矿井水灾调查、探水设计及安全技术措施

织金县绮陌乡兴荣煤矿矿井水灾调查、探水设计及安全技术措施矿长：总工：编制：二O一O年二月二十日一矿井水文安全条件分析一）、矿井水文地质情况(一)含水层、隔水层特征及其与矿床充水的关系矿区内与开采有关的地层主要有：三叠系下统夜邮组、二叠系上统大隆组、长兴组、龙潭组、中统茅口组及第四系。各地层中主要含水岩性有灰岩、泥灰岩及砂岩，泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩以及煤层等一般具隔水作用。分述如下：1．夜郎组“Tly”岩溶裂隙含水层：分布于矿区范围东部，岩性主要为浅灰、灰色薄至中厚层状灰岩，白云质灰岩，底部为钙质粉砂岩、钙质泥岩，厚度170m，分述如下：该含水岩组岩溶裂隙发育，富水性强，属区域强含水层。但该组底部有泥岩、页岩、钙质粉砂岩等碎屑岩将其与下伏煤层相隔，对煤层矿井的充水影响较小。2．长兴组+大隆组含水层：呈线状分布在矿区内，出露位置较高，多位于山脊。岩性主要为深灰色中厚一厚层硅质灰岩、泥晶灰岩、燧石灰岩、生物屑灰岩央灰一深灰色钙质粉砂岩，含碳酸盐溶洞水，富水性强。但因其呈线状分布，接受大气降水补给差，富水性中等。据三甲勘探区内的ZKl43、ZK306抽水试验结果，单位涌水量为0.00445和0.0823LSm，渗透系数0.00655和0.1952m／d，两个孔试验结果相差较大，表明该组含水的不均匀性。据水质分析，地下水化学类型浅部为HC03-Ca2+型水，深部为重碳酸盐钠型或钠钙型。但采煤所产生的导水裂隙带最大高度，掘经验公式计算为51m，K6煤上距长兴组31m。因此，该岩组所含岩溶水，会成为K6煤层矿井的充水水源，成为K16、K21、K27煤层矿井充水水源的可能性小。3．龙潭组相对隔水岩组：呈线状分布于矿区中部，为矿区内含煤岩系。岩性主要山薄一中厚层粘土岩、炭质粘土岩、细一粉砂岩、粘土质粉砂岩、煤层(线)、等组成，地层厚度约250m。据三甲勘探区ZKl24钻孔抽水试验结果，单位涌水量为0.0243—0.0329L/Sm，渗透系数为O.086m／d山富水性较弱，可视为相对隔水层，浅部为重碳酸盐钙型，深部为重碳酸盐钠型或钠钙型。4．茅口组(P2m)岩溶裂隙含水层：出露矿区西部地区，由厚层状及薄层状灰岩、燧石灰岩组成，厚度大于200。溶洞、漏斗、落水洞及峰丛洼地等岩溶地貌发育。据钻孔揭露，岩芯普遍破碎，裂隙发育，常见蜂窝状晶洞。钻至该层位后，水位会大幅度下降。根据区域水文地质资料，该层中岩溶裂隙发育较强烈，含水丰富，但分布极不均匀。该岩组上距K27煤层底板53m，采矿至最低开拓水平时，底板安全隔水厚度5．98m，其值远小于实际的底扳隔水层厚度，故其所含岩溶水对矿井允水的影响小。5．第四系(Q)孔隙含水层分布于矿区内的地势低洼地带。岩性主要为粘性土、砾、砂等，厚度一般为0～10m。本次调查过程中，未见泉水点出露。该层具有一定的透水性，其厚度变化较大，只是在局部地段具弱富水性，地下水不会对矿床的充水构成威胁。6．地下水的补给、径流、排泄条件根据地下水赋存、水力条件及各地层岩性组合特点，将区内的地下水分为岩溶水、碎屑岩裂隙水及孔隙水三种类型。(1)岩溶水的补给、径流、排泄条件：大气降水是本区岩溶水的主要补给来源。由于碳酸盐岩分布地区多有斜坡，总体上接受降水的补给条件差。但区内岩溶发育，大气降水、地表水体通过碳酸盐岩之间的溶蚀裂隙、溶洞、落水洞等对地下水进行补给。区内大致以夜郎组和大隆组的的界线为分水岭，可划分为两大水文地质单元。分水岭以西边为裸结河，以东边为绮陌河。受地形、裂隙、地层等因素的控制，区内岩溶水总体由分水岭地带向裸结河、绮阳河径流，以泉水形式进行排泄。(2)碎屑岩裂隙水的补给、径流、排泄条件：大气降水是本区碎屑岩裂隙水的主要补给来源。由于碎屑岩分布地区多为斜坡地带，且岩层的裂隙密度小，张开性差，其接受降水的补给条件差。区内的碎屑岩裂隙水主要赋存在风化裂隙带之中，其径流趋势主要决定地势的高低，在重力作用r，由高处向低处径流。(3)孔隙水的补给、径流、排泄条件：本区孔隙水的补给来源为大气降水，在松散堆积物中下渗，无明显排泄点。