矿井治水方案西井.docx

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矿井治水方案西井

旺苍县三江镇葡萄石煤业有限责任公司

二0一二年度葡萄石煤矿西井

矿

井

水

患

防

治

方

案

编制时间：

2012年1月1日

旺苍县三江镇葡萄石煤业有限责任公司

葡萄石煤矿西井矿井水患防治方案

一、概述

根据《煤矿安全规程》第二百五十条、二百五十四条、二百五十九条的规定，矿山企业防治水工作主要分地面治水和井下治水。

四川川北不属矿山水害分布区,但矿井水害已成为影响煤矿安全生产的重大安全隐患之一,进行水害防治十分重要。

造成矿井水害的水源有大气降水，地表水、地下水、老窑水，孔隙水、裂隙水、岩容水等水害。

针对不同的水害，煤矿防治水重点工作为：

“查、探、堵、放”为原则。

编制二0一0年度防治水方案措施。

二、煤矿区地质及水文地质特征

（一）地形地貌

区内地貌属中低山地貌区，总体北高南低，地形坡度变化大，局部地带为高陡山峰。

一般高程在800-1000m，最高点位于北东，高程约1323m；最低点位于东南，高程约440m，相对高差约900m。

（二）气象

区内属亚热带湿润季风气候，四季分明，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥多风，历年气温-8.1℃～40.8℃，年均气温20℃。

年降水量一般在737.5mm～1587.2mm，最大年降雨量2000mm，年均降水量1160mm，月最大降雨量228.8mm。

降水期多集中在6～9月，占全年降水量的75％以上，无霜期260天左右。

枯水期在每年12月和次年1、2月份，约占年降水量的2～3%，年平均蒸发量为950.6mm，年均相对湿度74％，湿润系数为1.241。

冬季西北风，夏季东南风,最大风速32m/s，1200m海拔以上每年可见降雪，最大积雪厚度300mm。

（三）地表水

本区地表水系属渠江水系，工作区范围内地表水系呈树枝状分布。

主要地表水流为后坝河，为常年性河流，常年流量在6m3/s左右，标高在465-468米左右，水位变幅约3m，流量变幅50～100倍；次为碗厂河，常年流量1.2m3/s左右，水位变幅可达5m，流量变幅50～100倍。

二者大致平行，呈南北向横贯境内。

其余以季节性冲沟为主，常年流量小于0.01-0.1m3/s，主要由大气降雨补给，经访问矿区内冲沟多数在暴雨时汇集坡面流水，雨停冲沟流水即止。

（四）煤矿区地质

1、地层

矿区地层主要为三叠系上统须家河组（T3xj）

2、地质构造

褶皱（曲）及地层产状特征

矿区基岩为三叠系上统须家河组砂泥岩层，区内未见走向长度大于200m的褶皱和断距大于30m的断层出露，但节理较发育。

一般发育2组：

J1组走向N10～20W，倾向SW，倾角40～55°，J2组走向N70～87°W，倾向SE，倾角70～80°，由J1和J2分别组成共轭“X”节理。

但这些构造对矿井开采的影响甚微。

3、开采煤层

区内主要含煤地层为三叠系上统须家河组第五段（T3xj5）地层，该段地层内含煤6～10层，从下往上依次为：

5、9、10、11、12、13号。

（四）、煤矿区水文地质条件

1、含、隔水层特征

矿区含水层主要为三叠系上统须家河组砂岩、煤系底部三叠系中统雷口坡组石灰岩。

相对隔水层为三叠系上统须家河组泥岩、页岩，煤系上部侏罗系中统千佛崖组泥岩。

现分述如下：

（1）、三叠系上统须家河组砂岩含水层

据区域资料，上统须家河组砂岩含水层泉流量较大，其富水性中等。

（2）、三叠系中统雷口坡组石灰岩含水层

以岩溶裂隙水为主，含水性极不均一，水质为HCO3－Ca型水。

据区域资料，暗河流量大，其富水性强。

（3）、侏罗系中下统白田坝组砂岩含水层

该层为煤系地层间接顶板含水层，一般对矿坑充水无直接影响，但可通过冒落裂隙带、采空塌陷区对矿坑进行间接充水。

（4）、煤系上部侏罗系中统千佛崖组砂岩含水层

出露于矿段西南部及内围，划定矿区范围内主要出露侏罗系中统千佛岩组，据区域资料，中统千佛崖组砂岩含水层泉流量较小，其富水性弱。

（5）、上统须家河组泥岩、页岩相对隔水层

据区域资料，上统须家河组泥岩、页岩相对隔水层泉流量较小，其富水性弱。

2、矿井主要出水点位置及水量

矿井涌水量较小，主要出水点不集中，水量也不大，呈滴水状从各工作面及老采区渗出。

3、地下水的补迳排特征

在井下巷道中,地下水接受大气降水及地表水的补给，从顶板裂隙及孔隙以滴水形式渗流，向坑道充水，因受隔水层的阻挡,地表水与煤层附近岩层中的地下水联系较差,顶、底板间的地下水联系也较差,因此矿井内少有涌水及积水现象,仅有较少量的顶板裂隙渗流水顺巷道旁侧排水沟自然排出。

