矿井防治水工程计划实例.docx

资源描述

矿井防治水工程计划实例.docx

《矿井防治水工程计划实例.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矿井防治水工程计划实例.docx（30页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

矿井防治水工程计划实例.docx

矿井防治水工程计划实例

淮北某煤矿，于1997年4月开工兴建。

开采下二迭系山西组（P13）6煤层，平均厚度2.39m，设计生产能力9万吨/年。

2003年生产能力核定为21万吨/年。

一水平标高-150m以上，二水平标高-150到-300m。

现在一水平以上基本采完。

逐步开始开采二水平的资源。

在一水平（-150m）开采期间，因水压小没有出现底板突水问题，水文地质条件简单。

然而，在二水平（-200m）开采的后期，进入了中深部高压水上开采以后，水文地质问题就逐渐暴露出来。

例如，某Ⅱ6304工作面在回采过程出现了水量激增的底板突水灾害。

显示出深部水文地质的日趋复杂。

威胁某矿井安全的主要水源为太原组灰岩水。

虽然6煤底板距太灰顶板平均距离为51m，且之间具有隔水性较好的海相泥岩，但在断层影响部位隔水层厚度减薄、裂隙发育，隔水性能变弱，加上开采深度大、水压高，水文地质条件将更为复杂，突水的可能性将更大。

因此对灰岩水的防治是今后矿井安全生产的关键，也是水文地质工作的重点。

淮北某矿业有限公司和某矿充分认识到了水文地质工作的重要性。

及时组织开展某煤矿防治水规划，根据本矿实际情况，提出了本规划应首先解决的与安全和生产息息相关的问题有：

二水平高压开采条件下底板水害防治的治理工程和重要方法。

由于防治水是个系统工程，因此淮北某矿业有限公司特委托某工程安全咨询有限公司承担这项任务，具体内容包括：

①评价矿井水文地质条件，论证水害防治工程的必要性；

②制订矿井水害防治工程总体规划，编写近3年的防治水工程设计；

主要内容为：

Ⅰ工程布置的原则、理由和意义论证；

Ⅱ工程施工总体设计；

Ⅲ工程施工技术要求；

Ⅳ工程进度安排和预算；

Ⅴ工程的预期效果预测；

③提出某矿今后日常水文地质工作的内容及技术要求；

总之，要根据某矿水文地质条件和矿井开采计划，合理地安排矿井防治水工程，以探查水文地质条件、发现水害发生原因和规律、研究防治方案。

因此，这项工作对减少矿井防治水工作的盲目性，合理而有计划有步骤地安排防治水的工程，确保煤矿安全和高产高效是十分必要和紧迫的。

本规划在实施过程中收集了矿井已有的地质、水文地质资料，分析了矿井水文地质条件，确定了矿区存在的水文地质问题，并针对某矿的水文地质特点，结合矿井开采计划，提出了某矿防治水规划总体思路“以底板含水层注浆改造为主，疏干降压为辅”，确定了某矿防治水策略，论证了各项探查工程的必要性、合理性和可行性。

从矿井地下水观测网建设、矿井水文地质条件补充勘探、工作面水文地质条件探查、防治水工程安排、矿井水害预警系统、防治水技术难题研究以及矿井日常水文地质工作要求等方面全面规划了某矿今后的防治水工作。

但由于二水平原有的水文地质勘探程度较低，观测资料不足，井下揭露面积较小，开拓范围有限，因此有些认识不一定准确，需要进一步证实。

由此导致的工程布置的不适当性在所难免，敬请批评指正。

1、概况

1.1矿井概况

1.1.1位置及交通

某煤矿位于安徽省濉溪县某乡境内，北距淮北市约15km，东南距宿州市约40km。

矿区北约4km有符夹线青龙山火车站，黄桥至四铺的公路从区内穿过，北达淮北市，南与宿（州）永（城）公路相接，交通十分方便。

矿区东侧属低山丘陵，由老虎山、刁山某等构成，其中以刁山最高，海拔标高103.40m，其余皆地势平坦，地面标高在29～30.90m之间，地面有滕庄、刘庄、候庄、刁山后等村庄。

