探水方案设计

1、洒基镇兴发煤业有限公司探水方案设计矿长:孙从敏编制:汤杰编制时间:2010年4月23日前言为认真贯彻落实煤矿安全规程、煤矿水文地质规程、煤矿防治水条例、矿井水文地质规程和盘县“关于进一步加强煤矿安全生产工作”的指示,切实搞好我矿老空水的预防和治理工作,杜绝水灾事故,特编制本方案设计。第一节矿井水文地质条件一、地层及岩性(一地层特征1.地层矿区出露地层主要为二叠系上统龙潭组(P3l和三叠系下统飞仙关组(T1f,此外,在吴家小树林和罗嘎煤炭沟一带见大片的第四系残坡物集中分布。现将各时代地层特征由老至新叙述如下:1.1二叠系上统龙潭组(P3l主要分布于彭家湾王家街尹家煤炭沟一带,部分地段被第四系浮土

2、掩盖。岩性由灰色细砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层组成,组厚度280310m。含煤40-50层,总厚度约30 m左右,矿区及周边地区稳定和较稳定可采煤层有:C1、C3、C5、C6、C9、C12、C13、C15、C16、C17、C18、C20、C21等煤层,还有可采煤层有在矿区及矿权标高以下,没做具体工作。其它编号煤层多呈极薄层煤或煤线产出。1.2三叠系下统飞仙关组(T1f主要分布于矿区西部的铜厂垭口赵家街聂家大老包一带。上部岩性为紫红、灰绿、灰色泥质粉砂岩、粉砂岩夹细砂岩,具水平层理和单向交错层理,富含双壳类、腹足类生物化石;下部以紫红色泥岩为主,夹泥质粉砂岩和中厚层状粉砂岩。本组厚度大于500m。1

3、.3第四系(Q集中分布于吴家小树林、罗嘎煤炭沟一带村落区。由残积黄壤及坡积的粘土、砂土及碎石组成,多已改造为耕植土,厚度0m12m。2.水文地质条件区域水文地质条件洒基煤矿区处于云贵高原乌蒙山南缘斜坡过渡地带,以中等切割的低中山为主,井田范围总体地势为南高北低,区域上龙潭组、飞仙关组地层砂岩覆盖范围广范,经多次风化剥蚀,在逆向坡地带易形成陡崖、陡坡。矿区内最高海拔2070.2m(聂家大老包附近,最低海拔1810m(矿区北部冲沟内,最大相对高差260.2m。气象矿区所在盘县地区属亚热带高原季风气候区,本区冬无严寒,夏无酷暑,气候特点是“四季无严寒,一雨变成冬”,全年降雨量充沛,年平均降雨量138

4、2.90mm(最大降雨量达2105mm,其中5 10月为雨季。年平均气温13.7,最低气温-6.4,最高气温34.6;区内全年无霜期240天,日照时数为1555.6小时,日照率为35%;主导风多为ESE向,平均风速2.3m/s。其外区内还有春旱、倒春寒、凝冻、冰雹等灾害性天气。洒基镇兴发煤业有限公司五排煤矿地处珠江流域北盘江水系,井田及附近水系发育,溪沟较多,泉点零星分布,多为季节性溪泉,由大气降水补给。地下水类型依据矿区内出露的地层及岩性、以及岩石的富水性等特点,将区内地下水的类型划分为孔隙水、基岩裂隙水、岩溶水三个类型;现将其地下水特征分别阐述如下:1.孔隙水主要赋存于斜坡、沟谷地带第四系

5、松散堆积层中,第四系的富水性严格受控于大气降雨及地表流的变化。2.基岩裂隙水在矿区内基岩裂隙水主要赋存于二叠系上统龙潭组(P3l砂岩、三叠系下统飞仙关组(T1f粉砂质泥质岩、粉砂岩和砂岩中的裂隙,其富水性与裂隙发育情况有关,通常表现出极不均一性,富水性弱。3.1.2 含隔水层岩组及富水性1.含水层岩组主要是由残坡积粘土、亚粘土、耕植土、砂、碎石及人工填土等组成的第四系(Q残、坡积层中,分布矿区内缓坡和沟谷地带,形成孔隙含水层,富水性严格受控于大气降雨及地表流的变化。2.隔水层岩组(1飞仙关组砂岩、粉砂岩,含少量基岩孔隙、裂隙水,富水性微弱,可视为相对隔水层。(2二叠系上统龙潭组 (P3l:由粉

