山西离柳鑫瑞煤业中长期防治水规划修订.docx
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山西离柳鑫瑞煤业中长期防治水规划修订
山西离柳鑫瑞煤业有限公司
中长期防治水规划
2012年2月
目录
第一章概况.........................................................................2
第一节矿井位置及概况2
第二节自然地理3
第二章矿井地质4
第一节区域地质简况4
第二节矿井地质6
第三章水文地质10
第一节矿井水文地质10
第二节矿井充水条件及涌水量12
第三节矿井突水系数计算15
第4章矿井水害分析及防治.....................................................16
第一节.......................................................................................16
第二节.......................................................................................16
第三节.......................................................................................24
第四节.......................................................................................24
第5章防治水工程安排及费用概算...........................................34
第一节防治水主要工程及年度计划.............................................34
第二节资金概算与来源..............................................................43
山西离柳鑫瑞煤业中长期防治水规划
根据《吕梁市煤矿防治水规划及2011年防治水计划的通知》及《离柳焦煤行字[2011]159号》文件精神，为加强对煤矿防治水害的管理，从根本上防止重大事故的发生，确保矿井安全生产。
结合我矿防治水工作实际，特制定山西离柳鑫瑞煤业中长期防治水规划。
第1章概况
第一节矿井位置及概况
山西离柳鑫瑞煤业有限公司位于吕梁市临县林家坪镇苏家坡村，行政区划属临县林家坪乡管辖，其地理坐标为北纬37°37′31″—37°38′17″，东经110°52′44″—
110°55′14″。
矿区邻近有离-碛公路通过，距离石30Km，距临县50Km，交通便利。
矿井隶属于山西离柳焦煤集团有限公司，为市营国有企业。
该矿井是山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室以晋煤重组办发【2009】23号和晋煤重组办发【2010】16号及晋煤重组办发【2010】72号文批准的兼并重组整合矿井，由原临县新民焦煤有限公司、山西新民二矿煤焦有限公司、临县宇航煤业有限公司重组整合而成，井田面积4.2318km2,地质储量5069万吨，服务年限为10.8年。
批准矿井生产能力为120万吨/年。
目前生产矿井为原山西新民二矿煤焦有限公司的生产矿井，持证生产规模为60万吨/年，批准开采煤层为4号煤。
采用立井开拓方式，长壁综采一次采全高回采工艺，全部垮落法管理顶板。
第2节自然地理
一、地形地貌
井田位于吕梁山区，为典型的黄土高原地貌，地表切割强烈，沟谷纵横，梁峁绵延，地形十分复杂。
总的地势为北高南低。