矿区南部有王引河，北端有濉河，另外有诸多的农灌沟渠，属淮河水系。

水量受季节性控制，洪涝灾害基本消除。

本地区气候温和，属季风暖温带半湿润气候。

春秋温和少雨，夏季炎热多雨，多东南风，冬季寒冷干燥，多西北风。

本地区平均年降雨量为80mm，其中夏季占81％。

淮北地区最大风力可达9级，最高气温35℃～39℃，最低气温　12℃～-18℃。

霜期为10月下旬至次年4月中旬。

冻结期一般为12月中旬至次年2月上旬，积雪深度350mm，冻土深度为300mm。

本区位于东部有郯庐断裂，西部有阜阳～麻城断裂，南靠近宿北断裂，北有丰沛断裂，处在一构造块上。

地震烈度为Ⅳ度。

1.1.2矿井开采现状

淮北某煤矿，原属皖北集团有限责任公司自筹资金建成的一座县办煤矿。

安徽省某设计院设计，矿井设计生产能力9万吨/年，设计服务年限45年。

于1994年筹建，1996年8月1日破土动工，1997年8月1日试生产，1999年达产。

2000年12月20日，转让给淮北某矿业集团经营，更名为淮北某煤矿，企业性质股份制。

由于建井时期各主要生产系统留有较大的富裕能力，矿井投产后对部分生产系统进行改造，生产能力大幅提高。

2003年由淮北某工业建筑设计院对某煤矿生产能力进行核定，经省经济贸易委员会审核，同意某煤矿生产能力核定为21万吨/年。

该矿井开拓为一个立井（混合井），一个风井。

混合井担负全矿井煤炭和矸石提升、升降人员和材料及进风等；风井负担全矿井的回风，并作为安全出口之一。

开采下二迭系山西组（P13）6煤层，矿井首采区为F5断层下盘煤层。

回采方式：

-200m以上块段采用走向长壁采煤法；-200m以下块段采用倾斜长壁采煤法，打眼放炮落煤，顶板管理采用全部冒落法。

矿井开采活动场所在6煤层F5断层下盘采区。

现开采水平为-250m。

矿区范围：

北起濉河南岸，南止10线及蔡山断层，西从太原组一灰顶界水平投影线，东到青龙山逆断层。

防排水系统：

一、地面

通过工业广场下水道排至矿外排水沟，然后排进河流。

二、井下

（1）一级排水系统：

主井下口设有中央泵房、中央水仓。

中央泵房安装主排水泵5台，型号为MD155－30×7，电机型号为YB315160KW。

排水管路3趟，管径φ219mm，正常使用为二台工作，两台备用，一台维修。

中央水仓仓容3700m3，目前矿井正常涌水量为106m3/h，矿井排水能力满足要求。

矿井预计正常涌水量136m3/h，最大涌水量345.2m3/h。

（2）二级排水系统（采区排水系统）：

目前全矿有61和63两个采区，61采区已结束只保持通风，63采区为现生产采区。

63采区中部水泵房布置2台D125－25×6型，电机型号：

YB250M－255KW，两趟排水管路，管径φ108mm，63采区中部水仓水容560m3。

63采区下部水仓泵房布置2台D155－30×7型水泵，电机号：

YB315L－4160KW，1台D125－25×8型水泵，电机型号：

YB280－275KW，排水管路3趟，管径φ108mm，63采区下部水仓仓容1000立方米。

63采区目前正常漏水量约77m3/h左右。

供电：

矿井供电采用二回路电源，一路来自宋疃变电所，一路引自郝家沟变电所，均采用架空线，电压为10千伏。

全矿设备容量为2430KVA，设备工作容量为1650KVA。

地面10KV的母线采用分段式，以保证主要设备的供电可靠性，地面供电除主提升采用10KV双回路；主扇一回路采用10KV供电，另一回路采用低压供电，其余供电由两台S9－M315/100变压器供电，由两根ZQD32－100003×50电缆入井，保证了井下供电的可靠性。

井下供电Ⅰ#进线来自地面变电所4#高压开关柜，Ⅱ#进线来自地面变电所13#高压开关柜，井下变压器6台，型号为：

KBSG－400/10五台，KBSG100/10一台，井下供电变压器中性点不接地。

主变电所1#变压器KBSG－100/10为局扇专用线；2#变压器KBSG－400/10为主井泵房1#3#水泵供电；3#变压器KBSG－400/10为一、二、三部800皮带机供电；4#变压器KBSG－100/10为主井泵房2#、4#、5#水泵供电。