6、砂质泥岩、泥岩、粘土质粉砂岩、粉砂岩、砂岩、砂岩及煤层、煤线等组成,未见底,区内厚度280m310m,含少量基岩孔隙、裂隙水,富水性微弱,可视为相对隔水层。3、补给、迳流、排泄条件矿区内地下水主要由大气降水直接补给,大气降水一部分通过岩层层理、节理、裂隙、断层破碎带等补给地下含水层;另一部分汇集于冲沟中。3.1.4 小煤矿、老窑水文地质特征矿区小煤窑分布较多,在C1、C5 和C6煤层有多处已被填埋的老窑,导致矿区龙潭组 (P3l上部煤矿已不能利用。据了解,早期煤窑开采已有较长的历史,但对其开采状况和相应的水文特征不详。3.1.5充水因素分析1.充水水源(1地表冲沟水冲沟水沿途接受泉水及煤窑水补

7、给,雨季还有较大面积大气降水汇入,水量较大,这些冲沟多位于含煤地层露头地带,冲沟附近的网状、脉状裂隙密集,它们与煤层风化、氧化带直接接触,将来沿沟溪一带开采煤层时,冲沟水可能沿风化裂隙或采矿裂隙渗入或突入矿井,为矿井浅部开采的直接充水水源。(2第四系孔隙水矿山内覆盖的第四系,含水性弱,加之厚度不大,分布不广,蓄水量有限,对煤矿开采影响小。(3龙潭组弱裂隙含水层该组主要为碎屑岩,富水性总体微弱,在构造断裂及应力破坏影响的地段,含水量相对会较大,矿床开采到这些地段,矿井出水量会比正常出水量增大。该组为煤矿床开采的直接充水水源。(4小煤矿、老窑采空区积水小煤矿、老窑内存在着一定的积水,是浅部矿井开采

8、的重要充水因素,在开采浅部煤层时,采空区积水易渗入矿井而成为矿井直接充水水源。2、充水通道(1岩石节理裂隙矿山内的龙潭组含煤地层在接近地表附近,岩石风化节理、裂隙很发育,而深部则发育成构造节理、裂隙,它们是地下水活动的良好通道,并沟通上覆及下伏含水层与含煤地层的水力联系。(2人为采矿冒落裂隙未来的采煤活动将产生大量的采矿裂隙,这些人为裂隙也会沟通上覆含水层与含煤地层的水力联系,成为地下水活动的良好通道。(3断层破碎带矿山大落差断层发育,这些断层破坏了地层的完整性、连续性,降低了岩石的力学强度,塑性岩石中断层破碎带含水性和导水性不强,刚性岩石中断层破碎带有一定含水性和导水性,可能连通含煤地层上部

9、的中强含水层或地表水,加之未来矿床开采中,人工采矿裂隙大量出现,改变了断层带附近应力场和地下水的天然流场,地表水、地下水更可能沿断裂带进入矿井。(4小煤矿和老窑采空区矿山内小煤矿和老窑,其废弃采面或巷道会成为老窑水、采空区积水、部分地表水进入矿井的通道。3充水方式由于矿井直接充水含水层露头分布不广,接受大气降水补给不强,为中等弱含水层,充水通道主要以岩石原生和采矿节理、裂隙为主,规模一般不大,少量为断层、老窑巷道、岩溶管道导水,因此未来矿井充水方式主要以渗水、滴水、淋水为主,局部可能发生突水。3.1.6 水文地质类型本矿山大部分矿床位于最低侵蚀基准面以上,直接充水水源主要为龙潭组裂隙水、小煤矿

10、和老窑采空区积水,故本矿山属于以裂隙充水为主,水文地质条件复杂程度为中等,水文地质类型属类型,只是在断层交错地带、老窑密集地带、煤层低于最低侵蚀基准面地带,水文地质条件复杂程度增大。3.1.7 矿井涌水量根据五排煤矿和梯子田掘进巷道情况,煤层顶板有少量滴水现象,其涌水量为3654m3/h,雨季增大,用水泵间隙排出。老窑及采空区积水,老窑及采空区无通风等原因无法进入,未收集到资料,积水量不详。二、煤层特征本次工作核实的煤层有C1、C3、C5、C6、C9、C12、C13、C15、C16、C17、C18、C20、C21等,产于龙潭组含煤岩系中部和中下部,煤层总厚度17.94m。现将各煤层特征叙述如下

