1102工作面水文地质情况分析报告及防治水措施.docx
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1102工作面水文地质情况分析报告及防治水措施
***（集团）有限责任公司刘庄煤矿
1102工作面水文地质情况分析报告
及综合防治水措施
刘庄煤矿生产科地测组
2011.08
1102工作面水文地质情况分析报告及综合防治水措施
一、工作面概况
1102工作面位于二采区前进方向的南翼。
东侧是1104工作面，现已回采完毕；西侧是1106工作面，尚未采掘。
1102工作面总体位于一单斜构造之上，该区域煤层极不稳定，结构复杂，含二---四层厚约0.02—0.05米的深灰—黑色碳质泥岩、泥岩夹矸层，煤层倾角0—6°，平均3°，在局部由于受到的构造应力比较集中，煤层出现了拉伸、变薄甚至出现了无煤区。
3、4#合并煤层顶板为中—粗粒灰白色长石石英砂岩，局部发育有泥页伪顶（灰---黑灰色）；底板为黑---灰黑色泥岩。
该工作面切割巷的南部为山前小煤矿，据相邻工作面的采掘资料可知，该小矿在该区有越界现象。
另外，在工作面的西部有S7地质钻孔（封孔良好），据资料显示，该区域内煤层厚度约3.25米左右。
二、水文地质情况
1、地面水文地质情况
1102工作面位于新庄则村东侧，和尚峁西侧（现已搬迁），地表标高823—978米，沟谷纵横，地形复杂；大部为黄土层覆盖,多位耕地，沟底二叠系地层广泛出露；几条山间公路纵横穿过该面，有一条小河从工作面切割巷南部横穿而过。
根据采掘区域的地表调查，没有明显发现地表积水渗漏的渗水点，对井下开采的影响较小。
2、工作面水文地质概况
1、第四系松散层含水层：
矿山内新生界第四系砂质粘土，厚度0—20米。
富水性弱，局部底洼处富水，一般不含水，为松散孔隙型弱含水层。
2、二1煤层上部二叠系砂岩裂隙含水层组：
主要有二1煤层顶板砂岩下石盒子组底部砂岩等数层含水层构成，累计厚度20米左右。
矿山内含水层主要有山西组大占砂岩段、香炭砂岩段；下石盒子组砂锅窑砂岩；下盒子组底部老君庙砂岩；期间均有厚层泥岩相隔阻。
上述砂岩多为中－粗粒砂岩，泥硅质胶结，裂隙不发育，富水性及透水性较弱。
属孔裂隙承压水，为二1煤层顶板直接充水含水层。
据矿井生产情况，该含水层主要以顶板淋水形式向矿井充水。
另据登封煤田区域资料，钻孔单位涌水量为0.00016—0.019L/s.m，渗透系数为0.00072—0.06m/d。
3、二1煤层底板水层：
可以分为直接底板含水层和间接底板含水层两类。
（1）直接底板含水层：
为太原组上段灰岩含水层，有L7、L8两层灰岩组成，其中L7灰岩较发育，平均6米左右。
该含水层富水性较弱，但极不均一，涌水量为10－50m³/h，一般为20m³/h。
在雨季可增加30－50﹪.据抽水资料表明，单位涌水量为0.00487—0.302L/s.m渗水系数为0.08-2.93m/d.据矿井生产情况，多数矿井无底板水，说明该含水层补给、径流条件差，富水性也较弱。
但该含水为二1煤层底板直接充水含水层，属岩溶裂隙承压水，对二1煤层开采有直接影响。
（2）间接充水含水层：
有太原组下段L1-L4灰岩及奥陶系灰岩组成，其中L1、L4灰岩相对较稳定，较发育，岩性为含燧石生物灰岩，厚度3.5-35.0米平均13米。
富水性强，该含水单位涌水量为0.59L/s.m，为二1煤层底板间接充水含水层，属岩溶裂隙承压水，富水性、导水性不均一，局部地段具较强的富水性和导水性。
