煤矿防治水工程设计方案和施工安全技术措施1Word下载.doc

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东经104°

36′54″～104°

38′00″，北纬25°

57′43″～25°

58′33″。

矿区范围由4个拐点圈定，矿区面积：

矿区拐点坐标（北京坐标系）。

2、矿井开拓开采：

采用斜井开拓方式：

以一个水平开拓全井田，水平标高为＋1600m，共划分为六个采区。

设计三个井筒，即主斜井、副斜井和回风斜井。

副斜井利用原设计的主井，井口选择矿区中部5号煤层露之下，井口坐标：

x＝2873629，y＝35460964，z＝1740m，方位角331°

，倾角23°

。

以伪倾斜方式布置在5号煤层底板，最终至+1600m水平标高，然后在此标高作井底车场和中央水仓。

主斜井为新建，井口位置选择在5号煤层露头与3号煤层露头之间，井口坐标：

x＝2873612，y＝35460936，z＝1741m，方位角331°

，平行于副斜井布置，以伪倾斜方式由3号煤层底板依次穿过3号和1号煤层，最终进入1号煤层顶板至+1600m水平标高，然后与井底车场连通。

回风井变更位置，布置在主斜井西34m，平行于主井布置在1号煤层顶板岩石中，井口坐标：

x＝2873591，y＝35460904，z＝1745m，方位角331°

，倾角25°

（1）、主斜井

全长364m，S净＝7.0m2，S掘＝9.5m2，采用料石砌碹支护；

主斜井主要用于原煤、矸石、材料的运输，安设JT-1.6型单滚筒绞车。

铺设600mm轨距18kg钢轨，采用MF1.1－6A型翻转式矿车进行运输。

（2）、副斜井

副斜井，全长380m，S净＝7.0m2，S掘＝9.5m2，采用料石砌碹支护；

主要用运送人员、进风及安设管线等。

（3）回风斜井

回风斜井：

全长350m，S净＝7.0m2，S掘＝9.5m2，采用料石砌碹支护；

回风斜井主要用于一采区、二采区回风。

二、自然地理

1、地形地貌

评估区属于单面山剥蚀坡地貌，地形坡度一般都在30°

左右，在井田中西部及西部横向冲沟繁育，沟深坡陡，致使井田内地形复杂。

井田内最低高程点位于井田北端，标高1700m；

最高点为井田南部山头，标高1910m，相对高差210m。

属地中山地形。

2、气象

矿区地处贵州高原西部，气候温暖湿润，雨量充沛，属亚热带高原季风气候区。

据盘县气象站资料：

年平均降水量1382.9mm，月平均气温15.2℃，日极端最高气温36.7℃，日极端最低气温－7.9℃，年平均相对湿度78%。

3、地表水

矿区内无大的地表水体，暴雨汇集地表散流，平水期受源头及沿途泉水补给。

由于地表多为缓坡，十分有利于地表水的排泄。

矿区第四系零星分布，主要为坡积物、残积物，厚度较小，富水性较弱。

三、矿区小煤窑开采情况

1、邻近矿井情况

据调查，当地小煤窑开采历史悠久，老窑遍布煤层露头。

小大多是利用冬春农闲时自采自用，由于受通风、涌水等限制，一般开采巷道不长。

从上世纪80年代开始，小煤矿滥挖乱采现象比较普遍。

近年经政府大力整顿、清理，关闭了不具备生产条件的非法小窑，目前现已全部闭。

小窑内存在着一定的积水，但由于小窑炸封后井巷毁坏，无法调查，积水量不详。

2、老窑情况

矿井西翼与新达煤矿一井相邻，两矿与本矿境界清楚，目前不存在越界开采现象。

生产过程中两个矿井均留设了井田境界保护煤柱。

　　　　　第二章矿井地质、水文地质及防治水设计

　　　　　　　　　　　第一节矿井地质

一、区域地质

1、区域地质、构造特征

1）地层

矿区出露的地层为二叠系上统龙潭组上段、三叠系下统飞仙关组下段、三叠系下统飞仙关组上段段及第四系。

二叠龙潭组上段为矿区含煤地层。

现由老自新分述如下:

