防治水中长期规划改.docx
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防治水中长期规划改
山西三元煤业股份有限公司
地质防治水中、长期规划
总工：
科长：
编制：
二○一一年元月
前言…………………………………………………………………………1
第一章井田概况及开发现状………………………………………………2
第一节井田地理概况…………………………………………………2
第二节井田开发现状…………………………………………………3
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…………………………………………………6
第三章矿井充水因素分析…………………………………………………7
第四章矿井主要水害及治理方案…………………………………………8
第一节矿井发生突水的原因分析……………………………………8
第二节矿井水防治的整体方案………………………………………9
第三节井下水害治理方案……………………………………………12
第五章实施计划及预期效果……………………………………………………………16
第一节项目实施计划…………………………………………………16
第二节项目实施后的预期效果………………………………………17
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》和省政府出台的“十二条”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、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
山西三元煤业股份有限公司位于山西省长治市郊区堠北庄镇堠西庄村南。
行政区划属长治市郊区堠北庄镇管辖。
地理坐标为东经113°00′22″—113°04′37″，北纬36°7′30″—36°12′57″。
二、地形地貌
本井田位于太行山中段西侧的山前地带，即称之为“上党盆地”的一部分，地势开阔平坦，总的来看呈“东高—西低”之态势。
最高点位于井田西南边缘，海拔950.2m；最低点位于井田北部边缘，海拔902.5m，相对高差47.7m。
三、交通条件
太（原）—焦（作）铁路线长治站至小宋站一段紧邻井田东界，长治火车站距本矿工业广场仅为2.5km左右。
该矿在工业广场西北建有煤炭集运站。
长（治）—邯（郸）铁路于上世纪末已建成通车，公路四通八达，交通方便。
四、河流水系
井田内无大的地表河流，只有为数不多的地表冲沟，平时无水，只有在雨季时，才有细流流经。
漳河流经井田西部外边缘。
该河自南向北流入漳泽水库。
继续往北流至襄垣县五阳村与西漳河汇合，向东流入河北平原。
该河在本井田附近河床宽约50—100m，据有关资料记载，该河最大流量为489m3/s，最大流速为4.17m/s，最小流速为0.17m/s，最大含砂量为172kg/m3，水质分析证明污染严重。
五、气象
本地区属大陆性气候，夏季午间炎热，早晚凉爽，昼夜温差较大。
春、冬两季多风，降水量较小，气候干燥，据长治市近年来气象资料，最高气温为37.2℃，最低气温零下20.9℃；降水量集中在七、八、九三个月，最大年降水量为634.1mm，最小年降水量为422.2mm；最大年蒸发量1571.0mm，最小年蒸发量为1325.2mm，蒸发量约为降水量的3倍。
每年10月至次年4月为结冻期，冻土深度一般为0.55m，最大冻土深度为0.63m。
第二节井田开发现状
现开采3号煤层，基本沿井田中部南北方向布置运输、轨道和回风大巷，运输大巷沿3号煤层底板布置，回风大巷沿3号煤层顶板布置，轨道大巷沿+620（或590）水平岩巷布置。
