桧树亭中长期防治水规划2011

精选优质文档-----倾情为你奉上精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业专心---专注---专业精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业前言桧树亭煤矿原为河南豫煤销售有限公司桧树亭煤矿，始建于1997年6月，于1998年6月建成投产，矿井原设计生产能力为0.03Mt/a，通过改扩建后生产能力为0.062005年6月，该矿由郑州煤炭工业（集团）整合，整合后对井田边界进行了扩大，原有的生产系统重新进行了技术改造，目前矿井生产能力为30万吨/年。采用立井单水平上下山开拓，水平标高－125m。桧树亭煤矿主采赋存于二叠系下统山西组底部的二1煤层，该煤层距离下伏奥陶系灰岩高压强含水层约100m。二1煤层底板下10～90m尚下伏有石炭系上统太原组薄层石灰岩含水层对矿井直接充水，虽然富水性较弱，由于受断层切割，在局部薄弱地带仍然对矿井生产造成一定影响。因此，需要研究和评价矿井开采水文地质条件，分析开采受水害威胁程度，提出针对性的防治水工作内容，指导矿井防治水工作有序进行，确保矿井生产安全。为此，特编制本规划。本规划是在收集井田已有地质和水文地质资料，分析矿井水文地质条件和存在的水文地质问题的基础上，针对桧树亭煤矿的水文地质特征，结合矿井采掘规划提出的。规划的主要内容包括：（1）矿井防治水的原则及技术路线；（2）需要进行的矿井水文地质研究工作；（3）矿井需要进行的补充勘探工作；（4）矿井防排水系统改造。1、矿井概况1.1矿井自然地理概况桧树亭煤矿位于新密市来集乡王堂村境内，其地理坐标为东经113°28´39"～113°31´45"，北纬34°29´47"～34°30´17"。井田范围由河南省国土资源厅批准的采矿许可证中8个拐点坐标圈定（表1-1），证号为C。矿区东西长约4km，南北宽约0.6km，面积约2.27km2。表1-1桧树亭煤矿矿区范围拐点坐标一览表序号西安80坐标北京54坐标YXYX1.08.332.06.333.01.334.01.325.03.326.05.327.03.038.06.32矿区位于新密煤田东南部，属丘陵地形。地形总体表现为中部高，东、西部低；矿区内地势较为平坦，中、东部冲沟发育，地面高程181.2～227.6m，最大相对高差46.4m。矿区属淮河流域淮河水系，无常年性河流，在矿区西部有水库—王家楼水库。矿区内发育4条季节性雨源型冲沟，平时干涸无水，雨时有短暂水流，雨季地表降雨多顺冲沟流走，雨后即干。矿区西距新密市约18km，新密支线从本矿区南部1.0km处通过，东北距新密支线的李家寨车站1.5km，东距宋楼车站3.0km；南邻登封～杞县地方铁路，交通十分便利（见图1-1）。图1-1桧树亭煤矿交通位置示意图1.2矿井生产概况郑州煤炭工业(集团)桧树亭煤炭有限责任公司（简称“桧树亭煤矿”）隶属郑州煤炭工业（集团）有限责任公司。1997年6月建井，1998年6月投产，主采二1煤层，设计生产能力3万吨，实际6万吨/年。2002年至2003年间，对主要生产系统进行技术改造后，生产能力达到15万吨/年。原开拓方式为一对立井开拓，开采水平＋10m，单水平上山开采，中央并列式通风系统。该矿井2005年参加资源整合，2007年又进行了扩界，井田范围扩大后，开采深度标高60～-410m。设计生产能力为30万吨/年，技改工程于2007年12月结束，2008年11月5日竣工验收。现矿井采用三个立井单水平上下山开拓方式，中央分列式通风系统，抽出式通风方式，主井、副井进风，风井回风。矿井中央排水系统位于主井底-125水平，安装3台MD155-67×6型水泵和Φ219×10mm排水管路两趟，使用YB-450M1-2、10kv、2950r/min、280KW电动机，东下山将水排至东大巷，西翼涌水采用自流方式，自流进入中央泵房，通过主井井筒排至地面，三台泵一用一备一检修。水仓分内、外环水仓，有效容积1400m3。矿井于2010年4月进行了主排水泵房联合排水试运转，实际排水能力为130m3/h，最大排水能力为260m3／h。泵房的排水能力能够满足矿井排水需要，符合《煤矿防治水规定》要求。

2、矿井地质与水文地质2.1地层桧树亭煤矿位于裴沟煤矿的东部，属新密煤田。新密煤田位于华北地层区嵩箕地层小区东部，多被广泛发育的新近系、第四系地层所覆盖，属半掩盖区。本区地表大部被新近系、第四系松散层覆盖，仅局部冲沟内出露少量二叠系下石盒子组和上石盒子组地层。根据地表出露和钻孔揭露情况，区内地层由老至新依次为寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系以及新近系、第四系，现由老至新叙述如下：1）寒武系上统（∈3）寒武系上统分为崮山、长山、凤山三组。据区域资料，崮山组厚度120m左右，本矿无钻揭露。岩性为灰、深灰色中厚～厚层状白云质灰岩，具不均匀鲕状结构，发育缝合线构造，层理明显；长山组厚度约110m，凤山组（∈3f）厚度约80m。岩性均为浅灰色中厚层状白云质灰岩，具微晶或细晶结构，局部含泥质条带，长观2孔有揭露，揭露最大厚度为34.18m。