沟头煤矿中长期防治水规划.doc

威信县沟头煤矿 矿井中长期防治水规划2013年2017年 沟头煤矿 二〇一三年 目录 前言 第一章矿井概况 第一节矿井自然地理概况 第二节矿井生产概况 第二章矿井地质与水文地质 第一节矿区地层 第二节构造 第三节主要含水层 第四节矿区主要隔水层 第五节地下水补给、径流与排泄条件 第六节地下水动态特征 第三章矿井充水条件 第一节矿井水害情况的统计分析 第二节矿井充水水源及其特征 第三节矿井充水途径及其特征 第四节影响和控制矿井主要充水因素分析 第四章矿井水害特征及需要查明的主要水文地质问题第一节矿井已经完成和基本查清的水文地质问题 第二节目前存在并需查明的矿井水文地质问题 第三节矿井近期与中远期分别应查明的水文地质问题第五章矿井防治水技术路线与原则 第一节矿井防治水工作的基本原则 第二节矿井防治水工作的技术路线 第六章防治水技术与工程规划 第一节主要水文地质研究工作 第二节水文地质补充勘探 第三节主要监测试验工作 第四节主要水害治理工程 第五节井下防排水系统改造工程 第七章防治水规划实施的时间与进度安排 第八章结论与建议 前言 沟头煤矿位于威信县扎西镇境内,纸坊沟煤矿北侧,沟头煤矿2002年建成投产,目前设计生产能力4万吨/年,拟扩建生产能力30万吨/年。采用主平硐加副斜井多水平上下山开拓方式。 沟头煤矿主采赋存于龙潭组上部的C5煤层,下距峨眉山组玄武岩5m 左右。矿区水文地质条件中等。矿区无较大水体或河流,矿井充水主要来源于地表水补给,在断层导水的情况下对矿井生产产生不利影响,矿井充水水源主要以顶板淋水为主,矿井正常涌水量200m3/h,最大涌水量400m3/h,在顶板破碎带与地表水沟通时,会对矿井安全生产有一定的影响。随着矿井采掘工程的延伸,矿井水害问题仍不容忽视。 因此,需要研究和评价矿井开采水文地质条件,分析开采受水害威胁程度,提出针对性的防治水工作内容,指导矿井防治水工作有序进行,确保矿井生产安全。为此,特制定近五年的防治水总体规划。 本规划是在收集井田已有地质和水文地质资料,分析矿井水文地质条件和存在的水文地质问题的基础上,针对沟头煤矿的水文地质特征,结合矿井采掘规划提出的。规划的主要内容包括 1、矿井防治水基本原则和技术路线; 2、矿井日常水文地质工作内容与要求; 3、井田水文地质补充勘探; 4、C5煤顶板龙潭组水带压开采技术; 5、采煤工作面顶板突水预测预报; 6、采煤工作面底板原位应力测试; 7、防治水治理改造工程; 8、矿井防排水系统改造; 9、防治水工程实施进度。 本规划在实施过程中收集了矿井已有地质、水文地质资料,分析了矿井水文地质条件,确定了矿区存在的水文地质问题,并针对沟头煤矿的水 文地质特点,结合矿井2013年-2017年的采掘计划,提出了沟头煤矿防治水规划基本原则,确定了沟头煤矿防治水技术路线。从矿井日常水文地质工作要求、矿井地下水观测网建设、矿井水文地质条件补充勘探、工作面水文地质条件探查、防治水工程安排、矿井防透水保障信息系统以及防治水技术难题研究等方面全面规划了沟头煤矿今后的防治水工作。但由于原有的水文地质勘探程度较低,观测资料不足,井下揭露面积较小,开拓范围有限,因此有些认识不一定准确,需要进一步证实。由此导致的工程布置的不适当性在所难免,敬请批评指正。 第一章矿井概况 威信县沟头煤矿位于威信县城270,平距约15km处,行政区划隶属昭通地区威信县扎西镇墨黑村管辖。距县城较近,经济类型为私人所有制企业,设计生产能力15万吨/年,平硐开拓,走向长壁采煤法采煤。井田东与威信县河边煤矿相邻,西面无其他煤矿相邻,南与威信县纸坊沟煤矿相邻,北与云投粤电公司观音山煤矿相邻。 井田位于新庄煤矿区墨黑详查区,地处云贵高原北部,地形较复杂,沟谷发育,纵横交错,属中山深切割地形地貌。