母杜柴登工作面探放水设计(--日修改稿).doc

1、中煤能源有限公司鄂尔多斯分公司伊化矿业资源有限责任公司母杜柴登煤矿30201工作面探放排水设计中煤能源鄂尔多斯分公司伊化矿业资源有限责任公司中煤科工集团西安研究院二一三年六月中煤能源有限公司鄂尔多斯分公司伊化矿业资源有限责任公司母杜柴登煤矿30201工作面探放排水设计项目负责：鄂尔多斯分公司：孟凡良伊化矿业公司：赵忠证中国煤科西安院：丁 湘 姬亚东报告编写：鄂尔多斯分公司：王朝引 伊化矿业公司：王国文中国煤科西安院：丁 湘 刘 基 杨 建陈 实 刘再斌 王 皓制 图：刘 基 曾艳京审 核：孟凡良 赵忠证 郑 纲完成时间：2013年6月 目 录前言11 矿井及井田概况31.1 矿井及井田基本情况

2、31.2 位置及交通31.3 地形地貌41.4 气象水文特征51.5 地震51.6 矿井排水系统52 以往地质和水文地质工作73 矿井地质概况93.1 地层93.2 构造103.3 岩浆岩124 区域水文地质135 矿井水文地质155.1 含水层155.2 隔水层205.3 矿井充水条件235.3.1 充水水源235.3.2 充水通道265.3.3 充水强度295.4 井田及周边地区老窑水分布状况335.5 矿井水文地质类型336 30201工作面开采水文地质条件356.1 30201工作面概况356.2 30201工作面充水条件357 3-1煤顶板水疏放可行性分析367.1 疏水可行性判别标

3、准377.2 疏放水可行性分析387.3 疏放水方法选择437.4 30201工作面顶板水疏放研究技术路线458 30201工作面涌水量预计498.1 动态补给量计算方法及参数确定498.1.1 计算方法498.1.2 参数确定508.1.3 动态涌水量计算558.2 静储量计算方法及参数确定578.2.1 计算方法578.2.2 参数确定588.2.3 静储量计算598.3 计算结果及其可靠性评价609 30201工作面顶板水疏放方案设计619.1 目的和任务619.2 钻孔布置原则619.3 钻探工程设计629.3.1 钻孔结构设计与钻探设备建议629.3.2 井下疏放水孔技术要求669.

4、3.3 疏放水钻孔布置699.3.4 探放水工程施工顺序789.3.5 离层水探放799.4 疏放水试验方案869.4.1 目的与任务869.4.2 疏放水试验步骤和操作程序879.4.3 疏放水试验方案879.4.4 疏排设施准备879.4.5 疏放水试验过程安排889.4.6 疏放水试验观测时距889.4.7 疏放水试验组织系统889.4.8 疏放水试验预期成果899.5 疏放水条件下涌水量预计899.6 工作面疏放水预期目标9210 工作面排水系统方案9210.1 工作面排水系统形式及排水能力要求9210.2 工作面排水系统设计9210.2.1概述9310.2.2首采面排水9310.2.

5、3排水系统费用概算9911 安全保障措施10012 工程量、工期、费用概算10113 附钻探及放水试验观测记录表103附图：1、母杜柴登煤矿30201工作面井下疏放水钻孔布置图 2、母杜柴登煤矿30201工作面富水性分析图III前言母杜柴登煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市乌审旗呼吉尔特矿区东南部，地处毛乌素沙漠南缘，蒙陕交接地带，行政区划隶属鄂尔多斯市乌审旗图克镇管辖。西南至乌审旗57 km。井田东南边界为陕西省榆林市榆阳区小壕兔乡，矿井东南至榆林城区75公里。母杜柴登煤矿是蒙陕亿吨级煤炭基地的主力矿井之一。井田为一不规则多边形，南北最长约10.23 km，东西最宽约7.86 km，面积约59.