2）奥陶系中统马家沟组（O2m）据区域资料，本组厚度60～80m，平均70m，本区钻孔揭穿最大厚度为46.11m，岩性为灰色、深灰色厚层状石灰岩，致密、质纯性脆，底部常具一层不太稳定的角砾状泥质灰岩。3)石炭系（C）厚62.92～68.40m，包括上统本溪组（C2b）、太原组（C2t），缺失下统地层，与下伏奥陶系地层呈假整合接触。（1）上统本溪组（C2b）厚5.53～25.62m，平均14.09m，岩性为灰—深灰色铝土质泥岩,具鲕粒和豆状结构，含大量黄铁矿结核和晶体。（2）上统太原组（C2t）厚49.77～50.54m，平均50.16m，与下伏本溪组呈整合接触，为一套海陆交互相沉积建造，主要由石灰岩、砂岩、砂质泥岩、泥岩和薄煤层组成，依岩性组合特征可分为上、中、下三段：①下部灰岩段平均厚度为11.80m，主要由L1～L4四层深灰石灰岩组成，夹细砂岩及砂质泥岩薄层，含煤四层，底部一1煤为局部可采煤层，其他煤层均不可采。四层石灰岩中，底部的L1灰岩发育较好，含较多海生动物碎屑，夹燧石结核和条带，特征较为明显，是对比地层的良好标志。②中部砂泥岩段平均厚度为25.19m，以灰～深灰色细～中粒砂岩和深灰色砂质泥岩为主，偶夹L5和L6两层灰岩。本段含煤两层，即一5和一6煤，均不可采。③上部灰岩段平均13.17m，以深灰色石灰岩为主，间夹黑色泥岩及砂质泥岩或粉砂岩,偶见薄煤层（一7、一8），其中一7煤层偶尔可采，其余煤层均不可采。本段L7～8灰岩全区普遍发育，层位和厚度均较稳定，含燧石结核，是石炭系中主要标志层之一，L9灰岩极不稳定，常相变为泥质灰岩或菱铁质泥岩。4）二叠系（P）据钻孔资料揭露，区内仅见下统和上统部分地层，包括下统的山西组（P1s）和下石盒子组（P1x）以及上统上石盒子组（P2s）部分地层。（1）山西组（P1s）下自太原组顶部灰岩顶界或二1煤底砂岩底界，上至砂锅窑底界，厚50.89～83.69m，平均65.46m，由深灰～灰黑色泥岩及砂质泥岩和灰色砂岩夹煤层组成，顶部多为浅灰色含紫斑或暗斑的铝土质泥岩，含煤二层（二0、二1），其中，二1煤为本区主要可采煤层，厚度为0.96～15.22m，平均4.42m。二0仅1A—3孔和4—11孔见到，厚0.20～0.28m。该组重要标志层为大占砂岩，厚0.66～27.23m，平均8.41m，为灰色细～中粒长石石英砂岩，硅、钙质胶结，含杂基，缓波～水平层理发育，层面含炭质及白云母片，为二1煤层直接或间接顶板，是对比二1煤层的良好标志。香炭砂岩，厚度2.00～13.67m，平均5.13m。灰色、灰白色细粒砂岩，含暗色矿物及炭质条带，含白云母片，具方解石脉，是对比二1煤层的良好标志。（2）下石盒子组（P1x）下自砂锅窑砂岩底界，上至田家沟砂岩底界，平均厚度306.49m，岩性主要由灰～深灰泥岩，砂质泥岩，粉砂岩，细～中粒砂岩和煤组成，按其岩性组合特征，自下而上可分为三、四、五、六共4个煤段。①三煤段下自砂锅窑底界，上至三、四煤煤组分界砂岩底界，厚47.85～80.41m，平均厚60.59m，底部为一层浅灰～灰白色中、粗粒长石石英砂岩，含较多暗色矿物，分选性差，具交错层理，底部常含砾石和泥质包裹体，层位稳定，为本区煤、岩层对比主要标志层之一；下部为浅灰色、灰绿色、紫红色泥岩，含铝质和菱铁质鲕粒，具大量紫斑、暗斑，俗称“大紫泥岩（Md）”。全区普遍发育，为一主要辅助对比标志层；中～上部为深灰色泥岩、砂质泥岩夹灰绿色细～中粒砂岩。②四煤段下自三、四煤分界砂岩底界，上至四、五煤分界砂岩底界，厚52.43-77.70m平均67.98m，底部为浅灰色、灰色中厚层中粒砂岩；下部灰色泥岩、砂质泥岩，局部含紫斑，中、上部为深灰色、灰黑色泥岩和灰绿色砂岩，局部偶尔含煤1～2层（四1、四2煤），但均不可采。③五煤段下自四、五煤分界砂岩底界，上至五、六煤分界砂岩底界，厚58.69-100.31m，平均厚79.15m。岩性由浅灰色、灰绿色以及深灰色泥岩，砂质泥岩，细～中粒砂岩和煤组成。底部四、五煤分界砂岩为浅灰色中厚层状中～粗粒砂岩，成分以石英为主，次为长石和岩屑，层面含碳质及白云母片，泥质、硅质胶结，斜层理发育，中下部分为灰色粉砂岩、砂质泥岩，含煤1～2层（五2、、五3煤），其中，五2煤不可采，五3煤为局部可采煤层，上部多为深灰色泥岩和砂质泥岩，含菱铁质鲕粒和紫斑。④六煤段下自五、六煤分界砂岩底界，上至田家沟山岩底界，厚95.26-101.93m，平均厚98.77m，本段岩性由灰绿色、灰色、紫灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细～中粒砂岩及煤和炭质泥岩组成。底部五、六煤分界砂岩，为浅灰色、灰白色厚层状中粒长石石英砂岩，钙、硅质胶结，斜层理发育；中部为灰、灰绿色泥岩及砂质泥岩，细粒砂岩，局部夹炭质泥岩或不可采薄煤2层（六1、六2煤），上部为紫灰色、灰绿色、青灰色泥岩及砂质泥岩，并与中～细～粉砂岩互层。本组与下伏山西组整合接触。（3）上石盒子组（P2sh）下自田家沟砂岩底界上到平顶山砂岩底界，据区域资料，厚约210m，自下至上分为三个煤段，即七、八、九煤段。