矿井综合防治水措施.doc

山西柳林金家庄煤业有限公司矿井综合防治水措施一、矿井概况山西柳林金家庄煤业有限公司位于柳林县城东南方向距县城约10km的金家庄乡双枣圪塔一带，行政区划隶属于金家庄乡管辖。地理坐标为东经11055481105909，北纬372034372207。2009年经山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室以晋煤重组办发200933号文批准的单独保留矿井，井田面积6.0842Km2,属生产矿井。矿井六证齐全合法有效，批准开采3#-10#煤层，现开采4#煤层。煤层赋存稳定，地质构造简单，水文地质类型划分为中等类型，矿井最大涌水量为15.09m/h，正常涌水量为12.46 m/h。二、矿井水文地质情况（一）、含水层地层中的主要含水层自上而下可分为：第四系、第三系松散岩类孔隙潜水含水岩组；二叠系碎屑岩类裂隙承压水含水岩组；石炭系太原组碎屑岩及碳酸盐岩类岩溶裂隙承压水含水岩组；奥陶系中统碳酸盐岩类岩溶裂隙承压水含水岩组。1、第四系、第三系松散岩类孔隙潜水含水岩组第四系松散岩类含水岩层广布井田区内的黄土塬、梁一带。主要由粉土、粘质粉土、砂质粘土及中更新统砂质粘土、古土壤、钙质结核及零星冲积小砾石等组成。含水层以透镜状砂砾石层和含砾砂土为主，厚度约05m，结构一般疏松，孔隙较发育，但因泥质含量较高，渗透性能一般较差，由于沟谷坡度大，降水多形成地表径流，对地下水补给有限，含水层厚度小，故单井涌水量也不大。地下水一般具有潜水性质，局部具微承压性，赋存孔隙潜水-微承压水。第三系松散岩类含水岩层主要分布在沟谷两侧，上部主要为砂土及砂质粘土，下部为砂砾卵石层。砾卵石砾径不一，磨圆度好，分选性差，多被砂质充填，泥质少量，结构疏松，孔隙发育。因位处河谷地带，汇水条件有利，可接受河流侧渗补给，其次是大气降水入渗补给及基岩风化裂隙含水层补给。富水性受厚度不均影响和季节影响较大，属弱富水含水层。水质类型以HCO3-Na型为主，矿化度小于0.5g/L。2、碎屑岩类裂隙承压水含水岩组碎屑岩类裂隙承压水含水岩组由上统上石盒子组、下统下石盒子组及山西组一套砂岩与泥质岩相互叠置的碎屑岩类所组成。井田西部边界主要沟谷出露有上石盒子组地层，下伏山西组底界埋深174380.62m。含水层主要为细粒、中粒及粗粒砂岩。相对于上组煤开采而言，其K3和K4砂岩分别是底板和顶板直接充水含水层。3、石炭系太原组碎屑岩及碳酸盐岩类岩溶裂隙承压水含水岩组太原组由一套砂岩、泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩、铝土质泥岩、石灰岩等组成，是下组煤的赋存地层。在井田东南角沟谷中零星出露，其他地区隐伏于新生界及陆相地层之下，由东北向西南埋深逐渐增大，顶板埋深一般在0400m，属于浅埋区。含水层主要是5#煤层和8#煤层之间所夹的几层生物碎屑灰岩（L1-L5），其矿物成分以方解石为主，含量约占80%左右，生物碎屑约占15%左右，泥质少量，灰岩单层厚度1.2512.2m，累计厚度2030m左右，占整个太原组厚度的30%左右。其中，最下一层灰岩（L1）是下组煤的直接顶板，同时也是下组煤的直接充水水源。根据金家庄煤矿及其周边石炭系太原组含水层抽（注）水试验资料，水位标高+795.631+812.08m，单位涌水量0.00066 L/sm，渗透系数0.0003m/d，水质类型以HCO3SO4-NaCa和HCO3C1-Na型为主，矿化度1.193.21g/L，总硬度2.214.02德国度，富水性弱。由于石炭系太原组含水层出露面积非常有限，且上覆有巨厚的弱透水层和隔水层相隔，加之岩溶裂隙发育程度较差，由此限制了大气降水和地表水的下渗补给作用。