防治水设计

防治水设计一、矿井概况山西灵石银源新安发煤业有限公司位于灵石县城北西方向的英武乡要桥村、彭家源一代，距县城15km。2009年11月山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室以晋煤重组办发【2009】64号文批准山西灵石银源新安发煤业有限公司重组整合，重组后矿区面积为5.7698km2，采矿许可证批准开采2-11号煤层，矿井生产规模为60万吨/年。采矿许可证号为C1400002009111220045957，有效期2009年11月27日—2011年11月27日。矿井采用两斜井、一立井联合开拓，现在9号煤层设一个开采水平，水平标高+770m，通风方式为中央分列式，主扇风机工作方式采用抽出式，主、副斜井进风，回风立井回风。回风立井安装两台FBCDZ54№18型对旋式轴流风机。现矿井现配备一个掘进工作面（090101运输顺槽）、一个采煤工作面（090109工作面）。二．矿井水文地质情况（一）、区域地表水本区地表水属汾河水系。汾河自北向南流经本区，区内主要支流有汾河、团柏河、交口河等。据汾河石滩水文站资料，汾河1955至1988年间平均洪峰流量2800m3/s，最大流量13900m3/s(1988.8.6)，最小流量0m3/s。汾河自灵石至霍州什林的40km河段，河谷切割奥陶系石灰岩，成为渗漏河段主要支流有团柏河、静升河、仁义河等。本区处于郭庄泉域中部(图4-1)。郭庄泉域北部和西部以吕梁山背斜轴太古界片麻岩为其天然边界，东以汾阳—义棠断层及霍山断裂为界，南止下新生断层。南北长约110km，东西宽约57km，泉域总面积6300km2，属向斜储水构造。泉域的东部，西部和北部出露的寒武、奥陶系石灰岩直接接受大气降水和河床渗漏补给，地下水由东北及西北向南运动在汾河断层西南段汇合，沿汾河水流方向由北向南运动，受郭庄背斜和下团柏断层的阻隔，在霍县东湾村至下团柏断层间出露，泉口标高516-521m，据2001-2003年间实测资料最大流量2.12m3/s。郭庄泉域岩溶地下水，在汾河河谷及阶地上以群泉的形式出露。（二）、区域主要含水层、隔水层一)区域主要含水层组1．碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层组本类型含水层组包括寒武系到中奥陶统灰岩、泥灰岩、白云岩等可溶岩地层，在区域东部、西部、北部大片出露，在灵石县境内汾河两岸有小面积出露。该含水层富含岩溶裂隙水，是区内最主要的含水层组。其中对矿井开采及供水有意义的为中奥陶统岩溶裂隙含水层组，主要含水层段为上马家组中、上段。区域奥灰水位标高521-620m。2．碎屑岩夹碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层组由上石炭统太原组砂岩、泥岩、煤层及几层石灰岩一套海陆交互相沉积地层组成。含层间岩溶裂隙水，富水性的强弱取决于岩溶与裂隙发育程度。一般在接近地表露头处岩溶裂隙发育，以岩溶含水为主，含水性较好。随着石灰岩埋藏深度的增加，岩溶裂隙发育程度减弱，逐渐以裂隙含水为主，含水性减弱。3．碎屑岩类裂隙含水层组主要包括二叠系一套以陆相沉积为主的碎屑岩地层，本类型含水层组以风化裂隙水为主，裂隙发育程度受岩性、深度和构造影响，裂隙水除少部能沿构造破碎带向深部运动外，其余排泄于地表沟谷之中。径流与排泻区不明显。由于相对呈层状，不同层位的含水层各具补给区，构成若干小的含水系统，其间水力联系较弱。4．松散岩类孔隙含水层组主要为第四系松散沉积物。其中较有意义的含水层为全新统，呈带状分布于汾河及其支流，由亚砂土夹细砂或卵砾石组成，富水性因地而异，为农田灌溉及生活用水的主要来源。主要接受大气降水补给，主要向地表水系排泄，有时也向基岩含水层排泄。二)区域主要隔水层1．中、上石炭统泥岩、铝土质泥岩隔水层组主要以泥岩、铝土质泥岩组成，分布于碳酸盐岩类含水层与碎屑岩夹碳酸盐岩类的交界处，为其间的天然隔水层。2．