06第六章 矿井防治水

神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇第六章矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院2007年6月119第六章矿井防治水第一节矿井水文安全条件分析一、矿井水文地质情况（一）水文地质资料1、矿井水文地质类型依据地质报告，井田划分了三个含（隔）水层（段），即：第四系冲洪积孔隙潜水强含水层（Ⅰ）、中侏罗统西山窑组孔隙裂隙承压中等富水含水层（Ⅱ）、中侏罗统头屯河组弱含水层（Ⅲ）。本区属中山地形，基岩裸露，第四系覆盖较少，地势总体南高北低，地形有利于自然排水。井田范围内地表无常年流动的地表水。区内气候干燥，蒸发强于降水。井田南部边界之外的白杨沟河及河床孔隙潜水是中侏罗统西山窑组孔隙裂隙承压中等富水含水层（Ⅱ）的主要补给源。由于地层岩石裂隙不甚发育，且泥质充填、夹层较多，加之井田地质构造简单，故地下水的补给不存在直接通道和直接灌入，补给方式是按地层渗透性能进行缓慢补给。地质部门依据地层各含水层的性质(中、粗砂岩)；含水层补给条件（白杨河远距离渗透性补给）；钻孔抽水试验单位涌水量（q=0.23～0.247L/s.m）；渗透系数（k=0.14～0.324m/d）及矿床充水方式（顶底板直接或间接）和井下涌水量预测，综合评定矿井水文地质条件为中等—较强富水的矿床。2、断层、裂隙、陷落柱等构造的导水性井田地层总体形态为一向北倾斜的单斜构造，地层倾角10～18°左右。地质勘探没有发现断距大于20m的断层及大的裂隙、陷落柱及其它构造，属地层稳定，构造简单类型。通过在首采及其外围共2.99km2的三维地震补充勘探，共发现14条断层。其中；落差0～5m的断层12条，落差0～15m的断层1条（DF2），落差0～40m的断层1条（DF19）。神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇第六章矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院2007年6月120由断层性质可知，多数断层落差较小，其延展长度有限，根本涉及不到与白沟河或河床冲洪积孔隙潜水强含水层，故断层不导水。目前井下实际已揭露了落差较大的DF2和DF19断层，证实井下断层不存在导水现象。3、主要含水层水位标高和单位涌水量等参数特性及隔水层分布井田划分了三个含水层（段），即：第四系冲洪积孔隙潜水强含水层（Ⅰ）、中侏罗统西山窑组孔隙、裂隙承压中等富水含水层（Ⅱ）、中侏罗统头屯河组弱含水层（Ⅲ）。各含水层（段）特征如下：（1）第四系冲洪积孔隙潜水强含水层（Ⅰ）分布于井田南界之外白杨沟河两岸，由冲洪积砾石、卵石、砂粒组成，分选性差，层厚4～18m，地下水以孔隙潜水的形式赋存于冲洪积层中，主要受白杨河水的渗漏补给，次为大气降水补给，水位埋深0.98～2.08m，水量丰富。据《新疆呼图壁县白杨沟煤矿详查报告》中QJ1、QJ2抽水试验资料：水位降深0.84～1.07m，单位涌水量0.62～1.42L/s·m。（2）中侏罗统西山窑组孔隙裂隙承压中等富水含水层(II)出露于井田中南部，伏于第Ⅲ弱含水层之下。含水层岩性主要由粗砂岩、中～粗砂岩、泥质粉砂岩、泥岩及煤组成。其地下水主要受白杨沟河远距离的河床渗漏顺层补给。据ZK301孔的混合涌水试验，其地下水位高出地面14.07m（地面测得水头压力为0.1407Mpa）。水位降深（S）13.78m，渗透系数(K)0.143m/d，钻孔单位涌水量（q）0.23L/s·m（0.1q1.0L/s·m）；另据ZK302孔及ZK5孔涌水试验的资料：q在0.24～0.25L/s·m之间，K在0.14～0.324m/d之间，此含水层富水性中等。钻孔平均水位标高+1464.41m。（3）中侏罗统头屯河组弱含水层（Ⅲ）广布于井田北部，由砂岩、泥岩组成，厚度11.27～220.53m，该岩组出露位置较高，四周裸露地表。此层属弱含水层，对矿区的水文地质影响不大。