凤凰山煤矿探放水设计.docx
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凤凰山煤矿探放水设计
探放水设计
织金县凤凰山煤矿
2010-3-3
目录
一、凤凰山煤矿简介
二、水文地质情况
三、矿井正常涌水量及最大涌水量
四、地表水体
五、小窑及老空积水
六、水患类型及威胁程度
七、水文地质控制程度
八、探放水的必要性
九、矿井防治水措施
一十、防水安全煤（岩）柱留设种类
一十一、防水煤（岩）柱的留设原则
一十二、防水安全煤（岩）柱留设与计算结果
一十三、疏水降压措施
一、凤凰山煤矿简介
1、交通、气候、资源等情况
织金县凤凰山煤矿位于贵州省毕节地区织金县珠藏镇凤凰村；在织金煤矿区红梅井田5号勘探线以北，地理坐标为东经105度41分54秒，北纬26度34分17秒。
矿区往北至织金县城16公里，往南经熊家场乡、普定县至安顺市83公里，往西经少普乡至六枝特区94公里；织金到贵阳、毕节均有三级公路连接。
交通运输便利。
矿区属高原中低山地貌。
地形高差最大达400米，以构造剥蚀地形为主。
矿区内最高点凤凰山海拔高度为+1836.6米。
本区属高原型气候，冬夏及早晚温差较大，昼夜早晚温差达10度以上。
降水多集中在6-8月间。
年平均气温14.1摄氏度，极端气温33.5摄氏度，最低-6.9摄氏度，年极端降水量最大1881.8毫米（1960年7月19日）。
织金县凤凰山煤矿始建于20世纪80年代初期，当时属地方国营煤矿，由于多种原因破产倒闭。
2002年由政府部门牵头进行体制改革，改制后为私营独资企业，属乡镇煤矿。
2002年开始进行技术改造，2003年完成技改。
2006年，根据国家产业政策调整，织金县凤凰山煤矿与原织金县珠藏镇凤凰联营煤矿进行资源整合，保留织金县凤凰山煤矿。
整合后矿区走向长2.75公理，倾向宽1.5公理，矿区面积3.9546平方公里，矿井规模45万吨/年。
井田内含煤地层为二叠系龙潭组（P3l），含煤35层，其中可采及局部可采6层，截至2006年7月31日，探明的经济基础储量（111b）为2141.1万吨，全部为优质低灰高发热量无烟煤。
煤层厚度0.8m-2.2m，倾角平均７度；煤层层间距５－２５米；顶底板较稳定；断层密度约为10条/km2，目前只发现一条落差最大的断层为6米，其余断层落差一般0.3米-1.5米；煤尘无爆炸性，煤层无自燃发火倾向；2003年到2008年经有关部门鉴定后矿井均属高瓦斯矿井。
2、矿井现状
织金县凤凰山煤矿自被定为资源整合煤矿后，按照上级有关部门要求，于2006年起陆续开展整合工作，进入有关程序。
年产45万吨20年期的《采矿许可证》、《工商营业执照》、《开发利用方案》、《开采设计方案》、《安全专篇》、《地灾评估》、《环评》及其批文已全部完成。
《取水许可证》正在办理之中。
根据《开采方案设计》（整合）：
矿井分为二个采区，一采区开采上组煤16、17、23号煤层，二采区开采下煤组27、30、32号煤层；斜井开拓方式；分区通风；皮带（刮板运输机）运输；壁式采煤方法；爆破落煤；单体液压支柱支撑采面；全部垮落法管理采空区顶板。
整合技改工程已开工建设。
主斜井、副斜井已施工完毕，总运输下山、轨道下山正在施工中，地面工业场地、办公楼、库房等地面设施已完工，供电双回路已建成。
预计整合技改工程在2010年6月完成。
二、水文地质情况
１、矿井水文地质类型及变化规律
本矿井内龙潭组含水岩层以砂岩为主。
主要可采煤层的直接充水含水岩层为砂岩类，以裂隙含水为主的裂隙矿床。