4、矿井涌水量及其组成

+424水平正常涌水量为24m3/h，最大涌水量为35m3/h，其中，大部分为顶板须家河组四段底部砂岩裂隙水，少部分为煤层老采区的补给水。

根据矿井历年观测资料，矿井水具有随季节变化的特征，根据四川省冶金地质勘查局六○四大队2010年3月提供的«四川省广元市旺苍县三江镇葡萄石煤矿水患现状调查报告»显示：

开采后期+424m标高该矿井的总正常涌水量为64m3/h，总最大涌水量为93m3/h。

（五）煤矿区水文地质类型

根据四川省冶金地质勘查局六○四大队2010年3月提供的«四川省广元市旺苍县三江镇葡萄石煤矿水患现状调查报告»显示：

根据“煤矿矿井水文地质类型表”中所列六项进行逐项评定（见表），最后评定结果，本矿井水文地质类型为水文地质中等复杂矿井。

水文地质类型一览表

分类依据

单项情况

单项评定

综合评定

受采掘破坏或影响的含水层

受采掘破坏或影响的含水层补给条件简单

简单

水文地质中等复杂

矿井最大涌水量（m3/h）

93

简单

开采受水害影响程度

采掘工程受水害影响

中等

防治水工作难易程度

防治水工作中等

中等

老空（窑）水（万m3）

不明，有的可能性大

中等

区域水文地质条件

无岩溶水补给矿井

简单

四、矿井充水因素分析

矿井主要充水因素主要有以下5个方面，现分述如下：

（一）大气降水对井巷充水的分析

大气降水是矿井充水的主要补给水源，防止大气降水或短暂地表径流在煤线一带渗入补给矿坑，对矿坑进行充水影响，由于本矿废弃老窑较多，开采情况不明，煤线一带多已形成采空区，局部可能存在地表塌陷或地裂缝，降水、地表水进入现采区的通道可能已经形成，需及时的采区有效封、堵填筑措施，据调查，洪水期矿井涌水量是枯水期的1～2倍。

防止大气降水直接进入矿坑对矿坑进行充水影响。

（二）地下水对井巷充水的分析

1、顶板须家河组中上部砂岩裂隙水的矿井充水性分析

顶板须家河组中上部砂岩裂隙水，要进入矿井只有通过采动裂隙和导水断层，而本矿已采区无大的导水断层存在，但煤层顶板须家河组中上部砂岩距5#煤层最近厚度约50m，开采的采动裂隙影响高度一般可达到该厚度，故顶板须家河组中上部砂岩裂隙水能下渗至矿井。

2、底板须家河组中下部泥岩隔水层水对井巷充水的分析

矿井主要巷道均布置在煤层底板的须家河组中下部泥岩中，泥岩的富水性弱，为相对隔水层，故底板须家河组中下部泥岩隔水层不是矿井的主要充水因素。

因此，顶板须家河组中上部砂岩裂隙水是矿井的主要充水因素之一，应做好顶板的支护工作，在开采过程中，必须先探后掘，同时对各出水点动态进行观测，加强综合分析，做到及时设防，严防顶板突水对矿坑进行充水影响。

（三）断层对井巷充水的分析

矿区在施工中没有发现有次级断层，故断层水不是矿井的充水因素。

（四）地表水对井巷充水的分析

矿区中部发育地表水系为后坝河，属地表常年性河流，最低河床标高441m，在矿区中部一带横切煤系地层，横切煤系地层最高煤层Y6处访问最高历年洪水位标高分别为444.5m，最大流量分别10m3／s，本矿最低开采标高为+424m，那么河水通过煤层露头采空或采空塌陷区补给本矿井的可能性也是存在，甚至不可避免。

