煤矿防治水中长期计划.docx

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煤矿防治水中长期计划

贵州***煤业有限责任公司

防治水中长期规划

编制：

薛贤波

审查：

批准：

编制日期：

2013年4月1日

编制单位：

贵州***煤业有限责任公司技术部

2013年防治水中长期规划综合会审意见

会审意见：

会审人员签字：

姓名

职务

签名

***

工程师

***

生产矿长

***

安全矿长

***

机电矿长

***

矿长

***

总工程师

会审时间：

2013年月日时

目录

前言-3-

第一章井田概况及开发现状-3-

第一节井田地理概况-3-

第二节井田开发现状-4-

第二章矿井水文地质的基本情况-4-

第一节矿井水文地质概况-4-

第二节井下排水设施-10-

第三章矿井充水因素分析-20-

第四章矿井主要水害及治理方案-22-

第一节矿井发生突水的原因分析-22-

第二节对矿井防治水难易程度的评价-24-

第三节矿井防治水的整体规划-25-

第四节井下水害治理方案-28-

第五章实施计划及预期效果-31-

第一节项目实施计划-31-

第二节项目实施后的预期效果-32-

前言

矿井水灾是煤矿常见的一种灾害。

随着煤矿企业重组整合工作进一步深入，矿井水害成为继瓦斯事故后影响煤矿安全生产的另一主要灾害。

为了贯彻落实好《煤矿安全规程》、《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》、国家煤监局出台的《煤矿防治水规定》，杜绝水害事故的发生，保障从业人员生命及财产的安全，特结合我矿的水文地质情况，坚持“预防为主，防治结合”的方针，按照当前与长远、局部与整体、地面与井下、防治与利用相结合的原则，根据不同的水文地质条件，制定“探、防、堵、疏、截、排”等相应的措施。

因此编制地质防治水中长期规划是非常必要的。

同时要在整体规划的基础上，根据轻重缓急，抓好防治水工作，要严格检查，堵塞漏洞，防患于未然，确保整个防治水工作按计划有条不紊地进行，使防治水规划落到实处，水害得到有效防治。

第一章井田概况及开发现状

第一节井田地理概况

一、地理位置

贵州***煤业有限责任公司煤矿位于六枝中寨乡辖区内，矿井内目前以公路为主，矿井距中寨乡1.7km，距六枝县城70km，距水黄公路2.7km，有乡村公路相通，交通较为方便。

二、地形地貌

***煤矿地处贵州高原乌蒙山脉、大娄山脉、苗岭山脉之间的三角地带。

区内山峦起伏、沟谷纵横，其地貌特征随地层岩性而异。

沿走向风化剥蚀成东西向长岭山脊和槽谷相间排列，为坡面较缓的同向坡及反向坡。

煤系地层被剥蚀成不对称的槽谷。

南面三叠系地层飞仙关组第二、三、四段构成山脊，南面坡陡，北面坡缓。

该区属构造剥蚀中山区地貌。

四、河流水系

该区地表水属珠江流域，北盘江水系，矿井范围内仅有一小溪自南东向北西方向流入尾巴河，汇入北盘江。

溪沟常年有水，流量受季节影响。

五、气象

本区属亚热带气候。

但地处高原，气候温和。

最高气温37℃，最低气温-7℃，常年气温15℃～18℃之间。

雨量充沛，年平均降雨量1500mm左右。

雨量多集中在夏秋季节。

冬季多细雨白雾，间有短期霜冻，春季有暴雨，夹有冰雹。

第二节井田开发现状

***煤矿设计生产能力为30万t/a，按45万t/a建设，由原来的大树子煤矿、湾田煤矿、黄田煤矿3个煤矿整合而成，2010年9月取得了30万t/a采矿许可证。

于2012年8月份开工，截止现在，主斜井已经施工7m，副斜井已施工18m，回风立井已施工了15m，受矿井兼并重组因素影响，***煤矿有扩大生产能力的打算，目前回风立井按45万t/a生产规模设计，如果扩能扩界成功，回风立井目前的断面满足不了以后的生产需要，为了避免盲目投资，回风立井暂时处于停建状态。

