阜康市广源煤探放水设计19790909.docx

1、阜康市广源煤探放水设计19790909阜康市广源煤矿探 放 水 设 计2011年前 言 根据煤矿安全规程井下水防治有关规定，针对我矿实际情况，我矿技术科组织编制了这篇“阜康市广源煤矿探放水设计”。本设计主要强化一个“探”字，以探水贯穿全篇。在本设计编制中仍然按照原煤矿安全规程执行说明第259条要求进行，由于基础资料缺失的原因，使一些必要的计算失去了依据，造成本设计在一些方面存在一定的缺憾。尽管如此，本设计的编制为阜康市广源煤矿今后的探放水工作提供了指导依据，为今后该矿探放水设计提供了基础。该设计虽然粗糙，缺失部分内容东西很多，但仍能满足该矿探放水工作的要求，可以组织实施。 2011年3月第一章

2、 矿井概况第一节 井田概况一、地形地貌矿区位于博格达山北麓低山丘陵地带，地势总体南高北低，西高东低。海拔9001080米，相对高差约180米。大气降水、融雪（冰）水形成的地表水流顺地势由西向东汇入矿区东侧的三工河，地形有利于自然排水。因此，矿区地形地貌条件不利于地下水的形成与汇集二、气象与地震本区为大陆性干旱半干旱气候，冬季寒冷，夏季炎热，昼夜温差大。历年月平均气温为23.1，极端气温分别为41.5与-37。4-5月为雨季，以阵雨为主，最大年降水量337mm，年蒸发量为1659.4mm。10月初降雪，3月中旬冰雪消融，最大冻土深度为2.02m。区内多为西南风，风力一般为3-5级，最大风速为29

3、m/s。矿区所在区域划为七度地震烈度预测区。三、水系井田内无常年流水，阜康市最大的河流三工河在井田东界外700m处自南向北流过，水位标高+821.05m，为当地侵蚀基准面。该河主要接受南部山区融雪水与大气降水补给，年径流量4272.82万m3。6-10月为洪水期，月均流量1.255-4.009m3/s，最大可达8.6m3/s。四、供水与供电供水矿区东界外700m处即为常年流水的三工河，其补给源主要为南部博格达雪山融雪水，暴雨洪水及径流途中的裂隙泉水，河流流向大致垂直山体走向，呈南北向延伸，据阜康市水电局1989年资料，径流量为0.4亿m3/年,三工河河水及其河床第四系潜水一直成为沿途居民的生活

4、用水与灌溉用水的水源,矿区各矿井的生活用水也一直源于该河床第四系潜水。电源矿井供电电源引自三工变电所，采用10KV架空线引至矿井，三工变电所还有10KV备用出线位置，可满足该矿井改扩建的供电要求。矿井改扩建后需增加一趟10KV电源线路，形成双回路供电。第二节 矿区区域地质特征一、区域地层矿区所在区域属东准噶尔地层分区的吉木萨尔小区。区域地质图范围内出露的最老地层为二叠系上统芦草沟组（P2l），其与上覆侏罗系含煤地层呈断层接触。侏罗系含煤地层自下而上划分如表3-1。1、侏罗系下统八道湾组（J1b）：主要出露在区域东部阜康南背斜与阜康向斜轴部一带。岩性组合具有明显的河湖沼泽相含煤沉积特征，是区域内

5、最重要的含煤地层，共含煤5-17层（称A煤组），由西向东煤层变薄，煤质变差。 阜康市广源煤矿区域地层岩性特征及接触关系表 表3-1界系统组代号接触关系岩性岩相厚度m新生界第四系全新统Q4不整合砾石、砂0-5上更新统Q3砾石、黄土 10中生界侏罗系中统头屯河组J2t河流湖泊相；泥岩及泥质粉砂岩为主，夹砂岩833-1074西山窑组J2x河流三角洲相；砂砾岩、粉砂岩、泥岩夹煤线380-503下统三工河组J1s湖相；泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹砂岩567-849八道湾组J1b河流沼泽-河湖相；砂岩、砂质泥岩夹煤层6592、侏罗系下统三工河组（J1s）：分布在区域中部，构成阜康向斜与南阜康背斜两翼地层，主体