地形最高点位于井田北部山梁，标高1056.8m，地形最低点为西南部边界处沟谷，标高808.7m，相对高差248.1m。
二、水系
井田内无常年性河流，仅在西部及南部较大沟谷有溪流，其余各沟谷平时均干涸无水，只有雨季时，才汇集洪水，辗转向西流入湫水河，然后向西南汇入黄河，井田地表水属黄河流域湫水河水系。
矿井充水因素主要为大气降水、地表水、顶板、底板、巷道、井筒水、小窑、采（古）空区积水及导水裂隙带水，同时含水层富水性受季节性影响较大。
三、气象
本区属温带大陆性气候，四季分明，昼夜温差大，一般春季多风，夏季炎热，秋季云高气爽，冬季寒冷干燥，据临县气象站资料，各项气象要素如下：
气温：
年平均气温8.8℃，1月最低，平均为-7.6℃，极值为-24.8℃；7月最高，平均为22.60℃，极值为37℃，平均相差30.2℃。
降水量与蒸发量：
历年平均降水量为519.3mm。
最大降水量为7月份，平均为129.9mm。
最小为12月份，平均为3.6mm。
日最大降水量在1970年8月9日，为162.5mm。
雨量多集中于7、8、9月份，占全年降水量的63%。
蒸发量最大在6月份，平均为362.3mm，年平均蒸发量为2141.9mm。
霜期、雪期和冻土期：
初霜期为翌年3月底，平均无霜期194天。
初雪期为11月下旬，终雪期为翌年3月底，一次最大积雪厚度为14cm。
30cm处最早冻结时间为11月26日，最晚解冻期为翌年4月1日。
区内最大冻土厚度111cm。
风向和风速：
风向多为西北风，风速每年平均2.5m/s，最大月平均3.1m/s（3—5月），最小月平均2.2m/s（8月）。
四、地震
根据中华人民共和国国家标准GB18306-2001，本区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g。
历史记载附近未发生过大地震。
只在1829年4月（清道光九年三月）离石发生过5.25级地震，震中位置为北纬37°30′，东经111°12′。
第2章矿井地质
第1节区域地质简况
二、区域地质
（一）区域地层
井田位于鄂尔多斯盆地东缘的河东煤田中段，离柳矿区三交详查区东南部边缘。
出露地层由老到新有：
古生界奥陶系中统下马家沟组（O2x）、上马家沟组（O2s）、峰峰组（O2f）；石炭系中统本溪组（C2b），上统太原组（C3t）；二叠系下统山西组（P1s）、下石盒子组（P1x），上统上石盒子组（P2s）、石千峰组（P2sh）；中生界三叠系下统刘家沟组（T1l）、和尚沟组（T1h），中统二马营组（T2er）；新生界第三、第四系不整合分布于各时代基岩地层之上。
区域地层发育情况如表2—1。
（二）区域构造
河东煤田中段处于吕梁山复背斜次级构造王家会—王老婆山背斜西翼。
河东煤田大地构造位置处于华北地台的山西断隆西缘，鄂尔多斯台拗的河东断凹部位。
总体上是一个基本向西倾斜的单斜构造，属吕梁复背斜西翼的一部分。
在单斜上发育有次级褶曲和经向或新华夏系的断裂构造，新华夏系的断裂构造主要发育在煤田东缘以外。
煤田北部和南部次级褶曲一般幅度不大，表现不明显，以单斜为主导构造，东缘发育断裂带。
煤田中部的离柳矿区（包括本井田），以较大的宽缓褶曲成为矿区的控制性构造，褶曲自东向西为离石—中阳向斜、王家会背斜、三交—柳林单斜（本井田位于该单斜北部东缘），其间伴有炭窑沟、朱家店、湍水头等较大断层。
区域地层简表
表2-1
界
系
统
组
段
代号
厚度（m）
新
生
界
第四系
全新统
Q4
0—20
中、上更新统
Q2+3
0—120
上第三系
上新统
保德组
N2b
0—90
中生界
三叠系
中统
二马营组
T2er
400左右
下统
和尚沟组
T1h
125—150
下统
刘家沟组
T1l
398—420
上古生界
二叠系
上统
石千峰组
P2sh
130—194
上石盒子组
P2s
332—468
下统
下石盒子组
P1x