***煤矿设计为斜井--立井综合开拓，矿井划分为一水平两个采区。

主、副井筒均布置在二叠系上统龙谭组二段岩石中，上距二叠系龙潭组三段底板垂直距离40m，距30号煤层底板60m。

下距二叠系上统龙潭组二段底板215m。

距茅口组顶板340m。

回风立井布置在距主斜井口位置480m。

距主斜井299°平行方位30m。

第二章矿井水文地质的基本情况

第一节矿井水文地质概况

1、地质报告

***煤矿于2010年2月委托六枝工矿（集团）恒达勘察设计有限公司编制了《贵州***煤矿煤业有限责任公司煤矿（整合）资源储量核实报告》，经贵州省国土资源厅黔国土资储备字[2011]73号文批准矿产资源储量评审备案证明。

确定矿井水文地质条件为中等。

矿井正常涌水量为15m3/h，最大涌水量为37.415m3/h。

2012年12月贵州创新矿冶工程开发有限责任公司编制的《贵州***煤业有限责任公司煤矿矿井水文地质调查报告）,矿井正常涌水量为388.75m3/d（16.2m3/h），最大涌水量897.2m3/d（37.4m3/h）。

2012年12月徐州大屯工程咨询有限公司编制了《贵州***煤业有限责任公司煤矿水文地质补勘报告（水患物探）》报告，与储量核实报告一样确定该矿井水文地质条件为中等。

正常涌水量为16.2m3/h，最大涌水量为37.4m3/h。

本设计按此报告的涌水量为设计依据。

2、主要含（隔）水层类型

矿井内岩层的富水性与岩性、构造、裂隙的发育程度密切相关。

矿区及其外围附近出露的地层由新至老分别为第四系（Q）、下三叠统永宁镇组（T1yn）、下三叠统飞仙关组（T1f）、上二叠统的大隆～长兴组（P3c+d）、上二叠统龙潭组（P3l）、上二叠统峨嵋山玄武岩组（P3β）、下二叠统茅口组（P2m）。