矿区内龙潭组裸露，主采煤层普遍埋藏浅，风化带深度普遍达50米左右，地形又较平缓，补给面积大，尽管岩层富水性弱，但由于受大气降水的直接补给，并沿风化裂隙渗入矿井，可能成为矿井充水灾害性的主要水源。
各主要煤层，尤其是主采煤层的露头及其浅部的大部分地段均已开采过，这些采空部分，一般都有积水，当矿山开采形成采空区引发采空塌陷后，导致老窑积水发生突水，对煤矿开采有一定影响。
水文地质复杂程度属水文地质条件中等类型。
2、井田最低侵蚀基准面
南缘大坝河与骂垭河汇水处标高为+1420m，为井田最低侵蚀基准面。
3、断层、裂隙、陷落柱等构造的导水性
矿区内发现断层有5条，其中断距10～20米的只有F28断层，其它断层断距较小，走向延长不远，规律性不强。
对煤系有影响的断层只有F28断层，但影响较小，根据实际开采揭露情况表明，该断层导水性差。
二叠系上统龙潭组（P3l）为灰岩、砂岩夹煤层组合，岩芯中，灰岩的裂隙普遍发育，浅部以岩溶裂隙为主，深部以构造裂隙为主。
岩体中构造裂隙及岩溶裂隙发育，地下水赋存运移于构造裂隙及岩溶裂隙中。
矿区范围内未发现陷落柱。
4、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）第四系（Q）孔隙含水层：
为残坡积层及冲、洪积层，该岩组结构松散,透水性强,储养水能力弱。
在精查阶段，调查溪沟与河流测站共60个点，其中溪沟站51个，水源多为沼泽带水，流量最小者0.01升/秒，最大者4.21升/秒。
（2）上二叠统龙潭组（P3l）
龙潭组含水岩层以砂岩为主，主要可采煤层的直接充水含水岩层为砂岩类。
矿区内龙潭组裸露，主采煤层普遍埋藏浅，风化带深度普遍达50米左右，地形又较平缓，补给面积大，尽管岩层富水性弱，但由于受大气降水的直接补给，并沿风化裂隙渗入矿井，可能成为矿井充水灾害性的主要水源。
（3）二叠系上统峨眉山玄武岩组（P3β）:
为绿色、深绿色和黑色块状具有气孔结构的玄武岩、岩石坚硬致密，最大厚度150m，假整合于茅口组之上，分布于矿界外围。
其含水性弱，为隔水层。
（4）二叠系中统茅口组（P2m）：
出露于珠藏向斜轴部及马鞍山背斜东翼，为灰至深灰色薄至中层状石灰岩，中部及上部各夹一层石灰岩，上部及下部含有大量的燧石团块及条带，分布于矿界外围。
为强含水层。
根据4902钻孔资料显示，该含水层稳定水标高为+1358.18m。
茅口组含水层上距32号煤层70m左右，对矿区煤层开采影响几乎无影响。
5、灰岩含水层特性
二叠系中统茅口组（P2m）为强含水层，该含水层距32号煤层70m左右，对矿区煤层开采影响几乎无影响。
6、第四系含水层、隔水层特征、补给来源和地表水的联系
矿区内第四系为基岩风化碎石块和亚粘土、粘土的混合物，以残、坡积为主，沟谷中及河溪两侧等低洼处有洪积及冲积物堆积。
最厚30米，一般几米至10米左右。
在第四系松散堆积段中，时有泉水出露，多随降雨停止而断流，可见补给源为大气降水。
三、矿井正常涌水量及最大涌水量
凤凰山煤矿累计开采厚度较大，裂隙带已沟通地表，地层呈“V”形状，富积水，矿井涌水量在雨季将增大，且随开采面积的增大而增大。
矿井正常涌水量为69m3/h，预计矿井最大涌水量为207m3/h。
四、地表水体
矿区位于三岔河与六冲河分水岭地带，分水岭呈北东南西向跨越矿界范围，其北东为六冲河上游支流织金河之源头，其南西为三岔河支流、歹阳河上游之骂丫小溪，地表水系不发育，以季节性冲沟为主，泉水以分水岭北东箐脚泉为最大，流量3.0l/s。
五、小窑及老空积水
矿区内浅部老窑较多，目前已被炸封，其开采历史悠久，许多老窑开采深度不详，在地势低缓地段，老窑受第四系潜水和风化带潜水的补给，造成老窑的积水。
在掘进过程中，容易发生老窑透水、突水现象，应引起高度重视。