60—110
山西组
P1s
49—88
石炭系
上统
太原组
C3t
63—107
中统
本溪组
C2b
16—46
下古生界
奥陶系
中统
峰峰组
O2f
73—126
上马家沟组
O2s
228
下马家沟组
O2x
133
二、区域含煤特征
区域内含煤地层为石炭系中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组。
本溪组和下石盒子组为次要含煤地层，仅含煤线；太原组和山西组为主要含煤地层。
石炭系上统太原组含煤6层，其中8、9号煤层厚度稳定，为全区可采煤层，6号煤层不稳定局部可采，其余煤层均为不稳定不可采煤层；二叠系下统山西组含煤6层，其中4号煤层为稳定全区可采煤层、5号煤层为较稳定大部可采煤层，2、3号煤层不稳定仅局部可采，其余均为不稳定不可采煤层。
第2节矿井地质
一、地层
井田位于河东煤田中段，离柳矿区三交详查区东南部边缘。
井田内地表大部被第四系黄土覆盖。
仅在井田南部较大沟谷中有上、下石盒子组、山西组地层出露，现依据地表出露及钻孔揭露地层结合区域地层资料，对井田内地层特征叙述如下：
图3-1区域构造纲要图
（1）奥陶系中统上马家沟组（O2s）
埋藏于井田深部，井田内补2号钻孔揭露厚度为126.6m。
岩性以灰岩及白云质泥灰岩为主，与豹皮状灰岩互层。
（2）奥陶系中统峰峰组（O2f）
埋藏于井田深部，井田内地层厚度为75.40～126m，平均106m，岩性以浅灰—深灰色厚层状石灰岩、角砾状泥灰岩为主，夹粗脉状纤维质石膏及层状隐晶质石膏，石膏带赋存于本组的中部及下部，中部石膏层的厚度达18m左右，下部石膏层的厚度达16m左右，在溶隙较发育的部位溶隙率约20％左右，本组中下部灰岩中含头足类化石。
（3）石炭系中统本溪组（C2b）
平行不整合于下伏奥陶系灰岩之上，底部为鸡窝状山西式铁矿和浅灰色铝土岩，即铁铝层段，之上为深灰色泥岩，砂质泥岩间夹砂岩，粉砂岩和1～3层不稳定石灰岩及1～2层煤线。
本组厚度16.00～43.40m，平均29.00m。
（4）石炭系上统太原组（C3t）
本组在井田内未出露，为井田主要含煤地层之一。
地层厚度65.10～97.10m，平均78.04m。
岩性由灰—灰白色砂岩，深灰色泥岩，砂质泥岩间夹4～5层石灰岩和5～6层煤层组成，含6、7、8、9号煤层及6上、7下号煤线，其中8、9号煤层为井田内稳定全区可采煤层，6号煤层为不稳定零星可采煤层，7号煤层为不稳定不可采煤层。
自下而上发育的L1、L2、L3（L2+L3又称K2）L4、L5石灰岩层位稳定，为良好标志层，底部以一层灰白色中细粒石英砂岩（K1）与下伏本溪组地层呈整合接触。
（5）二叠系下统山西组（P1s）
本组在井田南部沟谷有小面积出露，为井田主要含煤地层之一，与下伏太原组呈连续沉积，地层厚度50.50～72.46m，平均62.24m。
岩性主要由灰—深灰色砂岩、砂质泥岩、泥岩及6层煤层组成，其中4号煤层为井田内稳定全区可采煤层，5号煤层为井田内稳定大部可采煤层，其余均为不稳定不可采煤层，底部分界砂岩（K3）在井田范围内不稳定，有时相变为泥岩。
（6）二叠系下统下石盒子组（P1x）
在井田南部沟谷有小面积出露，连续沉积于山西组之上，岩性主要为灰—灰绿色砂岩间灰—深灰色粉砂岩、泥岩、砂质泥岩，下部偶夹1层煤线，顶部有一层浅灰、紫红斑杂色铝质泥岩，俗称"桃花泥岩"，为良好辅助标志层，底部以一层灰绿色中粒砂岩（K4）及粉砂岩与山西组分界，本组厚度82.77～109.90m，平均105.80m。
（7）二叠系上统上石盒子组（P2s）
在井田西南部沟谷有出露，与下石盒子组呈连续沉积，全组厚度410m左右，井田内仅残留下部层段，岩性为灰白—黄绿色砂岩间夹紫红色、黄绿色砂岩及砂质泥岩，含植物化石。
井田内残留厚度120m左右。
（8）第四系中上更新统（Q2+3）