井下共布置有2个采煤工作面（其中1个为配采工作面）、2个掘进面、1个开拓面。
全井田共分四个采区，目前开采一采区、二采区，1301、1302、1303、1304、1305、1306、1307、1308工作面已回采，2301工作面和1310工作面正在开采，2301工作面回采至2011年4月底，2303工作面5月份开始回采。
井田内除山西三元煤业股份有限公司矿井无小煤矿开采。
在井田的东部边界为长治市区，南部有潞安集团司马煤矿（600万t/a）以太焦铁路与三元煤业股份有限公司为界，西部有潞安集团高河煤矿（600万t/a）、三元南耀小常煤矿（120万t/a）以浊漳河于三元煤业股份有限公司为界，北部以208国道为界（北距漳河水库约1.00km）。
经查明，在井田周边无其它非法小窑进行开采。
三元煤矿现开采3号煤层，主要在井田中部开采，采空区主要存在4处积水，
（1）1303采空积水区：
2000年4月—2006年12月回采，积水面积669510m2，积水量120510m3。
（2）1301采空区积水区：
1997年1月—2000年11月回采，积水面积109304m2，积水量196812m3。
（3）1307采空区积水区：
2007年1—6月回采，积水面积12578m2，积水量26413m3。
（4）1308采空区积水区：
2008年1月—12月回采，积水面积8975m2，积水量18847m3。
（详见表1-1）
采空区积水量采用老空水量估算公式（煤矿安全手册），估算公式如下：
Q=K×M×F/Cosα
式中：
Q——有水力联系的某些（或某几个）煤层采空区积水量之和（m3）
K——采空区的平均采高线或煤厚（m）
F——采空积水区的水平投影面积（m2）
a——煤层倾角（°）
3号煤层采空区积水面积汇总表表1-1
编号
积水面积
（m2）
K值选取
Cosα≈1
3号煤厚
（m）
估算积水量
（m3）
1
669510
0.25
1
7.20
120510
2
109304
0.25
1
7.20
196812
3
12578
0.29
1
7.24
26413
4
8975
0.29
1
7.25
18847
合计
800367
362582
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
一、矿井水文地质类型
目前矿井开采3号煤层，对上部山西组及下石盒子组砂岩含水层及地表局部地段松散岩孔隙含水岩组有破坏作用。
以上含水层有一定的补给水源，补给条件一般。
其直接充水含水层为顶板砂岩裂隙含水层。
矿体位于当地侵蚀基准面以下，但含水层富水性均较弱，单位涌水量0.0026L/s.m，其采空区内存在局部积水。
目前矿井正常涌水量为1200m3/d，最大涌水量为2880m3/d。
井田内3号煤层底板标高为510—680m，奥灰水位标高存648-653m，3号煤层大部分煤层低于奥灰水位之下，底板突水系数小于正常块段的临界突水系数0.10MPa/m，、小于受构造破坏块段临界突水系数0.06MPa/m，、奥灰水对开采3号煤层影响不大。
一般不会造成底板突水危险。
9号煤层目前未开采，煤层均位于奥灰水水位以下，属带压开采，突水系数小于正常块段的临界突水系数的临界突水系数0.10MPa/m，接近受构造破坏块段的临界突水系数0.06MPa/m，在正常地段矿井水文地质条件中等，局部受构造或其它人为破坏的地段，水文地质条件复杂化。
随着3号煤层的开采，采空区积水对9号煤层的开采产生一定的威胁，其矿井水文地质条件随之发生改变，今后生产中应引起注意。
14号煤层目前未开采，煤层均位于奥灰水水位以下，属带压开采，最低底板标高为380m，突水系数为0.135MPa/m，突水系数大于正常块段内临界突水系数0.10MPa/m，有突水的危险性，随着3、9号煤层的开采，采空区积水对14号煤层的开采产生一定的威胁，矿井水文地质条件复杂。