但矿井东西井现开采范围距离河床200米以上，因此，就现目前来说，后坝河水对矿井的开采构不成威胁

（五）老窑及采空区积水对井巷充水的分析

矿井区内已有多年时间的采煤历史，留下废弃小窑，废弃小窑积水情况及最低采掘深度标高不明。

由于原葡萄石煤矿西井已开采多年，采空面积较大，多年无人维修，采空及井巷发生塌落和老空水的渗流及泥质物的淤积堵塞作用，造成老空积水的可能性很大，甚至不可避免。

葡萄石煤矿西井+424水平发生过透水事故，原因由于雨后水流量增加，水泵排水设备不足，水仓容积不符合要求，故需要按要求设计备用的水仓和相应的水泵，加强对其雨季的监测工作。

近采空区边界需留设足够的边界煤柱、防水线，对不明区域地区需加强探防，禁止在采空区内进行任何的采掘活动。

严防上部老空积水对低水平的危害，在开采下山水平时，严防上部老空积水渗透补给采区，对采区进行充水影响，及时清除平洞两侧大巷坍塌或淤积土，防止在洪汛期间出现大巷积水反压溃入下山，发生透水或井下泥石流。

老窑（空）水是矿井的主要充水因素。

（六）相邻生产矿井等对本矿井充水的影响分析

葡萄石煤矿分东、西矿井，以后坝河为界，矿区西部为葡萄石煤矿西井，东部为葡萄石东。

葡萄石煤矿西井矿井上部存在于原扶贫福利煤矿+700～+560m、原小溪村煤矿+800～+560m，整合后双春煤矿+800～+560m，本矿葡萄石煤矿西井主井最高采高为：

+550m，两者距离较近，近矿区边界存在贯通的可能，其内采空区面积不详，其采空区存在老空积水。

葡萄石西井主井位于其扶贫煤矿、小溪村煤矿下部，双春煤矿低位开采矿山，其原扶贫福利煤矿主采：

5、9、10、11、12号煤层，小溪村煤矿主采：

5、9、10、11、12号煤层，双春煤矿主采：

5、9、10、11、12号煤层，应防止其上部老窑积水对本矿进行矿坑危害，防止其勿采，对其造成危害，防止高位矿坑水对低水平的危害，故需近矿区边界需留设足够的边界煤柱和探水线。

应与上部现整合后双春煤矿做好联防工作，做好安全工作。

近葡萄石煤矿西井主井边界与小溪沟煤矿存在贯通的可能，其小溪沟煤矿最高为+550～235m，主采煤层5、9号煤层，本矿最低为采高为+550～424m，近矿区边界需留设足够的边界煤柱，加强探防工作，杜绝其开采同层煤勿采贯通，对矿区进行充水影响，应与小溪沟煤矿做好矿坑水联防工作。

严防高水为矿坑水对低水平的危害，做好安全工作。

因此，相邻矿井为该区主要水患。

故本矿主要水患为①老空积水、②相邻煤矿矿坑水（老空水）、③地表水。

为本矿主要充水因素。

次为裂隙水。

五、矿井防治水方案

（一）、矿井水害防治组织机构

1、机构设置

组长:

何虹伦

付组长:

何义伦、何多仁、

成员：

李文兴、何衍华、李传林、黄通顶、秦怀明、黄东、、王兴仁、李文义、何多银、何纪新、包杰。

2、各成员职责

何虹伦负责矿井防治水工作的资金落实，并对各项工作的进度进行督促

何义伦负责矿井防治水工作各方的协调工作，协助组长工作

李传林负责矿井防治水工作所需规程措施的编制、技术指导，何多仁、何纪新、包杰予以协助。

何多仁负责对相关资料的建立、收集；现场安全、建设工程结果质量的督促

何衍华、黄通顶负责西矿井矿井防治水工作施工人员的组织、工程的实施，对工程进度、质量负责

黄东负责矿井防治水工作所需材料的采购供应。

王兴仁负责矿井防治水工作中相关软件资料的收集、整理、编写和相关日常工作。

秦怀明负责矿井防治水工作中机电方面现场及室内资料工作

张志川负责做好矿井防治水资金投入的统计工作，并协助何虹伦作好矿井防治水所需资金的调配。

李文义、何多银协助矿长工作。

李文兴协助何多仁做好现场检查、督促工作。

2、矿井水防治指导思想

鉴于本矿主要水患为①老空积水、②相邻煤矿矿坑水（老空水）、③地表水。

为本矿主要充水因素。

次为裂隙水。

因此，本矿防治水方案主要为：

强排、封堵和探放等措施、

3、具体防治措施

A、堵水

西翼下山5#煤开采在小溪沟季节河流下，一遇洪水。

将造成河水渗入井下。

尤其是原废弃井（505m井）水平，故每遇洪水季节，都需将＋505井用黄泥封堵，以防止洪水涌入下山。

同时，在雨季开始前，矿井必须在专用回风上山上出口，准备足够沙袋和黄泥，以便+483m5#煤层巷道产生流水时，及时砌筑沙袋墙体，防止流水进入下水平或正在从事采掘活动的工作面，杜绝意外水害、顶板及其他事故的发生,同时减轻+424m水泵排水负荷。

