防 治 水 设 计.docx
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防治水设计
防治水设计
一、矿井概况
山西灵石银源新安发煤业有限公司位于灵石县城北西方向的英武乡要桥村、彭家源一代，距县城15km。
2009年11月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】64号文批准山西灵石银源新安发煤业有限公司重组整合，重组后矿区面积为5.7698km2，采矿许可证批准开采2-11号煤层，矿井生产规模为60万吨/年。
采矿许可证号为C140000************5957，有效期2009年11月27日—2011年11月27日。
矿井采用两斜井、一立井联合开拓，现在9号煤层设一个开采水平，水平标高+770m，通风方式为中央分列式，主扇风机工作方式采用抽出式，主、副斜井进风，回风立井回风。
回风立井安装两台FBCDZ54№18型对旋式轴流风机。
现矿井现配备一个掘进工作面（090101运输顺槽）、一个采煤工作面（090109工作面）。
二．矿井水文地质情况
（一）、区域地表水
本区地表水属汾河水系。
汾河自北向南流经本区，区内主要支流有汾河、团柏河、交口河等。
据汾河石滩水文站资料，汾河1955至1988年间平均洪峰流量2800m3/s，最大流量13900m3/s（1988.8.6），最小流量0m3/s。
汾河自灵石至霍州什林的40km河段，河谷切割奥陶系石灰岩，成为渗漏河段主要支流有团柏河、静升河、仁义河等。
本区处于郭庄泉域中部（图4-1）。
郭庄泉域北部和西部以吕梁山背斜轴太古界片麻岩为其天然边界，东以汾阳—义棠断层及霍山断裂为界，南止下新生断层。
南北长约110km，东西宽约57km，泉域总面积6300km2，属向斜储水构造。
泉域的东部，西部和北部出露的寒武、奥陶系石灰岩直接接受大气降水和河床渗漏补给，地下水由东北及西北向南运动在汾河断层西南段汇合，沿汾河水流方向由北向南运动，受郭庄背斜和下团柏断层的阻隔，在霍县东湾村至下团柏断层间出露，泉口标高516-521m，据2001-2003年间实测资料最大流量2.12m3/s。
郭庄泉域岩溶地下水，在汾河河谷及阶地上以群泉的形式出露。
（二）、区域主要含水层、隔水层
一）区域主要含水层组
1．碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层组
本类型含水层组包括寒武系到中奥陶统灰岩、泥灰岩、白云岩等可溶岩地层，在区域东部、西部、北部大片出露，在灵石县境内汾河两岸有小面积出露。
该含水层富含岩溶裂隙水，是区内最主要的含水层组。
其中对矿井开采及供水有意义的为中奥陶统岩溶裂隙含水层组，主要含水层段为上马家组中、上段。
区域奥灰水位标高521-620m。
2．碎屑岩夹碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层组
由上石炭统太原组砂岩、泥岩、煤层及几层石灰岩一套海陆交互相沉积地层组成。
含层间岩溶裂隙水，富水性的强弱取决于岩溶与裂隙发育程度。
一般在接近地表露头处岩溶裂隙发育，以岩溶含水为主，含水性较好。
随着石灰岩埋藏深度的增加，岩溶裂隙发育程度减弱，逐渐以裂隙含水为主，含水性减弱。
3．碎屑岩类裂隙含水层组
主要包括二叠系一套以陆相沉积为主的碎屑岩地层，本类型含水层组以风化裂隙水为主，裂隙发育程度受岩性、深度和构造影响，裂隙水除少部能沿构造破碎带向深部运动外，其余排泄于地表沟谷之中。
径流与排泻区不明显。
由于相对呈层状，不同层位的含水层各具补给区，构成若干小的含水系统，其间水力联系较弱。