六、水患类型及威胁程度
1、水患类型
造成矿井水害的水源有大气降水、地表水、地下水和老空水。
其中地下水按其储水空隙特征又分为孔隙水、裂隙水和岩溶水等。
根据水源分类，矿井水害分为：
地表水水害、老空水水害、孔隙水水害、裂隙水水害和岩溶水水害等。
根据本矿井的具体实际，对其可能形成的水害类型分析如下：
（1）大气降水：
是主要的充水水源。
含煤地层裸露，直接接受大气降水补给，其直接充水强度和降水的强度及持续时间有着密切的联系。
（2）老窑水：
区内老窑分布广泛，且开采历史悠久，老窑采空冒落造成地表开裂、塌陷，导致地表水由裂隙渗入蓄积。
经调查，老窑大多有积水。
矿井浅部开采时，应预防老窑水涌入。
（3）矿井直接充水层：
含煤地层含、隔水层呈间互状，含水性弱，但具一定的承压性，开采时，如不做好排水准备将直接影响矿井生产和安全。
（4）河流及溪流：
井田范围内无大的河流，地表水系不发育，以季节性冲沟为主，泉水以分水岭北东箐脚泉为最大，流量3.0l/s。
由于第四系（Q）残坡积层及冲、洪积层岩组结构松散,透水性强,开采时应引起注意，防止溪流水沿裂隙渗入井下引起突水。
2、主要含水层富水性和突水点水量的预计
矿井含水层为龙潭组本身，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）和构造破碎带富水性弱，第四系松散覆盖物不连续且薄。
井田地下水以大气降水为主，对矿坑充水影响不大，其上部的含水层有隔水层相阻，只有在断层切割强烈时，才有可能造成强突水。
另外造成突水的一个因素是在浅部采掘时老窑积水，目前由于老窑积水范围及水量探明不清，故突水量无法预计，有待于进一步工作。
3、矿井充水因素分析
（1）大气降水影响第四系地层孔隙水的渗透及地下水的补充，枯季水小，雨季水则大，一般雨季在６月－９月间。
（2）老窑开采历史悠久，许多废旧老窑开采深度不详，老空区范围较大，开采煤层可能有渗水，有加大煤层涌水量或突水可能。
（3）井田断层导水性普遍较微弱，但随着采动破坏影响，不排除导水的可能性。
综上所述，矿井涌水量主要取决于大气降水及开采范围。
小窑积水和本矿自２００２年改制起所开采的老空区为直接充水因素。
七、水文地质控制程度
（1）矿井涌水量采用的数据有一定的局限性，在井巷掘进过程中，特别注意进行探防水，进一步地作好矿井水文地质调查，逐步校正矿井涌水量资料，并作好编录，以便确保矿井安全生产。
（2）矿井煤层露头浅部小窑分布广泛，开采历史悠久，采空区无法进入进行调查，从已发现的小窑井口看，大多数有积水，这些小窑可能会对矿井开采造成危害。
在下一步的工作中每都要开展小窑调查，查清小窑开采的深度、积水的范围、积水量和过水通道等，并在图纸上表示出来，便于有针对性地制定出切实有效的防范措施，以指导安全生产。
八、探放水的必要性
1、预防透水事故伤及人员。
根据毕节地区近年来发生的透水事故分析发现，凡透水造成人员伤亡的乡镇煤矿，均存在对水害威胁认识不深刻、治水措施落实不到位的通病。
由于煤矿工艺技术水平提高发展较慢，防治水经验不足，多数煤矿在煤层的浅部露头开采，水害威胁不明显，导致麻痹和盲目，当开采深度加大后，哪怕有较明显的透水预兆仍未引起重视，最终酿成人员伤亡事故。
2、减少煤矿企业财产损失。
当煤矿发生透水事故时，除了引起人员伤亡外，会水淹井巷，被迫停产，没有煤炭可卖，失去经济收入，电气设备浸水之后腐蚀报废造成财产损失。
九、矿井防治水措施
1、矿井主斜井、副斜井穿过煤层底板后总运输下山和轨道下山沿32号煤层底板岩层布置。
2、井底车场布置在32号煤层底板粉砂岩中，粉砂岩岩层裂隙相对不发育，富水性弱。
3、留设区段及井田边界隔离防水煤柱。