二级变电所1#变压器KBSG－400/10为6307上风巷、6307机巷供电；2#变压器KBSG－400/10为63采区中下部水仓、63采区轨道下山供电。

地面主提升机采用10KV双回路单独供电；主通风机一趟1号回路采用10KV架空线送至风井井口，配变压器供电；另一趟回路由矿井变电所至风井低压供电。

1.2地质概况

1.2.1地层

井田东侧出露的地层主要为奥陶系地层，石炭系本溪组铝质泥岩，仅在老虎山西侧零星出露，并伴有闪长岩体的侵入。

根据钻孔所揭露的地层自老到新，有石炭系（C）、本溪组（C2b）、太原组（C3t）、二迭系（P）、山西组（P1s）、下石盒子组（P1xs）及第四系（Q）。

区内含煤地层为石炭、二迭系。

石炭系属薄煤层而不稳定暂无经济价值。

区内揭露二迭系含煤地层约365m，为下二迭山西组和下石盒子组，含有3、4、5、6、7等五个煤层组，含煤十余层，煤层总厚8.41m，含煤系数2.3％。

1.2.2构造

本井田位于徐宿形推覆构造的中段西部外缘带，闸河向斜与蔡山向斜之间，受区域构造控制，总体上为——走向北东10˚～30˚向东倾斜的单斜构造。

在F5断层西侧存在次级褶皱，其褶皱为候沟向斜。

共发现断层七条，即F5断层：

位于井田西部，正断层，走向南偏西9。

，向西倾斜，倾角65。

，落差20m~40m。

青龙山断层：

为井田东部边界断层，逆断层，落差大于350m。

还有Fj-1正断层、Fj-2正断层、Fj-3正断层、Fj-4正断层、Fj-5正断层五条小断层，落差一般在1～5m。

1.2.3岩浆岩

本矿岩浆岩极为发育，侵入范围大，主要侵入层位为５煤层及６煤层上下，根据钻孔揭露最大厚度达122.80m，对主采６煤层及局部可采５煤层破坏较大。

侵入时代为燕山早期，为十里长山岩体。

主要种类有闪长玢岩，闪长岩，呈似层状，具有穿层、分叉现象。

1.2.4煤层特征

本矿可采煤层有两层，自下而上为６煤层和５煤层。

６煤层位于山西组中部，为本矿主要可采煤层，距石炭系一灰顶51～75m，平均57m。

煤层厚度根据钻孔资料，其两极厚度为0～3.68m，平均厚2.39m。

结构简单，厚度较稳定，夹矸均为１层，多为泥岩。

５煤层位于下石盒子组下部，距６煤层67～99m，平均78m，据钻孔资料两级厚度为0～2.29m，平均厚1.13m。

仅在局部形成可采区。

夹矸均为１层，岩性为泥岩。

结构简单，煤层变化不大，但受岩浆岩破坏严重，为不稳定煤层。

1.3水文地质概况

1.3.1地表水

本井田河流均属淮河水系，自北向南有濉河和王引河。

它们大致上从西北涌向东南，是季节性河流，流量受大气降水控制。

雨季流量猛增，河水水位上涨，濉河最高洪水位标高为32.53m，但枯水季节流量锐减，水位很低，甚至干涸。

井田内沟渠纵横，有利于排水，加之新汴河的开挖，增强了泄洪能力，降低了附近各河洪水水位，过去多年内未出现大的水患，故地表水对矿区建设基本上没有危害。

1.3.2第四系松散层含、隔水层（组）

井田内新生界松散层厚度不大，只有第四系沉积，松散层覆盖于煤系地层之上，其厚度受古地形控制，据33个钻孔资料统计，松散层两极厚度55.80～84.90m，平均71.06m，（如94-1孔，松散层厚度为13.50m，因其它资料不全，只在平面图上出现松散层厚度，此孔未统计在内）。

