防隔水煤岩柱专项设计.docx

1、防隔水煤岩柱专项设计防隔水煤（岩）柱专项设计 一、矿井概况 、地理位置山西古县安吉欣源煤业有限公司位于古县古阳镇安吉村一带，行政区划归古阳镇管辖。地理坐标为：北纬：362404362547东经：11201151120506井田南北宽3.195km，东西长5.73km，面积为12.7444km2。开采深度1060m至660m。 、矿井地形、地貌 山西古县安吉欣源煤业公司地处太岳山南麓，沁水盆地边缘，太岳山隆起的东南部，属太岳山经向构造带与新华夏构造体系的复合部位。地形东高西低，最高点位于井田东北部的山梁上，标高为1411.5m，最低点位于矿区西南，标高约997.40m，相对高差414.10m。矿

2、区内基岩出露良好，植被较发育，纵观该区所处的自然地理条件，属于侵蚀强烈的中山区。、水系、气象本井田地表水属黄河流域，为汾河水系洪安涧河支流。区内的地表水属季节性的，平时水流极小，若遇暴雨时节，水流自东向西顺着沟谷汇聚再向南流至古县县城南7km后折向西沿洪安涧河在洪洞城南汇入汾河。本区属暖温带半干旱大陆性季风气候。据古县气象站2006年2016年观测资料，年平均气温9.2，最高气温36.7( 2007年7月21日)，最低气温-16.6(2010年2月1日)；年平均降水量535.6mm，最小为288.4mm(2007年)，最大为661.8mm(2016年)；年平均蒸发量1448.4mm，最小为13

3、15.6mm(2007年)，最大为1668.6mm(2016年)；结冰期多在十月至次年三月，最大冻土深度为66cm(2012年)；夏秋季多东南风，冬春季多西北风，最大风速为13m/s。、可采煤层2#煤、3#煤层分述如下：、2#煤层：位于山西组中上部，上距K8细砂岩含水层底板8.09m左右，下距3#煤层10m左右。2#煤层厚度01.43m，平均厚度0.82m，结构简单，偶含1层0.37m夹矸，顶底板以粉砂岩、泥岩为主。2#煤层可采性指数Km=0.56，2#煤厚变异系数y=40，全区煤层厚度有一定的变化，综合分析属较稳定的大部可采煤层。、3#煤层：位于山西组下部，上距2#煤层5.8013.50m，

4、平均10.00m左右，煤层厚度01.74m，平均厚度1.26m，结构简单，不含夹矸，顶板以泥岩、粉砂岩为主，底板粉砂岩、泥岩为主。3#煤层可采性指数Km=0.94，3#煤厚变异系数y=23，全区煤层厚度有一定的变化，综合分析属较稳定的大部可采煤层。详见2#煤、3#煤层特征表。2#煤、3#煤 层 特 征 表地层单位煤层煤层厚度（m）煤层间距（m）夹石层数结构分类顶板岩性底板岩性稳定可采程度最小最大平均最小最大平均二叠系山西组201.430.825.813.5010.002#煤至3#煤1简单结构泥岩、粉砂岩泥岩、粉砂岩稳定大部可采301.741.2627.237.834.203#煤至6#煤简单结构

5、泥岩泥岩较稳定大部可采 二、水文地质情况 、井田地表水及河流本井田地表水属黄河流域，为汾河水系。区内的地表水属季节性的，平时水流极小，若遇暴雨时节，水流自东向西顺着沟谷汇聚再向南流至古县县城南7km后折向西沿洪安涧河在洪洞城南汇入汾河。 、井田含水层1、第四系砂砾层孔隙潜水含水层主要为全新统Q4和上更新统Q3地层，岩性为松散黄土砾砂沉积物，分布在山涧河谷地带，岩性为灰白、灰黄色砂土、粉土、砂及砂砾，厚10m左右，该层透水性好，厚度大时可成丰富的地下浅水层。2、上石盒子组底部（K10砂岩）裂隙含水层砂岩含水层较稳定，多呈透镜体，岩性为黄绿色，浅灰绿色中细粒厚层状石英长石砂岩，埋藏浅时，风化裂隙及