11、:1、C1煤层:位于龙潭组上部,上距飞仙关组泥质粉砂岩约5m。煤层成层状或似层状产出,为矿区内较稳定煤层。厚度0.65m2.4m,平均1.50米,粒状结构,半暗一半亮型,条带状,含1-3层高岭岭石粘土石夹矸,顶板为浅灰至灰绿色粉砂质泥岩,底板为灰色泥质粉砂岩,含植物化石及碎片。2、C3煤层:位于龙潭组上部,上距C1煤层15m。煤层成层状或似层状产出,为矿区内较稳定煤层。厚度0.60m2.3m,平均1.30米,粒状结构,半暗一半亮型,条带状,含1-3层高岭岭石粘土石夹矸,顶板为浅灰至灰绿色粉砂质泥岩,底板为灰色泥质粉砂岩,含植物化石及碎片。3、C5煤层:位于龙潭组上部,上距C3煤层约20m、下距

12、C6煤层约7m。煤层成层状或似层状产出,为矿区内较稳定煤层。厚度0.8m 2.1m,平均厚1.3米,粒状结构,半暗半亮型,块状结构,顶板为深灰色泥质粉砂岩,底板为浅灰色粉砂岩。4、C6煤层:位于龙潭组上部,上距C5煤层约7m、下距C9煤层约24m。煤层成层状或似层状产出,为矿区内较稳定煤层。厚度1.07m 2.05m,平均厚度1.3米,粒状结构,暗淡半亮型,夹高岭石矸石1-3层,层位不稳定,顶板为深灰色泥岩粉砂岩,底板为泥岩、粉砂岩。5、C9煤层:位于龙潭组上部,上距C6煤层约24m、下距C12煤层约37m。煤层成层状或似层状产出,为矿区内较稳定煤层。厚度1.41m2.45m,平均厚度1.68

13、米,粒状结构,半亮光亮型、松散、夹矸为高岭石、不稳定,含黄铁矿、煤质差、条带状。6、C12煤层:位于龙潭组上部,上距C9煤层约37m、下距C13煤层约6m。煤层成层状或似层状产出,为矿区内较稳定煤层。厚度2.54m4.65m,平均厚度3.55米,粒状结构,半亮光亮型含一至二层夹矸、煤层分岔为C12-1和C12-2。C12-1底板有一层约0.20m浅灰色泥岩、C12-2夹矸为棕色泥岩鳞片状,两煤层间夹一层13.0m厚的泥质粉砂岩及粉砂岩。7、C13煤层:位于龙潭组上部,上距C12煤层约6m、下距C15煤层约8m。煤层成层状或似层状产出,为矿区内较稳定煤层。厚度0.61m1.68m,平均厚度1.5

14、0米,粒状结构,半暗型煤块状、夹矸为炭质泥岩易碎为复杂结构煤层顶部。8.C15煤层位于龙潭组中上部,距上部已采空的C12底部1115m。煤层厚度1.541.57m,平约1.56m,煤层层位和厚度稳定,结构单一,一般无夹矸,煤层顶板为泥质粉砂岩,底板为泥岩。9.C16煤层位于龙潭组中部,上距C15煤层底713 m,一般9 m。,煤层厚度0.950.97 m,平均0.96m,煤层层位稳定,厚度变化小,结构单一,煤层顶、底板为泥岩。10.C17煤层位于龙潭组中部,上距C16煤层底1015m,一般12m。煤层厚度1.871.89m,平均厚1.88m,煤层层位稳定,厚度变化小,结构单一,局部含一层泥岩夹

15、矸,厚0.13m,煤层顶、底板均为粉砂质泥岩。11.C18煤层位于龙潭组中部,上距C17煤层底1015m,一般12m。煤层厚度1.68m,煤层层位稳定,厚度变化小,结构单一,局部含一层泥岩夹矸,煤层顶板为泥质粉砂岩,底板为泥岩。12.C20煤层位于龙潭组中下部,上距C18煤层底916m,一般13m。煤层厚度1.401.42m,平均厚1.41m,煤层层位稳定,厚度变化小,结构单一,煤层顶、底板均为粉砂质泥岩。13.C21煤层位于龙潭组中下部,上距C20煤层底717m,一般14m。煤层厚度0.870.91m,平均厚0.89m,煤层层位稳定,厚度变化小,结构单一,煤层顶、底板均为粉砂质泥岩。2.3.