4、第四系含水层、隔水层特征、补给来源和与地表水的联系神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇第六章矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院2007年6月121第四系含水层分布于井田南界外白杨沟河两岸，由冲洪积砾石、卵石、砂粒组成，分选性差，层厚4～18m，地下水以孔隙潜水的形式赋存于冲洪积层中，主要受白杨河水的渗漏补给，次为大气降水补给，水位埋深0.98～2.08m，水量丰富。据《新疆呼图壁县白杨沟煤矿详查报告》中QJ1、QJ2抽水试验资料：水位降深0.84～1.07m，单位涌水量0.62～1.42L/s·m。井田范围内第四系覆盖较少，地形高差变化大有利于自然排放大气降水。井田地表无常年流动的地表水。区内气候干燥，蒸发强于降水。（二）矿井正常涌水量及最大涌水量地质勘探采用大井法对矿井（精查区）+1250m水平以浅进行了涌水量预算，预算结果涌水量为15204.37m3/d（633.5m3/h）。设计时矿井的涌水量应按一水平（+1255m）的涌水量进行考虑，故设计引用地质报告中的计算方法和水位标高、含水层厚度等参数对矿井一水平的涌水量进行了预算，预算结果为一水平（+1255m）正常涌水量为1043m3/h，最大涌水量1471m3/h。（三）地表水体井田范围内无地表水系，沟谷平时干涸无水，雨雪融化时有暂时性泻流。井田南部边界之外1～1.6km处的白杨沟河发源于天山雪峰，从井田南部边界之外由西向东横贯汇入井田东部边界之外1～2km处的呼图壁河。白杨沟河常年有水，其出口处距季节变化流量为30m3/s～0.27m3/s，月平均迳流量4.34～6.44m3/s。呼图壁河为一常年性河流，流量变化在72.10m3/s～1.46m3/s，月平均迳流量33.83m3/s～50.46m3/s。（四）老窑及老空区积水本矿井为一在建的新建工程项目，井田范围内无老窑和采空区，井田南部边界之外煤层浅部先后有12个生产小井开采煤炭资源，这些小煤矿产量一般在3～9万t/a，开采煤层为B1、B2、B41三层煤，其中B1煤层开采较多，B0、B3、B42、B5、B6煤层尚未开采。由于这些小窑位于井田南部边界之外，由对浅部小窑调查（见表1—1—1）可知，小窑目前与本矿井尚有一定的距离，地方小井的开采对本矿井今后的生产没有影响。神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇第六章矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院2007年6月122但在今后的生产过程中，仍应加强监测，防止小窑越界开采，其采空区与本矿井井巷连通，造成水患事故。矿区内未见火烧现象，据各勘探线控制的情况，矿区南部边界距煤层露头火烧区较远（300～1000m），对矿井生产不会产生影响，井田边界之外浅部煤层火烧下限见表1－2－4。二、水患类型及危害程度据地质勘探报告分析研究，矿井水患类型及危害程度如下所述：1、矿井地质构造简单，不存在构造出水、突水现象；2、井田地表无水体，大气降水因地表坡度大、出露基岩经风化后柔软不透水且以陡坎状存在对地下补给甚微，不足以影响井下开采；3、主煤段由中～粗砂岩组成的含水层（Ⅱ），该砂岩类岩石虽具备坚硬、裂隙不发育之特点，但其露头在井田之外沿白杨沟河北岸展布受河水侧向和垂向渗露补给，富水性较强，对煤系地层及主煤段可直接充水，是井下开采的主涌水源。该含水层的水以渗透方式补给井下，虽不会造成突发性水害，但因其渗透水量较大会对生产造成一定影响，或因排水设施能力不足或出现故障时，可能造成矿井水灾。4、随着矿井开采，地面产生的塌陷有可能出现裂缝勾通地表与采空区，不及时处理会使地表暂时性大气水灌入井下。5、井田浅部边界之外有地方生产矿井和老窑，据目前掌握资料，小窑距井田尚有一定距离，设计在井田边界处留有足够的防水煤柱，但今年内后生产其间要随时了解掌握小窑开采情况，保持井田境界煤柱的完整性，若境界煤柱被破坏将可能出现小窑采空区的透水事故发生。三、矿井水文质及安全条件评价1、由地质勘探抽水试验资料分析，抽水钻孔的位置不同，孔内涌水量大小变化和水的矿化度变化均较悬殊，其规律为由白场沟河自近而远钻孔中的涌水量减小，水的矿化度增高。