6、节理发育，局部含小砾。钻进消耗量达5.5m3/h，一般钻进消耗量在0.5m3/h以下，因此，该层为弱富水性裂隙含水层。3、下石盒子组（K9、K8）中细砂岩裂隙含水层中细砂岩含水层位于1#煤、2#煤层以上，K8为2#煤层直接充水含水层，岩性为灰白色、灰绿色、黄绿色厚层状石英长石砂岩，多为钙质胶结，裂隙稍发育，钻进消耗量在1.00m3/h以下，本次ZK301水文地质钻孔抽水，单位涌水量为0.0021L/s.m，水质类型HCO3-Ca.K+Na型，水位标高1037.52m，因此，含水层为弱富水性裂隙含水层。4、太原组石灰岩（K4、K3、K2）岩溶裂隙含水层K4石灰岩为7#煤直接充水含水层，厚度3.4

7、5m，岩性为深灰色，致密、块状，裂隙较发育。K3石灰岩为8#煤直接顶板，厚度5.11m，裂隙较发育，随埋深增加裂隙逐渐不发育。K2石灰岩为太原组的主要含水层，岩性为深灰色，致密、坚硬、性脆石灰岩，一般分上下两层石灰岩中夹薄层泥岩，含有燧石层及透镜体，为9#、10#煤直接顶板。平均厚10.24m，局部较发育，揭露K2石灰岩时冲洗液消耗量一般在1.00m3/h以下，ZK301水文钻孔抽水试验，单位涌水量0.0053L/s.m，水质类型HCO3.SO4-K+Na水位标高963.15m，属弱富水性裂隙含水层。 5、中奥陶统峰峰组石灰岩岩溶裂隙含水层奥陶系峰峰组岩溶裂隙含水层是煤系地层下伏的主要含水层，

8、本井田内施工ZK301水文钻孔在494.90米开始见奥陶系峰峰组石灰岩到703.20米停钻，揭露长度208.30米未穿透，其上段岩性质纯、致密、性脆，上部裂隙发育或较发育多层。在钻进奥灰厚度35m之间,钻进时大多出现1215m3/h的全漏，下部岩层多为完整，裂隙不发育,下段为泥灰岩夹石膏层,可见有角砾状石灰岩，棱角状灰岩碎块被泥灰岩胶结，钻进时冲洗液消耗量一般在0.5m3/h以内，为相对隔水层。依据ZK301水文孔 O2f+O2s观测静止水位标高为873.32m，水质类型HCO3SO4-CaMg；又据本井田北部老母坡井田内深水井，取水层位为奥灰系石灰岩水，水位埋深170m，水位标高为880m，

9、水量32m3/h，推断井田内奥灰水位在877.5881m左右。、主要隔水层2#煤、3#煤层至K4石灰岩之间隔水层，由致密的粉砂岩、泥岩组成，一般厚34.30m，具有良好的隔水性能，在无断裂及陷落柱贯通情况下，垂直方向使2#煤、3#煤层以上含水层与K2含水层不发生水力联系。2#煤、3#煤层以上各砂岩含水层，由于其间存在厚度较大的粉砂岩、泥岩，且各砂岩含水性又不强，因此，垂直方向2#煤、3#煤层以上各砂岩含水层不发生水力联系。 、区域地层 沁水煤田位于沁水坳陷西翼，霍山隆起东翼，地层出露较全。太古界和元古界主要出露于霍山一带。下古生界主要出露于霍山东麓，上古生界在煤田分布很广。中生界仅有零星出露。