矿区内无湖泊、水库等地表水体,地表水以季节性冲沟水及泉水汇聚于沟谷形成的溪流为主,冲沟水一般流距不长,区内河流较少。矿区北边大井河流量为0.028.6m3/s,南边的河边小河流量为0.056.8m3/s,东边纸坊沟小河流量为0.08 7.4m3/s,各河流具有暴雨骤涨,雨后骤降的特点。 井田地层总体构造形态为单斜构造,地层走向近东西,倾向北。 矿区范围内断层破碎带的涌水一般具有在短期内由初期的淋、滴水等较强的补给逐渐减弱,且雨后涌水量比正常涌水量均有不同程度的增加的特点,这一现象说明断层破碎带的初次来水量大部分为断层裂隙带赋存的水量,而后期的涌水量则是断裂影响裂隙带沟通的含水层的储存水量,除此之外无其它补给源,由于本区含煤地层含水层的富水性弱,而断裂构造本身的应力性质大都为压扭性,故而断层破碎带及其影响带富水性及导水性均差,对矿床充水影响较小。 矿区煤炭开采历史久远,老窑、废窑分布多,老窑主要开采浅部煤层露头附近煤层,大部分小窑洞口均已被炸塌或自然垮塌,无法进内具体了解积水情况。开采过程中,要特别防范老窑突水,尽量做到超前探水,避 免巷道透通老窑水,或因采空冒落带导通浅部老窑水溃入矿井而发生水害 事故。此外,矿区内施工有多个钻孔,若封孔质量差,可能会导通各地下 水含水层,发生水力联系通道,成为矿坑的充水因素,煤矿在开采过程中, 应引起重视,留设足够隔水保安煤柱,防止各含水层地下水通过钻孔溃入 矿井,造成矿井突水事故。另外,原何家湾煤矿采空区已并入纸坊沟煤矿, 但由于其采空区在沟头煤矿煤浅部,对煤层的开采还有一定的影响。 矿区范围内无大的地表水体,大气降水通过含水层露头渗透补给后转 为地下径流,降雨不断补给含水层,含水层可视为无限平面。矿区水文地 质边界条件按无限补给边界考虑。勘探报告分别采用比拟法,单位面积、 单位降深法对 925m标高的涌水量预测了。设计利用勘探报告提供的基础 数据预测 800m水平矿井涌水量。 沟头煤矿采空区面积为 15.33万 m 3, 平均初见水位为 1293.2m , 旱季最 大涌水量为 110m 3/d,雨季最大涌水量为 230m 3/d;河边煤矿采空区面积为 12.44万 m 3,平均初见水位为 1327.5m ,旱季最大涌水量为 65m 3/d,雨季最 大涌水量为 135m 3/d; 纸坊沟煤矿采空区面积为 45.52万 m 3, 平均初见水位 为 1290.8m ,旱季最大涌水量为 225m 3/d,雨季最大涌水量为 480m 3/d;预 算的 F 0取三矿井总开采面积为 73.29万 m 2,三个矿井平均开采标高为 1150m。 第二节 矿井生产概况 一 、矿井开发历史与生产现状 沟头煤矿 2002年建成投产,主采 C5煤层,目前矿井第一水平以开 采结束,正在开拓第二水平和第三水平。我矿经资源整合扩界后保有地 质储量 577.6万吨。原设计生产能力 4万 t/a,改扩建成 30万 t/a。技 术改造后采用主平硐加斜井多水平上、下山采区开拓方式,开采水平 标高 800m至 1171m 。 二、 矿井开拓、开采现状 矿井采用主平硐加斜井多水平上、下山开拓,矿井共有四个井筒,主 平硐、副平硐、东西回风斜井井筒断面均为半圆拱形,净宽 4.2m ,中心 净高 3.2m ,净断面积 13.6㎡。采煤方法为走向长壁后退式回采,一次采 全高放顶煤。工作面运煤巷、运料巷、回风巷均沿煤层底板布置。矿井目 前布置了一个生产采区, 布置了 2151一个回采工作面, 2152一个备用工作 面,二采区运输上山、二采区回风上山及 2153、 2154、顶板预抽巷和 2251回风巷五个掘进工作面。 三、矿井排水系统及防排水能力 沟头煤矿 925m水平以上排水系统为水沟自流排水, 即矿井二水平 以上采区涌水由主平硐水沟排出井外。 