(二)构造断裂及其对矿床充水的影响矿区仅在矿界边界发育F28和F32两条断层。断层分布在矿界的外围，且深部远离矿界，加之断层为逆断层，隔水性较好，对矿床的充水影响较小。(三)地表水及其对矿床充水的影响区内无地表水体，仅有季节性溪流。故地表水对矿床充水的影响小。(四)生产坑道水文地质矿区内仅有民问小煤窑，通过访问了解，一般老窑的开采深度都小于80m，开采规模不大，巷道基本上都在风氧化带内掘进，大多数坑道内涌水量较小。据调查，巷道内的主要出水方式为渗水、浸水及淋水，未出现老窑突水现象。(五)充水因素分析1．地下水将来矿山的开采过程中，直接充水含水层(P21)虽然富水性弱，大面积开采揭露后，其地下水将直接进入矿坑：Tly、P2d、P2c间接顶扳含水层，补给条件好，富水性强，采空塌陷形成的导水和裂隙带将导致该层地下水进入矿坑，它将成为矿床充水主要因素。2．老窑积水根据调查，煤层露头线附近有老窑存在，开采斜深大多在35—80m以内，矿井必须进一步对煤层露头线附近的老窑进行详细调查，并全部测量上图，留足保安煤柱，生产中如遇到邻近老窑采空区时，应注意老窑积水情况，做到“有疑必探、先探后掘”，严防水害发生。3．大气降水区内大气降水是地下水的唯一补给源。矿区东部大面积出露的T1y含水层是矿床顶扳间接充水含水层，补给条件好。当采空塌陷产生的导水裂隙带触及到该层时，其地下水将进入矿坑，而大气降水特别是雨季对含水层的补给量增大，且具有突发性，此时，大气降水就成为矿坑充水的重要因素。4．地表水区内无地表水体，仅有季节性溪流，故地表水对矿床充水的影响小。(六)矿床水文地质勘查类型的划分根据现行《煤、泥炭地质勘台规范》，矿床位于当地最低侵蚀基准面以上，无地表水体，矿床水文地质勘查类型划分为水文地质条件简单的岩溶充水矿床。但矿床顶板间接充水含水层(Tly+P2c)，岩溶发育，富水性中等～强，在采空塌作用下，其地下水将间接进入矿井，对矿床充水造成较大影响。若考虑间接充水含水层的影响，水文地质条件可划为中等。(七)矿井涌水量预测兴荣矿井正常涌水量为15m3／h，最大涌水量为50m3／h。(二)、水患类型及威胁程度1、矿井水害类型根据绮陌兴荣煤矿水文地质条件为简单类型，矿井水害类型主要有采空区和老巷积水、顶板裂隙水、地表水。2、突水水源与地下水导水通道1)突水水源突水水源主要为采空区和老巷积水。2)地下水导水通道绮陌兴荣煤矿各含水层之间一般无水联系。如出现断层时，含水层会通过断层裂隙导入井下。在生产过程中应留中隔水煤柱，避免因开采隔离煤柱，造成采动影响，使地面水及各含水层水通过采动裂隙窜入井下。二井下防治水安全设施一)、排水设施兴荣煤矿正常涌水量15m3／h，最大涌水量为50m3／h，排水垂高52m，按设计在+1322底K21煤层底板布水泵房，在+1316设正、副水仓。选用DF25-30X3型高心泵3台，其中：1台工作，1台备用，1台检修，配置15KW防爆电机，沿主斜安装两趟中=80mm排水管，其中：一趟备用，待最大涌水量两趟同时使用，为便于水仓清理，设置内、外水仓其容量为172m3。二)、防水设施1、在煤层风氧化带、小窑采空区、断裂破碎带周围留设防水安全煤柱；2、巷道掘进时必须探水前进；3、采、掘工作面或其它地点发现有挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底板鼓起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等突水预兆时，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、矿井必须随时保证井下主要排水通道的畅通，防止排水沟其它巷道受阻。5、其它防水设施：主要有防水闸门硐室及水闸墙等。其主要作用是在发生水患时，能很快形成分区隔离、缩小灾情影响范围，控制水势，确保矿井安全。该设施是在水患发生时，利用其附近所保留足够的防水煤(岩)柱与防水闸门硐室及水闸墙的共同作用，使矿井形成分翼、分水平或分采区隔离开采。