由于井田外围的东南方有刁山、老虎山基岩裸露，故近山的地带地层较薄，较远的地方则较厚，因而松散层有大致上由东向西逐渐增厚的趋势。

松散层按其岩性组合及垂直剖面对比，将其主要划分为一个含水层（组）和一个隔水层（组）。

一、第四系上部含水层（组）（Ｑ上含）

自地表下3-5m起，底板埋深45.60～59.40m，一般50m左右。

主要由浅黄、土黄色细砂、粉砂、粘土质砂局部中砂夹薄层砂质粘土、粘土组成。

有砂层1～9层，总厚21.40～45.60m，一般34m左右，其中单层最厚达45.18m。

Ｑ上含分布稳定，据某矿检１孔抽水试验资料，水位为5.35m，降深8.49m时q=0.6621/s.m，k=2.42m/d，富水性中等，矿化度为0.405g/l，水质类型为重要碳酸～镁、钙、钾、钠型。

水质较好，是生活及农用灌溉的水源。

二、第四系下部隔水层（组）（Ｑ下隔）

底板埋深55.80～84.90m，厚度8～30.80m，平均17.90m，主要由土黄色粘土、砂质粘土组成，局部间夹砂层，部分孔见有砾石，主要为砂礓或钙质结核。

隔水层纯厚3.40～29.20m，在隔水层纯厚（指粘土类厚度）大于10m时，一般隔水性能较好，但其厚度小于10m，如96-23、检2、96-11、96-8、96-9一线及以东的范围内，尤其是检２及96-8孔，粘土层厚小于5m，这一地带Q上含与基岩风化带有可能存在水力联系。

三、第四系底部局部砂层

井田内有两孔即95-5底部有1.10m细砂层，96-18底部有1.40m粘土质砂层，这只是孤立的薄层，连不成片，面积不大，水量不多，不会对矿坑构成威胁。

1.3.3二迭系含、隔水层（段）

二迭系含煤地层主要由泥岩、粉砂岩、砂岩及煤层组成，部分地段有岩浆岩。

一般岩性致密，裂隙不发育，富水性较弱，含、隔水层不易划分，现根据区域资料及井田内可采煤层赋存位置与裂隙发育程度自上而下划分为如下含、隔水层（段）。

一、５煤层（即一般报告上所说的８煤层）上隔水层（段）井田内该层（段）一般为40m左右，岩性以泥岩、粉砂岩为主，局部为岩浆岩，或间夹砂岩，岩性致密，裂隙不甚发育，一般能起到隔水作用。

二、5煤层顶底板砂岩裂隙含水层（段）

主要由灰色细～中粒砂岩组成，厚度5～20m，一般厚度10m左右，有时相变为粉砂岩。

井田内有96-2孔和96-12孔在此层位漏水，各漏水点钻井液漏失量1.6～5.76m3/h之间。

三、5～6煤层间隔水层（段）

岩性以泥岩、粉砂岩为主，厚10～60m，一般为35m左右，其中有一层分布较稳定的铝质泥岩或含铝泥岩，厚3～15m，一般10m左右，总的来看，该层（段）岩性致密，一般隔水性能较好。

四、６煤层（一般报告上所说的10煤层）顶底板砂岩裂隙含水层（段）。

岩性以浅灰～深灰色细砂岩、粉砂岩、局部为粗砂岩夹泥岩组成，砂岩厚度5～25m，一般13m左右，该层（段）在检１孔抽水，最大降深时q=0.421/s.m，k=0.80m/d，水质类型为硫酸～钙镁型。

在96-4孔抽水，最大降深时q=0.0776l/s.m，k=0.2637m/d，水质为硫酸～钾钠型。

从上述两孔抽水资料看，水量在淮北地区是较大的，分析其原因，是岩浆岩在煤层顶板侵入，且与基岩界面风化带连接，钻进时，两孔岩浆岩也不同程度的漏水，抽水段上距界面很近，因此，再次抽水的水量主要为基岩风化带和岩浆岩裂隙水量。