925水平以下,即矿井三水平 采区所有涌水由各工作面水沟导入井底水仓,采用水泵排至主平硐水 沟,经主平硐水沟自流出井外。 井底车场设置井底水泵房和水仓等硐室, 泵房设计安装主排水泵 2台。排水泵向上排水至主平硐,形成矿井一级排水系统。 三水平预计正常涌水量 50100m3/h, 最大涌水量 100200m3/h, 按 煤矿安全规程规定,主要水仓容量应不小于 1008800m3。因此 设计主仓容量 500m 3, 副仓容量 350m 3, 主要水仓有效总容量为 850m 3, 符合煤矿安全规程的规定。 水泵房拟选用 200D-439型离心泵 2台,参数扬程 167.2m ,单 台流量 288m 3/h, 效率 80。 配 YB45M1-4型防爆电动机, 功率 45KW , 电压 660V , 转速 1480r/min。 排水管路选用 ф2196mm 无缝钢管 2趟。 排水管沿副斜井井筒敷设至地面。 沟头煤矿排水系统能力符合规程要求,能够满足安全生产需要,水仓 容量按预计正常涌水量符合规程要求。 第二章 矿井地质与水文地质 一 、 矿区地层、构造 本矿区位于新庄矿区墨黑详查区纸坊沟井田北部, 根据云南省 新庄矿区墨黑详查区地质报告资料,区域内由新至老出露的地层有第四系,侏罗系上统遂宁组,中统沙溪庙组,下统自流井组;三叠系上统 须家河组,中统关岭组,下统永宁镇组、飞仙关组、卡以头组;二叠系上 统长兴组、龙潭组、峨嵋山玄武岩组,下统茅口组,栖霞组。其中侏罗系 中统沙溪庙组,下统自流井组;三叠系上统须家河组,中统关岭组的各组 地层依次展布在向斜两翼,侏罗系地层分布于向斜轴部,二叠系及三叠系 展布于背向斜两翼,第四系地层零星分布于河流两岸及山间凹地与山麓地 带。 1、地层 矿区内出露的地层有二叠系下统茅口组 P1m 、二叠系上统峨眉山玄 武岩组 P2β 、 龙潭组 P2l 、 长兴组 P2c 和三叠系下统卡以头组 T1k 、 飞仙关 组 T1f 、永宁镇组 T1y 及第四系 Q残坡积松散层。现按接触关系由老到新 简述如下 1二叠系下统茅口组 P1m 上部为深灰色中厚层状夹燧石及泥质条带灰岩,下部为厚层状灰岩, 全组富含、瓣鳃及珊瑚化石。厚度大于 100m 。 2二叠系上统峨眉山玄武岩组 P2β 上部为浅紫色凝灰岩或凝灰质泥岩,一般厚约 8m ;下部为灰绿色或深 灰色玄武岩,厚层状,局部具气孔或杏仁状结构,块状结构,发育柱状节 理,与下伏地层假整合接触。全层平均厚度 37.92m 。 3二叠系上统龙潭组 P2l 岩性主要为浅灰及灰绿色泥岩、粉砂质泥岩夹砂岩、煤层及炭质泥岩。 所夹煤及炭质泥岩一般为 4至 16层,总厚平均为 3.01m 。其中,仅 C 5煤层 可采,平均厚 1.47m 。全组含植物碎片化石,其数量由下至上增加。中上部 泥岩中还富含菱铁矿结核。与下覆地层假整合接触。平均厚 105.33m 。 4二叠系上统长兴组 P2c 岩性主要为深灰色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、灰岩、白云质灰岩夹砂 岩和 3层煤层 煤线 , 但所夹煤层均未达到可采厚度。 全组含植物碎片化石 及动物化石, 并含大量黄铁矿晶粒,与下伏地层整合接触。平均厚 37.62m 。 5三叠系下统卡以头组 T1k 上部以绿色粉砂岩、细砂岩为主。钙质胶结,具均匀层理构造。顶界 往下约 15m 处含一层鲕粒状灰岩。下部以粉砂质泥岩或泥质粉砂岩为主, 多显水平层理构造。底部夹 1层厚 1.06m 的白色灰岩,与下伏地层假整合 接触。全组含少量完整的腕足、瓣鳃类化石种属有Unionites tassaensis , Claraia sp. Lingula sp. 