由于本矿为一小型矿井，井下涌水较小，因此矿井设计中考虑防水闸门硐室及水闸墙等防水设施。三矿井防治水措施一)、矿井开拓、开采所采取的安全保证措施1、矿井开拓工程布置。主斜井位于K21煤层底板穿层至顶板中，回风斜井位于K16煤层，底板穿层至K14煤层顶板，本设计各采、准巷道亦位于各煤层中。2、采掘工程所采取的防治水措施1)定期收集、调查和核对相邻煤矿和废弃的老窑情况，并在井上、下对照图上标出其位置、开采范围、开采年限、积水情况等。2)针对主要含水层(段)建立地下水动态观测系统，进行地下水动态观测、水害预，并制定相应的“探、防、堵、截、排”综合防治措施。3)井巷在掘井过程中必须边探边掘，掌握前方水文情况，若发现有水患时，应及时采取措施，待确定安全后再向前掘进，并将出水点位置标于井上下对照图或采掘工程图上。井巷揭露的主要出水点或地段，必须进行水温、水量、水质等地下水动态和松散含水层涌水含砂量综合观测和分析，防止滞后突水。4)在采掘工作面或其他地点发现有挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底板鼓起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等突水预兆时，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。5)井下和地面排水设施保证完好，井下主、副水仓、沉淀池、水沟要及时进行清理，每年雨季前矿井防治水工作进行一次全面检查，成立防洪抢险防伍，并储备足够的防洪抢险物资。6)应加强对地面小窑、老窑的调查并标注在实测的采掘工程图中，划定其探放水红线，在接近探放水线时，必须采取探放水措施。7)必须先查清矿区及其附近地面水流系统的汇水、渗漏情况，掌握当地历年降水量和最高洪水水位资料，建立疏水、防水和排水系统。8)工业场地内建筑物，必须修筑防洪沟渠或采取其它防、排水措施。9)鉴于井口附近及塌陷区内的地表水体有可能溃入井下，因此，应遵守下列规定：①严禁开采煤层露头线的防水煤柱。②容易积水的地点应修筑沟渠排泄积水。修筑沟渠时，应避开露头、裂隙和导水岩层，特别是低洼地点不能修筑沟渠排水时，应填平压实，防止积水进入井下。③排到地面的矿井水，必须妥善处理，避免再次渗入井下。④对漏水的排洪沟，应及时堵漏，地面裂缝和塌陷必须填塞，填塞工作必须有安全措施，防止人员陷入塌陷坑内。二)、防水安全煤柱留设在受水害威胁的地方，预留一定宽度和高度的煤层不采，使工作面和水体保持一定的距离，以防止地下水或其它水源溃入工作面，所留的煤(岩)柱就叫防水煤(岩)柱。(—)防水煤(岩)柱的种类根据防水煤(岩)柱所处的位置，可以分成不同的种类。根据该矿井的实际情况，需留设以下防水煤(岩)柱：1、断层防水煤(岩)柱在导水或含水断层两侧，为防止断层水溃入井下而留设的煤柱；当断层使煤层与强含水层接触或接近时，为防止含水层溃入井下而留设的煤柱。2、导水钻孔防水煤柱勘探阶段施工的钻孔，往往能贯穿若干含水层，若封孔质量不好，则人为地沟通了本来没有水力联系的含水层，使煤层开采的充水条件复杂化，为防止上覆含水层中的水溃入井下而留设的煤柱称为钻孔防水煤柱。3、相邻水平或采区边界防水煤(岩)柱。㈡防水煤(岩)柱的留设1、断层防水煤(岩)柱的留设断层破坏了岩层的完整性，常常成为含水层间的联系通道。断层的某+区段是否导水。导水性强弱等情况取决于两侧岩层的接触关系、含水层的水压以及采矿活动对断层的重复破坏作用。因此，在没有掌握断层各区段的导水性时，应把整个断层作为导水断层对待。煤层直接和富含水层、导水断层接触，顶底板无突水可能+：即煤柱主要是顺层受压时，常以下述计算公式计算煤柱宽度：L=0.5KMpKP3式中：L——顺层防水煤柱宽度(m)；M——煤厚或采高(m)，K6、K16、K21、K27煤层分别为1.97m、1.5m、1.45m、1.38m；KP——煤的抗张强度(kgf/cm2)，KP取10kgf/cm2；P——水头压力(kgf／cm2)，P=50kgf／cm2；K——安全系数，一般取2~5，本设计取5。则：K6煤层开采时L=0.