4．松散岩类孔隙含水层组
主要为第四系松散沉积物。
其中较有意义的含水层为全新统，呈带状分布于汾河及其支流，由亚砂土夹细砂或卵砾石组成，富水性因地而异，为农田灌溉及生活用水的主要来源。
主要接受大气降水补给，主要向地表水系排泄，有时也向基岩含水层排泄。
二）区域主要隔水层
1．中、上石炭统泥岩、铝土质泥岩隔水层组
主要以泥岩、铝土质泥岩组成，分布于碳酸盐岩类含水层与碎屑岩夹碳酸盐岩类的交界处，为其间的天然隔水层。
2．碎屑岩类层间隔水层组
以泥岩类塑性岩石组成，分布于各类含水砂岩层之间，在垂直向上含、隔水层组合呈平行复合结构，含、隔水层处于分散间隔状态，含水层间的水力联系被其间的隔水层所隔，形成独立的含水体系，地表沟谷切割处常沿隔水层顶板出露泉水。
（三）、地下水补给、径流、排泄条件
本区岩溶地下水的补给以降雨直接入渗及河川径流集中渗漏补给为主。
降水入渗主要在向斜两翼大面积碳酸盐岩裸露区，地貌上为中低山，裂隙溶洞及干谷发育，利于入渗。
入渗量占泉水补给量的80%。
河川渗漏以向斜轴部汾河流经地段为主，长年渗漏补给段位于两渡至什林间。
从西部大面积灰岩区入渗的地下水，从北部灵石一带汾河谷中渗漏的河水及从东部的来水均向河谷下游区汇集，在什林至泉口一带及两岸形成了岩溶水的汇集区，岩溶向深部发育。
该区水力坡度平缓，北西一南东向水力坡度平均约万分之八；北北西－南南东方向平均约为万分之九，说明该区径流畅通，岩溶发育，并存在北西—南东及近南北向的强径流带。
岩溶水最终向郭庄泉排泄。
区域内断裂构造较发育，局部地段将奥陶系岩溶含水层与石炭系层间岩溶含水层沟通，成为煤矿涌水的主要水源。
此外，区域内局部地段有岩溶陷落柱发育，是煤矿矿井突水的隐患。
三、矿井涌水量预算
山西灵石银源新安发煤业有限公司兼并重组后主要开采9、10+11号煤层，矿井设计生产能力为60万t/a。
本次采用富水系数比拟法，根据本矿及相邻矿井目前实际生产中的涌水量，预算产量达到60万t/a时的矿井涌水量。
预算公式：
式中Q—设计矿坑涌水量（m3/d）；
Kp—富水系数；
Q0—煤矿现采矿井实际排水量（m3/d）；
P0—煤矿实际开采量（万t/a）；
P—设计矿井生产能力（万t/a）。
开采9、10+11号煤层时的水文地质条件，与北部相邻矿井广进宝煤业有限公司煤矿相似，因此，矿井涌水量可比拟广进宝煤业有限公司矿井涌水量进行预测。
山西灵石银源新安发煤业有限公司开采9号煤层，该矿生产能力30万t/a时，矿井正常涌水量120m3/d，最大涌水量168m3/d。
原广进宝煤业有限公司实际生产能力为30万t/a时，矿井日常涌水量168m3/d，最大涌水量192m3/d。
预测本矿生产能力达到60万t/a时矿井涌水量：
正常涌水量：
Q正常＝336m3/d
最大涌水量：
Q最大＝384m3/d
采用富水系数比拟法与本矿井现涌水量基本一致。
本矿井正常涌水量为336m3/d，最大涌水量为384m3/d。
由于井田北部天聚柏沟煤矿涌水量较大，按矿井实际生产能力达到60万t/a的涌水量。
当开采10+11号煤层时，其导水裂隙带可发育至4、9号煤层底板，因此在开采10+11号煤层时，若其上部存在4、9号煤层采空区积水，矿井涌水量将会增大。
随着开采范围的扩大，矿井涌水量也会有所增加。
这里要说明的是，因上部煤层存在采空区积水，在遇隐伏断层、陷落柱或塌陷裂隙导通的情况下，上部采空区积水可能大量涌入矿井，造成透水事故。
以上预算数据仅供参考，预算值是否正确尚有待今后生产中进一步验证。
四、矿井充水因素分析及水害防治措施
（一）、井田内地表水体
井田外汾河及其支流交口河距井田较远，河水对矿井开采没有影响。