本区有2孔仅见七煤段，厚度分别为59.32m和72.31m，其岩性为灰色、灰黄色、灰绿色、紫色砂质泥岩、中粒砂岩互层组成。5）新近系（N）厚32.27～97.75m，平均厚69.90m，与下伏地层呈不整合接触，底部为砂砾层或砾岩，胶结松散漏水，上部为灰白色泥灰岩，具小溶洞。6）第四系（Q）厚0.50～39.96m，平均10.18m，与下伏地层呈不整合接触，上部为棕黄色含钙质结核之亚粘土、黄土，底部为卵石层。2.2构造桧树亭煤矿位于裴沟煤矿的东部，为新密复向斜南翼东段的一部分，总体呈一走向近EW～NE向、倾向S～SE、倾角16°～20°的单斜构造，局部达34°。区内西部构造比较发育，规模较大的断层有郭庄断层、李家寨断层、桧树亭断层、油房沟断层、F48等5条断层。构造复杂程度属中等。1）郭庄断层（F22）为矿区北部边界断层，西经郭庄、陈沟、如堂庙，经矿区北部向东延出界外，正断层，走向近东西，倾向北，倾角70°左右，落差60～250m，由、、3-0、1—4、补5等孔控制，断层控制程度可靠。2）李家寨断层（）发育于矿区西部，西起如堂庙，经桧树亭东到李家沟，为一向南弓的正断层，西部为北西向，东部为北东向，总体向北倾，北盘下降，落差15～40m，有3—0孔、4—4孔控制，控制程度可靠。3）桧树亭断层（）发育于矿区西部，以桧树亭为中心，东端弯向东北相交于F22，延展长度2800m，矿区内延展长度1700m，和李家寨断层近平行，断层走向西部为北西向，东部为北东向，总体向南倾，北盘上升，倾角70°，落差40～100m。区内有1A—3孔、3-1孔、4-11孔、5-1孔揭露断层，控制程度可靠。4）F48正断层：发育于矿区西南部，由裴沟井田延伸而来，走向近东西，为一南升北降的正断层，图幅范围内延伸2000m。倾向315°～325°，倾角60°～75°，落差m，有控制程度基本可靠。5）油坊沟断层（F17）：发育于矿区东南部。伸展方向为近NEE向，区内伸展长度2.6km。为一正断层，断层倾向NNW，倾角70°左右，落差5～60m。在油坊沟附近有出露，区内控制程度基本可靠。2.3主要含水层1)寒武-奥陶系岩溶裂隙承压含水层寒武系上统主要由灰色、灰黄色厚层状白云质灰岩组成，有长观2孔揭露，揭露最大厚度34.18m。裂隙发育、岩芯破碎，富水性较强；长观2孔在见寒灰后34m处全漏，漏失量＞12m3/h。据钻孔抽水试验结果，静水位标高+79.64m，单位涌水量0.074L/s·m，渗透系数为0.3462m/d，目前水位观测记录标高为+65.86m。该含水层为二1煤层底板间接充水含水层，且与奥陶系马家沟组石灰岩岩溶裂隙含水层水力联系密切，可作为一个含水层考虑，对矿井安全生产威胁较大。奥陶系为灰白色、浅灰色隐晶质灰岩，1A—3孔揭露厚度37.46m，4-5孔揭露46.11m，其它各孔一般揭露厚度不超过10m，裂隙溶洞不甚发育且多被分解石脉充填。据4—5孔1965年抽水资料，水位埋深21.34m，水位标高+192.64m，单位涌水量3.22L/s·m，渗透系数7.36m/d。该含水岩组在矿区内的埋深由北向南，由西向东逐渐加深，一般为227～450m，最深达500m。2)太原组下段灰岩岩溶裂隙承压水含水层一般由L1～L4灰岩组成，其中L1—2和L4灰岩相对稳定，分布较普遍，厚度7.58～14.56m，平均9.68m，含岩溶裂隙承压水，该含水岩组含水性不均，但富水性、导水性较强，水头高，压力大，富水、透水性强，距二1煤层底40m左右，为二1煤层底板间接充水含水层。3)太原组上段灰岩岩溶裂隙承压含水层一般是指层厚大，层位稳定的L7—8灰岩，岩性为深灰色含生物屑泥晶灰岩，含燧石团块，具裂隙和溶蚀现象，厚5.96～14.49m，平均9.72m，含岩溶裂隙承压水，富水性、导水性较强。据长观2钻孔抽水试验资料，静水位标高+103.46m，单位涌水量0.055L/s·m，渗透系数为1.7902m/d，水质类型HCO3—Na型，矿化度0.258g/l。4)二1煤层顶板砂岩孔隙裂隙承压含水层一般由2～7层浅灰、灰白色中—粗粒长石石英砂岩组成，以大占砂岩和香炭砂岩为主，层位较稳定，平均厚度约24.45m，含孔隙裂隙承压水，含水、富水性弱、透水性差。据补6孔抽水试验资料显示，水位标高+125.66m，埋深73.01m，单位涌水量0.L/s.m，渗透系数0.00134m/d，为弱含水的孔隙裂隙承压水，桧树亭生产矿井调查资料也表明该含水层富水性普遍较弱，矿井充水以淋水为主。该含水层下距二1煤顶1.68～7.12m，平均3.38m，为二1煤层顶板直接充水含水层，对开采二1煤层有一定影响，是矿井疏排的首要对象。5)上、下石盒子组砂岩孔隙裂隙承压含水层一般由5—7层浅灰、灰绿色中～粗粒砂岩组成，岩性岩相变化大，裂隙不甚发育，含微弱的孔隙裂隙承压水、富水性普遍较弱，其距二1煤层较远，中间又有众多隔水层的阻隔，正常情况下对开采二1煤层影响很小，充水意义不大。6)新近系泥灰岩岩溶裂隙含水岩层岩性位为白色，浅灰白色泥灰岩，裂隙不发育，局部有小溶洞，厚度32.27～84.32m，平均61.09m，区内多数钻孔漏水，最大漏失量为5～8m3/h。据邻区抽水资料显示，水位标高+187.27m，单位涌水量0.0096L/s·m，渗透系数为0.0246m/d。