平均厚度 97.63m 。 6三叠系下统飞仙关组 T1f ① 飞仙关组第一段 T1f 1 平均厚约 220.06m , 其上部为紫灰色及浅紫色 粉砂岩、细砂岩及泥质粉砂岩,中厚至厚层状,以水平纹理、水平层理及 小型交错层理为主;下部以泥质粉砂岩为主,夹粉砂、细砂岩及中厚层状 灰岩, 底部夹灰绿色粉砂质泥岩。 以水平层理为主。 本段含砂岩 1316层, 灰岩 68层,与下伏地层整合接触。 ② 飞仙关组二段 T1f 2 平均厚 153.77m 。 岩性主要以浅紫色泥质粉砂岩、 粉砂质泥岩为主,夹粉、细砂岩,局部夹灰岩或泥灰岩。薄至厚层状,具 水平层理,小型交错层理、波状层理。其顶部往下约 10m 处夹一层细粒砂 岩,厚约 26m ,发育大型交错层理,为与上覆地层分界的标志。飞仙关 组平均厚度 373.83m 。 7永宁镇组 T1y 上部为浅紫灰色灰岩,薄层至中厚层状;下部为浅紫灰色钙质泥岩, 泥质粉砂岩夹灰色泥灰岩及灰岩,也呈薄至中厚层状。全组含腕足及头足 类动物化石。与下伏地层整合接触。厚度大于 224m 。 8第四系 Q松散层 为灰黄、紫、棕等杂色坡积物,残积物及耕植土。分布在山坡或地形 较平坦地段,分布范围不广,与下覆各地层均呈不整合接触。厚 08m 。 2、矿区构造 1 矿区构造形态、地层产状及变化 沟头煤矿位于新庄向斜南翼西段,呈北东至南西走向的单斜构造,地 层走向约为 240260,倾向北西。矿区内地层倾角由西南至东北逐渐增 大。 从门顶至寒婆坡, 地层浅部倾角为 1521, 向深部渐减小到 1015。 在岩背上 地名 ,地层倾角从浅部到深部几乎相同,一般为 20左右。总体 上讲,矿区内地层由深到浅,地层倾角有逐渐趋于减小的趋势。 2矿区断裂构造及构造复杂程度 矿区内断裂不发育,共查出大、小断层 7条。落差大于 20m 的断层仅 3条,落差大于 10m 的断层有 1条,落差小于 10m 的断层有 3条。矿区内 断层均为斜交断层,分别为北东走向及北西走向两组,北东走向的斜交断 层相对更发育。 3条落差大于 20m 的断层,斜交地层走向,破碎带较宽, 对煤层赋存影响较大,但因具压扭性,破碎带中充填物胶结紧密,断层富 水性弱,导水、透气性差。一些具张性小断层,因破碎带充填不紧密,导 水、导气性好,常造成矿坑涌水量局部增大。据调查,矿区内断层两侧影 响带宽从几米至数十米,影响带内,顶板裂隙相对更发育。 ① 矿区内落差大于 20m 的 3条断层情况及控制情况。 F1逆断层起于河坝黄泥埂及101孔附近,北延伸至麻地近于消失。南交F2号断层,走向长度大于1900m。断层倾向北308340西,倾角72 75,落差023m。断层破碎带宽78m,由灰色断层泥及断层角砾紧密充填。地表四条槽探控制,深部有101钻孔控制,断层产状已基本查明,属探明断层。对煤层开采有较大的影响。 F2正断层出露于矿区西南部的林口至纸坊沟一带。林口以西及纸坊沟以东均延伸到矿区外围,走向长大于4000m,断层倾向北350357西,倾角4980,在TC-10槽探中,倾角80,落差约50m,在1280m主平坑中,落差仅33m,断距由西南向东北减少。原92年详查报告中,TC-10槽探揭露断层界面上具明显斜交擦痕,显示该断层以水平运动为主,伴随升降运动的张扭性正断层。1280m主平坑中约50m,为一组挤揉破碎带夹一些完整岩体。由于该断层与地层走向交角小,且破碎带较宽,对煤层破坏性极大。101号钻孔中的C5层煤,因受其影响厚度变薄至0.79m,该断层在巷道中多出揭露已探明,对煤层开采影响较小,对巷道施工有一定的影响。 F30正断层位于矿区西北部,走向为北东5288,断层延伸长度大于4300m。断层倾向北西,走向230245,倾角6070。