西山煤矿井下探放水设计及措施.docx

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西山煤矿井下探放水设计及措施

新疆龙煤能源有限责任公司西山煤矿

探放水设计

二零一二年七月编

会审表

会审意见：

总工程师：

会审日期：

矿长

安全、通风

副总

开拓副总

生产科

地测科

第一节、矿井概况………………………………………16

第二节、探放水原则……………………………………17

第三节、探放水方法的确定……………………………20

第四节、探放水时的安全措施…………………………22

第五节、探放水设备……………………………………23

第六节、探放水期间问题预防硫化氢事故措施…………24

第七节、放水路线………………………………………24

第八节、水灾避灾路线………………………………………24

第一节矿井概况

一、矿井概况

1、矿井位置

新疆龙煤能源有限公司龙煤西山煤矿的前身是新疆乌鲁木齐县萨尔乔克供电煤矿，矿井位于乌鲁木齐市西山，东距乌鲁木齐市区18km，行政区划隶属乌鲁木齐县管辖。

矿区中心地理坐标为：

东经87°07′10″、北纬43°39′09″。

井田范围东西走向长3.1km、南北宽0.3km、面积为0.93km²。

矿区紧邻乌鲁木齐西山公路，西山公路为沥青公路，有乌鲁木齐市公交车通行。

交通非常便利。

2、企业的历史沿革

西山煤矿井田范围内原有两个生产井，即东井和新井。

东井始建于1986年，设计井型3万t／a，项目业主为乌鲁木齐市供电公司与乌鲁木齐县萨尔乔克乡政府。

煤矿名称为新疆乌鲁木齐县萨尔乔克供电联营煤矿。

新井建于1997年，规模6万/a。

从1997年5月开始，该矿两个井口生产，最高煤炭产量合计达15万t/a。

2003年10月19日，涌水量一直不大的东井，发生了突水事故，突水量达23000m3之多，死亡7人，突水原因是该井与老窑采空区贯通透水。

该矿被勒令停产整顿。

突水事故发生后，2004年12月，新疆兵团天发工贸有限责任公司收购该矿，2005年3月办完收购手续。

2010年元月新疆龙煤能源有限公司收购此矿，归兵团管辖。

3、生产规模

目前煤矿正进行45万/a改扩建。

4、供电及供水

矿井由两个变电所供电，分别是昌吉变电所和乌鲁木齐城区二部电力局。

矿井生活用水从3km外的农十二师西山农场畜牧连自来水管路引入。

二、自然地理

l、地形地貌

井田位于天格尔山脉中段北麓，属于低山丘陵地形。

北部地形复杂，山势陡峭，沟谷纵横；南部地形较为简单为丘陵、草滩地形。

海拔高程为+960～+1184．80m，相对高差最大近220m，

2、河流与水系

井田内无大的地表水体，仅在东界处发育有一条常年流水的大泉河，河水流量为0.3015～0.1473m3／s。

在井田外西部3km处发育有常年流水的小泉河，其河水流量为0.1217～0.1369m3/s。

井田内东部发育有条问歇性水流，随季节变化，时有时无。

3、气象

矿区属中温带大陆性干旱气候，全年最冷在12月至翌年3月，最低气温—20℃左右，每年7～8月气温最高，平均在+20℃以上，年降水量在276mm左右，最大日降水量在18mm。