B、截流强排:

矿井由于与小溪村煤矿下山接壤，而该矿井下山基本采空，未进行机械排水，每遇雨季，该矿涌水则全部通过采空区渗透入＋483m水平12#煤底板进入9＃煤巷中，形成较大泾流。

矿井下山曾因此被淹。

对此隐患，采取拦截方法：

在＋483m水平井田边界处设拦水坝，坝高1.2m，宽与巷道宽一致约2.2m，厚度为0.4m，设Φ200排水管孔三个，用Φ200PVC排水管3组，将此涌水由9＃煤回风巷引至排水井自流排出。

现5＃煤＋483m水平由于受含水层和小溪沟河流双重影响，一到雨季其涌水量可达西翼矿井正常涌水的3倍以上，故从＋483m水平5＃煤巷设大排量水沟（断面增大至400×300,坡度增大至5‰－7‰左右）,将此水源直接引流出矿井，而不致渗漏到暗斜井，造成排水负荷的增加。

C、“引、排”

引、排水措施指从暗斜井而言，首先是将各采掘作业面出现的矿涌水利用区段巷排水沟将其全部引至井底水仓，集中用泵排至＋483m主平峒中自流排出，其次是将上区段和上水平（＋483m）矿井涌水分别引至抽排水地点和平峒内。

具体做法为：

从采区边界至主斜井约500m，安设PVCΦ200排水管两趟，引水能力近80m3/h,日排水能力约2000m3。

D、探放

由于现在矿井西翼5#煤层和10#煤层已掘完，5#煤层已回采完，矿井的探放水工作集中在矿井东翼的10#、9#煤巷的掘进过程中。

由于东翼临近厚坝河，拟留设煤柱150m，以防止河流水通过裂隙或其他通道进入矿井。

因此，设定井田边缘探水警戒线为150m，即在距离河床300m的位置为探水警戒线。

在警戒线内掘进时，必须使用钻机进行探水掘进，直至安全煤柱处。

探水钻孔直径为￠75mm，长度为30m，探眼共布置3个。

上下各帮一个，磧头靠顶板中间一个。

上帮角度为：

斜向巷道掘进方向，与水平向上成45°，下帮角度为斜向巷道掘进方向与水平向上成45°，中间眼垂直磧头，每掘进20m后，必须停止掘进，重打探水眼，保持探眼超前掘进碛头5m。

探眼内若出水或掘进工作面突水预兆时，必须停止作业，采取措施，立即报告矿调度室，发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。

4、正常排水

矿井现已安装IS0－100主排水泵四台，其排水能力为47m3/h,电机功率为37KW。

四台排水泵的管道布置均为独立。

正常情情况下一台运行，一台检修，水量稍大时将两台同时开启，以保证排水需求。

经测定实际排水能力为38m3/h，该排水量在非特殊情况下完全能满足矿井排水量需要（即日涌水量小于2500m3情况下）。

矿井在绵雨季节矿井涌水大增。

为此，矿井西翼在＋446水平增设了一台IS0100型应急排水泵，将＋446米水平涌水直接排至＋483m水平，使主泵房排水能力达到100m3/h以上。

与之配套南增设3×50＋1×16主电缆一路。

主要用于排水用电需要，其安全载流量为142A，其允许负荷为N＝IV=130×380＝85.56KW。

与原敷设的35×3＋1×12电缆配套使用，可以保证任何时候都能满足四台IS0100型水泵正常工作。

5、应急治水措施如下

A、应急排水时：

（1）停止井下提升作业，确保排水用电需要；

（2）开启第三台主排水泵和应急水泵，保证储水最快排除。

B、防水闸门

1、矿井水泵房可不设防水闸门，其理由如下：

+424m水泵房底板高出+424m水平所有巷道2m左右，但由于+424m～+446m区段的5#煤层已形成巷道700m左右，10#煤层已形成巷道250m左右、9#煤层已形成巷道150m左右，+424m排水行人巷长200m左右、+424m石门车场巷道长140m左右，+424m水平已形成巷道超过1340m。

