距区驻地(井坪)32km处,区内有1km土石路与乡镇水泥公路相连,距朔(州)一平(鲁)公路干线32km,距芦家窑煤炭集运站8km,距神头一、二电厂20k叫通过公路、铁路可通往全国各地,交通方便。四、河流水系井田内无大的河流经过,井田内大小沟谷平时基本干枯无水,唯雨季时才汇集洪水沿沟排泄,向东流入马营河,马营河在小平易乡东汇入桑干河,属海河流域永定河水系桑干河支流。马营河:发源于左云县马道头,经山阴县的玉井村,流经本区东部,全长100余公里,长期处于干涸状态,洪水季节水量较大。
4五、气象本井田位置处于晋北高寒地带,冬季气候寒冷干燥,夏秋天气凉爽,春季则多风沙,属典型的大陆性气候。全年平均气温4.5℃,一月份最冷,气温-11-—15℃,极端最低气温为-30C;七月份最热,气温19-20℃,极端最高气温为35C。降水期多集中于六、七、八三个月,占年降水量的67-75%,最高可占到90%,年平均降水量462毫米,最大日降水量为72mln。年蒸发量在2080mm到2516mm之间,平均为2351mm左右,5月到7月之间,月蒸发量可达470mm,最大日蒸发量可高于30mm。霜冻结冰期自十月下旬至次年四月,冻土厚度在1.23m左右,最大可达1.5m。最大积雪厚度26cm,平均每年出现八级以上大风(风速大于17.2m/s)约25天,风沙日290天,且多集中于冬春两季。风向以西北风最多,最大风速可达21m/s。根据中华人民共和国标准GB50011-2001《建筑抗震设计规范》,井田所属地区的地震烈度为VII度区,加速度值0.1g。历史上有过多次地震记载。朔县志及山西通志记有从公元144年至1688年前后有感地震14次,其中公元512年、849年、1291年3次较强、房屋倒塌,人畜死亡数千。1407年6月9日和1958年9月5日平鲁区曾发生5.5级地震。1952年惇县地震,1978年唐山地震以及1989年阳高大同地震均波及本县但未造成损失。第二节、周边四邻关系情况整合后的山西朔州平鲁区华美奥崇升煤业有限公司,西北邻山西朔州平鲁区国兴煤业有限公司及山西华美奥能源集团冯西煤业有限公司,南邻山西平鲁同煤圣厚源煤业有限公司(原大兴煤矿)(详见四邻关系图1-2-1)„1、山西朔州平鲁区国兴煤业有限公司山西朔州平鲁区国兴煤业有限公司由山西朔州三家窑煤业有限公司、山西朔州兴泰源煤业有限公司(原韩村煤矿)及山西万成煤业有限公司兼并重组而成。重组后生产能力为1.2Mt/ao紧邻山西朔州平鲁区华美奥崇升煤业有限公司的矿井为山西朔州三家窑煤业有限公司、山西朔州兴泰源煤业有限公司(原韩村煤矿),现将这两座矿井生产情况介绍如下:(1)山西朔州三家窑煤业有限公司
5井田面积1.6592g2,批采4、9、11号煤层,设计生产能力为0.3Mt/ao于1992年12月建矿,1995年8月投产,斜井开拓,开采方式为短壁式,一次采全高,爆破落煤,大巷采用串车运输,顺槽采用刮板机输送,通风方式为中央并列式抽出式通风,为低瓦斯矿井。大巷为木柱、木棚,斜巷石砌砧,采区采用锚杆支护,井下涌水量15m7d,最大涌水量25m7d。整合前开采4号煤层,4号煤层部分采空,曾越界进入原韩村煤矿,但未发现越界进入本井田。(2)山西朔州兴泰源煤业有限公司(原韩村煤矿)井田面积为2.96km,,生产规模0.3Mt/a,批准开采4、9、11号煤层。开采4号煤层。采用斜井开拓,支护形式为锚杆支护,悬移支架综采放顶煤采煤方法,工作面运输顺槽采用SGW620/40T型刮板输送机运输,运输大巷采用SJP—1000型胶带输送机运输,主提升胶带提升出井。为低瓦斯矿井。正常涌水量为120nl7d,雨季最大涌水量为240m7do为整合后保留矿井。2、山西朔州平鲁区同煤圣厚源煤业有限公司(原大兴煤矿)该矿由原朔州市平鲁区地方国营大兴煤矿一号井、二号井2006年整合而成的,整合后能力0.30Mt/a,整合后井田面积为4.Gkn?。批准开采4、9、11号煤层,名称变更为“山西平鲁圣厚源煤业有限公司”。2006年整合后,二号井井口于2007年关闭,保留一号井口生产。2008年,山西省煤炭工业局晋煤行发[2008]56号文,批准矿井进行机械化升级改造,改造后采煤工艺为综采放顶煤,生产能力为0.30Mt/ao本次兼并重组后更名为“山西朔州平鲁区同煤圣厚源煤业有限公司”。现分述各坑口:(1)大兴煤矿一号井始建于1956年,1980年扩建,1986年12月正式投产;核定生产能力150kt/a,批采4、9号煤层。采用一对斜井开拓,其中主斜井担负全矿井的煤炭提升任务并下料和进风,采用皮带提升,斜长512m,倾角18。;副斜井为全矿井总回风井并行人,采用单钩串车升降物料,斜长68m,倾角22°。