年平均降水日70～90天，年蒸发量一般2143mm，最大蒸发量在7月份可达356．5mm。

每年10月下旬开始结冻，3月上旬～4月份开始解冻，最大冻土深度达1m。

初雪在10月上旬，终雪在4月下旬。

风向以西南风为主，秋冬季风大，最大风速2．9m／s，一般风速l.2～2.00m／s。

4、地震

矿区位于大格尔山北部边缘，属强震裂带范围之内，为八级地震

烈度区。

三、地层

井田位于天山北麓准噶尔盆地南缘，基岩出露较好，仅南部边缘

有第四系覆盖，所山露的地层主要为中侏罗统西山窑组地层。

1、侏罗系中统西山窑组（J2x）

该组地层根据含煤情况、岩性及岩相特征结合沉积旋回，共划分

三个段，即：

下段（J2x1）、中段（J2x2）、上段（J2x3）。

其中下段（J2x1）

是西山窑组地层的主要含煤段，中段（J2x2）基本不含可采煤层，上

段（J2x3。

）含少量煤层且多为不可采煤层和煤线，地层总厚为600m。

1）下段（J2x1）

该段地层主要分布于井田内，为一套湖泊相、湖滨相、泥炭沼泽

相沉积。

岩性以灰绿、浅黄、灰黑色细砂岩、粉砂岩、中砂岩、泥岩

和煤层为主，夹薄层炭质泥岩及菱铁矿透镜体，泥岩中富含植物化石，

为主要含煤层段，地层厚度为152m。

共含煤18层，煤层总厚度15，18～35．32m，平均24.10m。

2）中段（J2x2。

）：

为一套浅水湖相、浅三角湖相沉积。

上部岩性以灰绿色粉砂岩、

泥岩夹煤线、细砂岩为主组成，下部由中粗砂岩为主组成，夹一些薄

煤层，地层总厚275m，含煤12层，总厚2．06m，均为不可采煤层。

3）上段（J2x3）

分布于井田北部之外，为一套湖泊相、浅水湖相沉积。

岩性以黄

绿色、灰绿色中、细砂岩、粉砂岩为主，夹泥岩、煤线。

地层总厚

173m。

2、第四系（Q3+4）

上更新统（Q3）主要分布于井田南界边缘片区，其岩性为洪积而成的亚砂土、亚粘土及砾石层，起伏不整合于基岩上，地层厚一般小于10m。

Q4为河床砾石及亚粘±，厚3m~5m。

四、构造

井田位于西山单斜带中部，地层走向为近东西走向，为一向北倾斜的单斜构造，地层倾角地表为60°～80°，井下65°～67°根据剖面揭露深部倾角最大达84°，浅部最缓仅45°。

由于井田南部发育两条区域性大断裂，因此伴生的小断层颇为发育，新井西部巷道170m处见一断层，断距在10m之内。

另在东井西巷道中见一小断层。

五、含煤地层及可采煤层

1、含煤性

本井田内含煤地层为中侏罗统西山窑组下段（J2x1），含煤18层，总厚32.90m，含煤系数为5％，其中含可采及局部可采煤层10层，自下而上依次为B7、B8、、B12、B13、B14、B15可采总厚23.72m。

2、可采煤层

1）B7煤层：

为主采煤层之一，属厚～特厚煤层，全区可采，发育较为稳定，煤层厚度5.40m～11.335m，平均厚为8.01m，沿走向有一定变化，自西向东逐渐增厚，煤层结构为较简单型，夹1层夹矸，在局部发育为单一煤层。

顶板岩性东部以粉砂岩、泥岩为主，西部变粗，以细砂岩为主。

底板以泥岩为主，夹一些粉砂岩。

2）B8煤层：

为主采煤层，属厚煤层，全区发育较稳定，全区可采，煤层厚3.96m～8.13m，平均厚度5.20m，沿走向有变化，自东向西有变厚的趋势，煤层结构多为较简单结构，含夹矸1～2层，在局部可采点上发育为单一煤层。