10、新生界主要分布在山涧河谷地带，覆盖于不同地层之上。区 域 地 层 简 表界系统组厚度（m）岩性简述古生界二叠系上统上石盒子组366.00605.10黄绿、灰紫色中、细粒砂岩、砂质泥岩互层夹燧石层，黄绿色砂岩、灰紫色砂质泥岩、紫灰绿色细粒砂岩，中、粗粒砂岩、粉砂岩（含小砾石）、砂质泥岩，浅黄、黄绿色砂岩、泥岩、砂质泥岩夹紫色砂质泥岩。下统下石盒子组85.40120.00灰绿色砂岩、砂质泥岩；黄绿色中粗粒砂岩、黄绿色砂质泥岩、灰白色铝土质泥岩，泥岩及薄煤层。山西组35.8865.60灰-深灰色细粒砂岩、泥岩、粉砂岩及24层煤层。石炭系上统太原组77.50139.40灰色细粒砂岩、粉砂岩、泥岩、砂质

11、泥岩、34层石灰岩及57层煤层。中统本溪组7.8034.90灰色铝土岩、粘土岩、泥岩、砂质泥岩、16层石灰岩。奥陶系中统峰峰组126.80176.10石灰岩、角砾状白云质泥灰岩。上马家沟组199.30256.00白云质、石灰岩夹泥灰岩,角砾状白云质泥灰岩、白云质豹皮状灰岩、白云质泥灰岩、白云岩。下马家沟组120.20183.00白云质石灰岩、石灰岩、泥灰岩、泥质白云岩、白云质泥质角砾状石灰岩、角砾状白云质泥灰岩、粗粒砂岩、泥岩。下统亮甲山组52.1060.40厚层燧石白云岩、厚层含泥质白云岩。冶里组46.2047.30上部薄层泥质白云岩夹白云质泥岩，中部中厚层状白云岩、燧石白云岩；下部泥质白云

12、岩夹竹叶状白云岩。寒武系上统凤山组86.6087.90底部泥岩，下部泥质白云岩、白云岩夹竹叶状白云岩；中部厚一巨厚层白云岩。长山组6.007.00泥质白云岩、竹叶状白云岩夹泥岩。崮山组31.1036.40中上部白云岩、泥质条带白云岩、夹竹叶状鲕粒灰岩；下部竹叶状灰岩、泥岩。中统张夏组111.00117.50白云质鲕状灰岩，底部泥质条带灰岩、泥岩。徐庄组68.6073.10上部白云质鲕状灰岩。下部紫红色泥岩夹长石砂岩。下统毛庄组4.805.30下部泥质白云岩，下部砂岩。 、区域构造本井田位于华北板块上山西(过渡)块体的沁水区块中段西部，该区块主要表现为一大型复式向斜，轴向为北北东，次级褶曲走向多

13、为近南北向和北北东向，是在中生代以挤压为主的强大应力场作用下而形成的。 该井田地处沁水煤田西缘，霍山隆起以东，总体构造形态为一走向北东，倾向南东的单斜构造。地层倾角一般318，极小范围(GY-3旁)可达14，构造形态符合区域构造特点。断层不太发育，地面共发现4条走向近南北，落差1020m的正断层。欣源煤矿井下巷道中发现有数条小断层。无岩浆岩活动。总述，井田构造属简单型。矿井构造属简单类型。断 层 特 征 一 览 表编号位置断层产状落差(m)延伸长度(m)控制情况走向倾向倾角F1井田西部NESE7015360P1x2地层断开F2井田中西部NESE7010400P1s1地层断开F3井田中南部NEN

14、W7010201760P1s1、P1s2地层断开F4井田北东部NENW7010450P1s1、P1s2地层断开F5ZK102号孔东400m处NENW731.5500井下巷道揭露 、2#煤、3#煤层煤质特征 2#煤层原煤的化学性质：水分(Mad)介于0.242.10，平均0.73；灰分(Ad)介于10.4728.89，平均21.96，属中灰煤；挥发分(Vdaf)介于28.8923.39，平均22.37；硫分(St.d)介于0.320.57，平均0.43；发热量(Vgy.d)(MJ/kg)介于24.98432.528，平均27.502。 3#煤层原煤的化学性质：水分(Mad)介于0.221.84，