岩层富水性受地形地貌、地质构造、岩性等因素控制，其中岩性对地下水的赋存起着主导作用。

如钻孔在以柔、塑性为主的龙潭煤组中钻进时几乎不发生漏水；而在坚硬岩为主的夜郎组时常见漏水现象。

各地层富水性如下：

1）第四系（Q）：

残积、坡积、洪积物组成，厚0～10m，分布于缓坡、冲沟、河谷地段,孔隙度大,透水性强，成分为砂、砾石、砂粘土、碎石土等。

调查泉点19个，流量0.014～0.635L/s。

出露形式为孔隙水，流量随季节变化明显，大多在旱季干涸。

水质类型为：

HCO3.SO4～Ca.·Mg型。

永宁镇组第一段（T1yn1）碳酸盐岩含水层；岩性为石灰岩，下部为泥灰岩。

该段岩层多沿分水岭脊展布。

含水性较强。

厚158～194m。

飞仙关组第五段（T1f5）碎屑岩相对隔水层；岩性为粉砂岩或钙质粉砂岩，上部为紫色泥岩,含水性弱。

厚83～125m。

飞仙关组第四段（T1f4）碳酸盐岩夹碎屑岩含水层；岩性为石灰岩，中夹薄层细砂岩，厚54～77m。

飞仙关组第三段（T1f3）碎屑岩夹碳酸盐岩相对隔水层；岩性为粉砂岩或钙质粉砂岩，夹1～3层石灰岩或泥灰岩，含水性弱。

厚156～198m。

飞仙关组第二段（T1f2）碳酸盐岩夹碎屑岩含水层；岩性为厚层状石灰岩，夹1～2层细砂岩或粉砂岩。

岩溶较发育。

调查泉1个，流量为0.18L/s。

水质类型为HCO3-Ca.Mg型水。

含水性强。

厚45～86m。

飞仙关组第一段（T1f1）碎屑岩相对隔水层岩性为上部细砂岩或泥岩，中上部为钙质粉砂岩，底部为泥岩或粉砂岩，含水性弱，厚150～190m。

2）二叠系（P）

（1）上二叠统大隆——长兴——龙潭组（P3lc+d）碎屑岩夹碳酸盐岩及煤层，为弱含水层。

岩性为砂岩、粉砂岩、泥岩夹灰岩及煤层。

碎屑岩含水性均很微弱。

但所夹灰岩含水性较好，厚470～520m。

（2）上二叠统峨眉山玄武岩组（P3β）隔水层。

岩性灰绿色、绿色玄武岩,顶部为凝灰岩。

浅部风化裂隙较发育，含微弱裂隙水，流量亦微弱。

深部裂隙不发育，为良好的隔水层。

厚325～345m。

（3）下二叠统茅口组（P2m）碳酸盐岩含水层

分布于矿区以西，岩性为厚层灰岩，岩溶发育，常吸收地表水潜入地下，地下水丰富。

水质类型为HCO3-Ca.Mg.K.Na型水。

出露不全，厚度不详。

3．断层水文地质特征

矿井内断层切割龙潭组、长兴组，由于碎屑岩以塑性岩石为主，挤压变形后破碎带胶结程度较好，断层破碎带在地表也无大泉点出露，矿区内断层含水性、导水性弱，对矿井充水影响小。

4．小煤矿、老窑水文地质特征

（1）由原黄田煤矿、大树子煤矿、湾田煤矿整合后的***煤矿。

根据六枝工矿（集团）恒达勘察设计有限公司（2010年9月）提供的《贵州***煤业有限责任公司煤矿（整合）资源量核实报告》（生产规模：

30万吨/年）：

“通过对***煤矿范围内地表和井下的调查，矿井内无大的河流、池塘、水库等地表水体。

矿井内小煤矿存在着一定的积水，是浅部矿井开采的重要充水因素，在黄田煤矿、湾田煤矿、大树子煤矿关闭后，形成了大面积的采空区积水，采空区积水易渗入矿井而成为矿井直接充水水源。

主、副井井筒内接近地表区域主要为顶板淋水、滴水；底板及两帮渗水，雨量随季节变化较大。

***煤矿矿床属于以基岩裂隙及老空区充水为主、水文地质条件为中等的煤矿床，但在矿井与地面裂缝勾通地段、局部塌陷地带，老空区与生产巷道勾通地段水文地质条件较复杂。

”

（2）小窑

六枝工矿（集团）恒达勘察设计有限公司（2010年9月）提供的《贵州***煤业有限责任公司煤矿（整合）资源量核实报告》（生产规模：

30万吨/年）。

贵州创新矿冶工程开发有限责任公司（2012年12月）提供的《贵州***煤业有限责任公司煤矿矿井水文地质调查报告）:

“经实地调查，矿区内已无小窑，只有整合前黄田煤矿、湾田煤矿、大树子煤矿关闭后，形成的大面积采空区积水，采空区积水易渗入矿井而成为矿井直接充水水源。

”

编

号

采空区

名称

开采

煤层

井口涌水量

（m3/h）

预计积水量

（m3）

开采范围（m2）

预计走向长度（m）

最低积水标高（m）

1#

湾田煤矿

7#

1.0

9000m³

500

+1390

2#

黄田煤矿

18#

0.8

12000m³

340

+1355

3#

大树子煤矿

6#

0.1

18000m³

1200

+1375

***矿区范围内采空区调查统计表

5．地下水、地表水动态变化

本次储量核实对1个飞仙关组泉点、1个小煤矿涌水量点进行每隔10天一次的地下水动态观测，地下水动态与当地大气降水变化基本一致。

此外，从地下水类型来看，小煤矿涌水量及飞仙关组深部基岩出露泉点流量动态较稳定，第四系、龙潭组浅部风氧化带出露泉点流量动态为变化极大，极不稳定，出水量变化很明显。

6、含水层补给条件

综上所述，永宁镇组（T1yn′）第一段含水性较强，对煤系地层龙潭组（P3lc+d）从表面看会产生补给条件，但受飞仙关组第五段（T1f5）、第三段（T1f3）、第一段（T1f1）隔岩层阻割，故永宁镇组（T1yn′）对煤系地层龙潭组.从矿井地层的富、隔水性可知，（P3lc+d）补给条件较弱，加之井田内断层含水性、导水性弱，对矿井补给条件较弱，对矿井开采影响不大。