6、属河流-湖泊相沉积。不含可采煤层。3、侏罗系中统西山窑组（J2x）：主要分布在区域西部阜康向斜轴部一带，并在阜康南背斜两翼出露。属河流沼泽相含煤沉积。是区域内另一重要含煤地层，含煤815层（称B煤组），煤层多且单层厚度大，但煤层沿走向和倾向常有较剧烈的变化。本矿区就处在该含煤地层内。4、侏罗系中统头屯河组（J2t）：局限在区域西部，覆盖于侏罗系其它层位之上，属干旱环境下的河流-湖泊相沉积。不含煤。上述侏罗系地层之间均呈整合过渡接触关系。另有第四系全新统（Q4）与上更新统（Q3）松散堆积物在区域以北大面积分布。二、区域构造矿区所在区域位于乌鲁木齐山前拗陷的南部中段，总体构造线方向为北东东向。受区

7、域构造活动影响，断裂与褶皱均较发育。1、断裂具有重要意义的区域性断裂构造分别为F1、F2、F3断裂。F1断裂分布在区域东南部，呈北东-南西向展布，断层面倾向南东，属逆断层。受其影响，上二叠系芦草沟组地层逆冲于侏罗系地层之上。F2断层位于区域北部，呈近东西向延伸，在区域内呈向北凸出的弧形。该断层属区域性逆掩断层，断层面南倾，致使侏罗系地层逆掩于第四系地层之上。F3断层位于区域中部，沿阜康南背斜轴部一带延伸，断层面亦南倾，亦具有逆断层性质。矿区位于F3断裂之北，受其影响较小。2、褶皱区域内自北向南依次发育有阜康背斜、阜康向斜、阜康南背斜、阜康南向斜。上述背向斜此起彼伏，共轭相连，总体轴向近东西，两

8、翼倾角均在40以上，局部地段可达75以上，属紧闭褶皱。矿区位于阜康向斜与阜康南背斜的共用翼。矿区地质特征一、地层矿区预划范围内出露的地层主要为侏罗系下统三工河组上段（J1s2）、侏罗系中统西山窑组下段（J2x1）与上段（J2x2）。另有第四系全新统冲洪积层（Q4apl）零星分布。1、下侏罗统三工河组上段（J1s2）出露于矿区南部，为一套河湖相沉积，岩性主要为灰绿色泥质粉砂岩、泥岩夹中-细砂岩及砂砾岩薄层。未见底，厚度大于101.37米。2、中侏罗统西山窑组下段（J2x1）出露于矿区中部，为河流-泥炭沼泽相沉积。岩性主要为粉砂岩、泥质粉砂岩、中-细粒砂岩夹煤层、煤线。43、45号煤层赋存在该岩性

9、段内，是矿区内的主要含煤地层。底部为不稳定的砂砾岩层。厚度176.44米。3、中侏罗统西山窑组上段（J2x2）出露于矿区北部，属河流三角洲相沉积。主要岩性组合为细砂岩、粉砂岩夹泥岩、炭质泥岩及煤线，厚度大于78.50米，底部以43号煤层顶板即火烧区北界为界。4、第四系全新统冲洪积层（Q4apl）分布于矿区南部冲沟中，由砾石、砂组成。厚度0-5米。二、构造矿区位于阜康向斜南翼或阜康南背斜北翼，呈北倾的单斜构造，地层倾向305335之间，倾角6080。东部边界见有小型平移断层f1，该断层地表迹象十分明显，走向近南北，倾向偏西南，倾角71，西盘北移，东盘南移，水平断距约30米。矿区东部六运湖生产矿井

10、开采过程中，曾见45号煤层被该断层组错断现象。此外，西部边界外背斜轴部转折端处f2小型平移断层分布，对矿区煤层没有影响。煤矿构造复杂程度可划为中等类。第三节 水文地质1、影响地下水形成自然因素（1）地形地貌矿区位于博格达山北麓低山丘陵地带，地势总体南高北低，西高东低，海拔+900-+1080m，相对高差约180m。大气降水、融雪（冰）水形成的地表水流顺地势由西向东汇入矿区东侧的三工河，地形陡竣有利于自然排水，因此，矿区地形地貌条件不利于地下水的形成与汇集。（2）地表水体矿区东界之外700m处流经的三工河为常年性流水，水位标高+821.05m，为当地侵蚀基准面。该河主要接受南部山区融雪水与大气降