属岩溶裂隙承压水，该区地下类型为HCO3-Ca型和HCO3-Ca.Mg。
4、主要隔水层充水因素分析
在含水层之间广泛分布着隔水岩层或弱透水岩层，它们都具有一定的阻水性能，其阻水能力取决于岩性、岩层结构、厚度及稳定性，在后期构造作用的破坏下，可大大削弱隔水层的阻水性能，甚至使其起不到隔水作用，从矿井防治水的角度出发，对本矿区主要隔水岩层叙述如下：
1、二1煤层顶板隔水层：
有二1煤层顶至砂锅窑砂岩底间的泥岩、砂质泥岩组成，厚度40-70米。
一般情况下能隔离山西组各砂岩含水层，避免其砂岩水连通并进入二1煤层涌入矿井。
但在构造破坏情况下将失去隔水作用。
2、二1煤层底板隔水层：
由泥岩、砂质泥岩及细砂岩组成，厚约5米。
一般情况下可阻隔太原组灰岩水进入二1煤层矿井。
但在断裂切割、采掘等引起压裂、震动情况下，此隔水层可能失去隔水作用，诱发淹井事故。
3、太原组中段隔水层：
由泥岩、砂质泥岩及细砂岩组成，厚约20米。
具有一定隔水作用，正常情况下能阻止太原组上、下段灰岩含水层发生水力联系，避免下段灰岩水进入二1煤层矿井。
4、本溪组铝矿质岩隔水层：
由铝质岩、铝质泥岩组成，平均厚8米左右。
岩性较致密，节理裂隙不发育，正常情况下该隔水层可阻止寒武系与石灰系太原组含水层发生水力联系，如遇厚度变薄、构造破坏等情况，可能失去隔水作用，导致两含水层地下水发生水力联系，对矿井构成潜在威胁。
3、水文地质情况分析
1102工作面掘进过程中所受的水害影响主要有武家山采空区积水、1104采空区积水、煤层顶底板砂岩裂隙水、太原组灰岩水及奥陶系灰岩水。
1、在1102工作面靠近切割巷附近，将要受到武家山小煤矿越界的影响，据相邻工作面的资料分析，该矿非法越界开采（约30米左右），而设计切割巷距离武家山井田的保安煤柱约80米，且采空区内存在大量积水，积水量约37万m3，水压在0.5Mpa左右。
2、1104采空区积水：
在1102工作面的施工过程中主要受相邻1104工作面采空积水的影响，必须加强对相邻采空区积水的排放。
3、3、4#煤层顶底板砂岩含水层包括顶板S砂岩及底板K3砂岩,区内砂岩厚度一般均超过6米，但富水性较弱，对掘进基本无影响，主要表现为微量的淋头水。
4、太原组灰岩含水层是该区域的间接含水层，L1—L5厚度约为35米，区内水位标高约为580米，3+4#煤层底板标高475-530米，所承受的水压为0.5—1.05MPa。
根据《煤矿防治水规定》计算突水系数：
Tmin=P/M=0.5/27=0.02MPa/m；
Tmax=P/M=1.05/27=0.04MPa/m
式中:
T—突水系数；P—煤层承受的水压，最小取0.5MPa、最大取1.05MPa；M—底板隔水厚度，取27米。
（注：
以上数据参照S7钻孔资料）
综上所述：
0.02MPa/m≤T≤0.04MPa/m
据以上计算结果，该区域太灰水的突水系数T值小于《煤矿防治水规定》中的临界值0.1MPa/m，因此在正常块段掘进时没有太灰水突出的威胁，但在断层、陷落柱等地层薄弱地带，也可能会造成突水事故的发生，因此在掘进过程中，必须严格执行“有掘必探，有疑必钻”的原则。
5、奥陶系灰岩含水层是重要的含水层，区内奥陶系灰岩岩溶裂隙水水位标高796米左右，上距3+4#煤层约140米，开采3+4#煤层所承受的水压为2.66—3.21Mpa，根据《煤矿防治水规定》计算突水系数：
Tmin=P/M=2.66/140=0.02MPa/m
Tmax=P/M=3.21/140=0.023MPa/m
式中:
T—突水系数；P—煤层承受的水压，最小取2.66MPa、最大取3.21；M—底板隔水厚度，取140米
综上所述：
0.02MPa/m≤T≤0.023MPa/m
据以上计算结果，该区域奥灰水的突水系数T值远小于《煤矿防治水规定》中的临界值0.1MPa/m，因此在该区开采3+4#煤，一般没有突水的威胁，但在地层比较薄弱的地带（如受陷落柱、断层等地质构造破坏）可能会造成突水，因此在掘进过程中，必须严格执行“有掘必探，有疑必钻”的原则。
四、防治水措施
根据以上水文地质条件的分析，为了消除1102工作面在掘进、回采过程中受到的水害威胁，故提出以下防治水措施：
1）如果在施工过程中出现的顶板淋头水影响正常生产时，必须停止掘进，待其自然卸压，确保安全后方可向前掘进。
2）、施工队组必须不间断的对相邻1104工作面的采空区积水进行排放。
3）如果在施工过程中发现底板变潮甚至出现渗水现象时，施工队组必须立即向矿调度汇报，根据现场实际情况，有必要时必须撤出受水害威胁区域的所有人员，待其查明原因后方可向前掘进。
4）在掘进过程中施工队组必须保证排水系统的安装紧跟工作面，使其排水能力达到50m3/h。
5）掘进过程中必须严格执行集团公司关于“有掘必探，有疑必钻”的防治水原则，利用物探、钻探综合法积极探查区内的隐伏构造及水患威胁。
6）在掘进过程中一旦意外揭露小型构造及陷落柱，必须停止掘进，汇报矿调度室，查明区内的水文地质情况后方可继续掘进。
7）在施工切割巷前必须通过物探、钻探等综合手段探明武家山小煤矿越界的范围，确保23409切割巷与其井田保安煤柱符合《煤矿防治水的规定》，保证安全后方可向前掘进。
五、防治水目的
为了消除工作面在地层薄弱地带受到的太灰水和奥灰水的水患威胁和查清在掘进区域是否存在影响安全生产的隐伏断层、陷落柱等地质构造体等，因此巷道在掘进（回采）过程中必须坚持“有掘（采）必探、有疑必钻”，尤其在综合分析异常区域，进行重点探测，确保该工作面的顺利采掘。
六、防治水设计
根据山西焦煤提出的“有掘必探、有疑必钻”的探放水原则，全面推行“物探先行、提供目标、钻探验证、综合治理”的煤矿水害防治方法，故我矿决定在1102工作面的掘进和回采过程中先用物探仪器进行探测，如有物探异常区再进行钻探验证。
（一）、掘进过程中的防治水设计
1、物探设计
（1）、物探目的
为落实好“有掘必探、先探后掘”和集团公司提出的“无预报揭露地质构造就是事故”及对地质构造变化全面进行预测预报的总体要求，推行“物探先行、钻探验证”的综合防治水措施，查明在1102工作面掘进过程中的地质构造及水患因素，我矿决定将在掘进和回采过程中用高分辨电法仪对迎头的含水异常体做出定性或定量的解释，从而达到消除水患的目的。
（2）、物探设计方案
a、掘进过程中的物探设计方案
YD32（A）高分辨电法仪将对巷道每掘进60—80米进行一次高密度或三极超
前探测
掘进头
高分辨电法仪
B
…………M8M7M6M5M4M3M2M1A3A2A1
图一
A1A2A3为发射电极（两相邻电极之间相距4米）；M3M2M1…为接收电极（两相邻电极之间相距4米）；B为无穷远电极（距仪器距离）300米
具体施工时，依据上法布置供电电极，布置好以后，供电电极、无穷远电极及仪器均固定不动，测量电极M、N根据设计的观测系统由仪器自动切换进行探测。
2、钻探设计
物探结束后，为了保证施工安全，根据物探结果，对异常区再进行钻探验证。
1）、单孔设计参数