按2.5m3/h的储水能力计算，+424m水平已形成巷道储水能力共计3350m3，再加上水仓自身的790m3的储水能力，合计+424m水平储水能力达4140m3，而按照四川省冶金地质勘查局六○四大队2010年3月提供的«四川省广元市旺苍县三江镇葡萄石煤矿水患现状调查报告»显示：

先期开采时，+424水平正常涌水量为24m3/h，最大涌水量为35m3/h;后期开采时，+424m标高该矿井的总正常涌水量为64m3/h，总最大涌水量为93m3/h。

即使开采的后期，一天24小时矿井最大涌水量也不超过2232m3/h，远远小于+424m水平储水能力达4140m3。

只要根据矿井开采进度，适时更换与矿井涌水量相匹配的主排水泵，涌水不会进入+424m水泵房内淹没排水设备，因此，葡萄石煤矿+424m水泵房可以不设置防水闸门。

2、在+424m水平石门内设置防水闸门一道

由于西翼5＃煤下区段工作面处于小溪沟河床下，其开采厚度较大，上覆岩层均为较稳定岩层，直接顶厚度不能完全充填满采空区，因而形成上覆岩层破碎而导致河水渗漏。

其渗漏量的增大主要集中在雨季（每年7月－10月下旬），因此拟定在西翼＋424m水平石门中设置防水闸门一道。

设置位置在9＃煤与5＃煤间石门中，距9#煤30米左右，防水闸门边上设一组放水阀，下放水阀距轨面30－40㎝高。

在发生大流量渗水时，首先撤出全部作业人员，然后关闭防水闸门，开启放水阀，有计划地排出涌水。

防水闸门采用厚度为10㎜的钢板制作，边底用厚5－8㎜橡皮密封，板框为120槽钢，每隔12－16㎝接一条加强筋，加强筋用20角钢制作。

D、应急排水泵

在＋446m增设一临时水仓，安装一台ISO100型水泵，将该水平矿井水直接排至＋483m总回风巷中经排水巷流出地面。

五、治水工程投资概算

1、堵水工程，堵水坝三道；工程量2×1.5×0.4×3＝3.6m3单位造价120元/m3

工程造价120×3.6＝432元

2、引流工程：

ΦPVC200水管250＋1400＝1650m

单位造价48元/m

工程造价48元×1650＝79200元

3、防水闸门用钢材80kg，每公斤单价4.8元

4.8×120＝576元

滑轮钢绳及制作费300元

工程造价：

294＋576＋300＝1170元

治水工程投资：

8.2万元

六、治水方案经济技术评价

1、排水能力评价

看见排正常能力为＋483m引水管引流和＋424m泵房排水能力之和，即小时排水能力为80＋38×2＝156m3/h,日排水能力＝80×24＋76×20＝3440m3/t。

应急排水时，＋424m主要排水泵排水能力为171m3/h,日能力为3420m3,因此，应急排水方案启动后，西翼日排水能力为1920＋3420＝5340m3/t，完全能保证排水需求。

综上所述，矿井排水能力都可排出历史最大涌水量，方案完成后完全可满足生产安全需要。

2、配套能力评价

供电方面：

现矿区有250KVA变压器两台，东西各一台，东西翼矿井有50×3＋1×16矿用电缆专线接入井底水泵房，另有35×3＋1×12电缆一路分别接入东西翼井底水仓。

即井下排水已形面双回路供电，可以满足3台ISO型水泵同时工作。

引水方面：

矿井＋483m水平原井巷坡度一般在5－7‰,引水管坡度与巷道坡度一致，即每100m下降50－70㎝,可减少管路损失50％左右，再加上所选管径较大，且粗糙度低。

E/D值一般在0.00001以内。

3、排水经济性分析

矿井正常排水能力为3440m3/d，其中自流排水1920m3占55.8％。

且自流引水排出了上山矿井水的80％以上，仅有少量渗透水进入下山，其经济性是十分全理的。

应急情况下，应急泵方案启动后可将＋424m水平矿井水完全排出。

综上所述，治水方案是经济全理的。

4、可靠性分析

该治水方案首先考虑了正常排水需要，同时又根据矿井开采实际涌水情况，由于东西翼下山开采中没有大型地面水体存在，且小窑积水、老塘积水在矿井均不存在，对矿井开采危害最大的地表渗透和5＃煤顶板Ⅱ号含水层渗水作了充分考虑，鉴于本矿涌水的不稳定，采取了分段、分水平排水方案。

实施后基本能排除淹井危害人生安全的可能性，

六、施工期限

本方案从2012年1月5日起实施，并在2011年3月底投入使用。

另：

西井+483m9#、5#平巷排水管道损毁，储水仓损毁需重建。

附：

排水系统图