11、水补给，年径流量4272.82万m3。6-10月为洪水期，月均流量1.255-4.009m3/s，三工河河水由南向北运移过程中，通过煤系地层的孔隙裂隙顺向渗透补给，为矿区地下水的主要补给源。（3）地层构造矿区含煤地层为侏罗系中统西山窑组，主要由砂岩、粉砂岩、泥岩与煤层互层组成，这种多韵律结构使得地下水在接受大气降水的补给时起到了一定的阻隔作用。侏罗系下统三工河组位于矿区南部，其岩性主要为粉砂岩、细砂岩、泥岩及炭质泥岩，也在一定程度上阻挡了地下水对含煤地层的渗透补给。矿区位于阜康向斜南翼，地层倾角较陡，呈单斜构造，没有发现走向断裂，矿区东界f1断层属垂直地层走向平移断层，断层面禁闭，水平断距30

12、m左右，使煤层产生错动位移。该断层破碎带可能成为大气降水入渗的通道之一，但受规模与性质影响，蓄积的地下水有限。（4）火烧区矿区内43号煤层火烧后形成一条贯穿东西的烧变岩带，烧变岩内孔隙发育，可接受大气降水及地表水的补给，并蓄积一定量的孔隙潜水，对矿井开采威胁较大。2、含（隔）水层（段）划分矿区含（隔）水层（段）依据岩性特征和富水性划分。侏罗系含煤地层属河流-沼泽相沉积，垂直向上，由多个由粗到细的岩性组合叠合而成；走向上，岩性渐变过渡现象较明显，尤其砂岩类组成的砂体变化极大，因此，只能根据各段的砂砾岩与砂岩所占比例，划分为含（隔）水段，矿区内共划分为5个含（隔）水层（段），分述如下：（1）第四系

13、全新统透水不含水层（I）由全新统的冲洪积物组成，主要分布在矿区的南部沟谷及山坡与坡脚处，冲洪积物主要由松散的砂砾、碎石等组成，厚度0-5m。透水性好，自身不具备储水条件。（2）侏罗系中统西山窑组上段孔隙裂隙弱含水段(）主要分布在矿区北部，烧变岩孔隙潜水含水层之上，属含煤地层西山窑组上段地层。岩性主要由细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩与薄煤层组成，局部夹有粗砂岩。厚度78.50m。该含水段主要接受大气降水及融雪水的补给。据东邻城关煤矿79-3钻孔抽水试验资料，该含水段单位涌水量为0.0011升/秒.米，渗透系数0.00208m/日，属弱含水段。（3）侏罗系中统西山窑组下段烧变岩孔隙潜水含水层（I

14、II）烧变岩含水层位于侏罗系中统下段的顶部，由43号煤层燃烧烘烤而成，形成贯穿矿区东西的烧变岩带，该带地表宽度15-30m，距离45号煤层之上30-70m，烧变岩中孔隙发育，易接受大气降水与地表水的补给，较易储存孔隙潜水。矿区西部广源立井与中部股分合作立井穿越该烧变岩带时，均出现水量增大现象，目前上述部位无明显涌水。除此外，尚无生产矿井在其深部加以揭穿，深部含水情况不明。（4）侏罗系中统西山窑组下段孔隙裂隙含水段（IV）该含水段由烧变岩含水层底板至西山窑组下段底界，含45号煤层在内，厚度176.44m，45号煤层顶板至烧变岩含水层底板以粉砂岩、泥质粉砂岩夹炭质泥岩或煤线为主；45号煤层底板至西