且因地下水的补、蓄条件较差，地下水径流不畅，以及地下水交替和循环条件滞缓等原因，因此富水性普遍较弱，且不均匀，属于弱含水层，局部构造裂隙相对发育地段富水性稍强。井田东缘浅埋区一带，岩溶发育，呈峰窝状，连通性好，接受补给容易，富水性稍强。4、奥陶系中统碳酸盐岩类岩溶裂隙承压水含水岩组奥陶系中统由下马家沟组、上马家沟组和峰峰组组成。岩性以灰岩为主，次为泥灰岩、角砾状泥灰岩及巨厚层石膏。各组的上段均为巨厚层状石灰岩，质较纯。金家庄煤矿内，该类岩层埋藏较深，属埋藏区（深埋区）。由于岩溶裂隙发育程度、含水层厚度等水文地质条件的不同，中奥陶统峰峰组（O2f）和上马家沟组（O2s）含水层的富水程度有明显差异，峰峰组富水性极不均匀，浅埋区强于深埋区，相差悬殊。上马家沟组岩溶发育，富水性强，基本不受埋深的影响。现分述如下：奥灰峰峰组岩溶裂隙含水岩组金家庄煤矿内奥灰峰峰组顶板埋深一般在286.19499.68m左右，该组地层厚度101.06116.17m，平均厚度111.97m，主要由石灰岩、角砾状灰岩、泥质灰岩及石膏岩、膏溶角砾岩等组成。其中，含水层以其二段（O2f2）纯灰岩为主，含水层厚度一般为20.9540.55m，矿物成分以方解石为主，其次为白云石，泥质少量。据钻孔抽水试验，岩溶水水位标高800.06797.58m，涌水量0.00074.4588L/s，单位涌水量9.1210-60.4046L/sm，渗透系数1.210-50.4849m/d，水质类型以SO4-Ca或SO4Cl-NaCa型为主，矿化度约2.35g/L，富水性弱中等。中奥陶峰峰组含水层抽（注）水试验资料见表1。峰峰组含水层抽（注）水试验一览表 表1孔号试验段起止深度 (m)含水层水位标高（m）抽（注）水试验渗透系数（m/d）时代岩性厚度（m）降深（m）涌水量（L/s）单位涌水量（L/sm）L30505.43-600.74O2f灰岩40.55800.06-76.750.00079.1210-60.000012L31288.79-400.21O2f灰岩96.05797.583.810.54820.14380.112JZ1340.00-440.63O2f灰岩82.85797.7711.044.45880.40390.48497.783.1480.40460.46063.911.5780.40350.4094综合上表，推测本井田奥灰（O2f）水位标高为798.50m800.00m。奥灰上马家沟组岩溶裂隙含水岩组井田区内奥灰上马家沟组顶板埋深一般在400.21604.52m左右，钻孔L31揭露该地层108.92m。据周边及以往资料，该组地层总厚度250m左右，岩性主要由灰岩、白云质灰岩、泥质灰岩、白云质泥灰岩和局部夹石膏岩等组成。其中，含水层以其三段（O2s3）和二段（O2s2）纯灰岩、白云质灰岩为主，含水层累计厚度一般为110.30167.53m，矿物成分以方解石为主，含量约占80%90%，次为白云石，含少量泥质。据抽水试验资料（表2），抽水水位降深1.07.4m，涌水量1.4612.9701L/s，单位涌水量0.40141.4615L/sm，渗透系数0.2210.618m/d。水质类型以SO4-Ca型为主，富水性中-强。上马家沟组含水层抽水试验一览表 表2孔号试验段起止深度(m)含水层水位标高（m）抽水试验渗透系数（m/d）时代岩性厚度（m）降深（m）涌水量（L/s）单位涌水量（L/sm）L31288.79509.13O2f+s灰岩161.15797.577.402.97010.40140.2214.002.2450.56120.2851.001.4611.46150.618（二）、隔水层井田内隔水层主要有：1、石炭系中统本溪组泥岩隔水层本区本溪组地层平均厚27.37m，岩性以泥岩、粘土岩、铁铝岩为主，夹薄层石灰岩，隔水性能较好，区域稳定连续，加之9#煤下无煤段总厚达58.1m，是主采9#煤与奥陶系岩溶水间重要的隔水层。