矿井工业场地内建筑物及井口标高均高于沟底5m以上，故雨季沟谷汇集的洪水对矿井工业场地一般没有威胁。
井田内在有基岩露头（P2s、P1x）的沟谷内，雨季洪水对煤层的开采有影响，可使矿井涌水量在雨季明显增大。
（二）、构造对井田水文地质条件的影响
井田内没有发现断层，有12个小陷落柱，陷落柱对煤矿充水有直接影响：
陷落构造破坏地层的完整性，沟通各含水层间的水力联系，降低岩石的力学强度。
造成矿井容易突水的软弱带，使煤层与含水层接近或接触，同时陷落带可以成为矿井导水通道，陷落带水可成为矿井的直接充水水源。
山西灵石银源新安发煤业有限公司井下开拓中遇见12个小陷落柱，对煤层开采无大的影响。
（三）、矿井历史主要水害事件
据调查，山西灵石银源新安发煤业有限公司及周边矿井未发生过矿井水灾事故。
1.井田内（资源整合前）矿井涌水情况
井田内及相邻矿井涌水量情况见表4-1。
表1矿井排水量统计表
煤矿名称
生产能力
（万t/a）
正常排水量
（m3/d）
最大排水量
（m3/d）
开采煤层
山西灵石银源新安发煤业有限公司
原新安发煤业有限公司
15
120
160
2、4
30
120
168
9、10
相邻煤矿
山西灵石红杏广进宝煤业有限公司
30
168
192
9、10
原柏沟煤矿
5
100
150
2、4
山西灵石银源新生煤业有限公司
60
335
400
9、10
从井田内原生产矿井涌水量及相邻矿井涌水量情况看，开采2、4号煤层、生产能力为5-15万t/a时，矿井正常涌水量100-120m3/d，最大涌水量150-160m3/d。
资源整合前原生产煤矿都在一水平内开采，一水平处在井田内向斜的一翼。
按其构造分析，涌水量随深度的增加，涌水量也会有所增大。
由于2、4号煤层其直接充水含水层分别为K8、K7砂岩含水层，大气降水对含水层有一定的补给，受地表水的影响，矿井涌水量受枯水期、丰水期、平水期的影响。
据原灵石县新安发煤业有限公司2008年涌水量统计，1-4月份枯水期涌水量100m3/d，6-8月份丰水期涌水量168m3/d，9-12月份平水期涌水量120m3/d。
以上数据说明涌水量受地表水的影响，雨季涌水量增大。
9、10+11号煤层生产能力30万t/a时，矿井正常涌水量120-168m3/d，最大涌水量168-192m3/d。
本矿井目前井下正常涌水量约120m3/d，最大涌水量168m3/d。
分析矿井涌水规律，可以看出，矿井涌水量随着矿井生产能力的提高，有明显增大的趋势。
这是由于在开采过程中岩层受到破坏，导水裂隙增多，上部含水层的水通过裂隙渗（涌）入矿井。
2.相邻矿井涌水情况
相邻矿井（资源重组前）矿井涌水量情况见表4-1。
据邻矿原广进宝煤业有限公司矿井涌水资料：
该矿建井初期涌水量为120m3/d，中期的涌水量1683/d，后期涌水量192m3/d，涌水量初期比中期、后期的涌水量小。
由于在开采过程中岩层受到破坏，构造裂隙增多，含水层的水通过裂隙渗（涌）入矿井，随着时间的增长，涌水量会增大。
由于2号煤层其直接充水含水层为下石盒子组及山西组砂岩；4号煤层其直接充水含水层为山西组底部的K7砂岩含水层，大气降水对含水层有一定的补给，受地表水的影响，矿井涌水量受枯水期、丰水期、平水期的影响。
据该矿2005年涌水量统计，1-4月份枯水期涌水量100m3/d，6-8月份丰水期涌水量160m3/d，9-12月份平水期涌水量120m3/d。
以上数据说明涌水量受地表水的影响，雨季涌水量增大。
该矿现在开采9、10+11号煤层时，矿井日排水量正常为168m3/d，最大为192m3/d。
据邻近矿井原柏沟煤矿涌水量资料：
开采2、4号煤层，矿井涌水量主要来源于上部的砂岩裂隙水。