顶板岩性以泥岩为主，在局部地段发育有细、粗砂岩。

底板岩性以中、细砂岩为主，夹泥岩、粉砂岩。

3）B12煤层：

属中厚煤层，全区发育较稳定，全区可采，煤层厚度为0.76m～3.03m，平均厚度1.72m，煤层结构简单，属单一结构。

煤层顶板岩性以细砂岩为主，个别可采点上为泥岩、炭质泥岩。

底板岩性以粉砂岩为主。

4）B14煤层：

属中厚煤层，全区发育较稳定，全区可采，煤层厚1.83m～3.44m，平均2.62m，煤层结构单一。

煤层顶板岩性以中、粗砂岩为主，极个别可采点上发育为泥岩。

底板岩性以细砂岩为主。

5）B15煤层：

煤层厚度为0.75m～1.32m，平均厚1.05m，全区可采，煤层结构单一，以单煤层分布于全区。

煤层顶板岩性以粉砂岩、泥岩为主，底板岩性以细、中砂岩为主。

可采煤层特征见表1-2-1。

可采煤层特征统计表

表1-2-1

煤层

编号

厚度（m）

两极值

平均值

结构

可采性

稳定性

γ（%）

结论

B15

0.75～1.32

1.05

简单

全区可采

0.86

0.603

较稳定

B14

1.83～3.44

2.62

简单

全区可采

0.362

稳定

B12

0.76～3.03

1.72

简单

全区可采

0.351

稳定

3.96～8.13

5.20

简单

全区可采

0.065

稳定

5.40～11.33

8.01

较复杂

全区可采

0.088

稳定

六、煤种及煤质

B7、B8煤层属弱粘结煤种，为低灰、低硫、低磷、中偏高发热量

的富油煤层，是良好的环保型煤种，为较好的动力、民用煤和炼油用

煤。

B12B14、B15，煤层属气煤煤种，除B12煤为低磷煤，其余均为低中灰、低硫、中磷、中高发热量、产油率较高的高油煤层，如经进

一步加工一定是较好的炼焦、炼油和配焦用煤。

可采煤层煤质特征见表1-2-2。

可采煤层煤质特征表

表1-2-2

煤层

编号

水份

（Mad）

％

灰份

（A.d）

％

挥发份

（V.daf）

％

全硫

（St.d）

％

发热量

y值

煤种

（Qb.d）

MJ/kg

（Qb.daf）

MJ/kg

1.10～1.66

1.41

9.07～13.41

11.55

30.58～35.17

32.56

0.27～0.45

0.35

26.64～29.26

28.22

31.05～32.49

31.93

1.3～8

RN32

1.06～1.90

1.41

6.31～18.84

10.74

27.45～32.30

30.14

0.14～1.35

0.46

25.89～29.88

28.04

31.45～33.48

31.97

0～6.2

RN32

B10

0.97～1.77

1.44

3.65～36.69

12.11

36.23～40.82

39.50

0.50～1.65

1.08

24.40～31.85

29.76

31.97～33.87

33.24

10～18.48

QM45

B11

0.92～1.80

1.38

3.59～37.28

14.78

34.94～41.57

39.31

0.57～1.59

0.87

24.06～32.05

29.10

32.18～33.72

32.93

12.8～21.31

QM45

B12

0.98～4.50

1.53

4.10～27.93

10.85

35.75～39.70

37.77

0.47～2.02

0.77

20.58～31.65

29.25

29.90～33.48

32.60

8～17

QM45

B13

0.99～1.48

1.26

5.87～28.32

12.22

38.22～45.42

40.78

0.67～1.91

1.17

22.50～31.24

28.69

31.79～33.70

32.80

17.5～19.5

QM45

B14

1.16～6.29

1.60

5.16～21.70

9.39

35.29～39.76

38.10

0.46～0.88

0.69

25.96～31.46

30.35

29.44～33.55

33.04

12.4～15.5

QM45

B15

0.95～13.23