碎屑岩类层间隔水层组以泥岩类塑性岩石组成，分布于各类含水砂岩层之间，在垂直向上含、隔水层组合呈平行复合结构，含、隔水层处于分散间隔状态，含水层间的水力联系被其间的隔水层所隔，形成独立的含水体系，地表沟谷切割处常沿隔水层顶板出露泉水。（三）、地下水补给、径流、排泄条件本区岩溶地下水的补给以降雨直接入渗及河川径流集中渗漏补给为主。降水入渗主要在向斜两翼大面积碳酸盐岩裸露区，地貌上为中低山，裂隙溶洞及干谷发育，利于入渗。入渗量占泉水补给量的80%。河川渗漏以向斜轴部汾河流经地段为主，长年渗漏补给段位于两渡至什林间。从西部大面积灰岩区入渗的地下水，从北部灵石一带汾河谷中渗漏的河水及从东部的来水均向河谷下游区汇集，在什林至泉口一带及两岸形成了岩溶水的汇集区，岩溶向深部发育。该区水力坡度平缓，北西一南东向水力坡度平均约万分之八；北北西－南南东方向平均约为万分之九，说明该区径流畅通，岩溶发育，并存在北西—南东及近南北向的强径流带。岩溶水最终向郭庄泉排泄。区域内断裂构造较发育，局部地段将奥陶系岩溶含水层与石炭系层间岩溶含水层沟通，成为煤矿涌水的主要水源。此外，区域内局部地段有岩溶陷落柱发育，是煤矿矿井突水的隐患。三、矿井涌水量预算山西灵石银源新安发煤业有限公司兼并重组后主要开采9、10+11号煤层，矿井设计生产能力为60万t/a。本次采用富水系数比拟法，根据本矿及相邻矿井目前实际生产中的涌水量，预算产量达到60万t/a时的矿井涌水量。预算公式：PPQPKQp00式中Q—设计矿坑涌水量(m3/d)；Kp—富水系数；Q0—煤矿现采矿井实际排水量(m3/d)；P0—煤矿实际开采量(万t/a)；P—设计矿井生产能力(万t/a)。开采9、10+11号煤层时的水文地质条件，与北部相邻矿井广进宝煤业有限公司煤矿相似，因此，矿井涌水量可比拟广进宝煤业有限公司矿井涌水量进行预测。山西灵石银源新安发煤业有限公司开采9号煤层，该矿生产能力30万t/a时，矿井正常涌水量120m3/d，最大涌水量168m3/d。原广进宝煤业有限公司实际生产能力为30万t/a时，矿井日常涌水量168m3/d，最大涌水量192m3/d。预测本矿生产能力达到60万t/a时矿井涌水量：正常涌水量：Q正常＝336m3/d最大涌水量：Q最大＝384m3/d采用富水系数比拟法与本矿井现涌水量基本一致。本矿井正常涌水量为336m3/d，最大涌水量为384m3/d。由于井田北部天聚柏沟煤矿涌水量较大，按矿井实际生产能力达到60万t/a的涌水量。当开采10+11号煤层时，其导水裂隙带可发育至4、9号煤层底板，因此在开采10+11号煤层时，若其上部存在4、9号煤层采空区积水，矿井涌水量将会增大。随着开采范围的扩大，矿井涌水量也会有所增加。这里要说明的是，因上部煤层存在采空区积水，在遇隐伏断层、陷落柱或塌陷裂隙导通的情况下，上部采空区积水可能大量涌入矿井，造成透水事故。以上预算数据仅供参考，预算值是否正确尚有待今后生产中进一步验证。四、矿井充水因素分析及水害防治措施（一）、井田内地表水体井田外汾河及其支流交口河距井田较远，河水对矿井开采没有影响。矿井工业场地内建筑物及井口标高均高于沟底5m以上，故雨季沟谷汇集的洪水对矿井工业场地一般没有威胁。井田内在有基岩露头(P2s、P1x)的沟谷内，雨季洪水对煤层的开采有影响，可使矿井涌水量在雨季明显增大。（二）、构造对井田水文地质条件的影响井田内没有发现断层，有12个小陷落柱，陷落柱对煤矿充水有直接影响：陷落构造破坏地层的完整性，沟通各含水层间的水力联系，降低岩石的力学强度。造成矿井容易突水的软弱带，使煤层与含水层接近或接触，同时陷落带可以成为矿井导水通道，陷落带水可成为矿井的直接充水水源。山西灵石银源新安发煤业有限公司井下开拓中遇见12个小陷落柱，对煤层开采无大的影响。（三）、矿井历史主要水害事件据调查，山西灵石银源新安发煤业有限公司及周边矿井未发生过矿井水灾事故。1.井田内(资源整合前)矿井涌水情况井田内及相邻矿井涌水量情况见表4-1。