6、59 km2，井田内资源量为1116.36Mt，可采储量 704.51Mt，设计生产能力6.0Mt/a。初设中将开采2-2中煤层的201盘区和开采3-1煤层302盘区作为首采盘区，面积近40km2，首采工作面为3-1煤层302盘区30201工作面。母杜柴登煤矿为立井开拓方式，共设3个井筒，即主立井、副立井和回风立井。目前，矿井处于建设期，3个井筒已经全部落底，井底巷道即将完成，3条大巷掘进已经展开，生产系统建设已经初具规模，首采工作面（30201工作面）准备巷道即将开始掘进。30201首采工作面位于井田南翼中部，302盘区东侧，主采煤层为3-1煤，设计采高4.8m，生产能力4.2Mt/a。工作

7、面设计长度3500m，宽度240m，走向南北，向302盘区西部接续。根据勘探钻孔H126、B11、H134、B22及MB05孔统计分析，30201工作面3-1煤层厚度为3.86m，总体南部厚，北部薄；煤层埋深为630.8654.61m，南浅北深；煤层底板标高在+631.1+646.132m之间，南高北低；整体为单斜构造，工作面煤层倾角12，煤层倾向为北西向，工作面回采将以小角度俯采为主。目前30201首采工作面巷道掘进正处于准备阶段。根据以往勘探资料及井下探放水成果分析，本区影响3-1煤开采的直接充水含水层为煤层顶板碎屑岩类孔隙裂隙承压水含水层，其中包括3-1煤与2-2中煤之间的延安组砂岩孔隙

8、裂隙承压含水层、2-2中煤顶板延安组砂岩孔隙裂隙承压含水层以及直罗组底部中粗砂岩孔隙裂隙承压含水层。上述含水层水可通过煤层开采引起的顶板导水裂隙、封闭不良钻孔、含导水构造及裂隙、煤层顶板冲刷带等对井巷工程和回采工作面充水，威胁矿井生产安全。通过对以往资料对矿井地质、水文地质条件分析，结合条件相近矿井防治水工作经验，认为对煤层顶板中-粗砂岩孔隙裂隙含水层进行提前疏放，减小采后老空峰值涌水量是保证工作面安全、高效回采的有效措施。为了防止工作面采后大量顶板砂岩水通过顶板冒落裂隙带向采空区集中涌出，保障30201工作面安全开采，伊化矿业资源有限责任公司以母杜柴登矿井防治水服务项目技术开发合同委托中煤科

9、工集团西安研究院对矿井水文地质条件进行分析研究，制定合理的顶板砂岩水超前预疏放方案，对顶板水进行可疏性和突水机理研究，为30201工作面及该矿井防治水工作探索一条切实可行的防治水技术路线，实现矿井安全开采。接受上述委托任务后，我院领导高度重视，迅速成立项目组开展工作，与中煤鄂尔多斯分公司生产技术部、母杜柴登矿技术人员密切磋商的前提下，在矿井以往防治水工作的基础上，根据相关规程、规范，并结合30201工作面目前的实际条件完成探放水设计。本工作面排水系统由中煤能源鄂尔多斯分公司与伊化矿业公司联合设计。在此对支持、帮助本报告编制的所有领导和同仁表示衷心感谢。由于矿井处于建井阶段，所揭露获取的水文地质

10、资料有限，加之时间仓促，纰漏之处在所难免，敬请专家、同仁批评指正。781 矿井及井田概况1.1 矿井及井田基本情况中煤能源集团有限公司鄂尔多斯分公司所属母杜柴登矿是蒙陕亿吨级煤炭基地的主力矿井之一。母杜柴登矿位于鄂尔多斯市乌审旗呼吉尔特矿区东南部，行政区划隶属鄂尔多斯市乌审旗图克镇管辖。井田为一不规则多边形，南北最长约10.23 km，东西最宽约7.86 km，面积约59.59 km2，井田内资源量为1116.36Mt，可采储量 704.51Mt，设计生产能力6.0Mt/a。母杜柴登井田内含煤地层为侏罗系中统延安组（J2y），该组地层平均厚度为287.67m。含煤920层，平均14层，含煤总厚