4、对可疑断层及因采动影响而可能导水的断层留设断层防水煤柱。
5、井下设排水泵房、水仓、水沟、排水管路等排水系统。
并保证足够的排水能力。
6、对巷道开拓及回采所可能遇到的断层提前进行探放水，查明断层的水文地质要素，据此经技术经济比较采取留设防水煤柱、注浆堵水或疏放水等措施。
7、对未封闭好的钻孔根据具体情况采取重封、留设防水煤柱、探放钻孔水等措施。
8、对于影响采掘的老窑水采取探放或避让的措施。
9、配备足够数量的探放水设备及注浆堵水设备。
10、主要巷道尽量布置在隔水层或弱含水层中。
11、对矿井采掘工程所影响到的各含水层、断层，必须作出水文地质评价，进行提前预报，以便采取相应的防治水措施。
12、进行钻孔抽水试验，掌握各含水层之间、断层与含水层之间的水力联系。
一十、防水安全煤（岩）柱留设种类
1、断层两侧防水煤（岩）柱；
2、煤层露头防水煤（岩）柱；
3、井田技术边界防水煤（岩）柱；
4、水平或采区留设防水煤（岩）柱；
5、封闭不良的钻孔防水煤（岩）柱；
6、地面水体、建筑物保护煤柱；
7、其它类型防水煤柱。
十一、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。
3、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。
4、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。
5、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。
6、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。
7、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。
8、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。
9、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。
10、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。
十二、防水安全煤（岩）柱留设与计算结果
1、断层防水煤（岩）柱的留设。
断层破坏了岩层的完整性，常常成为含水层间的联系通道。
断层的某一区段是否导水、导水性强弱等情况取决于断层两侧岩层的接触关系、含水层的水压以及采矿活动对断层的重复破坏作用。
2、含水或导水断层防隔水煤柱的留设。
煤层直接和富含水层、导水断层接触，顶底板无突水可能，即煤柱主要是顺层受压时，可参照下述公式计算煤柱宽度：
L=
式中：
L——顺层防水煤柱宽度（m）；
M——煤层厚度或采高（m）取最大采高M=2.6m；
KP——煤层的抗张强度KP取10MPa；
P——水头压力，P=50MPa；
K——安全系数，一般取1～2.5，本次设计取1.8。
则：
L=2.6×1.8×
=18.1m
根据上述计算，并结合实际情况，含水或导水断层两侧各留设30m防水煤柱。
3、当煤层位于含水层上方，断层又导水的情况下，防隔水煤柱的留设。
主要应考虑两个方向上的压力，一是煤层底部隔水层能否抗住下部含水层水的压力；二是断层水在顺煤层方向上的压力。
当考虑底部压力时，应使煤层底板到断层之间的最小距离（垂距），大于安全煤柱的高度（H安）的计算值，并不得小于20m。
计算公式为：
L=H安/sinα
式中：
α为断层倾角,（°）。
计算结果要求必须大于30m。
4、当断层不导水，防水煤柱的留设