1）二叠系上统龙潭组上段（P2l）

厚度约90米左右。

岩性以灰色、浅灰色粉砂岩、粉砂质泥岩为主，夹泥岩、细砂岩及菱矿薄层。

产植物化石和少量的动物化石，含煤层12～15层，总厚度13米左右。

其中，可采煤层6～7层，总后度10米左右。

与上覆地层整合接触。

2）三叠系下统飞仙关组下段（T1f1）

平均厚度70米。

绿灰色细砂岩、粉砂岩为主，灰暗紫色粉砂岩条带。

下部粒度变细为粉砂岩及粉砂质泥岩。

3）三叠系下统飞仙关组下段（T1f2）

平均厚度580米。

上部为灰紫色粉砂岩、灰白色泥质灰岩及紫红色泥岩；

中部为暗紫色粉砂岩、粉砂质泥岩、夹细砂岩，富产瓣鳃类动物化石；

下部为暗紫灰色细砂岩及粉砂质泥岩，产少量瓣鳃类动物化石。

4）第四系（Q）

主要出露于矿区地势平缓、低洼地段，多为耕地、稻田，岩性主要为P3l风化残积产物，厚度0～10m。

　　2）构造

（1）矿区总体构造形态

矿区位于照子河向斜北翼。

为一单斜构造，地层走向北55°

西，倾向南西，倾角58°

左右。

井田内共发现断层8条，均属逆断层，其中有四条是钻孔中发现的隐伏断层。

（2）断层分述

F1走向逆断层

为井田北东边界，区域性较大的断层。

断层走向北60°

西，倾向南西，倾角58～60°

地面所见断层上盘龙潭组顶部与断层下盘飞仙关组上段下部地层接触，最大地层断距300米左右。

该断层虽说是边界断层，但断层的产状与地层产状相近，井田内主要可采煤层（1、3号煤层）贴近断层面，起距离为数米至数十米，最大100米左右，而断层附近发育小构造，这些小构造对煤层的完整性、连续性有一定的破坏作用。

F2走向逆断层

属F1的分支断层，产于F1断层下盘，本井田地表无出露，据邻区资料，断层走向北55°

西，倾向南西，倾角60～70°

左右，地层断距大于150米。

该断层对井田无影响。

F3走向逆断层

属F1的分支断层，产于F1断层上盘，在本井田中部有出露，西端交于F1，可见长度0.55公里，断层走向北50°

西，倾向南西，倾角35～70°

，地层面呈波状，断层落差50米左右。

F4走向逆断层

位于井田东南的边缘。

西，倾向南西，倾角70°

，全长0.7公里，断层落差175米。

F105横向正断层

为井田南东边界。

断层走向北50°

东，倾向北西，倾角70～80°

.地层断距400米左右。

F5、F6、F7断层

是一组隐伏断层，仅一个工程点揭穿，剖面上显示煤层重复，地层断距分别在10米左右，产状不清。

（3）构造类型

矿区含煤地层沿走向、倾向的产状有一定的变化，局部断层较发育，构造复杂程度属中等偏复杂构造类型。

二、煤层及煤质

　　1、煤层

1）含煤性

本矿区龙潭组（P2l）地层含煤一般12～15层，含煤平均总厚13m，含煤系数14.4%，含可采1、3号煤。

可采煤层平均总厚度5.68m，可采含煤系数约6.1%，可采煤层分布于龙潭组地层的顶部。

2）可采煤层

本矿区龙潭组（P2l）地层含煤一般12～15层，含煤平均总厚13m，含可采煤层2，即1、3煤，可采煤层平均总厚度5.68m。

钻孔揭露的5号煤层厚度不稳定，为不可采煤层。

1煤层：

位于龙潭组最上部，属较稳定煤层，煤层厚度0.63～13.76m，平均厚3.78m，含夹矸0～9层，单层厚度0.18～0.59米，煤层结构复杂，但矿区内全区可采。

顶板岩性：

岩性为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩

底板岩性：

岩性为0.5米左右的泥岩，其下为粉砂岩。

3煤层：

位于龙潭组上部，属较稳定煤层，煤层偶含夹矸1层，全层厚度0.84～5.03米，平均厚度2.10米，采用厚度0.77～4.53m，平均厚1.9m。

以细砂岩为主。

以泥岩、粉砂质泥岩为主（少量泥质粉砂岩、粉砂岩）。

上距1号煤层7.81m。

5煤层：

位于龙潭组中部，上距3号煤层约27m。

属不稳定煤层，煤层偶含夹矸1层，全层厚度0.16～0.87米，平均厚度0.52米，为局部可采煤层。

上距3号煤层27m。

其余煤层不可采。

2、煤质

根据煤炭分类国家标准（GB5751—86），确定矿区内可采煤层均为肥煤，根据国家标准GB/T15224.1-2004，1号、2号煤层均属中灰、中硫、特高热值肥煤。