由此说明中～粗砂岩组成的含水层（Ⅱ）的地下水在运移过程中，水量逐渐神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇第六章矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院2007年6月123变小、速度变缓，地下水的补给方式是按地层渗透性能进行缓慢补给。2、从建井施工实际分析，矿井已施工完毕主、副、风三条反向斜井、采区轨道上山并进入回采巷道，施工井巷已穿透煤层顶板的全部地层，通过对地层揭露，井巷穿过中～粗砂岩组成的含水层（Ⅱ）时出现淋水现象，淋水量的变化规律是先大后小。淋水量先大后小的现象说明中～粗砂岩组成的含水层（Ⅱ）中的水量是由两部分组成。其一为该地层经过长期渗透而充满裂隙的静储水量；其二为由白杨河沟水补给通过地层裂隙缓慢渗透的径流运移水量。当井巷初期穿过该地层时二者水量全部涌出，故而淋水量较大。当经过一段时间后井巷淋水量变小并且稳定，说明裂隙中的静储水量已经释放仅剩地层裂隙渗透的径流运移水量。矿井建设期涌水量实测见表6—1—1。由表6—1—1涌水量变化可知，2006年1—10月，随着井下巷道总进尺量的增加，对含水地层揭露的范围不断扩大，井下涌水量亦呈增大趋势，当含水地层水量释放一段时间后，静储水量得到排放，仅剩裂隙渗透的运移水量，此时虽然井下的井巷工程总进尺不断增加，南明井下涌水量反而会减少。宽沟煤矿井下排水量统计表表6—1--1时间2006年1月2月3月4月5月6月平均涌水量（m3/h）124110112167.5100.5353.5时间2006年7月8月9月10月11月12月平均涌水量（m3/h）310.5340.5300.5271.5181181时间2007年1月2月3月平均涌水量（m3/h）155145166神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇第六章矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院2007年6月1243、矿井水文地质类型分析。由含水层的性质分析，西山窑组孔隙裂隙承压含水层(Ⅱ)是由中～粗砂岩组成的稳定的、无构造影响的、岩石坚硬裂隙不发育的含水层。尽管其露头补给水源充沛，但地层充水方式是通过远距离裂隙缓慢渗透，故含水层性质为水文地质条件中等；由钻孔涌水试验资料分析单位涌水量q=0.23～0.247L/s.m，渗透系数为K=0.14～0.324m/d，应属水文地质条件中等类；由地质勘探和设计预算的首采区与一水平水量均大于150m3/h，应属水文地质条件复杂类。综上条件，地质部门将矿井水文地质条件划为中等～较强富水的矿床比较恰当。但从实际施工揭露含水层的情况和基建期间井下涌水变化情况分析，矿井的实际涌水量可能要小于理论计算水量。说明涌水量预算时选取的参数存在一定误差，建议矿井在生产与建设期间不断收集和总结水文地质参数，重新核算矿井涌水量，以便正确指导施工生产。第二节矿井防治水措施一、矿井开拓、开采所采取的安全保证措施矿井采用斜井开拓，采区巷道实行分组联合与分层布置相结合的混合布置方案。勘探资料证明矿井不存在构造导水威胁，煤系地层无强岩溶承压含水层。井下主要巷道布置不受上述因素影响。本矿井开采是以裂隙含水层为主的直接进水型的充水特征，且含水层的富水性较强。虽井下不会发生突水现象，但因含水层富水性较强，涌水量较大，会给回采工作面生产带来一定影响。宽沟煤矿井下涌水量相对于疆内其它矿井较大，针对矿井水文地质特征设计结合国内矿井防治水主要技术对宽沟煤矿的防治水措施提出如下观点。目前矿井防治水主要技术措施有疏、堵、截、排，既疏水降压、注浆堵水、帷幕截流和井下排放。设计认为疏水降压、注浆堵水、帷幕截流的防治水措施不适宜于宽沟矿神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇第六章矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院2007年6月125井的实际，主要理由为：1、疏水降压一般分为预疏干、并行疏干和联合疏干三种，预疏干一般采用地面垂直钻孔，潜水泵预先疏干；并行疏干是在井下开拓过程中利用疏干巷道、放水钻孔等；联合疏干是同时采用地面和井下两种疏干方式。疏水降压主要用于构造和岩溶发育含水，以及没有保护层或保护层不够的矿床，以达调节流入矿井采场的水量。本矿井地面地形复杂，水、电、路外部条件有限，