16、2 煤质1.物理性质和煤岩特征区内煤岩为黑色,呈金属、油脂光泽,性脆,多为贝壳状及平整状断口。条带状结构,中细条带结构,粒状、碎块、片状、鳞片状构造,煤质较坚硬,块度较好。偶含星点状、细脉状黄铁矿。据本煤矿区有关勘探资料:镜下鉴定的平均值,煤层有机总量占91.32%,无机总量占8.63%。有机组分镜质组占92.43%、惰质组占7.57%。无机组分粘土类占5.17%、硫化物类占0.29%、碳酸盐类占0.22%、氧化物类占0.79%;镜质组:普遍为基质镜质体、均质镜质体,少量结构镜质体。惰质组:以半丝质体、氧化丝质体及碎屑丝质体多见,少量微粒体,偶见分泌体。无机组分以粘土矿物为主,少量石英、黄铁矿

17、及方解石。粘土矿物:多为细分散状、斑点状分散分布,仅局部为浸染状,少量充填胞腔。石英:呈微细粒状,细粒状散布于基质镜质体中。黄铁矿:呈微粒状、细粒状、星点状零星散布、方解石、细脉状充填裂隙。以半亮煤为主,夹暗煤条带,煤岩类型为亮煤质暗煤型。2.3.3 煤层对比矿山内无特殊岩性的岩层,煤层对比采用层间距法、煤层本身特征、煤质特征等进行对比,本次核实工作对可采煤层C1、C3、C5、C6、C9、C12、C13、C15、C16、C17、C18、C20、C21煤层对比采用下述方法。1.层间距法各煤层厚度、顶、底板岩性及层间距统计见表6:表6 可采煤层间距对比 2.煤层厚度特征矿区范围内C1、C3、C5、

18、C6、C9、C12、C13、C15、C16、C17、C18、C20和C21煤层,厚度变化不大,部位稳定,全区可采。三、地质构造特征3.1.3 断层带水文地质特征矿界内断层发育,是当井巷穿越地下深部发育的断层时,由于周围岩层的风化节理裂隙较发育,有利于大气降水的渗入,井巷可能发生渗水、淋水和涌水现象。F36断层(新厂一号断层:发育于矿区北西矿界附近呈北北东北东东14°79°方向呈弧状展布,延长约750m。断层切割了T1f、P3l及煤层,断层北东端和南西端受限于F29断层,断层面倾向北西北西西,倾角80°,水平断距约100m,为一正断层。由于处于矿区边部,对区内煤层破

19、坏作用不大。F29断层(新厂二号断层:发育于矿区中部,呈北东30°方向展布,断层延长约1500m。断层切割了T1f、P3l及煤层,断层面倾向北西,倾角70°,为一正断层,水平断距达450m,该断层对矿区煤层完整性破坏较大。F31断层(罗嘎断层:发育于矿区中南部,呈北东北东东(45°79°方向呈弧状展布,断层延长约1000m。断层切割了T1f、P3l及煤层,断层面倾向北西,倾角80°,为一正断层,水平断距达450m,该断层对矿区煤层完整性破坏较大。第二节矿井防治水方案一、矿井涌水量预计及矿井排水1、采用水文地质比拟法,取富水系数为0.00045m

20、3/m2h,估算开采面积最大为5000,则矿井正常涌水量Q正常=54m3/h最大涌水量为正常涌水两2-3倍,取3倍则矿井最大涌水量Q最大=121.5m3/h2、矿井排水系统兴发煤业有限公司属整合矿井,现保留一套过渡生产系统,新建一套系统。新井排水水泵:3台80D30×6离心水泵,排水泵能力43m3/h,扬程180米。电机功率37KW。潜水泵QY10-83/3-5.5型3台。主排水沟管为150无缝钢管2趟。水仓容量: 5.4净断面,长度100米,即540m3。过渡生产系统井底水仓配备排水泵为3台80D30×6离心水泵,排水泵能力43m3/h,扬程180米。电机功率37KW。潜