煤层煤质特征见表2－1－2。

表2－1－2可采煤层煤质分析结果表

煤层号

工业分析

St,d

Qgr,d

（MJ/kg）

Mad

Ad

Vdaf

1

原煤

0.95-3.10

2.03

15.55-29.82

22.69

30.74-35.89

33.32

0.42-2.10

1.26

34.6-35.6

35.1

精煤

1.15-2.10

1.63

6.57-12.6

9.59

31.11-35.23

33.17

0.38-0.88

0.63

35.8-36.2

36.0

3

0.98-2.08

1.53

15.78-33.78

24.78

31.57-35.36

33.47

0.24-2.32

1.28

34.4-35.4

34.9

1.18-2.82

2.0

8.31-12.34

10.33

30.67-37.63

34.15

0.34-1.51

0.93

35.8

3、煤层露头及风氧化带情况

对于风化带界定目前尚无定量指标，据地表及坑道内对煤的观察，本区煤层风化带一般在由地表露头向下斜深6～12m左右，个别地形平缓，煤层上覆岩层较薄地段可达斜深15～20m。

5、煤层柱状图

四、其它开采技术条件

1、煤层顶底板

岩性为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩；

以细砂岩为主；

（5）地质构造及破坏程度

2、瓦斯、煤尘、煤的自燃及地温

1）瓦斯涌出量

（1）回采工作面瓦斯涌出量

回采面瓦斯涌出来源于开采层瓦斯涌出、邻近层瓦斯涌出。

根据预测，采煤工作面相对瓦斯涌出量为18.66m3/t，绝对瓦斯涌出量为5.5m3/t。

（2）掘进工作面绝对瓦斯涌出量为1.9m3/min

（3）矿井瓦斯涌出量

根据对回采工作面、掘进工作面瓦斯涌出量的计算，最后得到预计矿井的相对瓦斯涌出量为42.5m3/t，绝对瓦斯涌出量为13.9m3/min。

2）煤尘爆炸性

根据贵州省煤田地质局实验室于2003年12月12日提供的盘县鸡场坪乡云脚煤矿《煤尘爆炸性鉴定报告》（2003－W1449），该矿井1号煤煤尘有爆炸性，3号煤层未作鉴定，本设计按煤尘有爆炸性进行设计。

3）煤的自燃倾向

根据贵州省煤田地质局实验室于2003年12月12日提供的盘县鸡场坪乡云脚煤矿《煤炭自燃倾向性鉴定报告》（2003－W1449），该矿井1号煤层自燃倾向性为二类，属自燃煤层。

3号煤层未作鉴定，故本设计按煤层自燃倾向性为一类容易自燃设计。

　　　　　　　　　　　　第二节矿井水文地质

一、水文地质情况

1．矿井水文地质类型及变化规律

根据各含隔水层水文地质特征、断层导水性及动态变化特征，区内地下水补给来源主要为大气降水，地表水及地下水排泄条件良好，最低开采标高+1450m，水平低于侵蚀基准面（本区最低侵蚀基准面1650m）200m左右。

在今后开采中要注意地下水的涌入。

本矿区属于以裂隙充水为主，大气降水为矿井充水的主要水源，水文地质条件简单的煤矿床。

2、地形地貌

3、矿井充水条件

经过井区内水文地质调查，根据本区水文地质条件，故对矿床充水因素分析如下：

1、矿床充水因素主要为基岩裂隙水、松散岩类孔隙潜水。

虽然其分布空间不一，富水程度不同，充水方式各异，但都按各自活动规律直接或间接对矿床充水影响，它们都接受大气降水补给，大气降水是矿床充水的补给来源。

矿井充水以基岩裂隙水、松散岩类孔隙潜水为主，其水量取决于地下富水程度及其与采煤层密切程序，同时很大程度也取决于降水强度和时间，由于本区降水量少，加之基岩裂隙水富水性弱，孔隙潜水富水性差，水量贫乏，故其对矿床充水强度不大，影响较弱，是构成矿床充水的一个因素。