11、11.2423.39m，平均19.80m，含煤系数6.88%；可采煤层8层, 即2-2中、3-1、4-1、4-2中、5-1、5-2、6-2上、6-2中煤层，均为全区可采或大部可采的稳定较稳定煤层，可采煤层总厚9.2220.80 m，平均16.83 m，可采含煤系数5.85%。含可对比成层的不可采煤层4层（4-2上、4-2下、5-2上、6-2下）。初设中将开采2-2中煤层的201盘区和开采3-1煤层302盘区作为首采盘区，面积近40km2，开拓方式为立井开拓。目前母杜柴登矿处于矿井建设期间，3个井筒已经全部落底，正在开展井底巷道及3条大巷的掘进工作，根据采掘计划，母杜柴登煤矿2年内完成巷道开拓掘

12、进工程，并开采3-1煤30201工作面和2-2中煤20101工作面。1.2 位置及交通内蒙古自治区东胜煤田呼吉尔特矿区母杜柴登井田位于鄂尔多斯市境内。井田地处毛乌素沙漠南缘，蒙陕交接地带，行政区划隶属鄂尔多斯市乌审旗图克镇管辖，西南至乌审旗57 km，东南至陕西省榆林市75km。其极值地理坐标为：东经：10925291093100北纬： 384752 385225井田内交通较为便利，地表全部为风积砂，各居民点之间多为沙石便道，井田北部有阿小公路通过，井田内有运煤铁路专线，北部图克镇至台格苏木之间有简易公路相通。井田的东部边界以外13 km处有G210国道和包茂高速公路呈南北向通过，经两条公路向

13、南可到达陕西省榆林市，向北可到达鄂尔多斯市东胜区。东胜区是鄂尔多斯市政治、经济、文化、通信中心和重要的交通枢纽，交通网络四通八达，北至包头市108 km，南至包神铁路大柳塔车站78 km，西达乌海市360 km，东抵准格尔旗薛家湾镇120 km。详见交通位置图（图1-1）。图1-1 母杜柴登井田交通位置图1.3 地形地貌井田位于鄂尔多斯高原的东北部，区内地形总体趋势是东南部较高，西北部较低。最高点位于井田东南部的N52号钻孔附近，海拔标高为1302.60 m；最低点位于井田西部边缘，海拔标高为1278.50 m。最大地形高差为24.10 m。井田具典型的高原堆积型丘陵地貌特征，地表全部被第四系

14、风积砂所覆盖，植被稀疏，为沙漠半沙漠地区。1.4 气象水文特征井田内气候特征属于干旱的温带高原大陆性沙漠气候，太阳辐射强烈，日照丰富，干燥少雨，风大沙多，无霜期短。冬季漫长寒冷，夏季炎热而短暂，春季回暖升温快，秋季气温下降显著。据鄂尔多斯市气象局历年资料（见表1-1）：当地最高气温为35.2，最低气温为-30.1；年降水量为194.7531.6 mm，平均为396.0 mm，且多集中于7、8、9三个月内；年蒸发量为2297.42833 mm，平均为2534.2 mm，年蒸发量为年降水量的510倍。区内风多雨少，最大风速为28.7 m/s，一般风速2.34.5 m/s，且以西北风为主。冻结期一般

15、从当年10月份开始至次年5月份，最大冻土深度为1.74 m，最大沙尘暴日为40天/年。表1-1 乌审旗气象要素表项目数据项目数据极端最高气温+36.6年最小蒸发量2297.4mm（1964）极端最低气温-30.1年最大蒸发量2833.7mm（1987）年最小降雨量194.7mm（1975）多年平均蒸发量2534.2mm年最大降雨量531.6mm（1988）最大风速28.7m/s(1979.11.11)多年平均降雨量396.00mm最大冻土深度174cm1.5 地震井田位于鄂尔多斯台向斜东缘，鄂尔多斯台向斜被认为是中国现存最完整、最稳定的构造单元。根据中华人民共和国国家标准中国地震动参数区划图（

16、GB-18306-2001）：井田所在地乌审旗、伊金霍洛旗的地震动峰值加速度为0.05g，对照地震烈度为度，属弱震预测区。据调查，本区历史上从未发生过较大的破坏性地震，区内亦无泥石流、滑坡及地面塌陷等不良地质灾害现象发生。1.6 矿井排水系统矿井处于基建阶段，永久排水系统尚未形成。主井、风井于2011年4月29日贯通，临时水仓及临时排水系统现已投入使用，将等候硐室向下卧底2.5米深，容积508m3，将主、副井筒马头门以下作为临时水仓，其中：主井井筒临时水窝容积3782m3；副井井筒临时水窝容积2241m3；现已安装MD100-1009卧式多级液压泵两台，MD280-1008卧泵两台，安装三趟3