21、水泵QY10-165/6-11型3台。主排水沟管为150无缝钢管2趟。水仓容量: 4.6净断面,长度80米,即368m3。二、矿井防治水措施矿井防治水措施原则为:“预测预报,有疑必探,先探后掘,先治后采”。采取“防、堵、疏、排、截”综合防治措施。1、矿井开拓布臵防水各煤层按照C5、C12、C15、C16、煤层顺序由上往下开采。预防风巷水平以上小窑及老空积水。2、采掘工程中防治水1收集、调查和核实废弃老窑的情况,并在井上下对照图上标出位臵、开采范围、开采年限、积水情况等。2在井巷工程设计过程中,分析水文地质条件,必须按防治水方案采取“探、防、堵、截、排”综合防治措施,制定作业规程和安全技术措施并

22、贯彻落实。在井巷掘进过程中边探边掘,掌握前方水文情况,若发现有水患时,应及时采取措施,待确定安全后再向全掘进,并将出水点位臵标于井上下对照图或采掘工程图上,填绘充水性图。井巷揭露的主要出水点或地段,必须进行水温、水量、水质等底下水动态和松散含水层、含砂量综合观测分析,防止滞后突水。3在采掘工作面或其他地点发现有挂红、挂汗、空气变冷,出现雾气、水叫、顶板淋水加大,顶板来压、底板鼓起或产生裂隙出现渗水,水色发浑、有臭味、压力顶钻等突水预兆时,必须停止作业,采取措施(但不得拔出钻杆,并立即报告调度室,发出警报,撤出所有受水威胁地点的人员。4井下和地面排水设施保证完好。水仓、沉淀池、水沟要及时清理。要

23、成立防洪抢险领导小组,并按三防预案储备足够防洪物资。3、留设防水煤柱,因为根据水文地质条件可知,顶、底板含水弱,矿井突水主要是顺层受压破坏煤柱致使地下水渗入矿井,所以煤柱留设以顺层来压考虑。计算煤柱抵抗水压所需宽度。1断层防水煤柱宽度L=0.5KM 3P/kp式中:K-安全系数,一般2-5,取4M-煤厚或采高,M=2.20米P-水头压力,取50kgf/cm2Kp-煤的抗张强度Kp=10kgf/cm2计算得 L=17.04米,取20米。2水平以上边界煤柱宽度L=0.5kM 3P/kp式中:K-安全系数,一般4-10,取6。M-煤厚,M=2.2米P-水头压力,取50kgf/cm2Kp-煤的抗张强度

24、,Kp=10kgf/cm2计算得 L=25.6米,取26米。在采掘工程设计施工中,必须按设计留设足够防水煤柱。4、探水技术措施:1三条界线确定:三条界线为积水线、探水线、警戒线,根据我矿的水文地质条件和小窑、老空分布情况,小窑、老空积水情况分区域划定如下:积水线:在采掘工程图上以红色表示,其确定依据为小窑或老空的最深部边界。探水线:在采掘工程图上的红色表示,根据积水区的位臵、范围、水压、地质及水文地质条件,积水区资料可靠程度,压力破坏状况,水头压力等具体情况分别规定:根据调查当地小煤窑开采最低标高是+1820m,未送下山巷道。但考虑到资料不清楚,在小煤窑开采最低标高下推20米为探水线,即+18

25、00米水平。警戒线:在采掘工程图上以铅笔注标,为探水线外推30米。2探水钻孔布臵方式:矿井探水钻孔布臵,根据积水区位臵,水压、顶底板含水性,设计为顺层布臵,一个孔为沿煤层向右确定安全帮距,一个正前方确定无水患威胁,超前探水、钻孔参数计算如下:超前距及安全帮距 L= 0.5KM3p/kp式中:K-为安全系数,一般2-5,取5。M-煤层厚度或采高,M=2.2MP-矿井水头压力:水头高度取10米,所以取10kgf/cm2 Kp-煤层抗张强度,取10kgf/cm2计算得 L1=9.46米,取10米。超前探水距L1=0.5KM3p/kp式中:K-为安全系数,一般4-10,取7。M-采高,M=1.8米。P-断层等其他情况导水水压,水头以最高计算,高差按100米,所以取10kgf/cm2Kp-煤层抗张强度,10kgf/cm2计算得L1=10.9米 ,取11米.孔距的确定:据调查,小窑情况极复杂,范围不确定,据此确定孔距(在允许掘进终点剖面上间距为2.5米,即为单巷道宽度。5、安全技术措施:1巷道掘进进入警戒线,工程技术人员应了解现场情况,向矿管会汇报情况,通报安监员、防探水人员,并做好探水施工设计,补充安全