2、矿床水文地质勘探类型。

根据井区水文地质条件及矿床充水因素，矿床位于当地侵蚀基准面以上，地质构造较简单，附近无地表水体，矿床充水方式为裂隙充水顶底板间接进水，水文地质条件简单，水文地质勘探类型为简单。

　4、矿床开采技术条件

矿区内可采煤层2层，即1号、3号煤层，煤层倾角56°

，煤层厚度分别3.78m、2.1m，层间距8m。

可采煤层顶板多为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、细砂岩，底板为泥岩、粉砂质泥岩。

矿井采用斜井开拓方式，有主斜井、副斜井、回风井三个井筒，全矿井划分一个水平、六个采区开采；

矿井通风方式：

中央并列式通风方式，主斜井、副斜井进风，回风井回风，主要通风机为FBCDZ－6－№15A型防爆轴流式通风机2台。

排水方式：

矿井采用斜井开拓方式，在主井井底+1600m标高设置中央水仓，矿井涌水由中央水仓经副斜井直接排至地面。

排水泵选择D46－50×

4型水泵三台，其流量46m3/h，扬程为200m；

配电动机功率为45kw，一台工作，一台备用，一台检修。

矿井涌水流量较大时，可两台水泵同时工作。

运输：

①采煤工作面采用滑槽自溜；

②工作面运输顺槽采用STJ650/2×

22型胶带输送机运输；

③主斜井选用JTK－1.6型单滚筒绞车车车提升作混合提升；

④副斜井采用RJK22型架空乘人装置运送人员

压风：

选择L-20/8型地面固定式空气压缩机二台，排气量20m3/min，排气压力0.8Mpa，配套电机功率120kw、380V。

瓦斯抽放：

设置一套高负压抽放系统和一套低负压抽放系统，采取本煤层预抽与采空区抽放的抽放方法。

低负压抽放系统选择SKW27（D）型水环式真空泵2台，其最大气量为Q=30.4m3/min，瓦斯泵的极限真空约压H=160hPa，配套电机YB280M－6dI，电机功率55kw，电压380/660v，转速550r/min。

高负压抽放系统选择SKW27（B）型水环式真空泵各2台，其最大气量为Q=25m3/min，瓦斯泵的极限真空约H=240hPa，配套电机YB280M－6dI，电机功率55kw，电压380/660v，转速930r/min。

抽放主管路共两趟，高负压系统主管选择φ200mm的焊缝钢管，低负压系统主管选择φ200mm的焊缝钢管。

5、矿井涌水量

　　　预计矿井生产时正常涌水量为25m3／h，最大涌水量主要在雨季，为75m3／h。

第三章　矿井防治水措施

一、矿井开拓、开采所采取的安全保证措施

（一）矿井开拓工程位置及层位选择

该矿采用斜井开拓，主斜井、副斜井和回风斜井均布置在龙潭组煤系地层的岩层中，各区段石门均为穿层布置在煤系地层中，井底水仓及泵房布置在1煤层底板岩层中，回采巷道均布置在煤层中，所有井巷均处在二叠统龙潭组煤系地层中，未穿过含水层，亦未穿过断层，有利于防治水工作。

具体开拓工程布置详见附开拓系统平面图和立、剖面图。

（二）采掘工程所采取的防治水措施

1、坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则，做到“有疑必停”。

2、定期收集、调查和核对相邻煤矿和废弃的老窑情况，并在井上、下对照图上标出其位置、开采范围、开采年限、积水情况等。

3、针对主要含水层（段）建立地下水动态观测系统，进行地下水动态观测、水害预报，并制定相应的“探、防、堵、截、排”综合防治措施。

4、井巷在掘进过程中必须先探后掘，掌握前方及上方采空区的水文情况，若发现有水患时，应及时采取措施，待确定安全后再向前掘进，并将出水点位置标于井上下对照图或采掘工程图上。

井巷揭露的主要出水点或地段，必须进行水温、水量、水质等地下水动态和松散含水层涌水含砂量综合观测和分析，防止滞后突水。

5、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、有臭味等突水预兆时，必须停止作业，采取措施，立即报告矿调度室，发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。

6、井下和地面排水设施保证完好，井下主、副水仓、沉淀池、水沟要及时进行清理，每年雨季前对矿井防治水工作进行一次全面检查，成立防洪抢险队伍，并储备足够的防洪抢险物资。