6该矿现采煤方法为房柱式开采,回采工艺为爆破落煤。主井采用皮带机提升,运输大巷采用皮带输送机运输,顺槽采用SGW-40T刮板输送机,工作面采用15型耙煤机。采用锚杆支护、棚梁支护。矿井通风方式为边界式,局扇工作方法为抽出式,属低瓦斯矿井。(2)朔州市平鲁区地方国营大兴煤矿二号井矿井生产能力150kt/a,于1999年正式投产,开采4、9号煤层,。采用一对斜井开拓,主斜井担负全矿井的煤炭提升任务并下料和进风,采用皮带机提升,斜长386m,倾角18。;副斜井为全矿井总回风井并行人,斜长68m,倾角22。。该矿现采煤方法为房柱式开采,回采工艺为爆破落煤。主井采用皮带机提升,盘区运输大巷采用皮带输送机,顺槽采用SGW-40T刮板输送机,工作面采用耙煤机。矿井属低瓦斯矿井。3、山西朔州冯西煤业有限公司“山西朔州冯西煤业有限公司”本次兼并重组由“山西华美奥能源集团冯西煤业有限公司”单独保留而成,原为冯西煤矿。于2009年进行机械化升级改造,改造后生产能力0.90Mt/a。矿井采用斜井开拓,布置主斜井、副斜井、回风斜井3个井筒,矿井属低瓦斯矿井,通风方式采用中央分列式,通风方法采用抽出式。井下涌水量不大,其正常涌水量为801117d,雨季最大涌水量120nf/d。目前未发现越界开采现象。各矿位置关系见井田四邻关系示意图1-2-E
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8第二章矿井水文地质的基本情况第一节矿井水文地质概况平朔矿区是山西降水量较少的干旱地区之一,1957—1984年多年平均年降水量为433mm,干旱指数高达3.46。本区为黄土丘陵区,地形侵蚀切割强烈,沟谷发育,相对切割深度50-70m。黄土层的底部,多为上新统湖相红色粘土沉积,有一定隔水作用,影响大气降水的渗入。沟谷多数切割到石盒子组,有排泄地下水的作用。芦子沟背斜轴部黄土层薄,基岩埋藏浅,裂隙发育,接受大气降水入渗补给条件较好。本区基岩裂隙水在露头区和芦子沟背斜补给区,向较大的向斜部位(宁武向斜、下窑子向斜等)径流,地下水从无水区-潜水区-承压或局部自流区过渡。较大向斜轴部的基岩裂隙水含水层汇水条件好,相对富水。芦子沟背斜以东和以南地区的基岩裂隙水的天然排泄途径是宁武向斜的马关河谷及西部的七里沟谷和个别沟谷的局部地段,以泉点和散泉排泄,最后在矿区南部通过担水沟断层带侧排向朔州平原。本区河流属海河流域永定河水系桑干河支系。区域河流有七里河、马关河、马营河。区域较大的河流有七里河,全长35km,1984年开发安太堡露天矿,于上游细水村人工改道后向北流入大沙河,汇入马营河。1967年勘探时下窑子河段断面地下潜水流量(包括部分基岩裂隙排泄量)为3644m3/h。河流改道后,潜流被截,加上近年沿河附近小煤矿疏排水影响,下窑子村以下河谷潜流基本疏干断流。本区位于神头岩溶泉域奥灰岩溶地下水的七里河强径流带、担水沟强径流带与马关河较弱径流带,煤系基底的奥陶系灰岩地层岩溶发育,富水性强。(一)、含水层(1)第四系孔隙含水层
9主要岩性为亚粘土、黄土、亚砂土和现代冲积、洪积物、覆于较老地层之上,总厚30—100m左右,富水性较弱,区域资料抽水试验单位涌水量为0.0075-0.0333L/S•m,水质类型主要为HCO3•C1-Ca-Mg-Na型水。(2)太原组、山西组砂岩裂隙含水层主要是上部4号煤组和下部9号煤组附近及其间的砂岩体。岩性为石英、长石中粗粒和部分细砂岩,颗粒分选较好,一般为接触式胶结和少量孔隙式胶结,渗水性差一中等。砂岩总厚平均15-35m,含水性较弱且均一,钻探施工中,遇该层砂体时,消耗量有增大趋势,最大达10m7h,综合邻区资料,抽水试验太原组砂岩裂隙含水层单位涌水量为0.00162—0.0361mL/s.m,水质类型HCO3-Cl—Ca-Mg-Na型:山西组砂岩裂隙含水层单位涌水量为0.000407-0.0271L/S•m,水质类型为HCO3-Cl-Ca-Mg-Na型水,矿化度为0.3-1.2g/Lo(3)寒武奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层分布于单元的北西东三面,构成裸露的石灰岩中、高山地貌。岩性为深灰色、浅灰色石灰岩、白云质灰岩、豹皮灰岩等。仅宁武盆地四周分布面积达3000余km2,成为灰岩岩溶裂隙水的直接补给区和补给源。该含水层厚度大于800m,在盆地内埋深200—450m,构成煤系地层之底,裂隙节理发育。深部以溶洞、溶隙为主要岩溶形态。地表径流漏失严重,致使河流成为干沟。富水强弱不均一,抽水试验单位涌水量0.12—93.36L/s.m。钻探施工时,常造成水位突然下降乃至无水位,消耗量猛增的现象。一般平鲁地区水位标高1059-1070m,水质类型为HCO.-Ca-Mg型。(二)、隔水层(1)本溪组铝土泥岩、泥岩隔水层
10分布于主要煤系地层之下,岩性以泥岩、铝土质泥岩粉砂岩和少量泥灰岩为主,平均厚度441n左右。位于底部奥灰溶裂隙含水层和上部煤系砂岩裂隙含水层之间,起到相当程度的隔水作用。(2)下石盒子组隔水层分布于煤系地层之上,岩性以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩夹铝土质泥岩为主,富水性很弱,为一相对隔水层。(三)、地下水的补给、径流与排泄本区属神头泉域水文地质单元,地下水分为岩溶裂隙水,砂岩裂隙水和孔隙水三类;它们具有不同的赋存条件。单元地下水的补给主要为大气降水的补给,并经地下径流向东南部神头泉域集中,并以泉水形式排出地表;砂岩裂隙水为裸露区的砂岩体大气降水直接补给或个别地段岩溶水通过断层导水补给砂岩裂隙水,砂岩裂隙水除地表冲沟,砂岩出露地段以下降泉形式排泄外,煤矿开采中以巷道淋水形式少量排泄,但水量极小;大气降水是第四系孔隙的直接补给源,水量一般,以部分井、泉形式被开采利用。第二节井下排水系统一、井下排水主斜井井底设置一个井底水泵房,并配备了3台D85—45x4水泵,一台运行、一台备用、一台检修,电机功率75kw,2趟3寸排水管道铺设在回风井,一趟工作、一趟备用。在井下易于积水的2个低洼地点分别设了一个小排水泵,用于及时清除相应地点的积水,为减小井底排水系统的阻力,在主斜井揭穿长兴灰岩的下方设置了一个截流水仓,并安装了2台排水泵,管径3寸。由于此处水源水质较好,刚好弥补矿山生产、生活用水10m7h,这样保证了矿井主要涌水点水量及时得到排除。二、地面沉淀池排水矿井水经地面沉淀池沉淀,再进入净化处理系统后,矿井安设了两趟外排水管路,外排水能力可达50m7h