7)第四系孔隙潜水含水层岩性为黄土状粘土或亚砂土，底部含钙质结核和透镜状卵石层，含水层分布不均匀，透水性、富水性弱，主要接受大气降水补给，水位随季节而变化，天然状态下仅与下部第三系泥灰岩含水层有直接水力联系，对矿井充水意义不大。2.4矿区主要隔水层1）本溪组铝质泥岩隔水层上覆于奥陶系碳酸盐岩含水层之上厚5.53～25.62m，平均14.09m。岩性主要为浅灰色、灰白色铝质泥岩，致密、层位稳定、隔水性能良好，通常情况下具较强的隔水能力，能有效阻隔太原组下段灰岩含水层和奥陶系灰岩含水层之间的水力联系，但遇断层破碎带或局部较薄处将失去隔水作用。2）太原组中部碎屑岩段隔水层组指L4灰岩顶界至L7灰岩底界之间的砂、泥岩段，岩性以泥岩、砂质泥岩为主，间夹砂岩以及薄层灰岩和薄煤层，平均厚21.16m，层位稳定，厚度较大，正常情况下对太原组上、下段灰岩含水层有良好隔水作用。3）二1煤层底板细碎屑岩隔水层组一般指二1煤层底至L7～8灰岩顶之间的地层，岩性由砂质泥岩、泥岩夹细砂岩组成，厚度2.00～8.46m，平均5.31m，正常情况下具有一定的隔水作用，可阻止石炭系上统太原组上段灰岩含水层中的承压水进入开采二1煤层的矿井，但厚度较薄处或受构造破坏部位就起不到隔水作用，易引起底鼓或底板突水。4）二1煤层顶板砂质泥岩隔水岩组一般指二1煤层顶板至大占砂岩底面之间的地层，岩性由砂质泥岩、泥岩及炭质泥岩组成，厚度为1.68～7.12m，平均厚度3.38m，分布连续、层位稳定，正常情况下具有一定的隔水作用，可阻止二1煤层顶板砂岩孔隙裂隙承压水在开采过程中涌入矿井，但厚度较薄处或受构造破坏部位就起不到隔水作用。5）上、下石盒子组细碎屑岩类隔水层组上、下石盒子组地层中的泥岩、砂质泥岩以及粉、细砂岩，厚度较大，在该套地层中占主导地位，一般能有效阻隔其中所夹含水层与二1煤层顶板砂岩含水层之间的水力联系。2.5地下水的补给、迳流与排泄条件区域上即本区以西的低山丘陵区出露和分布有大面积寒武、奥陶系碳酸盐岩，岩溶裂隙发育，这些碳酸盐岩分布区即是新密煤田复向斜岩溶裂隙承压水水文地质单元的补给区，直接接受大气降水补给。大气降水转化为地下水后，在自身重力作用下，首先沿地层倾向顺透水岩层向向斜轴部汇集，然后大致沿向斜轴和一系列近东西向的断裂由西向东向下游运移。地下水除以泉水、矿坑排水和一些工农业取水的形式排泄外，大部排泄于新郑矿区的含水层隐伏露头处。2.6构造水文地质特征矿区内的一系列近东西向和北东向张性正断层切割和破坏了煤、岩层的完整性和连续性，在煤层遭到切割和破坏的同时也导致了地层的重新对接和组合，致使原来毫无水力联系的含水层对接而发生水力联系或下部富水的含水层与二1煤层对接而对矿床直接充水。本区的断层都是张性断裂，其本身并不富水，而一旦和下部富水的含水层连通而发生水力联系，它将成为地下水的导水通道和储藏场所，进而对矿坑直接充水，因此，开采时应在断层两侧留足防水煤柱，若需穿越断层，必须打超前探水孔，以防断层突水而造成淹井事故。

3矿井充水条件3.1矿井水害情况的统计分析桧树亭煤矿自2007年技改以来，未发生矿井突水影响生产的情况。根据本矿地质资料及资源整合前搜集到的资料，矿区周边无小窑，西部为裴沟煤矿采空区，积水情况已查明，有边界防水煤柱相隔，目前对矿井没有安全危害。区内13010工作面采空区及风井东部的老空区有少量积水，约8000m3,目前用于地面生活用水。3.2矿井充水水源及其特征目前矿井浅部老空区及巷道掘进行过程中，存在出水现象，多数水量不大，在13030工作面和老采空区还有少量积水。其中突水水源主要为顶板砂岩水，其次为L7-8灰岩水，少量断层出水。具体出水情况见表3-1。根据2007、2008、2009年矿井涌水量观测台账，矿井平均正常涌水量为87.2m3/h，最大涌水量为113m3/h。其充水水源主要为底板L7-8灰岩水，占总涌水量约53％；其次为顶板砂岩水，占总涌水量约36％；少量断层水，占总涌水量约1％。桧树亭煤矿井下出水点统计表表3-1编号突水地点突水类型突水水源突水通道涌水量（m3/min）突水时间最大最小稳定113010上付巷顶板淋水顶板砂岩采动裂隙0.060.030.052004.03.12213010上付巷顶板淋水顶板砂岩采动裂隙0.030.020.032004.12.10313010下付巷底板水L7-8裂隙0.30.250.252006.06.10413010下付巷底板水L7-8裂隙0.40.340.362007.04.05513061下付巷顶板淋水顶板砂岩裂隙0.070.050.072008.04.21613061切巷顶板涌水顶板砂岩裂隙0.080.060.082008.07.03713061切巷顶板涌水顶板砂岩裂隙0.650.160.162008.07.30813061下付巷顶板淋水顶板砂岩裂隙0.070.060.072009.12.02911101上付巷底板断层水断层破碎带断层裂隙0.130.040.132010.2.271011运输上山底板断层水断层破碎带断层裂隙0.0670.030.0672010.05.203.3矿井充水途径及其特征一般情况下，矿井的充水水源主要包括大气降水、地表水、地下水和老空积水。