（1）、本次钻进钻机选取SGZL－ⅢB钻机，以孔径75mm开口钻进，钻进12—15米时停止钻进进行安装孔口管封孔，根据《煤矿防治水规定》中第九十七条的规定，本次钻进钻孔的终孔孔径不得大于75mm。
（2）、根据《煤矿防治水规定》第九十八条的规定，本次钻进必须安装不得小于10米、直径为75mm的孔口管,在孔口管一端安装高压闸阀。
在安装完孔口管后，利用稠的水泥浆将套管封死，待水泥凝固72小时后,必须进行耐压试验，当水压达到2.5Mpa并稳定30分钟后，孔口管周围不漏水时，以孔径50mm钻头向前钻进，否则重新注浆封孔。
（见附图一）
（3）、根据《煤矿防治水规定》第九十八条中的规定，将此次钻探的超前距定为30米、帮距定为30米，钻孔的孔深根据施工队组的的实际情况而定，但必须保证钻孔的终孔位置始终超前工作面30米。
（4）打钻前必须先安装水阀门后才能钻进。
2）、钻孔布置
对异常区钻探验证时，钻孔根据异常区范围大小呈组布设，每组3个钻孔，在水平面内呈扇形布置，如果异常区范围过大则适当加密钻孔，钻孔沿巷道掘进坡度进行施工，钻孔施工参数根据物探异常区的范围来确定。
3）、探放水钻孔施工参数
（1）23409运（切割）巷钻孔参数
1#钻孔
1、开孔位置：
迎头，距煤层底板1.5米；
2、钻孔参数：
钻探方位为180º（90º）；
钻探倾角：
沿煤层的伪倾角钻进；
钻探长度根据物探异常区范围来确定。
2#钻孔
1、开孔位置：
迎头，距煤层底板1.5米；
2、钻孔参数：
钻探方位根据物探异常区范围来确定；
钻探倾角：
沿煤层的伪倾角钻进；
钻探长度根据物探异常区范围来确定。
3#钻孔
1、开孔位置：
迎头，距煤层底板1.5米；
2、钻孔参数：
钻探方位根据物探异常区范围来确定；
钻探倾角：
沿煤层的伪倾角钻进；
钻探长度根据物探异常区范围来确定。
（二）、回采过程中的防治水设计
1、物探设计
1102工作面形成后利用WKT—E无线电坑透仪进行坑透。
本次坑透点布置从切割巷口开始，分别在23409材巷、23409运巷每隔10米布置一个坑透点，直到布置到停采线附近。
然后先从一条巷道每隔50米发射一次，另一条巷道每隔10米接收一次，共接收11个接收点，如此交替重复直到工作面形成。
2、钻探设计
坑透结束后，为了保证施工安全，根据坑透结果，对异常区再进行钻探验证。
1、单孔设计参数
（1）、本次钻进钻机选取SGZL－ⅢB钻机，以孔径75mm开孔钻进，钻进12—15米时停止钻进进行安装孔口管封孔，根据《煤矿防治水规定》中第九十七条的规定，本次钻进钻孔的终孔孔径不得大于75mm。
（2）、根据《煤矿防治水规定》第九十八条的规定，本次钻进必须安装不得小于10米、直径为75mm的孔口管,在孔口管一端安装高压闸阀。
在安装完孔口管后，利用稠的水泥浆将套管封死，待水泥凝固72小时后,必须进行耐压试验，当水压达到2.5Mpa并稳定30分钟后，孔口管周围不漏水时，以孔径50mm钻头向前钻进，否则重新注浆封孔。
（见附图一）
（3）、根据《煤矿防治水规定》第九十八条中的规定，将此次钻探的超前距定为30米、帮距定为30米，钻孔的孔深根据施工队组的的实际情况而定，但必须保证钻孔的终孔位置始终超前工作面30米。
（4）打钻前必须先安装水阀门后才能钻进。
2、钻孔布置
根据坑透异常区钻探验证时，钻孔根据异常区范围大小布设，钻孔垂直于工作面进行施工，异常区靠近材（运）巷一侧，钻探先将在材（运）巷一侧进行，初步每隔30米布置一个钻探孔，如相邻钻孔中只有一个钻孔探到异常，则在这两孔中间加密一个钻探孔，孔间距为15米，以此类推，逐步加密钻孔，确保探查精度不大于10米。