11以上。外排水由专用管道排入工业场地外小溪流中。
12第三章矿井充水因素分析第一节矿井充水因素分析井田内沟谷发育,平时干涸无水,仅在雨季较大沟谷有小溪流,流量小,时间短。没有洪水位资料,但兴陶煤矿井口设计在据该河沟底20m的半坡之上,利用现有防治水措施,其季节性河水不会对其形成威胁。井田内为黄土覆盖,多为耕地。井田地表水属海河流域桑干河水系。(一)、井田含水层组特征本井田内无专门水文孔,在本矿界外西北2.5km处施工有204号水文孔(小西窑新井井田内),对山西组进行了抽水试验,因其水量很小,无法测得稳定水位。据区域资料,将本井田含水层划分如下:(1)第四系孔隙含水层分布在井田内绝大部分地区,以黄土、亚粘土、亚砂土为主,垂直裂隙发育,在一些沟底发现有水渗出,水量很小。另据黎阳坡村有三口井,枯水季节仍不能满足生活用水,水质类型为HCOs—Ca、Mg型水,矿化度小于0.4g/L.(2)二叠系下统下石盒子组砂岩裂隙含水层组构成本区基岩风化壳的主要含水层是下石盒子组。主要含水层位为底部的含砾粗砂岩和上部的砂岩带。局部构成基岩风化壳含水层的尚有上石盒子组和山西组。基岩风化壳裂隙发育,裂隙水的补给主要来自大气降水的入渗,局部地段受河谷潜水补给。下石盒子组基岩风化壳含水层达到强富水程度,据钻孔抽水试验资料,q值1.3566—L9703L/S在雨季其富水性将有所增强。下石盒子组基岩风化壳富水性较强,主要来自风化壳。(3)二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层.该组稳定砂岩2-3层,厚度变化较大,以七砂岩厚度较为稳定,为
13灰色厚层状中、粗砂岩,底部常夹有砂砾岩,砂岩裂隙发育,大部分钻孔冲洗液漏失或形成干孔,抽水试验证实富水性很弱,水位持续下降,水化学类型HCO.-Mg•Ca型,矿化度0.52g/L,总硬度356mg/L,为硬质淡水。(4)石炭系上统太原组层间砂岩裂隙含水层含水层主要为9号煤以上的砂岩带,这是太原组下段9号和11号煤层开采的主要顶板充水含水层。本组含水层埋藏较深,又因其间有泥岩作为相对隔水层,不易接受上覆含水层越流和大气降水渗入,补给条件差。因此,本区太原组砂岩裂隙含水层一般为极弱富水程度,单位涌水量q=0.01-0.056L/s-mo渗透系数为k=0.209-0.176m/d。本组含水层对矿床充水甚微。该含水层水化学特征明显不同于其上覆含水层组,为弱碱性,富含钙镁离子的重碳酸型或重碳酸、硫酸型的微硬低矿化水,其水温IOC-15C,高于上覆含水层组水温,表明其循环深度较大,循环条件较差。(5)奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层神头岩溶泉多年平均泉流7.4681n7s,位于平朔矿区东南部。据马关河东普查勘探地质报告,奥灰岩溶普遍发育,富水性达到强至极强程度,抽水试验单位涌水量口值6.369-47.36队6-111,水质优良,为弱碱性,微硬至硬的低矿化度,水化学类型为HCOj—Ca•Mg型水。主要含水层位是上马家沟组((k)。据井田西部韩村煤矿水源井资料,井深505m,见奥灰深度238.02m,水位埋深351m,奥灰水位标高为1060.00m,出水量20.48m7h,日出水量约500m\由此推断本井田奥灰水位标高1060.00m。主要含水层为上马家沟组中上段含水岩组,根据该孔岩芯观测,3601n以下有蜂窝状岩溶和小溶孔,溶孔直径约1-3cm,连通性差,由于水位埋深大,水井下泵段口径为168mm,限制了水井出水量。水质类型为HCO3—Ca-Mg型水,硬度285mg/L,矿化度为362mg/Lo(二)、井田隔水层主要为本溪组,厚度45.00-50.00m,平均48.00m,