五、６煤层下～太灰间隔水层（段）

岩性以泥岩、粉砂岩局部夹砂岩组成，总厚35～60m，尤其是下部有一层厚20m左右分布较普遍的海相泥岩。

故其隔水性能较好。

六、岩浆岩

岩浆岩在井田内分布较普遍，利用的48个孔有38个见了岩浆岩，厚度2.15-122.80m，平均37m，一般顺煤层侵入的较多。

岩浆岩一般岩性较致密、坚硬、裂隙不甚发育或为方解石充填，但若处于基岩风化带或断层带内，裂隙就比较发育。

井田内钻进时漏水的孔有95-4、96-14、检１、96-12、96-1、96-2。

钻井液漏失量在1.2-4.96m3/h之间。

1.3.4石炭系太原组石灰岩岩溶裂隙含水层（段）

井田内有17个钻孔见太灰，但均未完全揭露，据区域资料，本组厚138m左右，由灰岩3～8层夹薄层砂岩、粉砂岩、泥岩组成，其上部灰岩岩溶、裂隙较发育，施工中96-14孔和95-构１孔局部漏水严重，甚至出现全漏。

据95-构１孔抽水试验，q为0.568～1.19l/s.m，k为2.75～4.87m/d，富水性中等。

1.3.5奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层（段）

井田北部有Ⅵ24及77-6两孔见奥灰，77-6孔在81.03～92.23m，276m两处严重漏水。

但奥灰距煤层较远，一般不会成为矿坑的直接充水水源。

1.3.6断层

由于井田内未进行地震勘探，钻探仅发现断层2条，其中正断层1条（F5），逆断层１条（青龙山），揭露断层的钻孔，未发生漏水现象，说明其符合淮北煤田断层的一般规律，即导水性较差，含水较弱。

由于未进行抽水试验，不能对其详细评价。

1.3.7地下水的补给，排泄条件和各含水层间的水力联系

一、第四系上部含水层（组）为大气降水、地表水垂直渗透补给及区域层间泾流补给，其地下水排泄以地面蒸发和人工排泄为主。

在Ｑ下隔粘土层厚度少于10m的地段，Ｑ上含水有可能渗漏至基岩界面风化带而与煤系含水层发生间接水力联系。

二、可采煤层上下砂岩裂隙含水层（段）以储存量为主，一般无垂直渗透补给，仅具层间泾流补给。

只在煤层潜伏露头风化带或断裂带与其它含水层发生间接水力联系。

三、太灰和奥灰岩溶裂隙含水层（段）一般无垂直渗透补给，但在岩溶发育带，层间泾流补给较活跃，二者水量虽较丰富，但距煤层较远，仅通过基岩风化带与煤层露头发生间接水力联系。