15-3号煤层目前未开采，煤层均位于奥灰水水位以下，属带压开采，15号煤层最低底板标高为400m，突水系数为0.196MPa/m，大于正常块段内临界突水系数0.10MPa/m，有突水的危险性，开采时特别注意。
15号煤层与14号煤层相隔仅为3.23—13.05米，平均6.12米左右，开采15号煤层时必须疏干14号煤层积水。
15号煤层水文地质条件复杂。
井田内地质条件简单，地层总的走向为北西—南东向，倾向南西，倾角0—10°，南部地层较缓，倾角约2°左右，仅见褶皱构造，除二采区2301工作面揭露落差2.5米的小断层外,未发现大的断层及岩浆岩活动。
构造属简单（类型）一类。
二、含水层
井田内的含水层自下而上有：
（1）奥陶系中统石灰岩含水层
地下水埋藏较深，奥灰水位均在650—700米，其单位涌水量为3.465—4.968L/s.m。
（2）石灰系太原组k2—k5石灰岩含水层
根据钻孔抽水资料，其水位标高为698.05米，单位涌水量为0.0019L/s.m，渗透系数0.006m/d。
（3）山西组底部砂岩（k7）含水层
为山西组与太原组之分界，平均厚度2.31米，单位涌水量0.713L/s.m，渗透系数0.132m/d。
（4）山西组顶板砂岩含水层
为3号煤层顶板砂岩，单位涌水量0.0713L/s.m，渗透系数0.0274m/d。
（5）二叠第上、下石合子组砂岩含水层
含水性决定与砂岩节理裂隙的发育成度，但距主要可采煤层间距较大，对开采无直接影响，单位涌水量0.116L/s.m，渗透系数0.493m/d。
（6）基岩风化带
为不同时代的地层与表土接触的风化壳，一般厚度为25m,单位涌水量0.52L/s.m，渗透系数0.305m/d。
（7）第四系潜水含水层
一般受大气降水影响明显，单位涌水量1.404L/s.m。
三、井田内的主要隔水层
（1）本溪组泥岩、铝土质泥岩：
厚约5m,为区域良好的隔水层。
（2）石炭二叠系泥岩、砂质泥岩：
厚约数十米，为良好的隔水层。
四、矿井涌水量
山西三元煤业股份有限公司现采3号煤层位于井田中部，矿井正常排水量1200m3/d，最大涌水量为2880m3/d。
第二节井下排水设施
一、主排水泵房及水仓
主排水泵房设于井底车场附近，由中央水仓至地面敷设两趟Φ219×8型排水管（每趟管路约418米）排至地面，然后通过专用排水沟排至地面消防沉淀水池进入净化水处理系统，井筒排水高度311米。
该泵房装备了3台MD280—43×8型水泵，水泵额定流量为280m3/h，额定扬程为344m，一台工作，一台备用，一台检修。
井底水仓设置了主水仓和副水仓，当一个水仓清理时，另一个保持正常使用，主副水仓有效长度约224.87米，有效容量1663m3。
二、采区排水设备
采区水泵房设于+590采区水仓,矿井涌水经由采区水泵房、管子道、轨道大巷敷设的排水管路到620轨道大巷沿水沟排至井下中央水仓。
该泵房现装备MD155-30×3型水泵3台，配用YB280S-4型电机（75kW，660V）。
正常涌水时水泵日排水时间为6h；最大涌水时水泵日排水时间为8h。
正常涌水及最大涌水时均为1台工作，1台备用。
1台维修。
泵房内及轨道大巷敷设2趟Φ168×6型排水管至620轨道大巷排水沟。
正常涌水及最大涌水时均为1趟管路工作，1趟管路备用（详见表2-1）。
三、地面沉淀池排水设备
设置三台主水泵，排水能力均为90m3/h，其中两台大型离心泵。
矿井水经地面沉淀池沉淀，再进入净化处理系统后，进行利用作为工业用水，
矿井排水能力现状表表2-1
序号
地点
型号
排水量（m3/h）
扬程（m）
功率