2.33

4.59～32.49

11.55

18.49～43.39

37.27

0.51～1.27

0.75

17.61～31.25

28.49

23.60～33.45

32.23

4～18.1

CY41

QM45

B16

1.22～1.54

1.33

5.27～15.37

6.15

33.21～44.65

40.81

0.69～1.27

0.99

26.45～31.10

9.57

30.59～33.56

32.84

11.5～20.3

QM45

B17～18

1.43～1.69

1.61

13.67～20.64

18.26

42.87～46.71

44.42

2.74～3.47

3.19

25.80～27.27

26.17

32.81～33.99

32.93

QM45

七、矿井水文地质

（一）区域水文地质概况

矿区位于准噶尔盆地南缘，天格尔山山北麓，乌鲁术齐山前凹陷带的中部，蚀山背斜的西端。

天格尔山山岳耸立，发育着较丰富的秋雪和冰川，是构成山前丘陵地带，山前冲积扇和山前倾斜平原地下水的主要补给源。

天格尔山北麓，山前丘陵带以北，为大面积展布的山前冲洪积扇

和倾斜平原，自然坡为2°～15°，属剥蚀堆积地形，区域地形总趋势为南高北低。

1、区域地下水的补给、径流、排泄

天格尔山区融雪和大气降水是区域地下水的补给水源。

在中高山区气候相对湿润，降水充沛，有利于补给，而低山丘陵、

平原区蒸发强烈，降水稀少，对地下水的补给极其微弱。

区域地下水流向由南向北，作地下迳流，以蒸发和泉水形式排泄。

2、含水介质

区域可分为松散岩类孔隙水，碎屑岩类孔隙水、裂隙水：

（1）松散岩类孔隙水

含水介质为冲积层的砂砾石、砾石层。

分布于乌鲁木齐河与头屯

河的河床和山前冲积扇及倾斜平原。

多赋存孔隙潜水，局部因有隔水

的黄土层，因此地下水局部形成具有承压性质。

含水层厚度3～50m，

自南向北厚度增大，水位埋藏由深变浅。

水的矿化度由低变高，含水

丰富。

（2）碎屑岩类孔隙水及裂隙水

包括新第三系的砂砾岩层，白垩系的砂岩层、细砾岩层，侏罗系

砂岩、砾岩层，三叠系砂岩、砾岩层等含水层。

①新第三系砂砾岩孔隙含水层（底砾层）：

分布广一般含水性极弱矿化度较高。

②白垩系砂岩、细砾岩裂隙含水层：

分布于头屯河西部喀拉扎山北麓及头屯河向斜～阿克德向斜轴部，有泉水，流量0.1～0.5L／s，水质矿化度高。

③中侏罗系西山窑组砂岩裂隙含水层：

分布广，砂岩为钙质胶结，易风化，遇水较松软。

透水性较强，一般含水性微弱。

④侏罗系三工河组下段河流相砂岩裂隙含水层：

分布广，补给条件差，含水性微弱，在乌鲁木齐河东有泉水，流量一般为0.79L／s。

（二）、井田水文地质条件

井田东界处发育有大泉河，矿区以西3km处发育有小泉河，河道流向自南向北，河水由第四系泉水汇集而成，流量随季节（主要是融雪水、雨水流入）变化，大泉河流量一般0．3015～0.1473米3／秒，小泉河流量0．1217～0．0369米3／秒。

矿区内第Ⅱ、第Ⅲ勘探线之间发育有一冲沟，沟内溪水流量0.008米3／秒（测定时间为2003年3月6日，正值融雪期），常年呈间歇水流。

井田内地形总趋势北高南低，南部为剥蚀台地地形，主要由第四

系砾石和积物组成，北部为西山体的南坡，平均坡度西部15°～30。

，东部10。

～15。

，主要为北东～南西向的西山窑组地层组成。

高程一般为+960～+1184.80m。

1、含水层

井田范围内地层以第四系松散岩类和侏罗系基岩地层为主。

第四系地层，台地上为上更新统（Q3dpl）分布广泛，山坡积和洪积

作用形成，主要为亚砂士以及坡积岩石碎块组成。

厚度一般小于10m，

由于所处位置高于侵蚀基准面，一般不含水。

分布在冲沟内的是全新

统（Q4al），为冲积作用形成，主要为砂砾石层，一般厚约3～5m，局部达10m，由河道落差相对较大，河水流量微小，对基岩地层补给较小。

井田内基岩含水层以，中粗粒砂岩、砂砾岩为主，与煤层、细粒

砂岩、粉砂岩以及泥岩等互层，浅部裂隙发育。

井田地层划分为6个含水层组，分别叙述如下。

1）第l含水组

B7～B8煤层间，厚度20～30m，以中、细粒砂岩为主，与第II层组混合抽水试验结果单位涌水量为0．0220L／s·m，水质属硫酸盐、氯化物～钾钠类型，矿化度6144mg／L。