15、平均0.61；灰分(Ad)介于7.8225.68，平均18.92，属低灰煤；挥发分(Vdaf)介于20.0822.78，平均21.92；硫分(St.d)介于0.320.64，平均0.43；发热量(Vgy.d)(MJ/kg)介于25.50533.888，平均28.596。 三、施工巷道概况说明 矿井目前以+875m水平开采井田内2#煤、3#煤层。回采工作面采用走向长壁后退式采煤法，一次采全高，全部垮落法管理采空区顶板，采煤工艺为综采；掘进工作面采用综掘掘进作业，采用锚网梁索喷联合支护。 四、巷道涌水的处理方式本矿井水文地质简单，巷道涌水的主要来源是2#煤、3#煤层顶板K8、K9细砂岩裂隙水，预计

16、11.5m3/h，对这些水可以在出煤（岩）时同时带走。为预防其它涌水，在巷道迎头准备两台水泵，距迎头60100m最低洼处设置临时水仓，准备好排水管路，并挖好排水沟，一旦有其它涌水，可直接水泵排水，也可通过排水沟将水排出，确保工作面的安全生产。 五、防隔水煤（岩）柱留设、防水煤（岩）柱的种类根据煤矿防治水细则和煤矿安全规程，结合我矿实际情况需要留设的防隔水煤（岩）柱主要有以下9种：（1）断层防隔水煤（岩）柱；（2）相邻井田边界防水煤（岩）柱；（3）煤层露头防水煤（岩）柱；（4）采空区防水煤（岩）柱；（5）水平及采区边界防隔水煤（岩）柱；（6）井筒、上、下山等主要巷道防隔水煤（岩）柱；（7）钻孔和

17、陷落柱防隔水煤（岩）柱；（8）地表水体下保护煤（岩）柱；（9）村庄建筑物下、工业广场下留设保护煤（岩）柱。、防水煤（岩）柱的留设原则1、在有突水威胁但又不宜疏放或注浆堵水（疏放或注浆很不经济时）的地区采掘时，必须留设防水煤（岩）柱。2、防水煤柱一般不能再利用，故要在安全可靠的基础上把煤柱的宽度或高度降低到最低限度，以提高资源利用率。为了多采煤炭，充分利用资源，也可以用采后充填，疏水降压、改造含水层（充填岩溶裂隙）等方法，消除突水威胁，创造少留煤柱的条件。3、留设防水煤（岩）柱必须与矿井的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩的物理力学特性、煤层的组合结构方式等自然因素密切结合，还要与采煤方

18、法、开采强度、支护方式等人为因素相适应。4、一个井田或一个水文地质单元的防水煤（岩）柱应该在它的总体开采设计中确定。即开采方式和井巷布局必须与各种煤柱的留设相适应，否则会给以后煤柱的留设造成极大的困难，甚至无法留设。5、在多煤层块段，各煤层的防水煤（岩）柱必须统一考虑确定，以免某一煤层的开采破坏另一煤层的煤（岩）柱，致使整个防水煤（岩）柱失效。6、在同一地点有两种或两种以上留设煤（岩）柱的条件时，所留设的煤（岩）柱必须满足各留设煤（岩）柱的条件。7、对防水煤（岩）柱的维护要特别严格，因为煤（岩）柱任何一处被破坏，必将造成整个煤（岩）柱无效。防水煤（岩）柱一经留设即不得破坏，巷道必须穿过煤柱时，

19、必须采取加固巷道、修建防水闸门和其他防水措施，保护煤（岩）柱的完整性。8、留设防水煤在（岩）柱需要的数据必须在本地区取得。邻区或外地的数据只能参考，如果需要采用，应适当加大安全系数。9、防水岩柱中必须有一定厚度的粘土质隔水层或裂隙不发育、含水层极弱的岩层，否则防水岩柱将无隔水作用。、防隔水煤（岩）柱的留设和计算1、断层防水煤（岩）柱的留设断层破坏了岩层的完整性，常常成为含水层间的联系通道。断层的某一区段是否导水、导水性强弱等情况取决于断层两侧岩层的接触关系、含水层的水压以及采矿活动对断层的重复破坏作用。含水或导水断层防隔水煤柱的留设、依据安全开采地质、水文地质资料来确定和导水断层防隔水煤柱的留