14其中泥岩致密,细腻,具有良好的隔水性能,为阻隔奥灰岩溶水与上部含水层水力联系的重要隔水层。其次,相间于山西组、太原组各砂岩含水层之间厚度不等的泥岩,粘土岩亦可起到一定的层间隔水作用。本矿井开采层位远高于奥灰水位,故奥灰岩溶裂隙水对井田内煤层无影响。(三)构造对含水层影响井田为一倾向南的单斜构造,大面积地层倾角小于3°,西部倾角增大,一般3°-8°,仅在F2断层西很小范围内增大至14。。井田内发现5条正断层,2条落差较大的断层均位于井田边缘对井田煤层开采影响不大。4号煤层井下采掘时在井田西部发现一个陷落柱,椭圆形,长轴约50m,短轴22m。在煤矿开采中要特别注意断裂带及陷落柱的导水性。该矿目前以煤层顶板裂隙渗水、断层渗水为主,但水量不大,正常排水情况下,不会影响生产。(四)含水层的补给、径流、排泄条件第四系孔隙含水层主要接受大气降水的补给,向地表及下伏基岩风化壳含水层排泄。基岩风化壳含水层,主要接受大气降水及沟谷处地表水的补给,局部可以得到第四系孔隙水的补给,通过裂隙向下伏岩层入渗,由于沟谷的切割,局部又以泉的形式排泄。煤系地层各含水层接受上伏含水层的补给顺层运移,在无构造沟通或人为破坏区,各含水层相对独立,水力联系差,地下水主要以层间运移为主。在构造带附近由于裂隙发育,含水层中的水形成垂向补给。下伏奥灰岩溶含水层在井田内无出露,主要接受含水层侧向补给,岩溶水向东南径流至神头泉排泄。(五)矿井水文地质条件井田内批准开采4、9、11号煤层,9号煤层井田内分叉为9",9.2号
15煤层。该矿以前开采4、9T号煤层,现开采4号煤层,其直接充水含水层为山西组砂岩裂隙含水层,由于大气降水补给有限,该含水层富水性弱,据该矿开采情况调查,4号煤层井下涌水量较小,有4处渗水段,其中2处渗水段均直接用于井下洒水,仅F,断层渗水段及井筒渗水由立井排出,排水量14m7d;9-号煤层巷道维护涌水量6-8m7d(平时5-6天抽一次水),最大涌水量20m7do目前生产能力已达到15万t/a。奥灰岩溶裂隙水水位标高1060.00m,4号煤层底板最低标高1150m,远高于奥灰岩溶裂隙水位,奥灰岩溶裂隙水对井田4号煤层无影响。井田内9工9工11号煤层底板最低标高1100m,远高奥灰岩溶裂隙水位1060.00m,故奥灰岩溶裂隙水对井田内9工户、11号煤层也无影响,由此综述,本井田矿井水文地质类型为中等。(六)矿井充水因素分析(1)充水水源及其影响程度1、大气降水对矿井充水的影响本矿由于各煤层埋藏较浅,因此大气降水是矿坑水的主要来源,即降水通过基岩裂隙及松散沉积物孔隙渗入井下,在岩石裂隙相互沟通的情况下进入巷道,由于降水量的季节变化,矿井涌水量具有明显的动态变化特征。2、地表水对矿井充水的影响井田内无地表水体,冲沟之中仅在雨季出现短暂洪流,可对井田基岩地下水及矿坑水产生一定的影响。3、周边矿井对本井田煤层开采的影响整合后的山西朔州平鲁区华美奥崇升煤业有限公司井田内无小煤矿生产,井田周边有如下生产矿井:西北邻山西朔州平鲁区国兴煤业有限公司及山西华美奥能源集团冯西煤业有限公司,南邻大兴煤矿,东部为露头,无矿井。其中部分煤矿在本井田附近有采空区积水(详见表4-3T及4、9号煤层矿井充水性图)。
16周边矿井积水量表表4-3-1矿名积水区积水面积估算积水量积水系数编号(m2)(m?)山西朔州平鲁区国兴煤业有限公司9号煤层周边积水区121232.813589.00.29号煤层周边积水区24060.02598.40.29号煤层周边积水区3128300.082112.00.2
179号煤层周边积水区42000.01280.00.2山西朔州冯西煤业有限公司4号煤层周边积水区121232.816986.30.24号煤层周边积水区225625.620500.50.2山西朔州平鲁区国兴煤业有限公司4号煤层周边积水区318264.014611.20.24号煤层周边积水区48472.03727.70.2山西朔州平鲁区同煤圣厚源煤业有限公司4号煤层周边积水区52000.01280.00.2合计231187.3156685.0山西朔州平鲁区国兴煤业有限公司兼并重组的原山西朔州三家窑煤业有限公司和原冯家岭煤矿与本矿之间有古空区相通(4号煤层),故开采至古空区附近时应进行探放水工作,以防古空区水进入巷道,对矿井产生影响,形成事故。4、本矿井采空区积水对矿井充水的影响据调查,整合前崇升煤业有限公司为现生产矿井,开采4号煤层,井下涌水以煤层顶板裂隙渗水、断层渗水及立井井筒渗水为主,断层渗水及立井井筒渗水为主,井下水被及时抽排至地面,目前4号煤层采空区无积水。为了矿井整体发展,原开采时9T号煤层巷道安装的抽水设备一直在正常运转,9号煤层巷道维护涌水量6-8m7d(平时5-6天抽一次水),最大涌水量201n7d。据调查,目前9T号煤层采空区无积水。2009年4月-8
18月,崇升煤业有限公司在原寺儿沟煤矿古空区位置进行了采空区勘查,历时4个月,施工4个孔,圆满完成了采空区勘查任务,施工的4个钻孔K2、K3打到4号煤层采空区,KI、K4未见到采空区。K1孔4号煤层采空区为基本全采空;K3号钻孔沿煤层底板开采,采高约为5m左右。打钻也证明崇升煤业采空区无积水。区所在位置结合采用经验公式对井田内积水情况如下:山西朔州市平鲁区冯家岭亿隆煤业有限公司(原朔州市平鲁区冯家岭煤矿)为朔州市半鲁区下西高乡冯家岭村与赵家窑村联办煤矿,已开采4、9号煤层。井下涌水量不大,其正常涌水量为80n?/d,雨季最大涌水量12(W/d,采用水泵集中向地面抽排。该矿只开采过4号煤层,在井田中部开采,已采空362.84k面)。现根据调查情况及采区内各采空区所在位置结合采用经验公式对井田内积水情况调查如下表4-3-2本矿井积水情况调查表表4-3-2煤层号块段采空区面积k(m2)积水系数预测积水量k(m5)4积水区126.850.275.189-1积水区1141.600.2212.4积水区2巷道积水1.013.75合计301.33在矿井生产过程中应不断加强对本矿及邻矿煤层积水调查和对各种突水预兆的观察,加强探放水工作,防止采空区积水涌入井巷而发生水害事故。(七)奥灰水对矿井充水的影响井田内奥灰水位标高为1060.00m,11号煤层底板最低标高1100m,远高奥灰岩溶裂隙。故奥灰岩溶裂隙水对井田内煤层开采无影响。