四、井田东部外围有某、老虎山、刁山等一些基岩裸露区，部分大气降水有可能沿基岩界面风化带与煤层露头发生间接水力联系。

综上所述，本井田水文地质条件应属中等类型。

2主要水害分析

2.1生产矿井涌水量分析

本矿井为一对井（一个混合立井，一个风井）生产。

混合井担负全矿井煤炭和矸石提升、升降人员和材料及进风等；风井负担全矿井的回风，并作为安全出口之一。

开采下二迭系山西组（P13）6煤层，矿井首采区为F5断层下盘煤层。

回采方式：

采用走向长壁采煤法；打眼放炮落煤，顶板管理采用全部冒落法。

地面平均标高为+29.50m，井口标高为+34m，历史最高洪水位标高为+32.944m。

目前生产水平为第二水平（-250m），开采总面积265041m2，共采出原煤76.06万吨。

矿井涌水量1999年生产初期为124m3/h，最大为142m3/h，2003年出现峰值141m3/h，最大为157m3/h。

这可能与煤炭开始回采有关（1999年～2002年为建井开拓期）。

2007年保持稳定衰减，由84m3/h衰减为82.4m3/h。

2008年从2月份开始与正常衰减曲线水量有所增加，至10月份以后其水量大量增加，6煤底板开始大量出水（此时增加的水应为太灰水）。

详见表2-1。

历年排水量、开采面积、煤炭产量统计表表2-1

年份

小时

排水量

年排水量

开采面积

累计

煤年产量

累计

富水系数

1999

124

108624

11000

2000

128

1121280

14040

25040

2001

120

1051200

16006

41046

2002

114

998640

43180

84226

2003

141

1235160

53361

137587

17526

70.48

2004

131

1147560

32390

16977

131787

149313

8.71

2005

124

1086240

17556

187533

66255

215568

16.39

2006

858480

18060

205593

119602

335170

7.18

2007

735840

22234

227827

113123

448293

6.50

2008

762120

37214

265041

154559

602852

4.93

根据表2-1，历年矿井涌水量和有关参数分析，水量由124m3/h（1999年）衰减至87m3/h（2008年）。

其水量与开采面积和排水时间成反比，与开采水平关系不明显（见图2-1）。

充分说明了该矿井水储量是以贮存量为主，补给量贫乏的特点，与勘探资料一致。

从2006年～2008年三年的全年涌水量统计数据来看矿井涌水量还是与排水时间成反比，与枯、丰水季节无明显关系（见表2-2、图2-2、图2-3、图2-4）。

说明该矿井涌水量是以贮存量为主，补给量贫乏，不受地表水和大气降水的影响。

近三年矿井涌水量统计表表2-2

月

年

平均

2006

105.2

104.8

104.3

104.0

103.6

103.2

102.8

95.0

91.2

90.8

88.8

85.9

98.3

2007

84.0

84.5

84.8

84.7

84.2

84.0

83.7

83.1

82.4

83.9

2008

80.7

82.8

83.3

84.0

83.2

84.7

85.3

100.1

100.7

96.6

87.5

历年涌水量与开采面积关系曲线图（图2-1）

2.2主要煤层顶底板砂岩裂隙水

根据上述矿井涌水量分析情况，主采煤层顶底板砂岩裂隙水是目前矿井开拓及煤层开采直接充水水源，砂岩裂隙发育不均一性，一般富水性弱，表现出以储存量为主，补给量不足的特点。

2.3太灰岩溶裂隙水

在矿井开拓，开采至-170m以上时对6煤开采无直接突水影响，因6煤底板砂岩与太灰顶之间有一层较稳定的厚20m左右的海相泥岩，可抵抗200m（170m+24.74m）左右的水头压力，能起良好的隔水作用，对矿坑充水无直接影响。

但当矿井开拓至-170m以下时，20m厚的海相泥岩即抵抗不了大于200m的太灰水头压力，加之6煤底板砂岩裂隙水的疏干，该层海相泥岩便失去了力的平衡，此时，太灰水对矿抗充水转为直接补给水源，乃至易造成突水事故。

另外6煤层底板是否突水，主要取决于太灰水头压力，底板隔水层厚度，抗压强度的大小以及底板受构造扰动及开采破坏程度等因素。

为了解太灰能否给6煤层开采造成突水危害，根据《矿井水文地质规程》，采用公式Ts=P/（M-Cp）计算了突水系数。

式中Ts——突水系数（Mpa/m）,P——灰岩水头压力，M——6煤底板至太原组一灰顶间距（m）,Cp——煤层开采时破坏厚度（m）。

据勘探资料太灰水位标高为+24.74m。

P=（H-h）*0.0098（Mpa），其中H——太灰水位标高（m），h——开采水平（m）。

底板破坏程度取10m。

突水系数采用公式Ts=0.0098*（24.74-h）/（M-10）,计算各水平的太灰突水系数，成果见表2-3

太灰突水系数计算成果表

表2-3

平

备注

-200

0.05506

0.04894

0.04405

0.04004

0.03671

阴影部分为将可能发生突水事故。

-250

0.06731

0.05983

0.05384

0.04895

0.04487

-300

0.07956

0.07072

0.06365

0.05786

0.05304

-350

0.09181

0.08161

0.07345

0.06677

0.06121

-400

0.10406

0.09250

0.08325

0.07568

0.06937

2.4断层导水性

矿井所发现的小断层，均有淋水现象，增加了矿坑充水水量，同时破坏了隔水层的完整性，为太灰水创造了良好的突水条件。

2.5第四系上含水和大气降水

根据矿井涌水量统计数据分析，由于煤层露头部位留有足够的防水煤柱，该含水层水对矿坑充水无明显影响。

即使在开采后期，出现了较大面积的采空区，Q上含之水可能通过塌陷冒落进入矿坑，可能增加排水量，现有的排水设备基本能满足该排水之能力。

2.6矿井主要水害

根据矿井充水因素分析，从矿井历年涌水量数据来看，6煤层顶、底板砂岩裂隙水是矿井开拓和煤层开采直接充水水源

展开阅读全文