从严格意义上讲，大气降水是一切矿井充水的最终水源，因为无论是地表水或地下水都直接或间接地来自于大气降水的补给。但这里所指的是大气降水本身成为矿坑充水的直接或唯一的充水水源。以大气降水作为主要充水水源的矿坑涌水量及其涌水特点与当地的年降水变化过程和降水强度具有明显的相关关系，其主要涌水特点是矿坑涌水的动态与当地降水动态相一致，呈现出明显的季节性变化和多年周期性变化，这主要是因为我国大部分地区受季风气候的影响，大气降水的年分布具有季节性，多年变化具有周期的特点所决定的。地下水：由于大多数采矿活动都发生在地表面以下，所以，地下水往往是造成矿山充水的最主要水源。地下水作为矿坑充水水源时，可依其与煤层的相互位置关系及其充水特点分为间接式充水水源、直接式充水水源和自身充水水源三种最基本形式：所谓间接充水水源是指充水含水层主要分布于煤层的间接顶板或底板，但和煤层并未直接接触的充水水源，常见的间接充水水源含水层有间接顶板含水层、间接底板含水层、间接侧邦含水层或它们之间的某种组合。应该指出间接充水水源的水只有通过某种导水构造穿过隔水围岩进入矿井后才能使其作为充水水源的事实得以实现。所谓直接充水水源是指含水层与煤层直接接触或矿山生产与建设直接揭露含水层而导致含水层水进入矿井的充水含水层。常见的直接充水水源含水层有煤层直接顶板含水层、直接底板含水层。直接含水层中的地下水并不需要专门的导水构造导通，只要采矿工程进行，其必然会通过开挖或采空面直接进入矿坑。所谓自身充水水源主要是指煤层本身就是含水层。一旦对煤层进行开发，赋存于其中的地下水或通过某种形式补给煤层的水就会涌入矿坑形成充水，该类型矿坑在我国并不多见，但在国外许多矿井中经常遇到。以地下水作为主要充水水源的矿坑充水有如下规律和基本特点：A．矿井充水的强度与充水含水层的空隙性及其富水程度有密切关系，不同的岩性决定着不同岩体中的空隙发育特征，按空隙性质可把地下水水源分为孔隙水，裂隙水和岩溶水三种基本形式。一般地说，受裂隙水充水的矿床，其充水强度小于受孔隙水和岩溶水充水矿床，而受卵砾石层潜水和强岩溶含水层水充水的矿床，多成为大水矿床。岩溶水突水时，一般水量大、来势猛、不易疏干，会给矿井带来巨大灾害。而砂岩裂隙水充水时，主要以淋水、渗水为主、突水的瞬间冲击力不大，不会给矿井带来灾难。B．矿井充水特点与充水量变化规律与充水含水层中地下水的性质及其水量有关：流入矿井的水往往包含两个性质完全不同的组成部分：一部分在矿床水文地质学中称为静贮量，指充水含水层中贮存的水的体积，这部分水量大小及其对矿井充水的能力主要取决于含水层厚度，分布规模、空隙性质以及贮存水的给出能力。另一部分在矿床水文地质中称为动储量，指含水层中获得的补给水量，该部分水量是以一定的补给和排泄为前提，以地下径流的形式在充水含水层中不断地进行着水交替。若充水含水层中的水以静贮量为主，则矿坑涌水的特点是：初期矿坑涌水量较大，随着排水时间的延续，矿井涌水会逐渐减少。该类矿床易于疏干；若矿坑充水含水层以动贮量为主，则矿坑涌水量相对比较稳定，矿坑涌水量的动态特点往往会受充水含水层补给量的动态变化的影响。该类型充水水源水不易疏干。老窑积水主要是指矿床体开采结束后，封存于采矿空间的地下水，近年来由于小煤窑开采和关闭矿井的迅速增加，许多正在生产的矿井周边及邻近往往分布有很多废弃和关闭的小煤窑或矿井，而这些矿井由于排水停止而成为地下的积水空间，并积存了大量的地下水，这些水体通过某种途迳一旦进入生产矿井，便形成了老窑积水充水水源，特别是一些非法开采的小煤窑由于缺乏合理的设计和准确的测量资料，其井下巷道的分布特征往往不清楚，很容易和生产矿井构通形成水害。传统意义上的老窑积水一般为封存的“死水”，属静贮量，但具有一定的静水压力，所以其充水特点是突发性强，来势猛，持续时间短，有害气体含量高，对人身和设备的伤害较大。但对于近年来频繁发生的小煤窑和相邻废弃矿井突水，除了具有上述特征外，由于废弃矿井或小煤窑往往与地表水或某种地下含水层水构通并接受补给，所以一旦发生突水，也可持续较长时间，并且很难疏干。3.4影响和控制矿井主要充水因素分析（1）大气降水：大气降水作为本矿井各个充水含水层的最终补给水源，控制和维持着各含水层长期稳定的充水水量。如果没有大气降水的补给，随着矿井的生产排水，含水层水会逐渐趋于疏干，矿井的涌水量会逐渐减少。但应该明确的是大气降水是一个不可控因素，很难通过人为因素减少和控制。从近年来矿井涌水量台帐可以看出，降水造成矿井充水的特征具有明显的季节性、多年周期性变化规律。雨季是大气降水的主要补给期，集中降水后矿井出现最大涌水量，矿井水量明显增加，对此，应根据这一规律采取相应的预防措施。（2）地表水：区内地表水体主要是磨洞王水库，集水面积约0.18km2，蓄水量约达31×104m3，沿沟有二叠系地层出露，水位标高为+182.50～+183.60m，库底距二1煤层约140～320m，其间二叠系为弱含水层，并有较厚的隔水层相隔，对二1煤层的影响较小。但在隔水层相对较薄的地段，地表水沿采动裂隙下渗补给煤层顶板砂岩含水层而向矿井充水，该矿2008年7月13061工作面切巷曾因采动影响，顶板砂岩出水，水量虽不大，但最大也有40m3/h，对此，在今后生产过程中掘进至此类地段时，需注意加强防治顶板水工作。