7、应加强对地面小窑、老窑的调查并标注在实测的采掘工程图中，划定其探放水红线，在接近探放水线时，必须采取探放水措施。

8、必须先查清矿区及其附近地面水流系统的汇水、渗漏情况，掌握当地历年降水量和最高洪水水位资料，建立疏水、防水和排水系统。

9、工业场地内建筑物，必须修筑防洪沟渠或采取其它防、排水措施。

10、鉴于井口附近及塌陷区内的地表水体有可能溃入井下，因此，应遵守下列规定：

①严禁开采煤层露头线的防水煤柱。

②容易积水的地点应修筑沟渠排泄积水。

修筑沟渠时，应避开露头、裂隙和导水岩层，特别是低洼地点不能修筑沟渠排水时，应填平压实，防止积水进入井下。

③排到地面的矿井水，必须妥善处理，避免再次渗入井下。

④对漏水的排洪沟，应及时堵漏，地面裂缝和塌陷必须填塞，填塞工作必须有安全措施，防止人员陷入塌陷坑内。

二、防水安全煤（岩）柱的留设

1、防水安全煤（岩）柱的种类

由于井田各含水层之间的垂直水力联系通道不很清楚，含水层的裂隙发育情况以及含水层的水力补给情况有待查明，含水层横向富水性及块段间的差异也不明，断层的含水性及与含水层的水力联系也有待进一步查明，因此防水煤（岩）柱的留设尤为重要，设计的防水煤（岩）柱主要有以下几种：

1）煤层露头防水煤（岩）柱

2）断层防水煤（岩）柱

3）井田技术边界防水煤（岩）柱

4）水淹区（小窑积水区）防水煤柱

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，必须采取加固巷道、修建防水闸门和其它防水措施，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。

2．防水煤柱的留设宽度计算

（1）煤层露头防水煤（岩）柱的计算方法与计算结果

该矿井的1号、3号煤层均出露地表，以及部分冲沟距离煤层较近，应防止地表水和风化基岩水渗入井下，根据“三下开采规程”的规定留设防水煤柱。

按“三下开采规程”水体类型的规定，本矿井水体采动等级属I级，设计采用下列公式计算防水煤柱高度：

Hsh≥Hli+Hb

式中：

Hsh－煤层露头防水煤柱高度，m；

Hli－导水裂隙带高度，m；

Hb－保护层厚度，m；

Hbili－地表裂缝深度，m。

矿区范围可采煤层顶板为砂岩和粘土岩。

根据上覆岩层岩性及硬度，按中硬岩计算导水裂隙带高度：

—采厚，m；

开采1号煤层时：

＝48.9m

开采3号煤层时：

＝39m

保护层厚度，根据地质资料按松散层厚度小于累计采厚考虑，Hb=5

5×

3.78＝18.9m

2.1＝10.5m

则：

煤层露头防水煤岩柱分别为：

1号煤层：

48.9+18.9＝67.8m

3号煤层：

39+10.5＝49.5m

需要指出的是，由于地质条件的不确定性，设计与实际情况难以完全吻合。

生产时应加强“三带”观测，积累经验，必要时调整安全煤柱，以使安全煤柱符合安全、经济的原则。

（2）井田边界煤（岩）柱的留设

该矿井水文地质属中等类型,可用下面公式计算；

但煤柱宽度不得小于20m。

L=M×

A×

M－－－－－－煤层厚度或采高,m；

p－－－－－－隔水层所承受的水压,Mpa；

取3Mpa

Kp－－－－－－煤的抗张强度,Mpa；

取1.0Mpa

A－－－－－－安全系数,一般2—5，取4.0；

L=3.78×

4×

＝45.4m

L=2.1×

＝25.2m

（3）断层防水煤（岩）柱的留设

断层破坏了岩层的完整性,在没有掌握断层各区段的导水性时,应把整个断层作为导水断层对待。

断层防水煤柱不得小于20m。

1）煤层位于导水断层上盘时,防水煤（岩）柱的留设

M－煤层厚度或采高,m

P－隔水层所承受的水压,MPa（以采深300m考虑）

Kp－煤的抗张强度,MPa

A－安全系数,一般1～2.5；

3.78×

2.5×

＝28.4m

2.1×

＝15.8m，取20m

2）断层两側相邻煤层的防水煤柱的留设

断层两側相邻煤层