表1矿井排水量统计表煤矿名称生产能力(万t/a)正常排水量(m3/d)最大排水量(m3/d)开采煤层山西灵石银源新安发煤业有限公司原新安发煤业有限公司151201602、4301201689、10相邻煤矿山西灵石红杏广进宝煤业有限公司301681929、10原柏沟煤矿51001502、4山西灵石银源新生煤业有限公司603354009、10从井田内原生产矿井涌水量及相邻矿井涌水量情况看，开采2、4号煤层、生产能力为5-15万t/a时，矿井正常涌水量100-120m3/d，最大涌水量150-160m3/d。资源整合前原生产煤矿都在一水平内开采，一水平处在井田内向斜的一翼。按其构造分析，涌水量随深度的增加，涌水量也会有所增大。由于2、4号煤层其直接充水含水层分别为K8、K7砂岩含水层，大气降水对含水层有一定的补给，受地表水的影响，矿井涌水量受枯水期、丰水期、平水期的影响。据原灵石县新安发煤业有限公司2008年涌水量统计，1-4月份枯水期涌水量100m3/d，6-8月份丰水期涌水量168m3/d，9-12月份平水期涌水量120m3/d。以上数据说明涌水量受地表水的影响，雨季涌水量增大。9、10+11号煤层生产能力30万t/a时，矿井正常涌水量120-168m3/d，最大涌水量168-192m3/d。本矿井目前井下正常涌水量约120m3/d，最大涌水量168m3/d。分析矿井涌水规律，可以看出，矿井涌水量随着矿井生产能力的提高，有明显增大的趋势。这是由于在开采过程中岩层受到破坏，导水裂隙增多，上部含水层的水通过裂隙渗(涌)入矿井。2.相邻矿井涌水情况相邻矿井(资源重组前)矿井涌水量情况见表4-1。据邻矿原广进宝煤业有限公司矿井涌水资料：该矿建井初期涌水量为120m3/d，中期的涌水量1683/d，后期涌水量192m3/d，涌水量初期比中期、后期的涌水量小。由于在开采过程中岩层受到破坏，构造裂隙增多，含水层的水通过裂隙渗(涌)入矿井，随着时间的增长，涌水量会增大。由于2号煤层其直接充水含水层为下石盒子组及山西组砂岩；4号煤层其直接充水含水层为山西组底部的K7砂岩含水层，大气降水对含水层有一定的补给，受地表水的影响，矿井涌水量受枯水期、丰水期、平水期的影响。据该矿2005年涌水量统计，1-4月份枯水期涌水量100m3/d，6-8月份丰水期涌水量160m3/d，9-12月份平水期涌水量120m3/d。以上数据说明涌水量受地表水的影响，雨季涌水量增大。该矿现在开采9、10+11号煤层时，矿井日排水量正常为168m3/d，最大为192m3/d。据邻近矿井原柏沟煤矿涌水量资料：开采2、4号煤层，矿井涌水量主要来源于上部的砂岩裂隙水。裂隙水通过井筒和顶板裂隙向巷道渗漏以及部分采空区积水沿煤层底板向巷道渗漏。汇入巷道的岩层水顺汇水渠流入水仓。据调查，历年开采中，开采煤层涌水量一般为100m3/d左右，最大涌水量150m3/d。（四）、井田内采空区积水情况井田内2、4号煤层已基本开采殆尽(采空区范围由矿方推测确定)。据调查，采空区内有积水、积气现象。因采空区密闭(或已关闭坍塌)，无法进行采空区积水深度及积水量的观测，本次采用《煤矿安全手册》中老空区积水估算公式，对采空区积水进行估算。估算公式：cosKMFQ＝积式中：Q积—相互连通的各积水区总积水量(m3)；M—煤层厚度(m)；F—采空积水区水平投影面积(m2)；α—煤层倾角，(°)；K—充水系数，取0.15～0.20。井田内采空区积水量估算结果见表4-2。表2采空区积水量估算结果表经估算2、4、9、10+11号采矿区积水量约为947586m3，预计采空区积水量随时间的增加而增加。(五)、矿井充水因素分析1.地表水体对矿井开采的影响井田处于郭庄泉的径流带上，地表无大的水体，井田内各含水层地下水主要的补给来源为大气降水入渗补给。2.直接充水含水层对煤层充水的影响井田内的9、10+11号煤的直接充水含水层为富水强的K2、K3、K4灰岩含水层。K2、K3、K4灰岩含水层是井田内对下组煤层开采影响较大的含水层。在断层附近，由于构造对各隔水层的破坏，各含水层可能产生横向及垂向水力联系。因此，开采下部煤层时矿井充水条件将发生较大转