（3）含水层的埋藏条件和构造开启性条件：由于主要充水含水层受大气降水的直接或间接补给，而大气降水的补给强度和补给速度主要受含水层的埋藏条件、构造裂隙发育条件和水循环开启性条件控制。目前的资料已经显现出随着含水层埋藏深度的增加，其富水性具有减弱的趋势。我们要充分研究和利用这一规律。（4）构造发育情况特别是导水裂隙的发育与分布规律：裂隙储水、裂隙导水和裂隙突水已成为矿井水害的明显特征，裂隙的发育与否决定了矿井是否具有突水的条件，裂隙的导水性能及其空间联通网络的大小、网络之间水力联系的密切程度决定了单个出水点水量的大小。研究和探查导水裂隙的发育规律、空间展布规律和控制因素，对有效预测和防范矿井水害具有重要意义。（5）矿井采掘扰动：从矿井采掘层位与含水层的空间结构可知，二1煤层上部砂岩含水层处于顶板冒裂带范围之内，矿井采掘活动一旦将二1煤层采空，必然造成其上部砂岩含水层水对矿井涌水，流入水量的大小决定于采掘扰动裂隙带及含水层空间范围的大小及其与天然导水裂隙的沟通情况。而矿井底板L7、L8薄层灰岩含水层与二1煤层之间的相对隔水层厚度大多小于20m，且部分巷道就沿着该含水层掘进。一旦由于采矿扰动或揭露导水裂隙也会使该含水层水直接涌入矿井。综合上述，影响和控制矿井生产的水害因素主要包括二1煤层底板下伏太原群薄层灰岩含水层组、奥陶系灰岩含水层以及二1煤层上部砂岩含水层富水性、水压，及上述各含水层组与二1煤层间隔水层完整程度、开采底板破坏深度和顶板冒裂导水裂隙带高度等。此外，随着本矿开采面积的逐渐增大，采空区积水也是本矿的充水因素之一。

4矿井水害特征及需要查明的主要水文地质问题4.1矿井已经完成和基本查清的水文地质问题桧树亭煤矿属技术改造矿井，由于资源整合前为地方乡镇煤矿，地质资料欠缺。自2005年资源整合以来，矿井先后进行了瞬变电磁、二维地震以及地面补钻等勘探手段，积累了一部分矿井地质、水文资料，由于该矿位于郑煤集团裴沟煤矿井田附近，部分地质资料参考裴沟煤矿的勘探结果，目前，矿井已经完成和基本查清的水文地质问题有：（1）井田所处的水文地质单元及其补给、径流、排泄条件基本清楚；（2）井田发育的主要含水层、隔水层层序及其组合接触关系基本清楚，矿井主要充水含水层的分布、岩性、厚度、富水性、水化学特征等水文地质性质基本查清；（3）井田内主要地质构造及其水文地质性质基本查清；（4）井田内主要地表水体特征及其与矿井开采之间的关系基本查清；（5）矿井主要的充水水源、充水途径、水害特征、矿井涌水量与相关因素之间的关系基本清楚；（6）井田长观孔寒武系灰岩含水层水位动态监测工作一直在进行。4.2目前存在并需要查明的矿井水文地质问题虽然矿井在技术改造过程中积累了一部分地质资料，但是随着矿井生产的纵深开拓，目前的勘探程度已经不能满足矿井开采的需要。主要表现如下：首先，新开拓的11采区，西部和北部有邻矿老空区，存在防治老空水的问题；其次，采区南部有F48断层，北部有桧树亭（f22）断层，面临防治断层水的问题；由于本矿煤层底板灰岩含水层与煤层底板之间的隔水层厚度分布不均匀，在开采过程中，局部比较薄弱地段有突水威胁，需要进一步进行水文地质勘探，找出薄弱地段，采取底板注浆加固措施，确保安全回采；其次，井田的东部区域为矿井后期开采区域，地质勘探程度为详查，区域内的地质构造情况及含水层分布情况不太清楚，需要进一步补充地质勘探，查明区域内含水层含水层的分布、岩性、厚度、富水性、水化学特征等。综上所述，为了保证矿井持续稳定安全生产，尚需围绕上述问题开展水文地质勘探与试验工作，具体而言，我矿目前存在并需要查明或进一步查明的矿井水文地质问题主要有以下6点：（1）进一步查明11采区范围内二1煤顶、底板含水层富水性，富水区段分布规律；（2）进一步加强对长观孔灰岩水的动态观测，查明水位动态特征。（3）查明井田内各含水层之间水力联系情况，尤其是奥陶系灰岩含水层与上部各含水层之间在深部的水力联系情况、补给关系、补给位置、补给范围和补给强度及相关的地下水动力学参数；（4）探查东部井田范围内的导水构造，如断层、裂隙发育带等，并研究其分布与展布规律、导水部位及与矿井直接充水含水层和煤层之间的对接关系。尤其是要查明二1煤底板隐伏导水构造；（5）查明井田西部边界原裴沟煤矿及宏达煤矿采空区分布情况、分布范围、积水情况。（6）计算分析采掘过程中采区或工作面的涌水量，涌水特征及其安全疏降水量，为超前预防或治理工作面回采过程中发生意外突水的技术措施提供依据。

