首山煤矿防治水安全设计.docx

首山煤矿防治水安全设计.docx

《首山煤矿防治水安全设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《首山煤矿防治水安全设计.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

首山煤矿防治水安全设计

第一节　矿井水文安全条件分析

一、矿井水文地质情况

（一）水文地质资料

1、矿井水文地质类型及变化规律

己16-17煤层顶板含水层富水差异性不大，单位涌水量0.00439l/s·m，水文地质条件简单。

己16-17煤层底板含水层富水差异性较大，根据构造和含水层富水性，结合瓦斯逸散带，将底板水文地质条件分为Ⅰ、Ⅱ两个区。

Ⅰ区：

位于白石山背斜轴两侧各约100m和沟李封断层东侧600～1300m范围内，小断层发育，己16-17煤层以底板岩溶裂隙进水为主，水文地质类型属岩溶类底板进水为主的中等偏简单类型，即三类、二亚类、Ⅱ型偏Ⅰ型。

Ⅱ区：

位于白石山背斜两翼，构造简单，断层不发育，己16-17煤层以顶板砂岩裂隙进水为主，水文地质类型属裂隙类简单型，即二类Ⅰ型。

戊9-10、丁5-6煤层水文地质类型属裂隙类简单型，即二类Ⅰ型。

2、断层等构造的导水性

井田主体构造为白石山背斜，主要断层为沟李封正断层和高沟逆断层。

受构造控制，井田不同构造部位水文地质特征有明显的差异。

白石山背斜轴部构造裂隙发育，瓦斯逸散，含水层的富水性普遍强于两翼，尤其是灰岩含水层，轴部富水性弱～中等，两翼弱～极弱。

沟李封正断层及其东侧落差＜30m的断层较为发育，断层沟通了己16-17煤层直接充水含水层和间接充水含水层的水力联系。

高沟逆断层断裂带本身富水性弱或不富水，但使两盘不同的含水层发生对接，并产生一定程度的水力联系。

白石山背斜轴部及沟李封断层附近富水性较好，与两翼水文地质条件形成一定差异。

高沟逆断层沟通了顶、底板水力联系，沟李封正断层使两盘发生水力联系。

3、主要含水层水位标高和单位涌水量等参数特性及隔水层分布

（1）己16-17煤层底板灰岩岩溶裂隙含水层：

一般由3～4层灰岩组成（L7～L10），厚度13.97～23.40m，平均17.48m。

埋深多在-600m以下，岩溶裂隙发育不均一，差异性较大，受地质构造条件的控制，在白石山背斜轴部两侧和断层发育地段，岩石破碎。

渗透率一般为0.000862～0.862m/d，静水位标高-230.86m。

富水性弱～极弱。

水质类型HCO3-Na。

L10灰岩顶界至己16-17煤层底板间距4.70～10.19m，平均6.37m，岩性以泥岩、砂质泥岩为主，其次为粉细砂岩，自然状态下为隔水层。

（2）己16-17煤层顶板砂岩孔隙裂隙承压含水层：

由2～4层细～中粗粒砂岩组成，厚15.19～49.72m，平均32.29m。

白石山背斜轴部及断层发育地段，岩石破碎。

渗透系数0.001785m/d，水位标高-235.04m。

富水性弱～极弱。

水质类型为HCO3-Na。

含水层顶界上距戊9-10煤层底板一般140～150m，岩性以砂质泥岩为主，夹细～粗粒砂岩和薄煤层，为己16-17、戊9-10煤层之间的隔水层。

（3）戊9-10煤层顶板砂岩裂隙含水层：

由1～4层细～中粒砂岩组成，局部粗粒砂岩，厚0～26.00m，平均10.66m。

白石山背斜轴附近和断层发育地段，岩石较其它地段稍破碎。

富水性弱～极弱。

含水层顶界上距丁5-6煤层底板30～40m，主要岩性为泥岩，砂质泥岩夹粉细砂岩，为戊9-10与丁5-6煤层之间的隔水层。

（4）丁5-6煤层顶板砂岩裂隙含水层：

由1～4层细～粗粒砂岩组成，厚1.30～25.42m，平均10.57m。

富水性弱～极弱。

含水层之上有厚度大于180m的隔水层，主要岩性为砂质泥岩，泥岩夹细～中粒砂岩。

（5）太原组下段灰岩岩溶裂隙含水层是己16-17煤层的间接充水含水层，由3～5层灰岩组成（L1～L4），厚12.34～23.40m，平均17.25m。

渗透系数0.00137～0.862m/d。

L4顶界上距L7底界11.25～26.38m，平均19.77m，之间主要岩性为泥岩，砂质泥岩及中细粒砂岩，夹1～2层薄层灰岩或泥灰岩，厚度稳定，为太原组上、下两段含水层之间的隔水层。