裂隙水通过井筒和顶板裂隙向巷道渗漏以及部分采空区积水沿煤层底板向巷道渗漏。
汇入巷道的岩层水顺汇水渠流入水仓。
据调查，历年开采中，开采煤层涌水量一般为100m3/d左右，最大涌水量150m3/d。
（四）、井田内采空区积水情况
井田内2、4号煤层已基本开采殆尽（采空区范围由矿方推测确定）。
据调查，采空区内有积水、积气现象。
因采空区密闭（或已关闭坍塌），无法进行采空区积水深度及积水量的观测，本次采用《煤矿安全手册》中老空区积水估算公式，对采空区积水进行估算。
估算公式：
式中：
Q积—相互连通的各积水区总积水量（m3）；
M—煤层厚度（m）；
F—采空积水区水平投影面积（m2）；
α—煤层倾角，（°）；
K—充水系数，取0.15～0.20。
井田内采空区积水量估算结果见表4-2。
表2采空区积水量估算结果表
煤层
采空
区编号
面积（F）（m2）
煤厚（m）
煤层倾角（α°）
充水系数（K）
积气情况
积水量（m3）
2
采-1
152589
0.75
8°
0.15
有
16999
采-2
758344
0.75
8°
0.15
有
86152
采-3
487756
0.75
8°
0.15
有
55412
4
采-1
1867157
0.75
8°
0.20
有
282826
采-2
152550
0.72
8°
0.20
有
22491
9
采-1
175730
1.40
8°
0.20
有
49688
采-2
161640
1.40
8°
0.20
有
45704
采-3
25487
1.40
8°
0.20
有
7206
10+11
采-1
292516
4.49
8°
0.20
有
265261
采-2
58604
4.49
8°
0.20
有
53144
采-3
8982
4.49
8°
0.20
有
8145
采-4
15474
4.49
8°
0.20
有
14032
采-5
22001
4.49
8°
0.20
有
19951
采-6
15697
4.49
8°
0.20
有
14234
采-7
6992
4.49
8°
0.20
有
6341
合计
4201519
947586
经估算2、4、9、10+11号采矿区积水量约为947586m3，预计采空区积水量随时间的增加而增加。
（五）、矿井充水因素分析
1.地表水体对矿井开采的影响
井田处于郭庄泉的径流带上，地表无大的水体，井田内各含水层地下水主要的补给来源为大气降水入渗补给。
2.直接充水含水层对煤层充水的影响
井田内的9、10+11号煤的直接充水含水层为富水强的K2、K3、K4灰岩含水层。
K2、K3、K4灰岩含水层是井田内对下组煤层开采影响较大的含水层。
在断层附近，由于构造对各隔水层的破坏，各含水层可能产生横向及垂向水力联系。
因此，开采下部煤层时矿井充水条件将发生较大转变，给矿井安全带来隐患，矿井生产时应予以重视。
3.采空积水对矿井充水的影响
井田内2、4号煤层采空区内存有积水。
山西灵石银源新安发煤业有限公司在兼并重组后，将开采9、10+11号煤层，上部的采空区积水将是本矿开采下部煤层时极大的隐患。
以下分析矿井开采下部煤层时，上部煤层的采空积水对下部煤层的开采影响。
选用《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719－91）附录F中计算导水裂隙带高度的经验公式对各可采煤层开采所形成的导水裂隙带高度进行计算分析。
2、4号煤层顶板为砂质泥岩、砂岩为主，采用全部垮落法管理顶板，则选用下式计算导水裂隙带：
Hf=100M+5.1
3.3n+3.8
式中：
Hf—导水裂隙带最大高度，m；