台数
1
中央水仓
MD280-43×8
280
344
440
3
2
采区水仓
MD155-30×3
155
90
75
3
3
清撒斜巷
BQW50-80
50
80
22
2
4
副井水窝
8J35×10
35
2
5
2301工作面
BQW70-40
70
40
13
4
6
2301工作面
BQW50-80
50
80
22
7
南翼回风巷
BQW70-40
70
40
13
4
8
南翼回风巷
BQW50-80
50
80
22
7
1310回风顺槽
BQW70-40
70
40
13
5
8
1310回风顺槽
BQW50-80
50
80
22
9
1310回风顺槽
MU46-30×7
46
210
45
1
1310回风顺槽
4DA-8×8
54
100
37
2
10
1310运输顺槽
4DA-8×8
54
100
37
1/3
1310运输顺槽
BQW70-40
备注
大部分重新入井作为降尘消防洒水用水。
从近两年情况看，矿井水全部被再次利用，未进行外排。
但矿井安设了两趟外排水管路，外排水能力可达200m3/h以上。
外排水由专用管道排入漳河。
第三章矿井充水因素分析
一、矿井充水来源
1、大气降水：
大气降水通过不同成因的基岩裂隙及松散堆积物孔隙在裂隙沟通的情况下进入矿井，成为矿井充水的间接但重要的补充来源。
矿井涌水量受降水的季节变化影响，具有明显的动态变化特征。
2、本矿井目前开采3号煤层，矿井水主要来自顶板淋水，3号煤层直接充水含水层为其上部的砂岩裂隙含水层，富水性弱，根据生产矿井地质报告编制工作对3号煤层顶板岩石物理力学性质进行了试验，其成果为抗压强度1.51Mpa，抗剪强度2.61Mpa，抗拉强度1.15Mpa；普氏硬度系数1.51，属中等坚固类岩石。
可知，3号煤层顶、底板砂岩、泥岩为尚坚固-中等坚固岩石，底板为中等坚固岩石。
3、勘探钻孔水
当井田内勘探钻孔封孔不合格或没有封孔时，可通过钻孔沟通煤层顶底板含水层及大气降水，若采掘工程通过封孔不合格及未封孔的勘探钻孔时，可出现含水层水及大气降水的入渗和灌入，影响煤层正常开采，甚至出现严重的水灾事故，矿井生产时应有所防范。
4、构造对矿井充水的影响
4.1断层
勘探及煤矿开采过程中未发现大的断层。
在生产过程中在井田南部揭露有断距小于2.5m的小断层。
由于断层造成一定宽度的破碎带，沟通上下含水层之间的水力联系，对矿井充水产生影响。
采掘过程中可能会出现未探明的断层，生产中应引起注意。
4.2褶曲
在向、背斜轴部转折端，有利于地下水的富集。
在向斜轴部一般有利于采空区积水的聚集。
5、井筒水对矿坑充水的影响
开采下部煤层的井筒将穿过其上所有含水层，并与上部井巷相通，故上部含水层地下水及矿坑水一部分可能通过井筒对下部矿坑产生充水。
经过水泥、石块衬砌的立井井筒这方面的影响不太大。
二、矿井充水通道
据井田水文地质和工程地质条件分析，矿井充水通道主要为岩土层的孔隙、裂隙、岩溶、顶板冒裂带及井筒。
另外，不应忽视区内隐伏构造对矿井充水的影响。
第四章矿井主要水害及治理方案
第一节矿井发生突水的原因分析
矿区充水水源，正常情况下为顶板的孔隙裂隙含水层，并受地表水、大气降水影响，但因该含水层富水性极弱而水量较小，不会对矿井生产造成威胁。
现采的3号煤层属于带压开采区，底板突水系数小于正常块段的临界突水系数0.10MPa/m，奥灰岩溶裂隙水对现开采地段内3号煤层影响不大。
但开采3号煤层时，也要进行探放水工作，确保矿井安全。
一旦煤层与奥灰岩溶水相通，所带来的突水将是灾难性的。
9号煤层属于带压开采区，14、15号煤层具有突水的危险性，由于5年内均不予以开采，本次规划不做具体分析，开采该煤层时，要做相关设计方案，进行探放水工作，确保矿井安全。