20、设原则，导水断层两侧不得小于20m。煤层直接和富含水层、导水断层接触，顶底板无突水可能，即煤柱主要是顺层受压时，可参照下述公式计算煤柱宽度：L0.5KM式中：L顺层防隔水煤柱宽度（m）； M煤厚或采高，2煤层的平均厚度为0.82m,3煤层的平均厚度为1.26m； KP煤的抗拉强度MPa，KP取8MPa； P水头压力MPa，P50MPa； K安全系数，一般取25，本设计取5。2#煤层开采时L0.550.822.054.338.88（m）3#煤层开采时L0.551.263.154.3313.64（m）根据上述计算，如果井巷施工中发现有含水或导水断层，则在含水或导水断层两侧各留设20m防隔水煤柱。2

21、、井田边界煤（岩）柱的留设本矿水文地质条件属中等类型，根据矿井水文地质规程，采用垂直法留设井田边界保护煤（岩）柱，但相邻矿井之间的井田边界煤（岩）总宽度不得小于40m。结合实际情况，本矿设计留设井田边界防水保护煤（岩）柱不得小于30m。3、煤层露头防水煤（岩）柱 煤层露头防隔水煤（岩）柱留设,煤层露头无覆盖、被弱富水性松散含水层覆盖，或被疏干的中等强富水性的松散含水层覆盖时，有H防=H裂+H保20m 计算的防隔水煤（岩）柱留设原则不得小于20m。式中：H防防水煤（岩）柱高度（m）H裂垂直煤层的导水裂隙带最大高度（m）；H保保护层厚度（m）；2#煤层露头防隔水煤柱高度为：:H防H裂+H保 H裂2

22、0+1026.0 H保30.822.46 H防26.0+2.4628.46（m）3#煤层露头防隔水煤柱高度为：:H防H裂+H保 H裂20+1030 H保31.263.78 H防30+3.7833.78（m） LH/cos式中：L防水煤柱，m；H防水煤柱高度，m；煤层倾角，102#煤层露头防隔水煤柱宽度为：L28.46cos1028.02m3#煤层露头防隔水煤柱宽度为：L33.78cos1033.27m根据上述计算，并结合实际情况，2#煤、3#煤层露头防隔水煤柱为30m、40m。4、采空区防水煤（岩）柱；因本矿为三个煤矿兼并重组矿井，老采空区或老空积水区较多，在设计采区和回采工作面掘进时，应对老

23、采空区或老空积水区位置进行详细调查、分析研究，确定巷道与水体之间的最小距离，防水煤柱一般不能再利用，故要在安全可靠的基础上把煤柱的宽度或高度降低到最低限度，以提高资源利用率。采空区防水煤（岩）柱留设原则不得小于巷道高度的10倍，经计算为：103.535m（巷道最大高度为3.5m）。在接近老采空区或老空积水区下同一煤层中进行开采时，若老采空区或老空积水区的界线已基本查明，隔水煤柱的尺寸应按含水或导水断层防隔水煤柱的留设要求留设。故老采空区或老空积水区防隔水煤（岩）柱留设原则不得小于20m，可参照断层防水煤（岩）柱的留设公式计算煤柱宽度。在采空区或老空积水区附近进行回采煤层时，防隔水煤（岩）柱的尺

24、寸不得小于导水裂隙带最大高度与保护带厚度之和。故确认采空区留设20m防隔水煤（岩）柱。5、水平及采区边界煤（岩）柱当相邻采区工作面需要留设防隔水煤（岩）柱时，其留设和计算方法，可参照断层防水煤（岩）柱的留设公式计算煤柱宽度。岩柱宽度L不小于10m。L0.5KM式中：L顺层防隔水煤柱宽度（m）；M煤厚或采高，2煤、3煤层的平均厚度依次为0.82、1.26m；KP煤的抗拉强度MPa，KP取8MPa；P水头压力MPa，P50MPa；K安全系数，一般取25，本设计取5。2#煤层开采时L0.550.822.054.338.88（m）3#煤层开采时L0.551.263.154.3313.64（m）根据上述