19(A)矿井水害的防治措施矿井自建井以来,未发生过重大水害。随着开采面积的扩大,以及降雨量等自然因素的影响,可能使矿井涌水量增大,特别是近年来,我省降水量普遍增加,各处水害事故时有发生,煤矿在注意井下生产的同时,还要加强水害防范意识,时刻保证安全生产,并建议做好以下防范水害的工作。但今后在生产中决不能放松对水害的防治工作。具体应做到:L每年汛期前必须将井筒周围的导水渠挖好疏通,并由专人负责;2.必须经常检查矿区地表是否存在导水裂隙或其它导水通道,发现裂隙及其它导水通道,应及时将其回填密实;3.必须随时观察井下各种涌水现象,做好常规矿井水文地质工作;4.对矿井井下存在的隐伏导水、导气等构造、采空区、小窑破坏区应采用先进的探测方法准确探明其位置及特征,尤其对4号煤层采空积水、积气要重点进行探测排放;凡井下采掘地点发现有透水征兆,必须严格执行控放水原则,有掘先探,先探后掘,并专门编制探水措施,要留设足够的安全保护煤柱,防止矿井突水事故的发生。密切观察采空区有积水,5.要认真坚持“有掘必探,先探后掘”的原则。立足于先安全后生产,采掘工作面作业规程要有水文地质情况和防范措施意见;6.井底车场及下山巷道中设置容量足够的水仓及排水设备;主排水泵房和主变电所通道内设置密闭门。7.在井下保证排水设备正常运作,主水泵必须保持完好,要定期检修;必须保证一台运行,一台备有,一台检修;8.上述预防各类灾害措施应予以严格执行,未尽事宜执行《煤矿安全规程》有关条文规定和国家及地方政府关于煤矿安全生产政策的法律、法规与规定。
20第二节矿井涌水量预算由于本区为降水量小的半干旱区,地表径流条件好,地下水的补给来源较少,该矿目前以煤层顶板裂隙渗水、断层渗水为主,但水量不大,正常排水情况下,不会影响生产。该矿整合前开采4号煤层,生产能力15万t/a,据统计正常矿井涌水量26-29m7d,最大矿井涌水量35m7d。井下原9T号煤层采区目前矿坑涌水量6-8m7d,最大矿井涌水量20m7do一、预算方法及参数拟采用常规的水文地质比拟法,为采空面积富水系数法,有关参数采用本矿生产矿井调查及统计资料:4号煤层矿井正常涌水量26-29m7d,最大矿井涌水量35m7d9T号煤层矿井正常涌水量6-8m7d,最大矿井涌水量20m7d整合前4号煤层开采量为300t/d,9T号煤层开采量为400t/d整合后4号煤层预测开采量为1800t/d,9T号煤层预测开采量为1200t/d。二、计算公式和预测结果QQo=PXPo式中:Q。为预测矿井涌水量(t/d)Q为生产矿井涌水量(t/d)P为生产矿井煤炭开采量(t/d)P。为设计矿井煤炭开采量(t/d)预测的涌水量为:4号煤层正常矿井涌水量156-174m3/d,最大矿坑涌水量210m7do9T号煤层正常矿井涌水量18-24m7d,最大矿坑涌水量60m7d。
21随着采煤机械化程度的提高、矿井回采率的提高,必然产生大面积的裂隙,井田内各含水层之间的水力联系必然会加强,在今后煤层开采中由于采空面积不断扩大,井下涌水量会有所增加。4号煤层采空区位于9\97号煤层导水裂隙带范围之内,后期开采9\歹号煤层时,其积水会沿导水裂隙进入9\97号煤层采区,对9工97号煤层的开采造成一定影响。今后应加强矿井水文地质工作。
22第四章矿井水防治的整体规划第一节矿井水防治整体思路矿井水的防治是为了防止水害事故的发生,确保矿井建设和生产的安全,减少矿井正常涌水及降低生产成本,使国家煤矿资源得到充分合理的回收。为此,就必须做大量的防治水工作。根据矿区的主要水害类型,应采取相应的“探、防、堵、截、排”等综合防治措施。1、探:必须配备相应的探、防水设备,编制探防水设计,对采空区积水等情况不明的地段,坚持采取“有疑必探、探防结合”、“先探后掘、长探短掘”的原则。通常在下述情况下需要超前探水:①巷道掘进接近采空区;②巷道掘进接近断层;③巷道接近或需要穿过强含水层;④采掘工作面接近各类防水煤柱时;⑤采掘工作面有明显出水征兆时。2、防:巷道或工作面接近被淹井巷、积水老窑、隐伏导水断层时,应根据实际情况,应预留足够的防水煤柱、隔水煤柱的措施,以防治透水事故的发生,以达到安全生产的目的。3、堵:在地表主要径流地带修建排水沟、防洪沟,将地表水引出矿区排泄,从源头上减少地表水的入渗。4、截:根据矿井涌水量、突水量及透水量的大小,在矿井下修建水仓,截断及缓冲矿井涌水、透水对工作场所的危害。5、排:井下应修建排水沟等设施,每次下大到暴雨时和降雨后,应及时观测水情,查看井下涌水情况,应根据涌水量的大小,配足相应的抽排水设备及检修和备用的抽排水设备,排水能力必须根樨矿井涌水量的大小满足《防治水规定》、《煤矿安全规程》要求。以上所述防治措施都有一定的使用条件和局限性,在采掘过程进一