17、7721mm的排水管路，通过三趟排水管路将井下涌水排至地面，排水能力完全能够满足现阶段矿井建设的需要。2011年12月29日1100KW变电站正常投入使用，形成了双回路，可保证矿井供电安全。2 以往地质和水文地质工作东胜煤田的补勘开发工作开展较早。建国后，特别是1953年以来，地质、石油、煤炭等部门从不同目的出发，不同程度先后在东胜煤田做了大量工作，获得了丰富的地质资料。1、2005年8月，内蒙古自治区煤田地质局117勘探队受乌审旗国有资产有限责任公司的委托，进行呼吉尔特矿区的详查施工，共完成钻孔201个，工程量178888.05 m，1：10000地形地质填图440 km2，采集各类样品30

18、94件，并进行化验测试。其中本井田完成钻孔44个，工程量38809.61 m；地球物理测井44个孔，工程量33374.65 m，完成地质填图50.74 km2。2006年7月31日提交了内蒙古自治区乌审旗呼吉尔特补勘区煤炭详查报告。共获得煤炭总资源储量791614万吨，其中探明的内蕴经济资源储量（331）2346万吨，控制的内蕴经济资源储量（332）216036万吨，推断的内蕴经济资源储量（333）491895万吨，预测的资源储量（334？）81337万吨。该报告由国土资源部以“国土资储备字2006385号”文审查通过。2、2007年9月2007年12月，内蒙古自治区乌审旗国有资产投资经营有限

19、责任公司委托内蒙古自治区煤田地质局117勘探队在母杜柴登井田内进行了勘探施工，共完成钻孔13个，工程量10922.80 m（其中水文孔两个，工程量1701.00 m），地球物理测井13个孔，工程量10828.20 m，完成抽水试验2段次，13个孔均采取了瓦斯样，共采集各类样品472件，并进行化验测试。2008年2月1日提交了内蒙古自治区东胜煤田呼吉尔特矿区母杜柴登井田煤炭勘探报告。井田内共获得煤炭总资源储量97719万吨，其中探明的内蕴经济资源量（331）22112万吨，控制的内蕴经济资源量（332）33791万吨，推断的内蕴经济资源量（333）41816万吨。该报告由国土资源部以“国土资储备

20、字2008246号”文审查通过。3、勘探工作结束后，母杜柴登井田范围扩大，在扩大区完成6个钻孔，工程量5086.36 m，地球物理测井6个孔，工程量5031.00 m。4、2008年，内蒙古伊化矿业资源有限责任公司委托陕西省煤田地质局一八五队完成了MD1、MD2、MD3、MD1副孔共4个井检孔的施工，均为水文地质孔，工程量2347.71 m，地球物理测井4个孔，工程量2315.55 m，流速流向测井一次，第四系、白垩系下统志丹群、侏罗系中下统延安组、安定组至直罗组四个含水层（组）分别进行了1次抽水试验，共完成抽水试验4段次，共采集各类样品112件，并进行化验测试。2008年8月，提交了内蒙古伊

21、化矿业资源有限责任公司母杜柴登矿井井筒检查地质报告。5、2009年10月2010年1月，陕西省煤田地质局物探测量队在井田先期开采地段进行了前期三维地震勘探工作。完成地震测线束20束，施工面积12.149 km2，CDP覆盖面积9.45 km2，满覆盖面积6.053 km2。总计获得地震物理点3989个，抽取的剖面总长247.08 km。2010年1月提交了内蒙古鄂尔多斯伊化矿业资源有限责任公司母杜柴登煤矿首采区三维地震勘探报告。6、2010年9月，鄂尔多斯市伊化矿业资源有限责任公司委托山东泰山地质补勘公司对母杜柴登井田进行首采区补充勘探工作。三维地震勘探完成束线52束，检波线520条，炮线26