25、计算，并结合实际情况，水平及采区边界煤（岩）柱按20m留设。6、井筒及井下主要巷道防隔水煤柱结合本矿实际情况，设计井筒及井下主要巷道两侧各留设50m防隔水煤柱，各煤层按=55、=65的岩层移动角推算至所采煤层连线形成的区域，即为井筒及井下主要巷道保护煤柱。依据防隔水煤柱的留设原则，井筒周边及井下主要巷道两侧不得小于50m。7、钻孔和陷落柱防水煤（岩）柱根据山西煤炭地质144勘查院2010年7月提交的兼并重组整合矿井地质报告，矿区范围内共钻探施工16个钻孔，经查钻探原始资料，16个钻孔均封闭良好。在钻探施工期间未进行钻孔取沙浆样验证，无确切的钻孔取沙浆样验证资料时，必须对钻孔留设防隔水煤（岩）柱

26、。钻孔防水煤（岩）柱按下述公式留设防水煤（岩）柱：防隔水煤柱的留设原则，钻孔周边不得小于20m。L0.5KB式中：L防隔水煤柱宽度（m）；B巷道的跨度（宽或高取其大者）（m），B5m；KP煤的抗拉强度MPa，KP8MPa；P水头压力MPa，P50MPa；K安全系数，一般取25，本设计取2。L0.55221.6（m）经计算，钻孔防隔水煤（岩）柱取30m，用下式计算结果进行校正。取其大值为半径，以钻孔中心点为圆心，所得圆面积即为导水钻孔的防隔水煤（岩）柱。LHcos+F式中：L导水钻孔防隔水煤柱厚度（m）；H导水裂隙带高度（m），按上式计算得，2煤26m，3煤30m；岩层塌陷角（5565），取65

27、；F钻孔偏离系数，取15m2#煤层开采时L26cos65+15260.42+1525.9（m）3#煤层开采时L30cos65+15300.42+1527.6（m）根据上述计算，并结合实际情况，钻孔防隔水煤（岩）柱按30m的半径进行留设，陷落柱防水煤（岩）柱留设与钻孔防隔水煤（岩）柱留设类同。8、地表水体保护煤柱井田范围内无地表水体的存在，因此，无需留设保护煤柱。9、村庄建筑物下、工业广场下留设保护煤（岩）柱 井田内地面有一个村庄建筑物，有副立井工业广场、主斜井工业广场需留设保安煤柱。参照建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程其原则是村庄、工业广场划定的坐标连线位置，在地形图上均以边

28、界外推划出20m围护带，以围护带线地表向下第四系地层段按45角做斜线，交与岩层顶部。在交与岩层顶部点按75角向下方向做斜线到各煤层顶板交点，在以交点向上方向做垂直投影到地表点，为村庄、工业广场保安煤柱留设宽度。经实际作图得留设保安煤柱宽度为2#煤层82m、3#煤层85m。村庄、工业广场保安煤柱留设宽度原则不得小于100m。地面没有重点保护的建筑物、公路，无需留设保护煤柱。各种煤（岩）柱尺寸见下表。本矿生产过程中，严禁在各种防隔水煤柱中进行采掘，严禁破坏各种防隔水煤柱。各种煤（岩）柱尺寸表序号名 称2#煤层（m）3#煤层（m）1断层防水煤（岩）柱20202井田边界煤（岩）柱30303煤层露头防水煤（岩）柱30404采空区防水煤（岩）柱20205水平及采区边界煤（岩）柱20206井筒及井下主要巷道50507钻孔和陷落柱防水煤柱30308村庄、工业广场下保护煤（岩）柱100100 山西古县安吉欣源煤业有限公司 2020年1月7日