（6）寒武系崮山组白云质灰岩岩溶裂隙含水层是己16-17煤层又一间接充水含水层，主要岩性为白云质灰岩，白云岩夹薄层泥岩，砂质泥岩及粉砂岩，最大揭露厚度101.96m。

渗透系数0.4981m/d，水位标高-233.52m，水质类型为HCO3·SO4-Na。

上述两层间接充水含水层间有一层隔水层，岩性为铝土质泥岩，厚2～14.03m，一般4.07～7.65m，岩石比较破碎、节理、裂隙发育，隔水能力较差，两含水层之间存在着不同程度的水力联系。

（7）石千峰组平顶山砂岩孔隙裂隙含水层

井田中部白石山～尖山一带背斜轴附近有出露，最大厚度97.97m。

岩性为中～粗粒长石石英砂岩，裂隙十分发育。

受大气降水和第四系含水层的下渗补给。

单位涌水量0.157m3/h，渗透系数0.1852m/d，水位标高+119.30m。

水质类型HCO3·SO4-Na·Ca。

富水性中等。

正常情况下与采煤无关，可作为局部供水水源。

（8）刘家沟组砂岩孔隙裂隙含水层

井田南部李口向斜与北部灵武山向斜轴部附近有出露。

最大厚度143m，岩性以中粗粒石英砂岩为主，夹薄层砂质泥岩，底部含砾。

裂隙发育，受大气降水和第四系含水层的下渗补给，富水性中等，与采煤无关。

4、灰岩含水层特性

（1）己16-17煤层底板灰岩岩溶裂隙含水层：

埋深多在-600m以下，岩溶裂隙发育不均一，差异性较大，受地质构造条件的控制，在白石山背斜轴部两侧和断层发育地段，岩石破碎。

富水性弱～极弱。

水质类型HCO3-Na。

L10灰岩顶界至己16-17煤层底板间距4.70～10.19m，平均6.37m，岩性以泥岩、砂质泥岩为主，其次为粉细砂岩，自然状态下为隔水层。

（2）太原组下段灰岩岩溶裂隙含水层是己16-17煤层的间接充水含水层，渗透系数0.00137～0.862m/d。

L4顶界上距L7底界11.25～26.38m，平均19.77m，之间主要岩性为泥岩，砂质泥岩及中细粒砂岩，夹1～2层薄层灰岩或泥灰岩，厚度稳定，为太原组上、下两段含水层之间的隔水层。