15、山窑组下段底界主要岩性为粉砂岩与泥岩等，但底部有不甚稳定的砂砾石层存在，砂砾石层厚度在3-10m之间。该含水段水位埋深为+880m标高，生产矿井自西向东揭露深度标高由+772.91m递减为+637m，矿井涌水量也由120m3/d递增为440m3/d。此外，矿区东部的六运湖农场矿井开拓穿越该含水段底部砂砾岩层时水量明显增大。（5）侏罗系下统三工河组上段隔水段（V）该隔水段分布于矿区南部边缘一带，伏于西山窑组下段孔隙裂隙含水段之下。岩性主要为泥质粉砂岩、泥岩夹细砂岩夹及砂砾岩薄层，厚度101.37m，矿区内各生产矿井均未揭穿该段，依据区域性岩石组分特点划分为隔水段。3、矿床充水因素分析（1）生产矿

16、井充水情况A、广源矿井该矿现开拓水平为+772.9m标高，较东邻股份合作井的最低开拓水平高出43m。主立井位于45号煤层顶板，在垂深75-110m（+888-+853m标高）区段穿越烧变岩孔隙潜水含水层，水量明显增大。此外，矿井附近45号煤层露头有较显著的塌陷坑，尚见有少量雪融水蓄积。目前该矿井主要是煤层顶板渗水，排水量可达250m3/d。B、股份合作矿井该矿井现开拓水平为+730m标高，低于西邻广源矿井而高于东邻六运湖农场矿井。主立井位于45号煤层顶板，在118-178m（+828-+768m标高）区段穿越烧变岩孔隙潜水含水层时，水量加大，目前该矿井以顶板渗水为主，排水量较小，约120m3/

17、d。C、六运湖农场矿井该矿井现开采标高为+693m，低于西部两个矿井。井下调查可知，地下水主要从煤层底板砂砾岩中渗出，采用55kW水泵抽水，每天抽水约5小时，排水量184m3/d。D、三工平安煤矿东邻三工平安矿井现开采水平为+637m，低于本矿区各生产井，井下实测得知，由底板向煤层开拓的斜井中的砂砾岩层有地下水渗出，局部可见股状，形成的水流汇入水仓。采用75kW水泵（80m3/h），每天抽水5-6h，排水量400-480m3/d。（2）矿床充水因素分析通过生产矿井调查访问，现已基本查明矿床充水的主要因素与充水途径如下：A、三工河河水及河床第四系孔隙潜水通过含煤地层与河床直接接触的部位，顺层补给

18、地下水，并自东向西使各矿床依次充水。同时，矿界以西600m处甘沟中的地表径流对矿区也会产生自西向东的侧向补给。B、大气降水和雪融水通过第四系松散物或地表风化裂隙与构造裂隙下渗到侏罗系中统西山窑组下段孔隙裂隙含水段（IV），通过煤层顶底板进水对矿床充水。C、位于第IV含水段之上的烧变岩孔隙潜水含水层（III）通过裂隙孔隙对矿床间接充水。D、45号煤层地表塌陷坑与塌陷沟蓄积有少量的大气降水与雪融水，亦可沿采空区裂隙等对矿床充水。E、区域上沿阜康南背斜轴部延伸的F3断裂沟通了三工河等地表径流，其西部距离矿区较近，也可能成为矿区充水因素之一。4、地下水化学特征经取样测试，广源煤矿地下水为HCO3.Cl

19、.SO4-Ca.Na型，矿化度1.254克/升，属微咸水。六运湖农场矿井地下水为HCO3.SO4.Cl-Na型，矿化度3.286克/升，属咸水。东邻三工平安煤矿地下水为Cl.HCO3-Na型，矿化度2.045克/升，属微咸水。以上化学特征说明，煤系地层中岩石透水性较差，补给径流条件欠佳，从而导致矿化度偏高，地下属微咸水-咸水。5、矿井涌水量矿区内外自西向东依次排列的四个矿井目前排水量分别为250、120、184、440m3/d，据调查，此排水量受季节性影响不大，具有一定的代表性。可作为未来矿井扩大生产能力时的比拟参数。目前生产矿井排水量取四个矿井的平均值，即250m3/d，未来设计矿井年产量为