M—累计采厚，m；
n—煤分层层数，取1。
9、10+11号煤层顶板岩层以石灰岩、砂质泥岩为主，开采9、10号煤层时，若采用全部垮落法管理顶板，则选用下式计算导水裂隙带：
式中：
Hf—导水裂隙带最大高度，m；
M—累计采厚，m；
n—煤分层层数，取1。
计算结果汇总见表4-3。
表4-3采用GB12719-91中公式计算导水裂隙带最大发育高度
煤层号
煤层厚度（m）
最小-最大
平均
煤层间距（m）
最小-最大
平均
导水裂隙带最大高度（m）
最小-最大
平均
2
0.70-0.75
0.73
12.82-18.77
16.24
62.23-63.10
62.67
14.96-15.66
15.38
4
0.70-1.48
0.99
25.94
19.04
9
1.20-1.48
1.30
37.87-44.09
40.09
4.35-8.80
5.35
10+11
2.87-4.20
3.44
74.98-104.53
87.64
据表4-3计算结果对各可采煤层顶板涌水因素分析如下：
9号煤层导水裂隙带最大高度44.09m，平均40.09m。
当采用全部垮落法单独开采9号煤层时，导水裂隙带发育最大高度小于4、9号煤层的最小层间距，因此，4号煤层采空积水一般不会进入9号煤层采掘区（但在断裂构造、陷落柱处4号煤层采空积水对9号煤层存在充水影响）。
一般条件下，开采9号煤层时的矿井涌水来自其顶板K2、K3、K4灰岩岩溶裂隙水。
10+11号煤层导水裂隙带最大高度104.53m，平均87.64m。
导水裂隙带发育最大高度大于10+11号煤层与4号煤层的最小层间距，因此，当采用全部垮落法开采10+11号煤层时，其顶板导水裂隙带发育高度均可达4号煤层采空区，可将4号煤层采空积水导入10+11号煤层采掘区。
开采10+11号煤层时的矿井涌水来自其顶板K2、K3、K4灰岩岩溶裂隙水及4号煤层采空积水。
由于灵石地区煤炭资源开采历史悠久，井田内各可采煤层都不能排除遭小窑、古窑开采破坏，因此，矿井生产过程中，除对开采煤层上部采空积水要加强防范外，对本煤层可能存在的采（古）空积水，更要予以高度重视。
矿井生产中必须坚持“有掘必探，先探后掘”的原则，严防开采煤层上部及本煤层采空积水造成矿井透水事故。
4.构造对矿井充水的影响
一是井田开采地段位于S1向斜处，向斜有汇水作用。
二是12个陷落柱的导水作用。
5.奥灰水对矿井充水的影响
根据本井田东部新生煤矿东边界奥灰水源井、灵石煤矿1号水源井推测，灵石天聚柏沟煤业有限公司推测奥灰水位标高为560-562.0m，本井田奥灰水位标高为559.5-562.5m。
井田内2、4、9、10+11号煤层底板高于奥灰水位，因此，奥灰水对2、4、9、10+11号煤层的开采没有威胁。
（六）、矿井水文地质类型
2号煤层位于山西组中上部，4号煤层位于太原组顶部，其直接充水含水层为山西组上部的砂岩裂隙含水层及下石盒子组砂岩裂隙含水量，但从开采揭露情况看，该含水层裂隙不太发育，含水性较差，采掘工程一般不受水害影响，防治水工作简单，只要正常疏排就不会影响正常生产，因此，2、4号煤层矿井水文地质类型为简单型。
由于2、4号煤层采空范围大，采空区内有积水，确定水文地质类型为中等。
9、10+11号煤层位于太原组下段，其充水含水层主要为太原组灰岩岩溶裂隙含水层，富水性较弱，但由于其上部采空积水的影响，使防治水工作难度加大，因此，9、10+11号煤层矿井水文地质类型为中等。
（七）、矿井主要水害及其防治措施
1.主要水害
（1）开采2、4号煤层时的主要水害
第四系水从煤层和含水层位置关系上看，一般情况下第四系含水层对开采没有影响，但是，开采中应预防垂向通道，如陷落柱、断层、不良钻孔和采动破坏裂隙等引发突水。