区内垂直断距150320m,该断层为勘探工作发现,属区域性大断层。断层上盘由三迭系下统永宁镇组T1y组成,下盘由三迭系下统飞仙关组组成,断层破碎带在地表形成深沟。该断层正好切割于矿区矿界西北角,可作为矿区的天然边界,对矿区的煤层开采影响不大。断层地表有5个地质点控制,该断层属推断的正断层。 ②矿区内落差小于20m的断层较为发育,断层斜交于地层走向,断层走向分别为北东、北西的两组断裂,断层落差小,走向延伸较长,地下切 割较浅。如F9、F10、F17、F18断层,对此分别叙述如下 F9断层北端交于F2断层,南端消失于第四系中,倾向北东,倾角79。地表落差约5m,走向长度大于420m,地表有三点控制,浅部采空区有多处揭露,对未来矿山开采基本无影响,属探明断层。 F10断层南起沟头附近切割F2断层向北东延伸约600m后消失,倾向北西,倾角72。落差11m,走向延伸长度大于500m,地表有两点控制,深部有多处巷道揭露,对未来矿山开采有一定的影响。属探明断层。 原报告的F17、F18断层经勘探核实确认,地表断层迹象确实存在,两条断层发育于矿界10附近,仅在地表有几点及探槽揭露,倾向北西,倾角5663。地表落差分别约58m,长度约为600m左右。原92年详查报告底板等高线图,断层并未在图中表示,矿山开采井巷工程亦尚未曾揭露,为保持与原报告一致,本次工作未对煤层底板等高线修校,该两条断层是否对煤层产生影响,还需井巷工程进行揭露证明。因其落差不大,故其对未来矿山开采影响有限。该两条断层属控制断层。 二、主要含水层 矿区主要出露地层有第四系Q、永宁镇组T1y、飞仙关组T1f、卡以头组T1k、长兴组P2c、龙潭组P2l、峨嵋山玄武岩组P2β,现根据矿区以往地质资料,将矿区内含隔水层由新至老分述如下 1第四系孔隙弱含水层岩性为坡积及残积物,主要分布在罗汉林梁子两侧的坡地及其他谷地、洼地中。地下水一般埋藏深度为510m。第四系地层含水程度随地形而有各异,以沟谷泽地及平缓地带含水较为丰富,该层富水性弱。对矿床充水无影响。 2永宁镇组T1y岩溶裂隙弱至中等含水层出露于矿区北部,岩性以灰岩为主,夹有泥岩、泥质粉砂岩,厚度大于224m,据本次野外调查,该 含水层在矿区范围内无泉点出露,富水性弱,导水性好,因本含水层位于矿区边界以外,故而该含水层地下水对矿井充水无影响。 3飞仙关组T1f砂岩裂隙弱至中等含水层以中厚至厚层状泥质粉砂岩、粉砂质泥岩为主,夹粉砂岩,厚约220m。节理、裂隙较为发育,北部泉水涌出量0.0741.23l/s。南部泉水流量0.0141.89l/s,水温11 15℃,水位标高1365m,据新施工的北主平硐巷道揭露,含水层中的细砂岩、粉砂岩有少量渗水、滴水现象;从出露的泉点涌水量分析,该层富水性弱至中等,导水性较差,因远离矿山主采煤层,仅在巷道穿过该含水层时对矿井充水有一定的影响,故该含水层是矿床的次要充水含水层。 4卡以头组T1k砂岩、粉砂岩裂隙弱含水层岩性为厚层状含钙粉砂岩、细砂岩及泥质粉砂岩。厚约97m,节理裂隙较发育,该含水层与其它含水层无水力联系,下水主要通过风化裂隙及构造裂隙在露头区接受大气降水的入渗补给,受地层厚度、出露面积、地形地貌及风化裂隙、构造裂隙及地表植被发育的综合控制,补给条件较好。煤矿开采巷道揭露含水层的粉砂岩、细砂岩有少量渗水、滴水现象,且浅部巷道岩石的渗水、滴水量较深部大。从矿井涌水情况分析,本含水层富水性较弱,由于该含水层与主采煤层的距离大于最大导水裂隙带高度,开采后对该含水层影响不大,仅在巷道穿过该含水层时对矿井充水有一定的影响,故该含水层是矿床的次要充水含水层。 5长兴组P2c砂岩、粉砂岩裂隙弱含水层以中层至厚层状含钙质粉砂岩为主,夹数层灰岩、煤层及炭质泥岩。厚约38m,岩溶不发育。