根据长治矿区所发生的突水事故总结有以下几点原因：
1.矿井排水能力不足。
水仓容量小，水泵装备差。
没有抗灾能力。
2.掘进时未先探后掘，盲目揭露老空区积水，导致矿井突水。
目前井下采空区面积约为1.5平方公里，1301、1303、1307、1308工作面均已回采完毕，进行了密闭处理，在密闭处均安设有排水孔和观测孔，有积水的采空区均通过水沟或管路排至大巷水沟。
1308工作面采空区内有向斜构造段，采空区积水较多，现采的1310工作面将至向斜构造处时，必须对于1308采空区进行探放水，保证安全方可向前回采。
3.钻孔封孔不彻底，回采或掘进时遇未封孔钻孔，导致矿井突水。
4.未留设足够防水煤柱，导致老空区或地表水突入井下。
5.矿井工业场地标高较低，未留设足够的防洪措施，夏季洪水淹过场地，灌入井下。
井田内3号煤层导水裂隙带高度为54.90-67.97m。
3号煤层开采后其导水裂隙带会沟通基岩界面，要进行探放水工作，确保矿井安全。
因此地下含水层受季节性地表水影响较大。
在丰水季节风化带和松散层含水层可能对煤层开采产生影响。
第二节矿井水防治的整体规划
一、矿井水防治整体思路
矿井水防治工作的整体思路可分为两种，一种是以排为主，是将主要的资金和设备及管理重点放在对矿井水的抽排上，一种是以“截、堵”相结合，是将主要的资金和设备及管理重点放在对矿井水源头的控制上。
现采的3号煤水害威胁的主要水源为采空区积水，但现有采空区内积水量相对不大，威胁性较小，只要加强管理，严格执行《煤矿防治水规定》进行防治水，可以避免水害事故的发生。
结合我矿水文地质情况，采取以排为主，辅以“截、堵”措施，基本上可以解决矿井防治水问题。
二、矿井水防治整体规划的确定
根据搜集、整理到的我矿水文地质资料可以看出，我矿的防治水工作重点和难点在于采空区积水的防治上，从源头上掐住或减少采空水的来源，加强采空区积水的探放，就可以从根本上减少和降低水害的风险，同时再辅以各项地面水防治措施，基本上就可以解决我矿的水害防治工作。
由于我矿地表为黄土覆盖，地表有少量黄土冲沟发育，地形较为平坦。
经过实地踏勘，发现目前的地下采矿和疏干排水，对矿区的水文地质条件和地表形态影响较小。
但随着矿井生产的进一步进行，采空区范围将进一步扩大。
在采空区上部、断裂构造带附近及厚度适宜的地段上，局部可能形成了地面裂隙和塌陷。
经查明，在井田周边无其它非法小窑进行开采。
针对上述情况，特提出水害整体防治规划如下：
㈠、防治奥灰水突水规划
1、因井田南部勘探工程较少，要进行补充勘探，完善水文补勘，分析奥灰水的赋存规律，明确奥灰水的静水位标高及水力联系，对隔水层的厚度承压进行专门的验算，进一步查清奥灰水对3号煤层开采中的影响及能否造成大的水患，不断完善3号煤层的防治水方案。
3、对有突水危险的钻孔必须留设合理的保护煤柱或进行探放水，对已知未封和封孔质量差的钻孔要视具体情况重新加封，以防钻孔突水。
4、在已探明或推测有断层、陷落柱的地方、向斜柚部附近进行采掘作业时，如1310回风顺槽向斜构造段，要用物探、钻探相接合的地质分析法，坚持按规程要求做好超前防治水工作，对井巷工程需要通过的导水断层带，必须进行超前预注浆堵水，并加强井巷支护，对可能存在隐伏导水构造的回采工作面等，必须经物探，普查钻探重点验证。
5、进行开拓延伸井巷工程时，严格按照“有掘必探，先探后掘”的原则，特别是接近揭露或主要含水层，必须采取有力措施，配备可靠的排水设施，严格按照作业规程、探放水设计、探放水措施进行探放水。
禁止在没有设立可靠的排水设施前，揭露和接近主要含水层。
㈡、防地表水入井规划
1、根据开采后对塌陷区的观察，回采开始后，将逐渐形成沉陷盆地,最深处可达5米，根据我矿塌陷区域治理规划，2011～2013年重点对1308、2301、1310工作面地表塌陷区进行综合治理。