22、3条。束线炮点为16981个，试验、微测井物理点438个，施工面积35.21 km2，控制面积23.14 km2，总计物理点17419个，甲级率71.3%。电法瞬变电磁完成测线258条，总计获得物理点15957个，甲级率94.4%。其中测线物理点15400个，检查点507个，试验物理点50个。直流电测深完成测线19条，总计获得物理点104个，甲级率87.9%。其中生产物理点99个，检查点3个，试验物理点2个。补勘共施工钻孔26个，钻探工程量22615.85 m，其中，甲级孔8个，乙级孔18个。地球物理测井22495.25 m，全部为甲级。抽水试验15层次，流速流向测量2次，地应力测量1次，采集

23、各种试验样品1032件。质量均符合要求。7、2012年10月至2012年12月，伊化矿业资源有限责任公司委托中煤科工集团西安研究院在井下施工了临时煤仓探查试验孔3个，并开展了放水试验，结合煤仓疏放水对3-1煤顶板延安组中-粗砂岩孔隙裂隙含水层进行了初步探查试验研究。3 矿井地质概况3.1 地层根据母杜柴登井田综合补充勘探报告，井田内地层自下而上有：三叠系上统延长组（T3y）、侏罗系中下统延安组（J1-2ya）、直罗组（J2）、安定组（J2a）、白垩系下统志丹群（K1）及第四系（Q）。现分述如下：（1）三叠系上统延长组（T3y）为含煤地层沉积基底，部分钻孔仅揭露其上部岩层，据区域地层资料，厚度大

24、于100m。岩性以灰绿色中、细粒砂岩为主。砂岩成分以石英、长石为主，含岩屑及少量暗色矿物。磨圆度为次棱角状，分选较差，泥质填隙。发育大型板状、槽状交错层理，为典型的曲流河沉积体系。（2）侏罗系中下统延安组（J1-2ya）为井田内主要含煤地层，含2、3、4、5、6五个煤组，按其沉积旋回可划分为三个岩段。岩性组合：下部为灰白、灰色粗粒砂岩和含砾粗粒砂岩。主要成分为石英、长石，泥质胶结及高岭土质胶结。中部为浅灰色、灰色厚层状砂岩，薄层粉砂岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩。上部为灰白色高岭土质胶结的细粒砂岩、粉砂岩，局部相变为砂质泥岩和泥岩。延安组一般含煤20层左右，含可采煤层8层，含丰富的动、植物化石。据钻

25、孔资料统计，地层厚度249.97373.00 m，平均310.90m。与下伏延长组（T3y）呈平行不整合接触。（3）侏罗系中统直罗组（J2）该组地层岩性为一套以灰绿色为主的中、粗粒砂岩及砂质泥岩组成，泥质胶结，松散易碎，下部夹较多煤线及煤块，局部夹薄煤层。底部以灰绿色块状、巨厚层状河流相粗粒砂岩或含砾粗砂岩为特征，向上粗度渐变细为细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩。直罗组与下伏延安组为假整合接触，常对延安组顶部形成冲刷。地层厚度73.16228.80 m，平均137.74 m。与下伏延安组（J1-2ya）平行不整合接触。（4）侏罗系中统安定组（J2a）据钻孔资料统计，地层厚度60.79260.50 m

26、，平均116.11 m。岩性下部为暗紫红色、灰绿色砂质泥岩，夹薄层灰绿色、杂色粉、细粒砂岩，上部为灰绿色、紫色中、粗粒砂岩，局部夹粉砂岩、砂质泥岩。与下伏直罗组（J2）呈整合接触。（5）白垩系下统志丹群（K1）岩性组合为一套浅紫、红棕色细粒砂岩与灰白色中细粒砂岩互层，岩石成分以石英、长石为主，分选及磨圆度较差，泥质胶洁，具大型槽状、板状交错层理。底部为黄绿色粗粒砂岩及灰黄绿色砾岩、砂砾岩，含砾粗砂岩互层，局部夹泥岩，具平行层理，泥质和钙质胶结。据钻孔资料统计，地层厚度117.38292.09 m，平均198.04 m。与下伏安定组（J2a）呈不整合接触。（6）第四系（Q）按其成因，区内第四系可