20、9万t，采用水文地质比拟法对拟建9万t/a矿井进行涌水量的概算。则预计矿井涌水量为750m3/d。预测公式如下： KcpQ1/P1 QKcpP式中Q拟改扩建矿井涌水量（m3/d）；Q1目前生产矿井平均排水量（m3/d ）；KCp富水系数P未来矿井年开采量将以上数据代入上式，主算结果，未来设计矿井年产量为9万吨，则预计矿坑涌水量为750m3/d。为了防患于未然，建议对矿区范围内易造成突水的地段，如火烧区、塌陷区等采取一定的防范措施，以防突水事故的发生，留足防水煤柱，做好超前探放水工作。第四节 煤层一、区域含煤性矿区所在的阜康向斜南翼含煤地层为侏罗系中统西山窑组（J2x），据东邻城关煤矿（位于三工

21、河东岸，距矿区东界约1千米）生产地质报告所述，该组地层平均厚度719.59米，含煤1840层，其中可采煤层仅5层，集中分布在含煤地层的下部与底部。煤层平均总厚40.08米，含煤系数14.98，可采率5.57。各岩性段含煤情况如下：1、下段（J2x1）地层平均厚度220.79米，含煤48层，为主要含煤段。煤层平均总厚33.08米，含煤系数14.98。其中可采煤层3层（45-2、45-1、43），可采总厚32.52米，占全煤组的81。2、上段（J2x2）以43号煤层顶板为界，平均厚度498.80米，含煤1432层，其中2层可采（41-1、41-2），平均可采总厚7.00米，含煤系数1.40。二、矿

22、区煤层赋存情况按照东邻煤矿含煤层位对比，矿区范围内的西山窑组地层相当于5层可采煤层（即45-2、45-1、43、41-1、41-2煤层）的赋存部位。但经过地表地质测量及井巷工程施工，除45-2煤层外，其余4层可采煤层在矿区范围内变化均较大，以下逐层叙述之：东邻城关煤矿45-1煤层距45-2煤层62.53米，煤层不稳定，厚度变化大，平均厚度1.05米，结构复杂，夹0-2层夹矸。该煤层向西至东邻三工平安煤矿后未见出露。至本矿区后，相应层位上也未见出露。东邻煤矿43煤层地表火烧形成稳定而醒目的烧变岩带，并且延伸进入本矿区，烧变岩地表宽度1530米，距离45号煤层之上3070米。矿区西部的广源矿井与股

23、份合作矿井分别在垂深110米（标高853米）与178米（标高768米）处揭穿烧变岩带，未见燃烧残留煤层。东邻城关镇煤矿经77-19孔揭露，43号煤层厚度9.95米，火烧区底界为 450米标高。由此推断，矿区内该煤层可能燃烧殆尽。东邻三工平安煤矿41-2煤层厚度0.200.30米，至本矿区已经消失。此外，东邻三工平安煤矿在石门中发现45-2煤层之上7.82米处有一厚度为1.93米的煤层，由于无法与区域对比，称之为无编号煤层。但矿区内广源矿井与股份合作矿井穿过相应层位的石门均未发现该煤层。 三、45号煤层矿区井巷工程控制的可采煤层仅45-2煤层，由于区内没有发现45-1煤层，为简便起见，统一称作4

24、5号煤层。该煤层自西向东井下揭露点厚度依次为22.10米、21.94米、19.97米、19.60米、19.15米，平均厚度20.55米。该煤层自东向西厚度逐步增大，可能与向西逐步接近背斜转折端构造加厚作用有关。东邻三工平安煤矿该煤层厚20.60米。45号煤层结构简单，仅局部地段有不甚稳定的1-2层薄层炭质泥岩夹矸。该煤层全区稳定。顶板岩性多为粉砂岩与泥岩，底板岩性多为粉砂岩与泥质粉砂岩。 阜康市广源煤矿45号煤层特征简表 表4-1控煤点号控煤点位置煤层厚度结构煤层产状顶板岩性底板岩性K1广源井二水平西巷西端22.10简单K2广源井三水平运输石门21.94简单33069粉砂岩粉砂岩K3股份合作井