本井田内含水层为下二叠统矛口组（P2m）属碳酸盐岩富含水层，距上二统峨眉山玄武岩组（P3B）隔水层顶板325m～345m，对煤系地层龙潭组无任何补给条件。

7、结论

本设计根据2010年7月六枝工矿（集团）恒达勘察设计有限公司编制的《贵州***煤业有限公司煤矿》（整合）资源储量核实报告》和2012年12月徐州大屯工程咨询有限公司编制的《贵州***煤业有限公司煤矿水文地质补勘报告（水患物探）》。

确定该矿含水层补给条件、水文地质条件为中等，本设计按水文地质条件中等设计。

8、直接充水因素

矿井主要含水层为T1f2、T1f4、T1yn、P2m岩溶含水层，其次为T1f1、T1f3、T1f5、P3C、P3β基岩裂隙含水层。

其煤系地层上覆含水层是否为主要充水层位及充水水源，可根据可采煤层顶板岩性，计算未来坑道冒落带、导水裂隙带高度来加以判断。

冒落带最大高度（Hc）选用下列公式计算：

Hc=4M；导水裂隙带最大高度（Ht）选用下列公式计算：

Ht=100M/（3.3n+3.8）+5.1。

式中:

M—可采煤层累计厚度（取1、2、3、4、6、7号煤层厚度平均值的和值为12.85m），n—可采煤层数（取6）。

经计算：

Hc=51.4m，Ht=70m。

1号煤层距P3c底平均4～15m,P3C厚68.2-92.5m，T1f1厚150～190m。

因此,最上部可采煤层1号煤层与上覆岩溶含水层T1f2至少间隔222.2m，即Hc+Ht=121.4＜222.2m。

煤系上覆岩溶含水层不是主要充水层及充水水源。

结合前述，矿井未来矿坑主要充水层为含煤地层本身。

9、间接充水因素

（1）大气降水：

大气降水为区内主要充水水源。

矿区内含煤地段部分裸露，直接接受大气降水补给，其充水强度与季节和降水强度、持续时间有密切关系，因此，未来矿井应加强雨季的疏排水工作。

（2）地表水

矿井内地表水系不发育，区内冲沟发育，冲沟呈树枝状或羽状，冲沟水属季节性水流，均汇入尾巴河，旱季大多干涸。

（3）间接充水含水层

为含煤地层上覆永宁镇组下段，飞仙关组第二、四段，下伏茅口组强含水层,以上强含水层与含煤地层间均有较厚的相对隔水层相隔。

10、充水途径

（1）天然充水途径

矿井内的长兴组、龙潭组含煤地层在接近地表附近，岩石风化节理、裂隙很发育，而深部则发育构造裂隙，它们成为地下水活动的良好通道。

（2）人工充水途径

由于采矿活动的影响，因其产生矿坑顶板冒落裂隙带将是矿坑充水的主要人工充水途径。

大气降水是地下水、地表水的主要补给来源。

本井田内矿体埋深大，降雨入渗率随深度增加而减小。

矿床上覆隔水层厚度较大，以褶曲为主，总体呈背斜斜构造。

本次开采标高为+650m，强含水层与含煤地层间均有较厚的相对隔水层相隔。

4、矿床水文地质类型及威胁程度

矿井地下水以大气降水补给为主，矿井充水主要来源于含煤地层本身的裂隙水，直接充水含水层（含煤地层）富水性弱；构造破碎带富水性弱、导水性差。

就地层本身对矿井产生重大的水害。

威胁程度较小，发生突水淹井的危险性不大。

由于本矿井属四个矿井（整合）一起的技改矿井，在建设生产中资料收集保存不完整，故造成原小煤窑水文地质不清。

在建设生产期间，必须严格执行“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的探放水原则，同时做到“有疑必停”，并留设足够的安全煤柱，防治透水事故的发生。

综上所述，矿井为顶板直接进水的裂隙水充水矿床，矿区水文地质条件属中等。

但本区长兴组及煤系下段的灰岩岩溶发育，岩溶管道水威胁较大，也应重视并加强防范。

11、矿井涌水量的确定

根据2010年7月六枝工矿（集团）恒达勘察设计有限公司编制的《贵州***煤业有限公司煤矿（整合）资源储量核实报告》和2012年12月徐州大屯工程咨询有限公司编制的《贵州***煤业有限公司煤矿水文地质补勘报告（水患物探）》分别确定矿井正常涌水量：