5矿井防治水技术路线与原则5.1矿井防治水工作的基本原则根据《煤矿安全规程》和《煤矿防治水规定》等相关技术规范的要求，结合我矿井田地质、水文地质条件和防治水工作现状，桧树亭煤矿防治水工作应该遵循以下原则：（1）预防为主，有疑必探，探治结合，探采结合，先探后掘，先治后采；（2）以基础水文地质工作为平台，井上探查手段以物探为主，钻探为辅；井下探测手段物探先行，钻探验证。井上下探测、监测与水文地质试验紧密结合；（3）以矿井水文观测资料为基础，建立矿井水害水情实时监测体系。（4）改造矿井防排水系统，提高矿井排水能力；（5）建立水害安全保障体系的整体规划，设计整体目标，分解阶段目标，分区、分阶段实施规划与设计；（6）防治水工程与矿井采掘工程相结合，防治水工程方案优化与经济效益相结合，选择经济有效、对矿井生产进度影响较小的防治水工程技术；（7）防治水工程与水资源的合理利用相结合，在防治矿井水害、合理受控疏放地下水的同时注意对地下水资源和地表水体的保护。5.2矿井防治水工作技术路线针对桧树亭煤矿以往防治水工作存在薄弱环节的特点，有必要制定科学合理，着眼于矿井可持续发展的防治水工作技术路线。使矿井防治水工作更有目的性、针对性和方向性；使矿井防治水工程的设计更具有建设性、可操作性和实用性。基于上述原因，依据防治水工作的基本原则，制定了桧树亭煤矿防治水工作的技术路线：疏堵结合，减少采掘涌水量，改善掘进作业环境，提高生产效率和质量；探堵结合，探查煤层底板隐伏导水构造，注浆加固煤层底板薄弱区段。详细的技术路线见图5-1所示。6防治水技术与工程规划6.1主要水文地质研究工作水文地质研究与分析工作是矿井防治水工作的重要方面。服务于矿井高产高效生产过程的水文地质安全保障体系的建立是在对以往积累的资料客观分析和研究的基础上，提出科学合理的防治水方案，并不断优化和完善防治水工程设计，从而制定出切合实际、易于实施、经济有效的矿井防治水工程措施，并付诸实施。水文地质安全保障体系的建立是不断的发现问题，分析问题，解决问题的过程。基于米村矿的防治水工作现状和采掘接替的需要，桧树亭矿在2011年至2015年防治水工作中需要针对王家楼水库下采煤进行分析与研究：桧树亭2011～2015计划开拓15采区，该采区地表有王家楼水库，从而提出了水库下采煤问题。水库属于人工湖泊，水库下采煤属于水体下采煤的范畴。根据我国《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的要求，水体下采煤时，必须严格控制对水体的采动影响程度，将受开采影响的水体分为4个采动等级，对不同采动等级的水体，必须采用留设相应的安全煤岩柱的措施，具体采动等级划分及允许采动强度见下表所示：表6-1水体下采煤采动等级及允许采动程度一览表水体采动等级水体类型允许采动强度要求留设的安全煤岩柱类型Ⅰ1、直接位于基岩石上方或底界面下无稳定的粘性土隔水层的各类地表水体；2、直接位于基岩上方或底界面下无稳定的粘性土隔水层的松散孔隙强、中含水层水体；3、底界下无稳定的泥质岩类隔水层的基岩强、中含水层水体；4、急倾斜煤层上方的各类地表水体和松散含水层水体；5、要求作为重要水源和旅游地保护的水体。不允许导水裂缝带波及到水体顶板防水安全煤岩柱Ⅱ1、底界面下为具有多层结构、厚度大、弱含水的松散层或松散层中、上部为强含水层，下部为弱含水层的地表中、小型水体；2、底界面下为稳定的厚粘性土隔水层或松散弱含水层的松散层中、上部为孔隙强、中含水层水体；3、有疏降条件的松散层和基岩弱含水层水体。允许导水裂缝带波及松散孔隙弱含水层水体，但不允许垮落带波及该水体顶板防砂安全煤岩柱Ⅲ1、底界面下为稳定的厚粘性土隔水层的松散层中、上部孔隙弱含水层水体；2、已或接近疏干的松散层或基岩水体。允许导水裂缝带进入松散孔隙弱含水层，同时允许垮落带波及该弱含水层顶板防塌安全煤岩柱符合下列条件之一者，水体的压煤允许开采：①水体与煤层之间的最小距离符合表6-1中各水体采动等级要求留设的相应类型安全煤（岩）柱尺寸，本矿井又有类似条件的近水体采煤成功经验和可靠数据的；②水体与煤层之间的最小距离略小于表6-1中各水体采动等级要求留设的相应类型安全煤（岩）柱尺寸，本矿井又有类似条件的近水体采煤成功经验和可靠数据的；③在技术可能、经济合理的条件下，能够实现改道（河流）和放空（水库、采空积水区等）的水体或能够实现完全疏干，以及堵截住水源补给通道的松散孔隙含水层水体或基岩孔隙-裂隙、岩溶-裂隙含水层水体；④地质、开采技术条件较好，并在有条件采用开采技术措施及其他措施后，水体与煤层之间的最小距离能够满足表6-1中各水体采动等级要求留设的相应类型安全煤（岩）柱尺寸；⑤地质条件允许时，可以在枯水季节进行开采的季节性水体。根据上述要求，15采区开采王家楼水库下部煤炭资源，必须对水库周边及库区水文地质条件进行调查与补充勘探，对水库下采煤可行性进行研究，对水库下采煤的水文地质、工程地质、环境地质影响进行评价。设计井上下防溃水工程和水库保护性工程并付诸实施。尽可能防止水库蓄水溃入井下，并尽可能减少采煤引起的地质沉陷对坝体及周边地质环境的破坏和影响，保护下游居民的生命财产安全。水库下采煤时，必须采用相应的开采技术措施和安全措施。根据库区地质、水文地质、工程地质和开采技术条件，可选用下列开采技术措施和安全措施：①采用倾斜分层长壁开采方法，尽量减少分层厚度，增加分层开采之间的间歇时间，一般情况下时间间隔不小于4～6个月。