2、二叠系中统上、下石盒子组泥岩隔水层本组隔水层厚度较大，由数层泥岩和砂质泥岩组成，呈平行复合式结构垂直分布，裂隙不发育，为山西组顶部的隔水层，对松散岩类孔隙水与风化裂隙水的下渗起着良好的隔水作用。（三）、地下水的补给、径流和排泄1、松散岩类孔隙水补给、径流与排泄条件松散岩类孔隙水主要靠大气降水入渗及地表水的渗漏补给，径流方向与地形坡降基本一致，自上游向下游，由地表水分水岭向周边谷地排入地表水体。一般径流途径短，在地形突变的情况下涌出成泉，流量受季节性影响，变化较大。2、碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙水补给、径流与排泄条件碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙水的补给来源及补给方式与含水层的出露条件和埋藏条件有关。在基岩裸露区，可直接接受大气降水和地表水的入渗补给；在隐伏区，主要接受上覆松散层孔隙水的下渗越流补给。该类地下水径流滞缓、补、蓄条件差，受构造控制，其径流途径总体上受地势、水系控制，除矿井排水及工农业开采外，最终以泉的形式排泄于河谷（沟谷）或以潜流形式排出区外。3、碳酸盐岩类岩溶裂隙地下水补给、径流与排泄条件该类地下水以大气降水入渗补给为主，其次是河流及其他地表水的渗漏补给。主要通过岩石的孔隙、裂隙及岩溶渗入地下，在不同地形地貌、地质构造和自然条件下，做垂直运移或水平径流、汇集，并以侵蚀下降泉或受阻溢流的形式排泄于河谷、沟谷或地形低洼处；其次是以潜流的形式流出区外。目前，人工开采和矿坑排水也成为地下排泄的主要途径。在构造发育地段或有导水断层的沟通情况下，富水程度稍强。地下水径流方向受地形（单斜构造）和排泄基准面的控制，总体上与地形坡降一致，由东、南、北三面向三川河谷及西部黄河方向径流和汇集。处于三川河谷的柳林泉群是区域岩溶地下水的集中排泄区，泉水露头近百余个，单泉流量大小不一，大者50100L/s。近十几年来，对岩溶水需求量和开采量遂年增加，据调查资料，泉群附近（柳林县城一带）凿井及引水工程取水量为804.4万m3，泉群上游与下游凿井取水量为1380.6万m3，区域岩溶地下水的排泄方式已由泉群集中排泄改变为人工开采为主。三、受采掘破坏或影响的裂隙、岩溶含水层1、地表水对矿井影响程度井田中部石盘沟有一条常年性河流，河流径流量较小，对第四系松散岩类含水层补给条件差，其富水性弱。煤层采动裂隙达不到地表。2、煤层直接充水含水层受采掘破坏对矿井影响程度井田内煤系地层各含水层富水性弱，煤层采动裂隙虽破坏了隔水完整性，导水裂隙带沟通了含水层之间无联系，但由于含水层富水性弱，含水层对矿井充水，并不能使矿井涌水量有较大变化，对矿井充水影响不大。3、4#煤层最大突水系数为0.0271MPa/m，8-1、8-2#煤层的最大突水系数为0.0564MPa/m。4、8-1、8-2#煤层突水系数小于受构造破坏块段突水系数临界值0.06MPa/m，奥灰水突水危险性较小。4、9#煤层最大突水系数为0.0646MPa/m，煤层赋存标高527m处奥灰水突水系数为0.06MPa/m。本井田构造简单，9#煤层最大突水系数小于正常块段突水系数临界值0.10MPa/m，奥灰水突破煤层底板的可能性小。四、矿井充水因素分析矿井充水条件主要指充水水源、充水通道和充水强度。（一）充水水源1、大气降水和地表水体本区属暖温带半干旱地区。