与下伏地层呈角度不整合接触，井田内广泛分布，上部为第四系中上更新统黄土层，广泛覆盖于梁、垣及半坡和洼地，其上段岩性为淡黄色砂质粘土，具大孔隙垂直节理发育，沟谷两侧多呈陡坎及陡壁，下部为浅红，红黄色砂质粘土、较致密，含有钙质结核，厚度0～120.00m，平均85.00m。
二、构造
井田位于河东煤田中部离柳矿区内的三交—柳林单斜北部东缘。
受其影响，本井田总体呈一单斜构造，并伴有波状小褶曲。
走向为NE—SW向，倾向为NW向，倾角一般为2°—14°，仅井田中部局部达18°。
井田内未发现断层及陷落柱。
综上所述，井田构造属简单类。
第3章水文地质
第一节矿井水文地质
一、地表水
井田内无常年性河流，仅在西部及南部边缘较大沟谷有溪流，其余各沟谷平时均干涸无水，只有雨季时，才汇集洪水，辗转向西流入湫水河，然后向西南汇入黄河，地表水属黄河流域湫水河水系。
二、井田内主要含水层
（一）奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层组
奥陶系地层在井田内全部被覆盖，其峰峰组和上马家沟组石灰岩总厚232m左右，为井田主要含水层，据新民焦煤供水井（（X=4166163.11，Y＝19492206.09，H=900.01）），单井出水量2880m3/d，水位标高为801.81m，水质类型为HCO3·SO4-Ca·Mg型。
另据本次补2号钻孔水文资料，水位标高801.49m，单位涌水量只有0.0853L/s·m，渗透系数0.03729m/d，富水性弱。
水质类型为HCO3·ClSO4-Ca·（K+Na）型。
根据井田内水井资料，结合区域水文资料，水力坡度按千分之一推算，推测本井田内奥灰水标高为801.80——802.80m左右。
（二）石炭系太原组石灰岩岩溶裂隙含水层组
该含水层组主要为L5、L4、L3、L2、L1五层石灰岩，平均总厚度24.63m左右，石灰岩溶裂隙较发育。
据本次补2号钻孔水文资料，水位标高807.45m，单位涌水量只有0.0123L/s·m，渗透系数0.01728m/d，富水性弱。
水质类型为Cl·HCO3-Ca型。
（三）二叠系山西组、石盒子组砂岩裂隙含水组
在井田西南部及南部沟谷中有出露，含水层岩性为中、粗粒砂岩，有少量砾岩。
据本次补2号钻孔水文资料，水位标高853.71m，单位涌水量只有0.01365L/s·m，渗透系数0.00450m/d，富水性弱。
水质类型为Cl–（K+Na）型。
（四）第四系孔隙含水层组
第四系中、上更新统广泛分布于井田梁峁之处，其含水层连续性差，补给条件也不好，基本不含水。
三、地下水的补、径、排条件
本井田属区域岩溶水的径流区，岩溶水由北向南排向柳林泉。
二叠系含水层在裸露区接受大气降水补给和季节性河流补给后，顺岩层倾向径流，在沟谷中出露时以侵蚀下降泉的形式排泄，下部含水层中地下水则一直沿岩层倾向径流，部分则以矿坑排水的方式排泄。
四、井田主要隔水层
（一）山西组隔水层
山西组5号煤层下有一稳定连续的泥岩地层，包括K3之下的钙质泥岩。
由于山西组含水层富水性弱，且井田及外围未发现断层等构造存在，因此可将该泥岩地层视作山西组煤层与太原组灰岩含水层间较好的隔水层。
（二）本溪组隔水层
井田内本溪组地层平均29m，是一套以泥岩、砂质泥岩、粘土岩、铁铝岩为主，夹少量灰岩和砂岩的地层，再加9号煤下以泥岩、砂质泥岩为主的无煤段，总厚度达47.00m左右，区域上连续稳定，是9号煤与奥陶系灰岩含水层之间较好的隔水层。
第2节矿井充水条件及涌水量
根据井田水文地质条件和该矿目前涌水情况综合分析，矿井充水因素主要有两个方面：
（一）充水水源
（二）充水通道。
（一）充水水源
1．大气降水
井田东南部由于各煤层埋藏较浅，因此大气降水是矿坑水的来源之一，即降水通过基岩裂隙及松散沉积物孔隙渗入井下，在岩石裂隙相互沟通的情况下进入巷道，由于降水量的季节变化，矿井涌水量具有明显的动态变化特征。
2．地表水