采用放顶煤开采方法时必须先试验再推广；②进行工作面正规循环作业，保证工作面匀速平稳推进；加强工作面支护，防止工作面顶板隔水层超前断裂；采用有利于工作面疏排水的排水方案，提高矿井排水能力，保持水沟畅通，避免工作面作业条件恶化；③计算工作面“三带”（垮落带、断裂带、弯曲带）高度，确保导水裂隙带延伸不超过基岩厚度，并确定开采上限，按防水、防沙、防塌煤（岩）柱要求进行开采；④按照由远及近的方式布置开采工作面，先开采距离水库较远、地质条件较稳定的小区段，积累一定的安全回采经验后，再逐步推进工作面与水库的距离并逐步扩大开采范围；⑤、探查库区构造和煤层顶板小规模构造裂隙发育情况，并探查其延伸高度和导、含水性，采用疏堵结合的技术措施加以防治，并根据实际情况，按照《矿井水文地质规程》的要求，留设工程煤（岩）柱和防水煤（岩）柱；⑥采用充填法或条带法开采和限制回采厚度等措施控制导水裂隙带发展高度；⑦采用井上下结合的钻探、物探方法详细探明有关的含隔水层界面和基岩面起伏变化情况，以保证安全煤（岩）柱的设计尺寸；⑧对二1煤层顶板各含水层组水位、水量、水温进行动态监测；⑨计算采煤引起的地质沉陷强度和范围，并预计其沉陷速度。设计水库保护性工程对水库坝体及其基础进行注浆加固，提高其抗不均匀沉降的能力；⑩采煤工程中和采后对水库周边地表变形和沉陷情况进行监测，直至稳定。并制定水库大坝开裂和库水外泻的防灾预案和补救措施预案，应对突发意外情况。6.2水文地质补充勘探6.2.115采区及东部井田补充勘探工程根据矿井开拓计划，西部井田的服务年限仅为3.5年，东部井田需要重新布置生产系统。由于编制矿井地质报告时对东部井田搜集的资料有限，需要在2011～2015年间对东部井田的地质资料进行补充和完善，具体情况如下：东部井田补充勘探工程的目的、主要任务、工程布置、工程内容、技术方法、施工顺序及工程量概算规划如下：（1）目的与任务①详细探明东部井田范围内含隔水层界面和基岩面起伏变化情况和新生界地层分布情况；②探查东部井田构造和煤层顶板小规模构造裂隙发育情况，并探查其延伸高度和含导水性；③探明东部井田下伏各含水层水文地质特征及各含水层间及其与水库水之间水力联系情况；（2）工程位置：东部井田范围，西起副井工业广场，东至刘寨张楼沟村南部（3）工程内容、技术方法和施工顺序①巷道掘进过程中，依据“有疑必探，先探后掘”的原则，采用井下巷道直流电法超前、垂向、侧向探测技术对煤层顶板导水构造进行探查；②采用井下钻探技术对直流电法、三维地震探测结果进行验证；③工作面回采之前，依据“先治后采”的原则，根据上述勘探资料和水库调查资料设计防溃水工程和水库保护性工程对库区进行综合治理；④根据勘探结果进行顶板冒裂带预测计算与分析和地表沉降量预测计算研究。6.3主要水害治理工程根据我矿水文地质类型划分及地质报告提供的资料，结合邻近矿井取得的经验，在采掘过程中，应提前做好水害综合防治工程，防止断层水突破底板隔水层或断层煤柱对矿井突水。6.3.1采区断层（边界断层与小断层）水害综合防治11采区是桧树亭煤矿西部的一个采区，位于矿井深部，煤层底板标高在－50~－140m左右，底板下伏奥陶系灰岩含水层水位标高在＋140m左右，煤层底板隔水层承受的水压力达2.5Mpa；11采区靠近F48断层，根据裴沟煤矿揭露资料，该断层南部上升，落差55～105米，断层南部的奥陶系灰岩含水层可以通过断层破碎带补给11采区煤层底板太原群薄层灰岩含水层，甚至补给二1煤层上部砂岩含水层，从而通过顶、底板采动裂隙带对矿井充水，使靠近断层的采掘工作面涌水量增大；受构造影响，F48断层附近存在导水小断层，这些小断层可能成为奥灰水和太原群L1~L4灰岩对矿井充水的水力通道，从而使断层附近的工作面涌水量更大。综合上述原因，11采区采掘过程中，应依据“疏堵结合”的原则针对导水断层进行综合防治工程，防止断层水突破底板隔水层或断层煤柱对矿井突水。下面对11采区断层水害综合防治工程进行规划。（1）目的与任务①在工作面回采之前，合理受控探查和疏放煤层顶板砂岩水和堵截底板L7、L8灰岩含水层水，增加煤层底板的抗压强度，减小顶板淋水和底板涌水量，改善作业环境、提高采掘工程效率，防止煤层顶板砂岩水、底板L7、L8灰岩含水层水对东部开采造成突水事故；②对11采区太原群L1~L4灰岩与L7、L8灰岩含水层之间隔水层薄弱区段及受构造破坏区段进行注浆加固，补强其阻水性能，防治奥灰水和太原群L1~L4灰岩水对矿井突水；③留设合理的煤（岩）柱，防止边界断层水突入矿井。（2）工程位置：11采区（3）工程内容、技术方法和施工顺序①编制《桧树亭煤矿11采区防治水工程设计》；②依据设计，采用钻孔疏放和巷道疏放相结合的疏水降压技术，合理受控探查和疏放煤层顶板砂岩水和底板L7、L8灰岩含水层水；③巷道掘进过程中对掘进头前方进行直流电法超前探测，对探测异常区进行钻探验证，并对钻探验证的煤层底板导水裂隙带和导水小断层进行注浆加固；④选择11采区深部有代表性的工作面，在回采过程中采用工作面底板突水监测技术和底板原位地应力测试技术，对二1煤层采掘过程中的采动效应进行探查研究，对工作面有突水危险的区段进行突水预测、预报；⑤根据设计的要求和相关规程的要求，布设钻孔，对边界断层进行探查，根据探查结果制定断层水防治工程方案，采用注浆加固的工程方法对有突水危险的区段进行注浆加固，并根据探查结果确定防水煤岩柱留设范围。⑥留设一个断层水探查孔纳入矿井水情监测系统，进行长期实时监测。（4）工程量概算①编制《桧树亭煤矿15采区防治水工程设计》；②物探和钻探及监测与试验工程量根据实际情况确定；③施工疏水巷；④注浆工程量根据实际工程情况确定。6.3.215采区王家楼水库