根据气象局资料，2011年-2013年，三年来年平均降水量为598.93mm，月降水量平均49.91mm。蒸发量平均值为2141.9mm，最大在6月份，平均为362.3mm。井田中部石盘沟有一条自南东向北西的常年性河流，河流径流量较小，1.9m3/s；还分布有金家庄沟等数条季节性沟谷，沟谷中清水流量均很小。另外在井田西南角有薛家岺小型水库一座，水库库容量约40000m3。一般来说河水通过基岩含水层渗透补给的水量是较弱的，但是，随着煤矿的开采，顶部岩层将遭到破坏，会使基岩裂隙加大、增多，特别是在东部煤层浅埋地段甚至形成地面塌陷，使地表降水及泥沙溃入矿井，造成灾害。本井田各井口标高均高于所在位置洪水位线标高，且本矿工业广场内建有排洪通道，雨季洪水可以顺利排泄。2、地下水（1）、非煤系地层含水层上第三系上新统及第四系更新统砂砾石层含水层出露于沟谷两侧，雨季水文地质补给条件较好地段含孔隙水，沟谷切割较深时可形成小泉，一般泉水流量很小，下部基岩风化带含水微弱。该含水层一般情况下与煤层之间无充水通道，对矿井充水影响较小。二叠系上、下石盒子组砂岩裂隙含水岩组碎屑岩类裂隙承压水含水岩组由上统上石盒子组、下统下石盒子组及山西组一套砂岩与泥质岩相互叠置的碎屑岩类所组成。井田西部边界主要沟谷出露有上石盒子组地层，下伏山西组底界埋深174380.62m。含水层主要为细粒、中粒及粗粒砂岩。相对于上组煤开采而言，其K3和K4砂岩分别是底板和顶板直接充水含水层。该含水层与煤层之间一般无充水通道，对矿井充水影响较小。（2）、煤系地层含水层石炭系太原组含水层出露面积非常有限，且上覆有巨厚的弱透水层和隔水层相隔，加之岩溶裂隙发育程度较差，由此限制了大气降水和地表水的下渗补给作用。且因地下水的补、蓄条件较差，地下水径流不畅，以及地下水交替和循环条件滞缓等原因，因此富水性普遍较弱，且不均匀，属于弱含水层，局部构造裂隙相对发育地段富水性稍强。井田东缘浅埋区一带，岩溶发育，呈峰窝状，连通性好，接受补给容易，富水性稍强。对矿井充水影响较小。（3）、奥灰水井田内奥灰水位标高为798.50-800.00m。4#煤层底板标高在580870m之间，8-1、8-2#煤层底板标高在510790m之间，9#煤层底板标高在500770m之间。由此可见，井田内4#煤层西部范围，8-1、8-2、9#煤层全部范围处于奥灰水水位之下，存在带压开采问题。本次采用突水系数来分析奥灰水突水危险性。计算公式：Ts =P/M其中：Ts突水系数（MPa/m）；P隔水层承受的水压（MPa）；M隔水层厚度（m）；4、（8-1、8-2）、9#煤层最低底板等高线标高分别为580m、510m、500m。各煤层距奥灰顶面的距离依次124.90m、60.99m和53.67m。4、（8-1、8-2）、9#煤层的最大突水系数分别为：Ts 4=（800-580+124.90）0.0098/124.90=0.0271（MPa/m）Ts 8=（800-510+60.99）0.0098/60.99=0.0564（MPa/m）Ts 9=（800-500+53.67）0.0098/53.67=0.0646（MPa/m）经计算，4#煤层最大突水系数为0.0271MPa/m，8-1、8-2#煤层的最大突水系数为0.0564MPa/m。4、8-1、8-2#煤层突水系数小于受构造破坏块段突水系数临界值0.06MPa/m，奥灰水突水危险性较小。经计算，9#煤层最大突水系数为0.0646MPa/m，煤层赋存标高527m处奥灰水突水系数为0.06MPa/m。本井田构造简单，9#煤层最大突水系数小于正常块段突水系数临界值0.10MPa/m，奥灰水突破煤层底板的可能性小。今后需加强隐伏导水构造的探测工作，防止奥灰水突水造成水害。