对采空区上部形成了地面裂隙和塌陷，采用注浆充填的办法，堵死或减少采空区内补给源头，对发现的漏水沟渠和河床要及时堵漏,地面裂隙和塌陷地点必须及时填塞；
2、一采区大巷延伸、三采区北侧及1309、1312工作面的布置，由于该区域临近漳河，临近漳河水体开采前要编制防治水措施和开采方案，确定安全煤（岩）柱的留设参数。
在巷道掘进时严格执行探放水措施，并对顶板岩性及涌水情况进行定期观测、分析，回采过程中要严格按照批准的设计要求控制开采范围、开采高度和防隔水煤（岩）柱尺寸，以防漳河水通过裂隙渗入井下巷道。
3、在雨季时防治水科与公司环境协调办要派专人定期对井田范围内地表裂隙、陷落及积水情况进行摸底排查。
对容易积水的地点应修筑沟渠，排泄积水；对范围大的无法填平的低洼地带，应用水泵抽水，防止水渗入井下；在各井筒附近应修筑防洪坝，并每年汛期前必须将井筒周围的导水渠挖好疏通，并由专人负责。
㈢、防治采空区水规划
1、建立地面水文观测系统，定期观测各个水文孔情况，分析研究地下水活动规律，保证正常生产。
2、健全采空区探放水体制
对采空区要按照规程的有关规定密闭，留设导水孔，加强观测，及时将采空水排出；1310工作面回采至向斜构造处时，必须对于1308采空区水进行探放；2303工作面回采前须对2301采空区水进行探放；建立井田及相邻矿井采空区动态管理机制，掌握其采空范围、涌（积）水情况，防止采空区积水涌入矿井，造成涌（突）水事故的发生。
第三节井下水害治理方案
目前国内采用的防治水害措施主要有留设防水煤岩柱、井下探放水、疏干降压、注浆堵水等措施。
一、留设防水煤岩柱
采用留设防水煤岩柱的方法把导水裂隙、采空区水、地表河流隔离，保证煤层工作面的安全生产。
二、井下探放水
采掘工作必须执行“有疑必探，先探后掘”的原则，在遇到下列情况之一时，必须探水：
（1）接近水淹或情况不明的井巷、老空、老窑或小煤矿时；
（2）接近含水层、导水断层、含水裂隙密集带、溶洞或陷落柱时；
（3）接近或需要穿过强含水层时；
（4）接近未封闭或封闭不良的导水钻孔时；
（5）接近各类防水煤柱或打开隔离煤柱放水时；
（6）接近水文地质条件复杂的地段，采掘工作有突（出）水征兆时；
（7）上层采空区有积水，在下层进行采掘工作，两层间垂直距离小于回采工作面采厚的40倍或小于掘进巷道高度的10倍时；
（8）接近有水或有稀泥的灌浆区时；
（9）采掘地点受顶底板承压含水层的威胁，其岩柱厚度小于计算的安全值时。
生产中要加强顶板围岩裂隙探测工作，防止发生透水事故，每个掘进工作面配备1台WSP-500架柱式液压钻机，掘进过程中要边掘边探、先探后掘。
三、疏干降压
疏干降压是指借助于各种不同的排水工程（井筒、巷道、石门、钻孔、沟渠等）和相应的排水设备，疏干煤层顶板或煤层含水层水，迫使煤层底板含水层水降低到一定水平，使采掘工作得以在水量尽可能小甚至完全疏干的条件下进行。
（1）疏干降压方法的选择：
矿井疏干降压主要有三各方法：
方法一：
地表疏干
地表疏干主要用在预先疏干阶段，是在地表钻孔中用潜水泵预先降低含水层的水位或水压的疏干方式，常用于煤层赋存浅的露天矿。
随着高扬程、大流量潜水泵的出现，井工矿也可采取此种方式。
地表潜水泵预先疏干较之井下并行疏干方式，具有施工方便、速度快、投资和管理费用较低、安全可靠等优点，且排出的地下水水质未受煤层污染，便于综合利用。
方法二：
地下疏干
地下疏干主要用在并行疏干阶段，通常采用巷道疏干和井下钻孔疏干方式。
方法三：
联合疏干
联合疏干常用于水文地质条件复杂的矿井，或水文地质条件趋向恶化的老矿井。
由于经
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