2、4号煤层开采直接充水水源为煤层顶板的砂岩裂隙水，但由于这些含水层富水性较弱，因此，对煤层开采不会造成影响。
在向斜轴部附近水量可能相对集中，但水量有限，在矿井排水系统运行正常的情况下一般不会形成水害事故。
（2）开采9号煤层时主要水害
K2、K3、K4太原组灰岩含水层是9号煤层的水源，煤层开采将完全揭露该含水层，由于该含水层水量相对丰富，对煤层开采将会造成大的影响，因此，在回采中必须采取适当的防治水工程等措施，减少其对回采期间的影响，以保证煤层安全回采。
但经过首采区开采对其揭露疏放后，水量将有所增大，开采过程中影响也会逐渐变大。
注意对其上部的采空积水进行探放，在确保安全的情况下进行开采。
（3）开采10+11号煤层时主要水害
在9号煤层采空后，当采空区有采空积水时，9号煤层的采空积水对10+11号煤层有直接的充水影响；此外，K2、K3、K4太原组灰岩含水层也是10+11号煤层的直接充水水源。
开采10+11号煤层时，矿井防治水工作难度将增大，因此，在回采中必须加强矿井防治水工作，完善矿井排水系统，保证矿井安全生产。
对其上部2、4、9号煤层形成的采空积水先进行探放，在确保生产安全的情况下再开采10+11号煤层。
2.防治措施
针对该矿井可能遇到的主要水害问题，提出如下措施：
（1）防治水工作的重点应放在9、10+11号煤的开采上。
应采用综合物探、化探和钻探等到手段，查明隐伏陷落柱、断层和裂隙密集等地质“异常体”。
（2）根据涌水量预测结果，适当加大矿井和采煤工作面的排水能力，以防不测。
矿井开采中应严禁向自身采空排水，避免形成严重的隐患水源。
（3）设置专门负责矿井防治水领导小组，配备探水钻机和专职探水组。
每个生产班应设水情观测员，负责水文地质资料收集和突水前兆观测。
（4）矿井必须作好采区、工作面水文地质探查工作采用各种探查手段，查明构造发育情况及其导水性，主要含水层厚度、岩性、水质、水压以及隔水层岩性和厚度。
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“防、堵、疏、截、排”综合防治措施。
（5）应研究和掌握井田内及邻矿的水文地质，随时观察井下各种涌水现象，做好矿井水文地质工作。
了解井田周围的采空区和老空区的开采时间、开采深度、开采范围、分布情况，掌握其积水情况。
对井田内查明或推测存在的采空区，按最深下山巷道划定积水线后，建议至少外推300m作为警戒线。
矿井生产过程中必须坚持“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的探放水原则，严防矿井水害事故的发生。
（6）对井田内的断层、陷落柱要留设符合安全要求的防水安全煤柱。
井巷揭穿有突水可能的地质构造带或有疑的区域前必须编制探放水设计。
（7）本井田范围内虽无常年河流，但沟谷中有季节性流水，应避开雨季丰水期对靠近河床附近压煤的开采，并应及时巡查，及时填充河床内可能的地表裂缝。
裂缝填充后，对取土处和裂缝周边土地适当平整后即可恢复植被，重塑生态环境。
具体措施应根据本地区的气象条件，选择适宜生长的物种、草种，通过合理配置和采用高标准的栽培技术，恢复原始生态环境。
（8）沉陷盆地边缘坡度大于45°的山坡受采动的影响有发生塌方或滑坡的可能。
在采动影响活动期，对可能产生塌方和滑坡边缘修筑排水沟，减少降水进入塌方或滑坡处，防止塌方或滑坡的产生。
对滑坡采取滑坡治理工程，应采取植物护坡为主，工程护坡为辅的综合治理措施。
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