23步加强矿井水文地质工作,观测矿井内含水岩层出水性质,储水断层的导水性质,及附近老窑积水的位置,预测老窑采空区水量,总结活动规律。井下探水,在井下掘进工作面,接近含水层断裂带、陷落柱、老空区等可能积水地点,必须进行探水工作,坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则。探明地下水源后,根据水量大小,有计划的进行防水,将其疏干,消除水害对生命财产的威胁。排水时严格控制排水速度和排水量,以免引起地面的塌陷速度增快和地面建筑物的变形、倾斜、墙体开裂和井泉水位急剧下降。建立可靠的排水系统和排水设施,加强维护,必须具备应急备用水泵,保证正常排水不淹井。水仓的淤积每半年至少清挖两次,雨季前必须清挖一次,保证正常储水量,水沟的淤积要经常清挖,保证流水畅通。保证水泵正常运转,备用泵保持良好状态。水泵、水管、闸门、排水的电线路,必须经常检查和维护,在雨季前,必须全面检查一次,并对全部工作水泵和备用水泵进行一次联合排水试验,发现问题即时处理。水仓水位要经常保持在最低限度,排水泵工人要严守工作岗位,当出现停电或发生其它意外停泵时要即时向值班人员汇报水位上升情况。在巷道布置上尽量不揭露富含水层及落差较大的断面,保证巷道围岩有足够的承受水压能力,当必须揭露富含水层时,必须制定防水措施。巷道的排水沟保证畅通,在采掘过程中对一些涌水点采取疏堵结合的原则进行防治,有水害威胁的区域要留设足够的防水煤柱,保证安全。第二节矿井水防治整体规划的确定根据搜集、整理
24到的我矿水文地质资料可以看出,我矿的防治水工作重点和难点在于地层裂隙水及岩溶水的防治上,从源头上掐住或减少对地层破坏,加强的探放,就可以从根本上减少和降低水害的风险,同时再辅以各项地面水防治措施,基本上就可以解决我矿的水害防治工作。由于我矿地表为山地地带,地表有大量冲沟发育,地形较为崎岖。经过实地踏勘,发现其对煤矿安全生产存在一定威胁。随着矿井生产的进一步进行,采空区范围将进一步扩大。在采空区上部、断裂构造带附近及厚度适宜的地段上,局部可能形成了地面裂隙和塌陷。经查明,在井田周边无其它非法小窑进行开采。针对上述情况,特提出水害整体防治规划如下:㈠、防治突水规划1、因井田勘探工程较少,要进行补充勘探,完善水文补勘,分析地层水的赋存规律,明确老空水的静水位标高及水力联系,对隔水层的厚度承压进行专门的验算,进一步查清老空水对4号煤层开采中的影响及能否造成大的水患,不断完善4号煤层的防治水方案。2、对有突水危险的钻孔必须留设合理的保护煤柱或进行探放水,对已知未封和封孔质量差的钻孔要视具体情况重新加封,以防钻孔突水。3、在已探明或推测有断层、陷落柱的地方、向斜柚部附近进行采掘作业时,要用物探、钻探相接合的地质分析法,坚持按规程要求做好超前防治水工作,对井巷工程需要通过的导水断层带,必须进行超前预注浆堵水,并加强井巷支护,对可能存在隐伏导水构造的回采工作面等,必须经物探,普查钻探重点验证。4、进行开拓延伸井巷工程时,严格按照“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则,特别是接近揭露或主要含水层,必须采取有力措施,配备可靠的排水设施,严格按照作业规程、探放水设计、探放水措施进行探放水。禁止在没有设立可靠的排水设施前,揭露和接近主要含水层。(二)、防治地表水入井规划1、对采空区上部形成了地面裂隙和塌陷,采用注浆充填的办法,堵
25死或减少采空区内补给源头,对发现的漏水沟渠和河床要及时堵漏,地面裂隙和塌陷地点必须及时填塞;2、在巷道及工作面的布置中,由于该区域地质构造较简单,开采前要编制防治水措施和开采方案,确定安全煤(岩)柱的留设参数。在巷道掘进时严格执行探放水措施,并对顶板岩性及涌水情况进行定期观测、分析,回采过程中要严格按照批准的设计要求控制开采范围、开采高度和防隔水煤(岩)柱尺寸,以防地表水通过裂隙渗入井下巷道。3、在雨季时防治水部门要派专人定期对井田范围内地表裂隙、陷落及积水情况进行摸底排查。对容易积水的地点应修筑沟渠,排泄积水;对范围大的无法填平的低洼地带,应用水泵抽水,防止水渗入井下;在各井筒附近应修筑防洪坝,并每年汛期前必须将井筒周围的导水渠挖好疏通,并由专人负责。㈢、防治采空区水规划1、建立地面水文观测系统,定期观测各个水文孔情况,分析研究地下水活动规律,保证正常生产。2、健全采空区探放水体制对采空区要按照规程的有关规定进行密闭,留设导水孔,加强观测,及时将采空水排出;建立井田及相邻矿井采空区动态管理机制,掌握其采空范围、涌(积)水情况,防止采空区积水涌入矿井,造成涌(突)水事故的发生。第三节井下水害治理方案目前国内采用的防治水害措施主要有留设防水煤岩柱、井下探放水、疏干降压、注浆堵水等措施。一、留设防水煤岩柱采用留设防水煤岩柱的方法把导水裂隙、采空区水、地表河流隔离,保证煤层工作面的安全生产。