井田内无常年性河流，仅在西部及南部较大沟谷有溪流，其余各沟谷平时均干涸无水，雨季水量较大，且4号煤层露头位于井田东南部沟谷中，水量大时会通过煤层露头、基岩风化裂隙渗入井下，因此，将来开采靠近沟谷附近的区段时，一定要留设防隔水煤柱，防止水害事故的发生。
据调查，兼并重组后的山西离柳鑫瑞煤业有限公司中的井口均位于沟谷中，山西新民二矿煤焦有限公司井口标高最低为主立井，标高为840.00m，而附近历年来最高洪水位标高为835m；因此井口标高高于历年来最高洪水位标高。
3．顶板、底板、巷道和井筒水
4、号煤层的直接充水含水层是山西组砂岩裂隙含水层，据本次补2号钻孔水文资料，单位涌水量只有0.01365L/s·m，富水性弱。
目前山西离柳鑫瑞煤业有限公司生产矿井开采4号煤层，井下正常涌水量200m3/d，最大涌水量250m3/d。
主要为顶板、底板、巷道水，局部地段偶有水量增大的现象。
另外，该矿在井筒（副立井）施工至标高623m处时曾出现大量井筒涌水现象。
据调查，分析原因为：
可能是施工在8号煤层下太原组灰岩岩溶处，该处岩溶裂隙水较为发育，致使井筒大量涌水。
该矿在副立井井底设有主排水泵房，沿副立井敷设排水管路两趟，排水管选用φ108mm钢管，采用主、副水仓及采区水仓布置形式，主水仓容量320m3，副水仓容量200m3，西采区水仓容量200m3。
主排水泵房安装MD85-45×5型水泵三台，一台工作，一台检修，一台备用。
电机功率90kW，额定扬程225m，额定流量85m3/h；西采区水仓安装IS100-65-250型清水离心泵两台，一台工作，一台备用，电机功率37kW，排水管路两趟，排水管选用φ75mm钢管。
所排之水主要为巷道水、顶底板裂隙水，该排水系统可以满足矿井排水需要。
（二）充水通道
导水裂隙带水
现根据《三下采煤规程》导水裂隙带公式计算4、5、8、9号煤层开采所产生的导水裂隙带高度:
公式一：
Hli=
100∑M
+5.6
1.6∑M+3.6
冒落带最大高度：
Hm=
100∑M
+2.2
4.7∑M+19
式中:
Hm——冒落带高度（m）；
Hli——导水裂隙带高度（m）；
M——累计采厚（m）。
4号煤层最大厚度1.90m，计算后导水裂隙带为23.01～34.21m，冒落带高度4.60～9.00m。
公式二：
Hli=20
+10
式中:
Hli——导水裂隙带高度（m）；
M——累计采厚（m）。
4号煤层最大厚度1.90m，计算后导水裂隙带为37.57m。
由上述计算结果可知：
井田内4号煤层上距地表平均约230m左右（井田内钻孔资料显示）,导水裂隙带高度小于4号煤层距地表的距离，故地表水不会通过导水裂隙带导入4号煤层；
虽然通过理论计算，地表水不会通过导水裂隙带导入4号煤层，但在井田煤层露头附近导水裂隙带高度大于4号煤层距地表的距离，地表水会通过导水裂隙带导入井下，故地表水在煤层露头附近对4号煤层开采有影响。
第3节矿井突水系数计算
如前所述，本井田矿井充水因素主要为大气降水、地表水、顶板、底板、巷道、井筒水、小窑、采（古）空区积水及导水裂隙带水，同时含水层富水性受季节性影响较大。
所以矿井在开采过程中要加强雨季防治水管理并高度重视小窑、采（古）空区积水的探放水工作，确保矿井安全生产。
井田内4号煤层小窑、采（古）空区内存在约64549m3的积水；且4号煤层分布有较大面积的采空区，上部含水层水可能沿顶板塌陷裂隙长期下渗，使采空区内积水增大，故在邻近小窑及采（古）空区开采时，须对其积水情况进行必要的探测，并留足隔离煤柱，以防其积水涌入巷道造成水害。
关于奥灰水，本井田内奥灰水水位标高最高为802.80m，4号煤层最低底板标高分别为620m，均存在带压开采问题。
现计算奥灰岩溶水对井田内4号煤层奥灰突水系数。
依据2009年9月21日由国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局颁发的《煤矿防治水规定》中突水系数公式Ts=P/M