现生产水平（东井+878m水平、新井+946m水平）均有滴淋现象。

2）第II含水组

B14～B16煤层间，厚度20～30m，以细粗砂岩为主。

3）第III含水组：

中侏罗统西山窑组中段（J2x2。

）底部，厚度40～60m，以中、粗粒

砂岩、砂砾岩为主，夹有细粒砂岩、粉砂岩。

据简易水文观测资料，

该组渗透性较强。

4）第Ⅳ层组

中侏罗统两山窑组中段（J2x2。

）中上部，厚度10～50m，以中、粗粒砂岩、砂砾岩为主，单位涌水量为0.0234～00259L／s·m，水质属氯化物、硫酸盐、重炭酸盐～钾、钠类型，矿化度1530mg/L。

5）第V层组

中侏罗统西山窑组上段（J2x3。

）底部，厚度12.00～34.00rn，以粗粒砂岩、砂砾岩为主，单位涌水量0.000191L／s·m，水质属氯化物～钾、钠类型，矿化度为5940mg/L。

6）第Ⅵ层组

B32～B34煤层顶板，厚度10～40m，以中、粗粒砂岩、砂砾岩为主，单位涌水量0.000684～0.000777L／s.m，水质属氯化物、重碳酸盐～钾钠类型。

矿化度1840mg/L。

2、隔水层

各含水层组之间隔水层编号依次为G1、G2、G3、G4、G5、G6，隔水层主要由细砂岩、粉砂岩及泥岩纽成，胶结密实，透水性差，层间隔水性能强。

井田位于水文地质单元的补给～径流区，大气降水为地下水的主要补给源，东部的大泉河在区内段标高+955～965m，为最低侵蚀基准面，其以上煤层大小己被火烧，先仅存B14、B15煤层。

3、地下水的补给、迳流、排泄

井田位于水文地质单元的补给～迳流区，融雪和大气降水为地下

水的主要补给源。

井田为低山丘陵、平原地形，蒸发强烈，降水稀少，对地下水的补给极其微弱。

地下水流向由南向北，作地下迳流，以蒸发和泉水形式排泄。

综上所述，本井出煤矿床是以孔隙、裂隙为主的矿床，大气降水

为地下水主要的充水水源，主要煤层段含水层水力联系差，含水层富

水性弱，单位涌水量在0.1L／s.m以内，隔水层较稳定，且井田内

地质构造中等。

因此，本井出的水文地质条件为简单型。

4、充水因素分析

井田内煤岩层为一急倾斜单斜构造，含水层与隔水层相间，含水

层为承压水，水头高度西高东低，北高南低，新井井筒深80m处，（标

高+976m）为初见水位，主要煤层部位平均在+970m左右。

含水层的含水性、透水性均很微弱，西山断层透水性也很微弱，据精查施工的431孔抽水试验结果，单位涌水量0.000113～0.000122L／s．m，431钻孔对断层透水性进行了抽水试验。

以上情况均对矿井充水无大的影响，井田西部V～Ⅵ勘探线间，两山断层的数条次级断层呈北西～南东向展布，横切B7～B8煤层，可能对煤矿床充水有一定意义。

虽然井田内含煤地层的充水含水层含水性弱，对矿床充水影响不

大，但可能造成矿床突发性充水的因素还是存在的，主要有以下方面。

1）采空区积水：

该矿区开采历史较长，主采煤层B7～B8煤层，东井+878m以浅，新井+946m以浅，两井之间己废弃的老两井+927m以浅，东端已废弃的大泉煤矿+928rn以浅，还有两部原西山煤矿+890m水平以浅，均形成采空区，采空区内积存有一定量的积水，如果盲目开采与采空区贯通，势必会造成了大量采空区积水的溃入，造成淹井事故。