26二、井下探放水采掘工作必须执行“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则,在遇到下列情况之一时,必须探水:(1)接近水淹或情况不明的井巷、老空、老窑或小煤矿时;(2)接近含水层、导水断层、含水裂隙密集带、溶洞或陷落柱时;(3)接近或需要穿过强含水层时;(4)接近未封闭或封闭不良的导水钻孔时;(5)接近各类防水煤柱或打开隔离煤柱放水时;(6)接近水文地质条件复杂的地段,采掘工作有突(出)水征兆时;(7)接近有水或有稀泥的灌浆区时;(8)采掘地点受顶底板承压含水层的威胁,其岩柱厚度小于计算的安全值时。生产中要加强顶板围岩裂隙探测工作,防止发生透水事故,每个掘进工作面配备1台XDY-1200型液压钻机,掘进过程中要边掘边探、先探后掘。三、疏干降压疏干降压是指借助于各种不同的排水工程(井筒、巷道、石门、钻孔、沟渠等)和相应的排水设备,疏干煤层顶板或煤层含水层水,迫使煤层底板含水层水降低到一定水平,使采掘工作得以在水量尽可能小甚至完全疏干的条件下进行。(1)疏干降压方法的选择:矿井疏干降压主要有三个方法:方法一:地表疏干地表疏干主要用在预先疏干阶段,是在地表钻孔中用潜水泵预先降低含水层的水位或水压的疏干方式,常用于煤层赋存浅的露天矿。随着高扬程、大流量潜水泵的出现,井工矿也可采取此种方式。地表潜水泵预先疏干较之井下并行疏干方式,具有施工方便、速
27度快、投资和管理费用较低、安全可靠等优点,且排出的地下水水质未受煤层污染,便于综合利用。方法二:地下疏干地下疏干主要用在并行疏干阶段,通常采用巷道疏干和井下钻孔疏干方方法三:联合疏干联合疏干常用于水文地质条件复杂的矿井,或水文地质条件趋向恶化的老矿井。由于经济上和安全上的考虑,单纯疏干或单一矿井的井下疏干不能满足矿井生产要求时,应考虑采用井上下配合或多井的联合疏干方式。四、安全技术措施(—)探放水安全技术措施1.在接近采空区、含水层、导水断层、可能与河流等水体相通的断层破碎带时,应加强探水工作。2.打开水体隔离煤柱前要作好探水工作。3.接近断层、陷落柱、未封闭又可能突水的钻孔时应加强探水。4.在采动影响范围内有承压水等又存在隔水岩柱厚度不清,在接近水文复杂地段又情况不明时,要加强探水。5.在采、掘工程接近其它可能突水段时要加强探水。6.坚持做到“接近构造前及时探水”、“先探后掘”。7.在矿井建设和生产过程中,要高度重视小断层导水性的探查工作,必要时应及时注浆预防突水。8.在具体地点探水之前,要认真编制探放设计和安全技术措施,并严格落实。
281.探放水期间防止有害气体溢出的措施(1)在进行打眼前,对钻孔附近的有害气体进行检测,当气体超限时停止作业,采取措施处理完毕后方可施工。(2)钻孔接近积水区5m的位置,钻孔速度减慢,并专人检查有害气体。(3)在钻孔贯通积水区时,不要急于拔出钻杆,观察是否有有害气体涌出现象,如果有有害气体超限,要及时切断电源,撤出人员,并采取有效的通风方式进行处理,只到有害气体正常后方可进行其它作业。2.必须及时排查分析本矿井区域内的老空积水情况,定期收集、调查、核对相邻矿井和废弃老窑情况,并建立台帐。本矿井积水区和矿井界外100m范围内的相邻矿井采掘工程积水区必须标绘在采掘工程平面图等有关图纸上;每半年至少核实一次积水区的积水量、积水上下限标高,修订积水线、探水线和警戒线。3.对矿井新开拓的采区、采掘工作面要进行水文地质条件分析,地质“三书”要阐明新开拓的采区、采掘工作面受水害威胁程度,并制定相应的防治水措施,确保生产安全。4.矿井接近水淹或可能积水的井巷、老空、老窑或相邻矿井时,不得直接使用巷探;情况不清或存在的可疑地点,应采用物探、化探或钻探的方法,探查施工区域四周、上下方是否存在积水区。凡受井巷、老空、老窑或相邻矿井积水威胁的作业地点,未进行探放的,不得进行采掘作业。5.掘进工作面接近探水线时,必须编制探放水设计,超前探放水,并制定和落实防治瓦斯及其他有害气体危害等安全措施。采煤工作面受老空区积水威胁时,必须编制专门的探放水设计,严格按批准的措施执行。6.矿井探放水时,必须撤出受水害威胁区域内的所有无关人员:有突水预兆时,必须立即撤出井下受水害威胁区域内的所有人员。7.
29矿井探、放水工程必须由矿井总工程师组织地测、技术、安监、施工单位等有关人员,对工程质量进行验收、评价。1.矿井修建水闸墙封堵老空区积水时,必须委托有资质的单位设计和监理。对已建成的水闸墙,要安装自动监测监控系统,采取有效的防突水措施并纳入水害应急预案。2.矿井在难以排除的水淹区积水面以下的煤岩层中进行采掘活动时,必须按有关规定编制开采设计,经上级主管部门批准后方可施工。3.相邻采空区与本矿井相透,无法留设防水安全隔离煤(岩)柱的,应采取有效措施,确保安全。(二)疏水降压安全技术措施1.回采工作面回采结束时,应在封闭采空区的密闭上设出水孔,防止采空区积水。2.放水前应对水量、水压及煤层透水性进行分析并预测,根据排水设备能力及水仓容量,制定放水的步骤并控制放水量,避免盲目性。3.放水过程中要注意水量的变化、出水清浊、有无杂质以及有无有害气体等情况,发现异常时及时采取措施。4.疏放水前应成立疏放水领导小组,制定出疏放水措施,疏放水由经验丰富的人员来操作,作业人员应熟知避灾路线,在疏放水期间领导小组成员要现场跟班指挥。5.疏放水地点撤退路线上要有良好的照明,保证撤退路线畅通。6.为防止高压水和碎石喷射或将钻具压出伤人,在水压过大时,应采用反压和防喷装置,并用档板背紧工作面以防止套管和煤壁突然鼓出,档板后要安设顶柱或木垛,然后再进行放水。7.情况紧急时工作人员应立即撤出工作面。