25、三水平运输石门19.97简单31872粉砂岩泥质粉砂岩K4六运湖农场井三水平运输石门19.60简单33173粉-细砂岩粉砂岩K5六运湖农场井三水平东巷东端19.15简单东邻三工平安煤矿主井二水平运输石门20.60简单34082泥岩泥质粉砂岩四、煤层对比矿区内45号煤层属巨厚煤层，经多年开采，浅部已基本采空，在地表沿走向形成断续分布的塌陷坑或塌陷沟，地表特征明显，极易对比。43号煤层虽然未经工程控制，但其地表火烧形成一个砖红色烧变岩带，宏观上易辨认。有了这两层明显的对比标志，可以准确判定45-1、41-1、41-2煤层赋存的层位，并由此判断这些煤层是否存在与其可采性。总之，区内煤层对比可靠。第五

26、节 煤 质一、煤的物理性质及煤岩特征45号煤层肉眼观察为黑灰色，呈暗淡无光状,断口与节理不明显，煤的宏观煤岩组成以暗煤为主。容重平均值为1.35吨立方米。煤的显微煤岩组份主要为有机质及少量无机质组成。有机质组份中以无结构镜质体中的基质镜质体和碎屑镜质体为主，丝质体和半丝质体等惰性组份次之，基质半镜质体最少。无机质组份中主要是粘土类矿物，方解石脉类碳酸盐类矿物次之，黄铁矿类晶体微量（表4-2）。煤的显微煤岩类型为暗亮型。镜质体反射率0.520.74，变质阶段为：0-阶段。阜康市广源煤矿45号煤层煤岩鉴定成果表 表4-2采样矿井有机质类组分无机质类组分反射率显微煤岩类型镜质体半镜质体惰质体焦块壳质

27、体合计合计粘土类硫化物类氧化物类碳酸盐类广源井45.411.235.60.00.092.27.86.00.10.01.40.52暗亮型农场井 51.719.724.80.00.096.23.83.10.20.00.50.74暗亮型二、煤的化学组成与工艺性能1、煤的工业分析45号煤层原煤水分（Mad）0.722.09，平均1.33；灰分（Ad）4.068.09，平均5.73，属特低灰煤；挥发分（Vdaf）27.2737.77，平均33.39。精煤水分（Mad）1.043.20，平均2.06；灰分（Ad）1.982.13，平均2.37；挥发分（Vdaf）27.6736.97，平均32.49（表4-

28、3）。45号煤层沿走向自西向东水分、灰分、挥发分的平均值递减。由顶板向底板灰分降低而挥发分增高。2、有害有毒元素45号煤层原煤全硫含量（St.d）0.290.81%，平均0.47，属特低硫煤；磷（Pd）0.0020.020%，平均0.010，属低磷煤（表4-3）。45号煤层中氯元素含量0.051-0.066，平均0.060；砷元素含量35微克克（表4-6）。45号煤层沿走向自西向东全硫、磷、氯、砷等的平均值小幅度递减，由顶板向底板变化规律不明显。阜康市广源煤矿45煤层工业分析及有害元素测试成果表 表4-3 采样矿井水份Mad (%)灰份Ad (%)挥发份Vdaf (%)全硫St.d (%)磷P

29、d (%)原煤精煤原煤精煤原煤精煤原煤原煤广源井2.06-2.142.09(3)2.98-3.463.20(3)6.46-11.748.09(3)2.15-4.032.09(3)36.72-39.7137.77(3)36.38-38.0736.97(3)0.68-0.910.81(3)0.001-0.0340.020(3)股份合作井0.72-1.631.18(2)1.02-2.841.93(2)3.94-5.564.75(2)1.42-2.832.13(2)29.91-40.3435.13(2)28.80-39.8834.24(2)0.31-0.330.32(2)0.001-0.0190.01

30、0(2)六运湖农场井0.69-0.770.72(3)0.92-1.201.04(3)3.12-5.124.06(3)1.55-2.531.98(3)18.74-34.4927.27(3)17.68-33.7527.67(3)0.24-0.370.29(3)0.000-0.0030.002(3)全区平均值0.72-2.091.33(3)1.04-3.202.06(3)4.06-8.095.73(3)1.98-2.132.37(3)27.27-37.7733.39(3)27.67-36.9732.49(3)0.29-0.810.47(3)0.002-0.0200.010(3) 3、发热量45号煤层的干基弹筒发热量（Qb.d）29.3532.68 MJ/Kg，平均31.31 MJ/Kg