如果在材（运）巷一侧达不到钻探目的，须根据材（运）巷的实际钻探情况，再在运（材）巷一侧补打钻孔，从而达到钻探目的。
3、探放水钻孔施工参数
（1）1102工作面钻孔参数
1#钻孔
1、开孔位置：
材（运）巷，距煤层底板1.5米；
2、钻孔参数：
钻探方位为270º（90º）；
钻探倾角：
沿煤层的伪倾角钻进；
钻探长度根据物探异常区范围来确定。
2#钻孔
1、开孔位置：
材（运）巷，距煤层底板1.5米，距1#钻孔30米；
2、钻孔参数：
钻探方位为270º（90º）；
钻探倾角：
沿煤层的伪倾角钻进；
钻探长度根据物探异常区范围来确定。
3#钻孔
1、开孔位置：
材（运）巷，距煤层底板1.5米，距2#钻孔30米；
2、钻孔参数：
钻探方位为270º（90º）；
钻探倾角：
沿煤层的伪倾角钻进；
钻探长度根据物探异常区范围来确定。
（三）、注浆设计
在物探异常区钻探或掘进（回采）时，如果施工的钻孔或揭露的导水地质体涌水量很大，仅仅靠排水已不可能解决时，则应采取注浆堵水措施，浆堵范围根据导水地质体的范围来确定。
1、适用条件
在承压区含水层的富水区，强径流带或底板不完整的工作面，采用疏水降压和帷幕注浆难度大、经济不合理时，可通过薄层灰岩含水层注浆改造。
煤层底板注浆改造含水层，是沿工作面上下平巷大面积布置注浆钻孔，通过注浆钻孔注浆来充填底板灰层含水层的岩溶裂隙和导水裂隙，从而大大减弱含水层的富水性并切断水源补给通道，使受注含水层被改造为不含水或弱含水层，实现工作面不突水开采。
（1）煤层底板薄层灰岩含水层富水性强，单位降深疏水量大于5m3/h·m；突水系数在复杂地段超过0.06MPa/m，在正常地段超过0.1MPa/m。
（2）工作面存在构造破裂带、导水裂隙带等。
2、注浆孔的布设和施工
1）钻孔布设的原则
有条件的先要进行物探，再根据物探资设计钻孔。
一般在采煤工作面的运输巷每隔60m~80m施工一钻机房，在钻机房内以不同的倾角、方位分别向工作面内上、中、下各部位施工2～4个钻孔。
工作面初压和周压段构造发育段（尤其是断层交叉部位）、含水层富水段、隔水层变薄区，都要酌情加密，并尽量与裂隙发育方向垂直或斜交。
2）钻孔结构
注浆孔的终孔孔径不小于73mm，钻孔要下二级套管，一级管直径146mm~159mm，二级管直径为89mm~108mm。
一级套管的底口距煤层面法向深度不低于5m，二级套管距煤层面法向深度不低于15m。
两级套管均需注浆、固结、耐压试验，合格的方可继续钻进。
3）钻孔施工顺序
为使注浆钻孔能有效命中富水地段，减少钻探工程量，注浆孔要分三个序次施工，先施工第一序次钻孔，完成一个注一个，以免串浆，造成废孔。
完成第一序次后，再施工第二序次孔，全部注浆结束后，视钻孔水量和进浆情况补打第三序次的检查孔。
4）钻孔施工技术要求
（1）为确保施工人员人安全，在水压在于1.5MPa时必须使用防喷装置和孔口钻杆卡持器。
（2）孔口管下好后必须进行耐压试验，压力达到设计注浆终孔压力，持续20min以上。
（3）孔口要安设与注浆孔压力相匹配的水门。
（4）终孔位置一般要穿过含水层，由于水大、孔深，施工因难时可以不穿透含水层或换用小径钻进，但进入含水层的垂直厚度不得小于含水层的1/2。
（5）认真做好现场不班记录，准确记录初始涌水量和最大涌水量、岩层层位、换层深度、进入含水层前有无“导高”、进入含水层后岩溶的发育程度等，便于进行资料分析。
（四）、物探安全技术措施
1、无线电波坑透仪的安全技术措施