301.事先应制定好安全措施,并严格贯彻落实。(三)合理确定探水线,探水与掘进合理配合探水线,即开始探水的边界线。《矿井水文地质规程》规定,积水老空区探水线(警戒线)是采掘工程平面图上标注的积水区及其最洼点的具体位置和积水外缘标高,向外推60m所划定的积水老空区的警戒线。工作面进入积水警戒线后,必须超前探放水,并在距积水实际边界20m处停止采掘作业,进行打钻放水,在确认积水已被基本放净后,方可继续进行采掘作业。但在生产过程中,有的煤矿根据“在老空积水区边界位置准确,水压不超过IMPa的情况下,探水线至积水区的最小距离,煤层中不小于30m,岩层中不小于20m。”确定探水线,且取下限值,这是不很可靠的。因为在现有手段下,对冒落带和导水裂隙带最大高度的计算,因受地质条件变化等影响,得出的数据是不很精确的;对采空区的测量、填图等由于受时空变化和计算时比例尺换算等因素影响,其采空区的边界位置,尤其是最洼地是很难准确描述的。对此,必须心中有数,并根据实际情况合理调整确定探水线。1.平巷与上山配合探水:在同一煤层内,上部掘进上山,此时应先探水掘进平巷,然后再掘进上山,这样可避免上山掘进的危险性,又可减少上山掘进的探水工作量。2.隔离式探水。在水量大、水压强、煤层松软和节理发育的情况下,直接探水很不安全,需要采取隔离方式进行探水,如掘石门时,在石门中预先探放积水;或在巷道掘进迎头砌隔水墙,在墙外探水;此外,当相邻的煤层间距大于20m时,还可采用隔离层打孔的方法,探放另一煤层的老空积水。第五章实施计划及预期效果第一节项目实施计划
31一、项目组织机构崇升煤业成立由矿长任组长、总工为副组长、各部门负责人为成员的领导小组,统一领导和协调矿井水害综合防治工作。同时,成立矿防治水工作领导小组办公室,具体负责防治水的各项工作。对水害综合防治工作强化管理功能,实行全过程监督,确保水害综合防治工作的顺利完成。二、项目资金管理制定资金管理办法,确保水害综合防治工作资金足额到位;设立专门帐户,专款专用;资金要统一管理,统一调动,确保资金全部用于水害综合防治工程之中;总经理要定期对水害综合防治资金的运作进行监督。三、项目实施保障措施1.建立健全各项制度,抓好项目的实施和管理;2.做好设备购置、到货验收、安装、调试到投入使用全过程的管理工作,确保项目投入的设备充分发挥效能;3.制定施工安全技术措施。四、项目实施计划具体安排如下:4.2012年5月前:进一步完善雨季防治水措施,建立起井田周边采空区动态管理台帐。5.2012年5月-2012年12月:调研资料,进行采空区水体富水特征的属性研究,进一步从理论上分析研究三元矿井水文地质条件特征和水文长观孔施工地点、层位,确定各含水层径流、补给、排泄条件。6.2013年1月〜2013年12月:根
32据水文长观孔所揭露的地质信息,利用弹塑性理论建立起各主采煤层上覆岩体内的裂纹的非线性应力应变关系;根据裂隙岩体损伤本构模型,进行数值计算。1.2014年1月-2014年12月:完善采空区上部地面裂隙和塌陷区域治理方案,完成其它采区采煤的防治水措施和开采方案的编制。5、2015年1月~2016年12月底:完善井田内其它采区水文补勘工程,分析老空水的赋存规律,明确老空水的静水位标高及水力联系,对隔水层的厚度承压进行专门的验算,进一步查清老空水对各煤层开采中的影响及能否造成大的水患。第二节项目实施后的预期效果一、预期效果通过对采空区上部地面裂隙和塌陷进行注浆充填,可有效阻止地表积水渗入矿井。从根本上杜绝了发生透水淹井事故的可能性,即保证了矿井井下工作的安全条件,又减少了经济损失。可较大程度的减少矿井涌水量,矿井排水费用将大大降低。对临近断层、构造带或可能突水区域的采掘工作编制编制防治水措施和开采方案,解放了水体周边大量煤柱资源,同时也为矿井的安全生产提供了安全保证;雨季加强防治水管理,减小了大气降水对矿井水害的影响;建立井田周边采空区动态管理机制,可有效防止采空区突水的发生。井田东部水文补勘的完善,对老空水的赋存规律有了科学的分析,明确了老空水的静水位标高及水力联系,对隔水层的厚度承压进行胃专门的验算,查清了老空水对4号、9号煤层开采中的影响及能否造成大的水患,健全了4号、9号煤层的防治水方案,增强了矿井抗灾能力。
33二、应加强的工作1.采用适合本矿井的物探、钻探、化探等综合探测技术,查明矿井或采区水文地质条件;凡水文地质条件不清楚的区域,不得进行采掘活动。2、在井下保证排水设备正常运作,主水泵必须保持完好,要定期检修;必须保证一台运行,一台备有,一台检修;3、对矿井井下存在的隐伏导水、导气等构造、采空区、应采用先进的探测方法准确探明其位置及特征,对4号煤层采空积水、积气要重点进行探测排放;在地面无法查明矿井水文地质构造和充水因素时,必须坚持有疑必探。凡井下采掘地点发现有透水征兆,必须严格执行控放水原则,有掘先探,先探后掘,并专门编制探水措施,要留设足够的安全保护煤柱,防止矿井突水事故的发生。密切观察采空区有积水,探放水要由专业人员使用专用探放水钻机进行施工,保证探放水钻孔的超前距离,探放水钻孔必须打中老空水体并要监视放水全过程,直到老空水放完为止;探放水时,要撤出探放水点位置以下受水害威胁区域的所有人员,发现有突水预兆时,必须立即撒出所有受威胁区域的人员并采取有效措施,水患消除后方可继续施工。4.水患防治在我矿是一项长期而艰巨的任务,即使上述提出的各项措施都落实到位,在实际工作中仍需要时刻注意,不可疏忽大意。山西朔州华美奥崇升煤业有限公司-0一一年十二月