应使（在垂直于断层走向的剖面上）含水层顶面与断层交点至煤层底板间的最小距离，大于安全煤柱的高度H安即可，但不得小于20m。
F28断层处于井田边界，该断层导水性差，经计算，该断层安全保护煤柱宽度应不小于30m。
5、井田边界煤（岩）柱的留设
井田边界煤（岩）柱的留设应根据煤层赋存条件，地质构造、静水压力、开采后上覆岩层移动角、导水裂隙带高度等因素确定。
边界煤柱可用下式计算冒落上限煤（岩）柱宽度LY和顺层边界煤柱宽度L，且LY不得小于20m。
LY＝
H－Hml
，m
10Ts
L＝L1+L2+Ly=
Hml
+
Hml
+
H－Hml
，m
tgδ1
tgδ2
10Ts
式中：
L1、L2—部分边界煤柱宽度（m）；
Hml—冒裂带高度（m）；
H—静水位高度（m）；
δ、δ1、δ2—岩移塌陷边与煤层交角；
T—突水系数。
根据地质报告并结合实际情况，井田边界煤柱16、17号煤柱按20m留设，23、27、30、32号煤层煤柱按30m留设。
6、导水钻孔防水煤柱的留设
贵州省煤田地质勘探公司一一三队对钻孔封闭采取不同层段采用不同材料和不同封孔方法进行封孔。
鉴于煤层密集，含煤段厚度不大的特点，在含煤地层采用1：
2：
1（灰、砂、水）的比例制成砂桨后用泥浆泵沿钻杆内送入孔内；非煤段即以黄泥全孔封闭，方法是将黄泥捻搓成泥球投入孔内，再以同孔径螺丝头捣实直至距孔口1.5m左右，孔口以素砼封闭并用钢管留设孔口标志。
考虑到地层的复杂性，仍应考虑导水钻孔防水煤柱的留设。
当导水钻孔的位置比较确切，由测量资料可以定位，当地面启封和井下探查处理都有困难时，按下述公式留设防水煤柱：
L=
式中：
L——顺层防水煤柱宽度（m）；
M——煤层厚度或采高（m）取最大采高M=2.6m；
KP——煤层的抗张强度KP取10MPa；
P——水头压力，P=50MPa；
K——安全系数，一般取1～2.5，本次设计取1.8。
则：
L=2.6×1.8×
=18.1m
再用下式计算结果进行校正：
L＝Hcosα+F=2.6cos2O+10=12.6m
计算结果取其大值为半径，以钻孔中心点为圆心，所得圆面积即为导水钻孔的防水煤柱。
根据上述计算，并结合实际情况，导水钻孔防水煤柱半径取30m防水煤柱。
为防止钻孔突水，掘进及回采面在距钻孔50m范围时，应打探放水钻孔进行放水，以消除钻孔突水危险。
7、河流（溪流）保护煤柱的留设
区内没有大的河流，地表水系不发育，以季节性冲沟为主,无需留设河流保护煤柱。
十三、疏水降压措施
疏水降压是指煤层顶板或煤层含水层的疏干，以及煤层顶底板含水层的降压，使顶底板含水层水压降低至采煤安全时的水压。
《矿井水文地质规程》第39条规定，煤层（组）顶板导水裂隙带范围内分布有富含水层，或煤层底板以下赋存岩溶、裂隙富含水层，而“底板安全隔水厚度”不足的矿井，必须进行疏干或降压开采。
同时第40条规定被松散富含水层所覆盖、埋藏浅的缓倾斜煤层，需要进行疏干开采时，应进行专门水文地质勘探或补充勘探，查明水文地质条件，并根据勘探成果选定疏干方法，制定疏干方案。
由于本矿浅部煤层老窑较多、采空范围较大，采空区及老窑积水情况不清除，矿井存在采空区及老窑形成的承压水的可能，矿井建设和生产中须采用疏水降压措施，同时在矿井生产期间加强水文地质工作，对具突水危险性区域，必须应及时进行探放水，以保证矿井生产安全。
疏水降压地点主要是在煤层开采时从采空巷道顶底板打疏放水孔放水降压。
疏水降压设备与井下探放水设备共用，不铺设专门管道，井下疏水通过水沟流入井底水仓中排出地面。
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