A、现场探测时，应将天线接到仪器上，然后再打开主机工作，严禁空载开机。
B、悬挂发射天线时，要尽量使发射框形面积最大，并使天线的轴线平行于巷道方向；拆卸天线时必须先关机。
C、发射机应尽量布设在金属导体少、巷道中煤层正常地段。
工作人员尽可能少活动，以免影响透视效果。
D、接受天线要尽量使其处于同一高度，有电缆等干扰因素时，应使环形天线垂直于巷道。
E、采用自动记录时，数据头键入及观测顺序应准确无误。
F、数据采集工作完成后，应联机及时将数据传入处理系统处理；仪器放到仪器保管室保管。
2、直流电法仪的安全技术措施
A、打电极使用的榔头必须使用紫铜头或不锈钢铜头，严禁使用铁锤。
B、供电工作前，确保人员在接受或供电电极2米以外，以防触电，供电时电线应铺开，不能盘绕。
C、采用有关装置时，“无穷远”电极必须有人专门看守。
D、探测工作面顶底板及侧帮一定深度范围内富、含水异常体的分布范围和空间形态，电极要分别布置在巷道顶底板及侧帮。
E、探测巷道前方100米范围内的、含水异常体的分布范围，对异常体的性质进行分析判断，惦记要布置在后方已有巷道内。
F、电极要打结实，接地条件要好，供电电流相对要大，要避开积水区域（或抽排巷道内的积水区）。
G、顶板或侧向探测时，要打眼并塞实炮泥。
（五）、钻探安全技术措施
1、钻探严格按照设计施工，未经同意不得随意更改钻孔参数。
2、钻探由巷道的施工组队负责完成，并负责钻探过程中的供电、排水的辅助工作。
3、钻探前对钻场进行清理、对钻场周围按照《煤矿安全规程》第二百八十八条的要求进行支护，确保底板、两帮锚喷不垮落且易于摆放钻机、操作钻机。
4、钻探前，组队将迎头起底，将工作面两帮锚喷合格。
打钻作业人员严格执行敲帮问顶制度，随时将迎头活矸（煤）捅落，以免片帮、滚帮伤人。
5、《煤矿安全规程》第四百四十五条规定：
不得带电检修、搬迁钻机、电缆和电线。
6、在钻场附近安装钻探专用电话。
7、清理巷道挖好排水沟，并安置排水能力不小于50m3/h的排水设施。
8、钻探过程中如发现有突水征兆时立即停钻（但不得拔出钻杆）并加固钻机；现场负责人报告矿调度室，同时派专人观察；如情况危急，立即通知矿调度室启动相应的应急预案并撤出受水患威胁的井下作业人员。
9、钻探过程中如出现煤层异常，钻进时应该准确判别煤、岩层厚度并记录换层深度，施工组队必须汇报矿调度，由地测科进行现场观测、分析，查明原因，再采取相应的处理措施。
10、钻探过程中如有瓦斯涌出异常，施工组队立即停止钻进，并立即汇报矿调度，由通风区进行现场观测、分析，并采取相应的处理措施。
11、在钻探过程中，通风区和安监处必须安排专职的安全员和瓦检员跟班作业。
（六）、附图一:
1102工作面掘进（回采）物探异常区钻探布置方式图
附图二:
钻孔迎头布置断面示意图
七、避灾路线：
所有作业人员，在下井前必须对工作面的避灾路线熟记在心，如工作面出现突水或接到调度的水害撤离命令时，能够在第一时间撤离到安全地点或者升井。
1、1104材联巷→1104材巷→1104材联巷→二采辅助行人巷→副立井井底车场→副立井→地面
2、其他区域受水患威胁人员按规程或指挥部要求的避灾路线撤离。
1102工作面水文地质情况分析报告
及综合防治水措施
审批意见
部门
审批意见
审批人
1102工作面水文地质情况分析报告
及综合防治水措施
审签表
序号
部门
签字
日期
1
总工程师
2
安监处
3
调度室
4
机电科
5
通风区
6
技术科
8
地测科
9
审核
10
编制
升级会员 