就目前采掘揭露和钻孔揭露，井田内无断层和陷落柱存在，煤系地层与奥灰水之间无充水通道。故一般情况下，开采9#煤层及其上以煤层，受奥灰水突水影响较小。但今后生产时要注意隐伏构造存在，以免发生奥灰水涌出事故。3、采（古）空区积水井田内3、4#煤层已基本采空，根据4#煤层充水性图可知，本井田范围内存在11处采空区积水，积水面积123610m2，积水量为45786.6m3。东部和北部相邻矿井与本井田边界采空区也存在积水。本井田内的采空区积水和相邻矿井采空区积水，是下山方向煤层开采和采空区下伏煤层开采的充水源。生产时必须提前排放，方可确保我矿安全生产。（二）、充水通道本井田未见断层和陷落柱，其导水通道主要有煤层开采垮落带和导水裂隙带及钻孔、废弃井筒。1、垮落带和导水裂隙带3#、4#、9#煤层顶板以泥岩、砂质泥岩为主，属中硬岩层，根据“三下”采煤规程中硬岩层垮落带、导水裂隙带高度计算公式：垮落带高度： Hm100M/(4.7M +19)2.2导水断裂带高度：式中：累计采厚（m）。3#煤层累计采厚为1.55m，经计算，开采3#煤层形成的垮落带高度为8.10m，导水裂隙带最大高度为34.90m。井田东部3#煤层埋深最小，为85m左右，故开采3#煤层形成的导水裂隙带达不到地表。4#煤层累计采厚为3.19m，经计算，开采4#煤层形成的垮落带高度为11.58m，导水裂隙带最大高度为45.72m。4#煤层导水裂隙带高度大于3、4#煤层的平均间距12.34m。故3#煤层采空区积水对开采4#煤层有影响。开采4#煤层应首先对3#煤层采空区积水进行疏排。9#煤层累计采厚为4.24m，经计算，开采9#煤层形成的垮落带高度为13.09m，导水裂隙带最大高度为51.18m。9#煤层导水裂隙带高度大于8、9#煤层的平均间距7.32m。开采9#煤层将会沟通8#煤层顶板岩溶裂隙含水层及今后8#煤层的采空区积水。8#煤层顶板为石灰岩，属坚硬岩层，根据“三下”采煤规程坚硬岩层垮落带、导水裂隙带计算公式为：垮落带高度：Hm100M/(2.1M +16)2.5导水断裂带高度：式中：累计采厚（m）。8-1+8-2#煤层联合开采累计采厚为2.94m，经计算，开采8-1+8-2#煤层形成的垮落带高度为15.76m，导水裂隙带最大高度为61.44m，小于4、8#煤层的平均间距62.83m。故4#煤层采空区积水对8-1+8-2#煤层开采影响较小。2、钻孔、废弃井筒钻孔封闭不良或未封闭，是各含水层之间良好通道。原各整合矿井关闭的井筒也是各含水层之间导水通道，生产中应注意。五、矿井主要防治水工作情况（一）、矿井排水系统在主斜井井底建有总容量为1500m3的主、副水仓。中央水泵房安装4台MD85-458型矿用耐磨多级离心式水泵，两台备用，一台检修，一台使用，配用YB315S2-4矿用隔爆型异步电动机，电机功率160KW。两趟219*4无缝排水管路，沿管子道、主斜井敷设，将水排至地面；在正常涌水时一趟工作，一趟备用，最大涌水量时，两趟同时工作；另增加一套ZQ-IIIY型水仓自动清挖设备，进行内外水仓清掏。且所排污水全部经过污水处理站净化，实现了污水零排放。（二）、矿井防水设施及其可靠性1、今后要定期与邻矿交换采掘工程平面图，切实掌握相邻煤矿的开采范围、采空区积水情况，制定切实有效的防范措施，加强探放水工作，发现有积水存在，要立即停止采掘活动，消除水害隐患威胁后再方可进行采掘，确保生产安全。2、应定期对周边的矿井进行水情调查及加强对本矿内各涌水点的水情观测，掌握第一手资料，研究制定相应的防治水方案和针对性的措施。3、13盘区局部地势低洼，存在沟壑，雨季时要加强地面巡查，井下加强涌水量的动态监测，进一步完善防治水措施，加强雨季防洪值班制度，下大到暴雨时，将人员撤出，确保雨季生产安全。