27、分为湖积物（Q4l）、风积砂（Q4eol）两类。据钻孔资料统计地层厚度27.13158.98 m，平均109.48 m。 湖积物（Q4l）：主要分布在湖盆及较大的积水凹地中。主要由淤泥、各种粒级的砂组成。 风积砂（Q4eol）：基本全区分布。主要由砂和亚砂土组成。第四系不整合于其它老地层之上。3.2 构造根据母杜柴登井田综合补充勘探报告，井田位于呼吉尔特矿区东南部，是东胜煤田向西南自然延伸的一部分。依据三维地震勘探及钻探资料，结合东胜煤田区域资料本区位于华北地台鄂尔多斯台向斜东胜隆起区南部边缘地带。总体为向北北西倾的单斜构造，倾角约16，局部有波状起伏（见图3-1）。根据以往地震勘探成果和本次

28、三维地震勘探成果，井田先期开采地段发育有落差小于10 m的正断层7条，其中落差大于5 m的一条（DF1），其余断层落差均小于5 m。现将断层情况叙述如下：（1）DF1断层该断层为正断层，位于西补勘区中部，区内延展长度约290 m,走向南北，倾向西，倾角约74，断层落差0 m6 m。在地震时间剖面上DF1断层断点级别为A级6个，B级4个，属可靠断层。（2）DF2断层该断层为正断层，位于东部补勘区中南部，区内延展长度约345 m,走向北北西，倾向北东东，倾角约71，断层落差0m4 m。在地震时间剖面上DF2断层断点级别为A级9个，B级6个，C级1个，属可靠断层。（3）DF3断层位于补勘区的中部，主

29、井北约80 m，正断层，倾角70，断层落差02 m，走向北西西，倾向南南西，延展长度约140 m，该断层错断2-2中煤层、3-1煤层、4-1煤层。断层在地震时间剖面上断点成像清晰，上下盘的煤层反射波信噪比较高，连续性较好。（4）DF4断层位于补勘区的北部，B4孔和B3孔之间，正断层，倾角70，断层落差03 m，走向北北东，倾向南东东，延展长度约200 m，该断层错断2-2中煤层、3-1煤层、4-1煤层。层在地震时间剖面上断点成像清晰，上下盘的煤层反射波信噪比较高，连续性较好。（5）DF5断层位于补勘区的北部，B3孔和HM04孔之间，本次勘探区边界附近，正断层，倾角70，断层落差03 m，走向北

30、北西，倾向北东东，延展长度约140m，该断层错断2-2中煤层、3-1煤层、4-1煤层。层在地震时间剖面上断点成像清晰，上下盘的煤层反射波信噪比较高，连续性较好。（6）DF6断层位于补勘区的北部，B1孔西南约170 m，正断层，倾角70，断层落差03m，走向近东西，倾向南，延展长度约140 m，该断层错断2-2中煤层、3-1煤层、4-1煤层。层在地震时间剖面上断点成像清晰，上下盘的煤层反射波信噪比较高，连续性较好。（7）DF7断层位于补勘区的北部，H079孔北约140 m，正断层，倾角70，断层落差03m，走向近南北，倾向东，补勘区内延展长度约100 m，该断层错断2-2中煤层、3-1煤层、4-

31、1煤层。层在地震时间剖面上断点成像清晰，上下盘的煤层反射波信噪比较高，连续性较好。图3-1 井田构造示意图3.3 岩浆岩根据母杜柴登井田综合补充勘探报告，母杜柴登井田内至今尚未发现有岩浆侵入活动。4 区域水文地质根据母杜柴登井田综合补充勘探报告，根据地下水的埋藏条件，区域地下水可划分为潜水与承压水两大类。（一）潜水1）分布规律区域潜水分布广泛，主要潜水含水层有第四系冲湖积萨拉乌素组（Q3s）、冲洪积层（Q4al+pl）、马兰黄土（Q3m）、风积砂层（Q4eol）以及部分白垩系下统志丹群（K1）。各含水层的分布受不同地貌单元约束。第四系冲湖积萨拉乌素组主要分布在鄂尔多斯高原南部的乌审旗一带，第四系冲洪积层主要分布在各大沟谷之中，马兰黄土主要分布在梁峁地带，风积砂层主要分