2）采空区裂隙导水：

井田主要可采煤层B7～B8煤层平均厚度分别为8.9lm和5.47m，原有仓储式采煤工作面仓室高度一般为30m，煤层为急倾斜煤层。

根据公式“Hf=100*M*h／（4*l*h+133）+8.4”计算可知，导水裂隙带高度B7煤层112.8m，B8煤层为72.5m，采空塌陷形成的裂隙会成为大气降水，地表水及邻近老塘积水进入井下的通道。

3）地表水

虽然本区属干旱气候，但往往以暴雨形式集中降水，由于地表植被稀少，且坡降大，易在沟谷中形成洪水，沟谷之中的裂隙带使地表水对矿井充水成为可能。

6、矿井涌水量预测

井田内影响矿床开采主要为第I、II含水层组，采用412孔针对第I、II层组的混合抽水试验取得的水文参数，按狭长水平坑道的水动力学法计算改扩建矿井涌水量为Q=1007.73m³／d。

第二节探放水原则

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、含水裂隙时；

3、接近或需要穿过强含水层时；

4、接近没有封闭或封闭不良的导水孔时；

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点，采掘工作有突水征兆时；

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。

第三节探放水方法的确定

一、探水起点的确定

为了确保采掘工作和人身安全、防止误穿积水区，将水淹区的积水范围、水位标高、积水量等资料填绘在采掘工和图上，经过分析划出三条界线：

1、积水线：

积水边界线为积水线，其深部界线应根据小窑或老空的最深下山划定。

2、探水线：

根据积水区的位置、范围、地质及水文地质条件及其资料可靠程度，采空区和巷道受矿山压力破坏情况等因素确定，探水深度为30米。

二、探水线的超前距和帮距

探水超前距与帮距，密度的确定：

1、超前距

允许掘进距离a=0.5AL√3p/Kp

其中：

a—超前距m

A—安全系数2-5

L—巷道跨度m

P—水头压力Pa

Kp—煤的抗张强度Pa

2、允许掘进距离

指经探水后，证实无水害威胁，可以安全掘进的长度。

3、帮距

指扇形布置的最外侧探孔所控制的范围与巷道帮距的距离，其值一般应与超前距离相同，有时可略比超前距小1-2米。

4、钻孔密度

指到允许掘进距离的终点处的探水钻孔之间的间距，间距的大小视具体情况而定，一般不得超过3m。

三、探水前准备及钻孔布置

1、加强钻孔附近的巷道支护，背好帮顶，并在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板。

2、清理巷道浮煤，挖好排水沟。

3、在打钻地点或其附近安设专用电话。

4、确定主要探水孔位置时，应由测量人员进行标定。

负责探放水工作的人员必须亲临现场，共同确定钻孔方位、倾角和钻孔布置数目及钻进的深度。

一般布置1组，每组不少于2孔，每孔深度不小于30米，每隔5米打探一次。

四、钻孔孔径和孔数的确定

1、放水钻孔孔径

放水钻孔孔径应根据煤层的坚硬程度，放水孔浓度等因素确定。

在生产实践中常采用的孔径为42mm、54mm、60mm，一般不超过60mm，以免因流速过高，冲跨煤柱。

我矿采用的是孔径为42mm的探水钻。

2、钻孔孔数的确定

A、单孔出水量估算

q=60c.w√2gh

q—单孔出水量，m3/min

c—流水量系数0.6-0.7

w—钻孔断面积m2

g—重力加速度9.81m/s2

h—钻孔出口处水头高度m

B、平均放水量计算

Qcp=——+Q动

式中Qcp—平均放水量m3/min

W—静储量或老窑老空总积水量m3

t—计划放水期限min

Q动—补给量m3/min

B、钻孔孔数计算

Qcp

N=——+k

N—放水钻孔孔数

K—备用孔个数取1-2个

第四节、探放水的安全措施

1、加强钻场附近的巷道支护，并在工作面迎头打好坚固的立柱和挡板，防止水压过大喷出伤人。

2、清理巷道，挖好排水沟。

探水钻孔位于巷道低洼处时，必须配备与探放水量相适应的排水设备。

3、在打钻地点或附近安设专用电话。

4、

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