4、严格执行“预测预报、有掘必探、先探后掘”的探放水原则，制订符合实际的探放水计划，落实探放水措施。5、相邻矿井应该按规定留设边界保安煤柱。六、矿井受水害威胁类型通过对我矿3#、4#煤层积水的排查，确定了我矿受水害类型有：地表水、孔隙水、裂隙水、岩溶水、老空水、断层构造水、陷落柱水、钻孔水、奥灰水。（一）、受采掘破坏或影响的孔隙、裂隙、岩溶含水层1、地表水对矿井影响程度井田内地表无常年性河流，大气降水对第四系松散岩类含水层补给条件差，其富水性弱。煤层采动裂隙达不到地表。2、煤层直接充水含水层受采掘破坏对矿井影响程度井田内煤系地层各含水层富水性弱，煤层采动裂隙虽破坏了隔水完整性，导水裂隙带沟通了含水层之间无联系，但由于含水层富水性弱，含水层对矿井充水，并不能使矿井涌水量有较大变化，对矿井充水影响不大。3、奥灰水水位标高虽高于各煤层底板标高，煤层带压开采，但经计算，各煤层最大突水系数小于受构造破坏块段突水临界值。井田构造简单，无构造沟涌奥灰含水层。9#煤层以上的各煤层奥灰水突水危险性小，9#煤层局部地段突水系数大于0.06MPa/m，奥灰突水危险性较大些。（二）、老空积水本井田3#、4#煤层存有采空区积水，下层煤层开采受上方采空区积水威胁。但积水位置清楚，按要求编制探放水方案，做好防治水工作，坚持“预测预报、有掘必探、有采必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则和“物探先行、化探跟进、钻探验证”的探放水综合探测程序，可减小或免除下层煤层开采威胁。（三）、钻孔水井田内施工有多个钻孔，不可避免会有封堵不良的情况，地测科要把各个钻孔及水源井准确的标注在采掘工程平面图上，矿方在布置工作面时尽可能的避开钻孔及水源井，担心钻孔在施工过程中有封孔不良现象，当掘进、回采工作面正前方或侧面遇到地质、水文钻孔30米时，对钻孔进行探放水工作，当确认钻孔无水时，方可掘进、回采，因此钻孔水对工作面威胁较小。（四）、断层构造水、陷落柱水当采掘工作面在经物探或施工过程中发现断层构、陷落柱时将断层带的柱距缩小至500-600mm。七、矿井水害隐患采取的安全技术措施根据我矿水害隐患情况按防治水规定要求制定了相关安全技术措施：（一）、建立健全各种制度、加强水文地质预测预报和职工防治水培训工作l、要做好职工的培训教育，使井下职工均要熟悉透水前的各种预兆，发现透水危害及时汇报并采取应急处理措施。 2、建立健全矿井防治水规章制度，把防治水工作落到实处。 3、加强矿井水文地质观测工作，注意收集整理资料，准确将积水范围及老采空区绘在图上，以便进行采掘作业时制定相应的防范措施。 （二）、地面防排水措施1、地面防排水是防止或减少大气降水和地表水大量流入矿井的 重要措施，是保证矿井安全的第一道防线，地面防排水工作必须经常 进行，尤其雨季到来之前，更要做好各项防排水工作。 2、地面防排水措施主要包括填塞通道、排除积水、挖排洪沟等，必须根据地形、水文和气象条件加以合理选择，有时还可将几种措施综合使用，以求更好的效果。 3、必须查清矿区及其附近的地面水流系统的汇水、渗漏情况、疏水能力，因地制宜，制定“防、排、疏、堵、截”相结合的防治措施。 4、地表水治理措施：我矿主、副井及风井均建在平坦地段，井口距河流1000m以上、且高于河床70m以上，但防止大气降水和地表水渗入井下是保证矿井安全生产的第一道防线，决不可疏忽大意，防止雨季地表水涌入矿井。 5、建立专门的防洪(汛)机构，机构人员每年雨季每次降雨前后， 必须派专人检查矿区及其附近的地面有无裂缝、塌陷等现象，发现漏水情况必须及时处理，必须组织落实好这一工作。 6、矸石、