式中：
Ts－突水系数MPa/m；
P－底板隔水层隔水层承受的水压,MPa/m；
M－底板隔水层厚度m；
4号煤层突水系数：
Ts=（802.80-620+120.23）×9.8×10-3/120.23=0.0247MPa/m
井田内各煤层突水系数均小于正常块段内临界突水系数0.10MPa/m，4号煤层均小于构造破坏临界突水系数0.06MPa/m，故奥灰水对4号煤层开采影响不大。
第四章矿井水害分析及防治
矿井水害主要分为地面和井下两种，我矿将从这两方面进行防治。
第一节地面水害分析
我矿地面的水害类型主要有如下几种：
一、地表渗水；
二、地表沉陷区积水；
三、井口灌水；
四、危险区的隐蔽古井筒或隐蔽的岩溶陷落；
五、滑坡泥石流。
第二节地面水害防治
一、地表渗水的防治措施
1、井田内无常年性河流，仅在西部及南部较大沟谷有溪流，其余各沟谷平时均干涸无水，只有雨季时，才汇集洪水，辗转向西流入湫水河，然后向西南汇入黄河，为了提前搞清楚地表水的变化，我矿计划逐步建立地表水观测站和观测点，对地表水进行观测。
⑴观测的内容有：
水位（包括洪水位）、水位、流速、积水范围、水质、结冰厚度、含砂量、渗漏量等内容。
⑵观测站的位置选择要符合以下要求：
①观测站要设在水流平稳，避开回流、死水及有显著比降的地段。
②应避开妨碍观测工作的地物、地貌、冰塞、冰坝及工业生产中排泄废水、污水的地点。
③观测站应选在水流比较平稳，河底比较平坦的地段。
根据以上要求，我矿计划在风井向西400米处建立一处观测站，对该地段进行观测。
另外我矿计划在此段河的各个季节性积水点建立观测点，对这几个积水点进行观测。
观测站和观测点要随着实际情况逐步增加。
⑶测量方法和要求
①对于主要测流断面的位置，应用全仪器法测定。
测流断面两岸所设置的固定标桩及水尺的水准量，精度不得低于等外水准点的要求。
②对于流量测定的方法，要根据流量大小、水深、水位涨落等情况选择。
在水深小于0.16米的河流，采用流速仪法。
在流速仪法测量困难的地段，采用浮标法进行测量。
③采用流速仪测量时，测速垂线数和垂线上流速测点的布置可参照下表。
流速仪测速垂线数
水面宽m
＜5
20
50
100
300
测速垂线数
5
8
10
15
20
流速测点分布表
水深或有效水深
垂线上的测点数量
悬杆悬吊
悬索悬吊
畅流期
冰期
＞1.0
＞3.0
5点
6点
0.6~1.0
2.0~3.0
3点
3点
0.4~0.6
1.5~2.0
2点
2点
0.2~0.4
0.8~1.5
1点
1点
0.16~0.2
0.6~0.8
1点
1点
④地表积水和塌陷积水区的观测,应选择易观测的地方设立固定标桩和水尺，测量水深、积水范围、积水时间，并计算积水量。
⑤对于地表渗水地段，应着重在雨季观测。
并记录其范围，估计渗漏量。
渗漏严重的地段，应在汇水范围内分段观测其漏失量。
⑥观测站的水样按季进行，每年至少两次。
地下水化学成分不稳定时，应增加采样次数。
⑷现阶段对于地表水的观测，因有部分设备还未购置，观测工作将在几年内逐步开展。
2、地表渗水的防治
⑴每年要根据煤层开采的上三带理论和导水冒落裂隙带发育高度规律以用开采盆地岩移塌陷规律，确定采动盆地裂隙范围内的含隔水层的破坏情况，分析地表水在大气降水的入渗补给条件和范围，结合井上下的实际观测资料，进行地表防治水的具体工程。
⑵掌握和圈定矿井历史最高洪水位的洪水淹及范围，并做好雨季和雪季的三防工作。
在每年的雨季和雪季到来之前，要制定专项的三防措施并成立三防领导小组，将矿区进行责任划分，并指定专项的责任人。
⑶每年要根据实际情况在井田内修筑排洪渠、河坝和加固沟渠、河坝。
要由专人定期对河流、沟渠进行观测，当发现有底部漏水现象
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