（3）寒武系崮山组白云质灰岩岩溶裂隙含水层是己16-17煤层又一间接充水含水层，渗透系数0.4981m/d。

煤层顶、底板含水层是矿井的直接充水水源。

戊9-10、丁5-6煤层顶板含水层厚度小，富水性弱，在矿井涌水量中所占比例小，开采时易被疏干。

己16-17煤层顶、底板含水层是矿井直接充水的主要水源。

寒武系固山组和石炭系太原组下段灰岩含水层为主要补给水源。

通过断层带对己16-17煤层顶、底板含水层进行补给，或通过断层破碎带直接造成矿井充水或突水。

5、第四系含水层、隔水层特征、补给来源和与地表水的联系

第四系砂、砾石孔隙含水层分布于白石山～尖山东、西两侧的平原和沟谷中，最大厚度156m，有三个含水层。

（1）底部砾石含水层：

分布于井田西部，厚3.49～61.98m，平均30.76m。

属孔隙承压水，富水性弱。

（2）上部砾石含水层：

井田西部发育，厚8.20～25.99m。

渗透系数33.98m/d，水位标高+101.56m。

属孔隙承压水，富水性强。

（3）山前坡洪积砾石含水层：

分布于山坡脚处，范围小，最大厚度27.60m。

属孔隙潜水，富水性弱。

第四系含水层受大气降水补给，地下水流向北东，排泄于汝河。

含水层与采煤无关。

上部砾石含水层可作为局部供水水源。

（二）矿井正常涌水量及最大涌水量

根据《河南省平顶山煤田首山一井勘探（精查）地质报告》矿井正常涌水量为405.34m3/h；矿井最大涌水量为486.41m3/h。

（三）地表水体

首山一矿范围内只有一条季节性河流，发源于南、西部老马洞、李家门、马家门一带的沟谷中，由南向北流经新寨水库，在黄柳注入汝河。

汝河由北西向南东流经井田北部（约距3km），流域面积4357.35km2，年平均流量22.30m3/s，最大洪峰流量3000m3/s。

另外，井田内有潘庄、孙庄、雷洞、马洞沟等小型农用水库，均为季节性储水。

二、水患类型及威胁程度

（一）水患类型

本矿井水文地质类型为简单型和中等偏简单。

1、充水水源

（1）地下水

煤层顶、底板含水层是矿井的直接充水水源。

戊9-10、丁5-6煤层顶板含水层厚度小，富水性弱，在矿井涌水量中所占比例小，开采时易被疏干。

己16-17煤层顶、底板含水层是矿井直接充水的主要水源。

寒武系固山组和石炭系太原组下段灰岩含水层为主要补给水源。

通过断层带对己16-17煤层顶、底板含水层进行补给，或通过断层破碎带直接造成矿井充水或突水。

（2）大气降水

大气降水是地下水的补给来源，也是矿井充水的补给来源。

（3）地表水

井田内的小型季节性储水水库与开采煤层之间有巨厚的隔水层，加上水库及其附近断裂构造不发育，因此，水库对矿井充水可能性较小。

2、充水通道

矿井充水通道有底板灰岩岩溶裂隙、顶板砂岩裂隙、断层带。

（二）主要含水层富水性和突水点水量预计

主要含水层富水性前面已做说明。

本矿突水方面的资料较少。

井田沟李封断层东侧1000m范围内小断层发育，小断层可能造成矿井突水，生产中应予以注意。

另外，地质勘探过程中，部分无封孔资料和事故钻孔可能造成矿井突水，矿井生产时，接近这些钻孔时，应采取相应的预防措施。

三、矿井水文安全条件评价

（一）对水文地质基础资料来源及可靠性评价

本设计的水文地质基础资料来源主要为地质报告和矿区邻近矿井多年的观测资料及所做的有关水文地质勘探研究工作。

矿井涌水量等基础资料，经与邻近矿井计算比对，结果较为准确。

水文地质基础资料来源比较可靠，可以作为矿井设计的依据。

（二）水文地质勘探程度及存在问题

1、本矿井虽然水文地质类型为简单型和中等偏简单，但由于勘探时水文地质工程量投入较小，因此，在建井和生产过程中必须加强水文地质工作，积累资料，防止水灾发生。

但其勘探程度基本能满足设计要求。

2、精查以前施工的20个钻孔，封孔材料及方法无资料记载，本次勘探亦未作启封检查。

另精查施工的4916孔，4719孔因发生孔内事故，在丁、戊、己煤层中遗留有部分钻具，相应层段没有封闭，望生产部门对此予以注意。

3、井田沟李封断层东侧1000m范围内小煤层发育，小断层可能造成矿井突水，生产中应予以注意。

第二节矿井防治水措施

一、矿井开拓、开采所采取的安全保证措施

针对本矿井开拓、开采时的主要水患威胁，设计以加强前兆观察、提前探放水为主，坚持“有疑必探，先探后掘，先治理，后生产”的原则，在采掘工作之前，必须按照矿井水文地质规程，采用钻探、物探等方法查清水文地质条件。

开拓、开采巷道布置在承压水的安全厚度范围之内，并远离含水层。

矿井建设和生产时的采掘工作，应有专门的防水作业规程，并制定发生水灾时应采取的治水措施和避灾路线。

在接近地质钻孔时，应予以采取相应的探测和预防措施。

二、防水安全煤（岩）柱留设

设计针对本矿的具体条件对需要留设的各类煤（岩）柱都按有关规定进行计算后，在开拓平剖面图、采区图中标明。

1、导水断层煤柱

采用《矿井水文地质规程》中导水断层防隔水煤柱留设公式，计算导水断层煤柱。

L=0.5KM（m）

式中：

K——安全系数，取2；

M——煤层厚度或采高，戊9-10煤取2.97m，己16-17煤取6.40m；

P——水头压力，戊9-10煤最大值为96.9kgf/cm2，己16-17煤最大值为111.9kgf/cm2；

Kp——煤的抗张强度，根据坚固性系数（戊9-10煤为0.22，己16-17煤为0.16）估算为戊9-10煤2.2kgf/cm2，己16-17煤1.6kgf/cm2。

经计算戊9-10煤L=34m，己16-17煤L=93m。

根据以上计算，设计暂定导水断层两侧煤柱为戊9-10煤50m，己组煤100m。

矿井生产时要进一步收集水头压力及煤的抗张强度值，并根据实际开采标高及断层延展长度，及时调整煤柱宽度，确保安全生产。

2、其它断层煤柱

设计其它断层上、下盘各留设50m煤柱。