15m3/h（恒达）、16.23m3/h（大屯）；最大涌水量：

34.6m3/h（恒达）、37.4m3/h；本设计选用最晚的大屯二和咨询有限公司所确定的正常涌水量16.2m3/h和最大涌水量37.4m3/h作为编制依据。

12、矿井开拓工程位置及层位选择

根据矿井的开拓布署，主、副井筒均布置在二叠系上统龙谭组二段岩石中，上距二叠系龙潭组三段底板垂直距离40m，距30号煤层底板60m。

下距二叠系上统龙潭组二段底板215m。

距茅口组顶板336m。

回风立井布置在距主斜井口位置480m。

距主斜井299°平行方位30m。

回风立井底部距离二叠系上统龙潭组二段底板215m，距茅口组顶板336m，茅口组属本井田内最强岩溶承压含水层，但茅口组顶板距煤系地层底板近325～345m，矿该井田内煤层顶底部无强岩溶承压含水层。

第二节井下排水设施

一、主排水系统

因我矿主、副井均为斜井开拓，开拓中肯定会遇到一定涌水量的含水层，目前还在表土层掘进，未遇着涌水现象。

但生产中必须作好各种水患防范工作，保证矿井安全生产。

（1）设计依据

根据2012年12月贵州创新矿冶工程开发有限责任公司编制的《贵州***煤业有限责任公司煤矿矿井水文地质调查报告）,矿井正常涌水量为388.75m3/d（16.2m3/h），最大涌水量897.2m3/d（37.4m3/h）。

（1）井下排水系统设计

1）设计依据

①井口标高：

+1420m；

②水泵房标高：

+1000m；

③地面水处理站标高：

+1420m

④井底正常涌水量:

Qr=16.2m3/h；

⑤井底最大涌水量：

Qd=37.4m3/h；

⑥防尘洒水量：

Qf=6.5m3/h；

⑦消防用水量：

Qx=12m3/h；

⑧排水高度（垂高）：

Hh=420m；

⑨管路长度：

2×1000m。

（2）排水设备初选

1）水泵排水能力

①排水量

水泵正常排水能力需考虑正常涌水量和井下进行防尘洒水后产生的排水量；最大排水能力需考虑最大涌水量以及消防用水后产生的排水量。

正常排水能力：

Q1=

=

=27.24（m3/h）

最大排水能力：

Q2=

=

=59.28（m3/h）

②水泵扬程H1估算

考虑吸水高度Hx，水泵扬程为：

H1=K（Hh+Hx）=1.3×（420+5.5）=553.2m

式中：

K——扬程损失系数，竖井K=1.1，斜井K=1.2～1.35,倾角大时取小值；取K=1.3。

2）水泵初选

根据计算流量和扬程,并考虑后期有可能涌水量增大，选择MD45-50×12型多级耐磨泵,水泵流量Q=30~55m

/h,额定流量Q=46m

/h,额定扬程H=600m,转速n=2950r/min,效率63﹪,配防爆电动机型号：

YB2-280M-2N=132kW660V。

（3）排水管道

1）正常涌水时,排水管直经

（m）

选用无缝钢管内径dp=100mm

2）排水管壁厚计算

δ=0.5dp

=0.5

10

+0.2

=0.393（cm）

选壁厚δ=4.5mm。

二趟主排水管路选用无缝钢管D108×4，水泵吸水管选无缝钢管D133×5。

为了预防突发水情,另外可在泵房至地面敷设一趟D159×4.5无缝钢管作为备用管路。

图7-2-2排水设备运行特性曲线图

表7-2-2排水设备技术参数表

内容

单位

技术参数

新管

旧管

设计资料

正常涌水量

m3/h

16.2

最大涌水量

m3/h

34.6

排水垂高

m

420

排

水

设

备

水泵型号

MD45-50×12

水泵台数

台

3

电机型号

YB2280M-2型

电机参数

660V，132kW

排水管路

2-D114

5、1-D150

5.5

正

常

涌

水

期

工

况

水泵台数

台

1

1

排水管工作数

1

1

流量

m3/h

51.9

42.35

扬程

m

554.97

575.8

效率

%

65.9

64.7

吸程

m

3.91

3.91

轴功率

kW

73.03

67.03

日排水时间

h/d

6.94

8.5

最

大

涌

水

期

工

况

水泵台数

台

2

2

排水管工作数

2

2

流量

m3/h

51.9

42.35

扬程

m

554.97

575.8

效率

%

65.9

64.7

吸程

m

3.91

3.91

轴功率

kW

73.03

67.03

日排水时间

h/d

8×2

9.8×2

年电耗

万kW.h/a

28.168

31.238

（4）排水系统

排水管路采用两趟D108

4，无缝钢管沿副井井筒敷设,另设一趟D159

4.5无缝钢管沿副井井筒敷设做防水救灾备用管路。

详见排水系统示意图。

1）水管中实际水流速度计算

①排水管中实际水流速度

Vp=

=

=1.63（m/s）

②吸水管实际流速

Vx=

=

=1.042（m/s）

2）管路扬程损失计算

①排水管中扬程损失

H排=（φ1+φ2+z3φ3+z4φ4+φ5）

=（1+386.84+3×0.85+3×0.5+1×10）

=54.42（m）

式中：

φ1：

速度压力系数，取φ1=1

φ2：

直管阻力系数，取φ2=λ

L

=井筒斜长998m+泵房长10m+管子道长15m+井口长5m=1080m

φ3：

弯管阻力系数，查表得：

φ3=0.85

φ4：

闸阀阻力系数，查表得：

φ4=0.5

φ5：

逆止阀阻力系数，查表：

φ5=10

z3：

弯头数量，个，Z3=3

z4：

闸阀数量，个，Z4=3

②吸水管中吸程损失：

H吸=（φ’2+z’3φ’3+φ’4）

=（1.44+0.85×1+3×1）×

=0.293（m）

式中：

φ’2：

吸水管直管阻力系数，φ’2=0.0352×

φ’3：

吸水管弯管阻力系数，查表可得：

φ’3=0.85

φ’4：

滤网的阻力系数，查表可得：

φ’4=3

z’3：

吸水管弯管数量，个z’3=1

z’4：

无底阀滤水网，个z’4=1

③排水管中总扬程损失

H总损=H排+H吸=54.42+0.293=54.72（m）

（4）水泵允许吸水高度：

H吸=H样吸-（10-H大）-H吸损’-

+（0.24-H0）

=5.1-（10-9.008）-0.293-

+（0.24-0.09）=3.91（m）

3）水泵总扬程

管路未淤积时:

H泵总=Ha+Hs+Haf+Hsf=（1018+0.3）+3.91+54.72=1076.95（m）

管路淤积时:

H=1018+0.3+3.91+54.72

=1101.81（m）

其中：

Ha：

出水管口至水泵轴中心的垂直高度，m。

0.3m是水管出水口高于井口地面的高度。

Hs：

水泵实际吸水垂直高度，取HS=3.91m

Haf：

排水管沿程直管及局部阻力损失，m。

Hsf：

吸水管沿程直管及局部阻力损失,m

根据计算杨程在选择水泵时应比计算值大5%-8%,即

H=1082.62

1.05=1136.75（m）

通过计算，选用三台型号为：

MD45-50×12水泵，额定扬程H=600m，额定流量Q=46m3/h，转速n=2950转/分，配用电机型号：

YB2-280M-2功率N=132kW效率65%,最大吸程5.1m的主排水泵能满足《煤矿安全规程》及《煤矿设计规范》要求。

工作形式：

一台工作，一台备用，一台检修；二趟主排水管路，一趟工作，一趟备用。

最大涌水量时两台水泵、二趟管路工作,一台水泵备用.

4）水泵工况点确定

①新管管路阻力系数R新=

②旧管管路阻力系数R旧=

③新管水泵工况点的确定：

H=Ht+RQ2=Ht+0.002399×Q2

据H=1076.95

7+0.002399Q

在水泵特性曲线上作图见（图8-3-2），得新管工况点：

QM1=51.9m3/h，HM1=554.97m，η=65.9%

④旧管水泵工况点的确定：

H=Ht+RQ2=Ht+0.004078×Q2

据H=1101.81

+0.004078

在水泵特