据302号钻孔抽水试验,单位涌水量1.8810-5l/sm,渗透系数2.1110-5m3/d,本含水层主要在露头区接受大气降水的渗入补给,受地层厚度、出露面积、地形地貌及风化裂隙、构造裂隙及地表植被发育的综合控制,地下水补给 条件较差。布置于本层段的巷道及回采工作面未见淋水、滴水情况,巷道较为干燥。从钻孔抽水试验成果分析,含水层富水性较弱。可采煤层在龙潭组顶部与长兴组交界处,煤层开采后采动裂隙直接影响到该含水层,长兴组是矿床充水的主要充水含水层。 6龙潭组P2l裂隙弱含水层以厚层泥岩、粉砂泥质岩为主,夹粉砂岩、煤层及炭质泥岩。厚约143m。从岩性分析,岩性主要为粉砂质泥岩、泥岩呈不等厚互层组成,由于泥岩、粉砂质泥岩结构致密,不利于地下水的赋存,据主平硐揭露,除断层破碎带粉砂岩地段出现淋水、滴水现象外,巷道一般较为干燥。泥岩不利于地下水补给,含水层富水性较弱。受风化裂隙、构造裂隙发育程度不同的影响,含水层浅部富水性较深部稍强,由于可采煤层赋存在龙潭组顶部,底部为厚约10m的砂泥岩相对隔水层,煤层开采后,龙潭组含水层对矿床充水影响不大,故龙潭组是矿床充水的次要充水含水层。 7峨嵋山玄武岩组P2β极弱含水层岩性为灰绿色、墨绿色斑状玄武岩或杏仁状玄武岩夹暗紫色凝灰岩组成,厚度约为38m。浅部地层多呈球状风化,节理、裂隙发育,多为纵横斜交形成菱形。勘探阶段调查地表无泉点出露。本含水层主要在露头区通过风化裂隙直接接受大气降水补给,富水性受风化裂隙的控制,由于该含水层是矿床的下覆地层,距开采煤层达100m以上,故该含水层对矿床充水无影响。 三、地下水补给、径流与排泄条件 矿区范围内对充水影响较大的断层主要有F1、F2、F10断层,据以往地质资料及生产矿井巷道对断层的揭露情况,将断层水文地质特征叙述如下 1F1逆断层出露于矿区西南部,由矿区西南经矿区中部向西北方向延伸,矿区内走向长1.9km,断距22m,倾角72,倾向110130,破碎 带宽约57m,由断层泥含钙泥质粉砂岩角砾紧密充填。101号钻孔揭穿F1断层前后水位无变化,F1逆断层本身导水性是差的。对矿床充水影响不大。 2F2正断层出露于矿区南部,由矿区西部经矿区中部向东部方向延伸。矿区内走向长约4km,断层倾角5065,断距2050m,破碎带宽40m。由一组近于平行的断层破碎带,中间夹一些产状完好的岩体构成。破碎带由角砾、断层泥紧密充填。101钻孔揭穿F2断层前后,钻孔中水位及消耗量没有明显变化。沟头煤矿主平巷揭穿该断层破碎带时,仅见破碎带段巷壁上有潮湿现象。推断其富水性弱,导水性差。对矿床充水有较小的影响。 3F10正断层出露于矿区南部,由矿区西南部向东北部延伸矿区内走向长约550m,断层倾角6075,断距2040m,断层破碎带宽0.8 1.2m,破碎带充填物主要有粉砂质泥岩、粉砂岩及少量泥岩碎屑,断层上下盘均为长兴组P1c地层,沟头煤矿回采巷道揭露该断层时,断层影响裂隙带附近顶板出现少量淋水、滴水现象,单位长度涌水量初始来水为0.00080.0010l/s.m,十余天后,逐渐变小至基本无涌水。一般雨季对矿床充水稍有影响。 综上所述,矿区范围内断层破碎带的涌水一般具有在短期内由初期的淋、滴水等较强的补给逐渐减弱,且雨后涌水量比正常涌水量均有不同程度的增加的特点,这一现象说明断层破碎带的初次来水量大部分为断层裂隙带赋存的水量,而后期的涌水量则是断裂影响裂隙带沟通的含水层的储存水量,除此之外无其它补给源,由于本区含煤地层含水层的富水性弱,而断裂构造本身的应力性质大都为压扭性,故而断层破碎带及其影响带富水性及导水性均差,对矿床充水影响较小。 三、 地下水动态特征 对地下水进行动态监测和动态特征的分析是矿井防治水工作的重要方面,它有助于我们掌握井田所在区段地下水运移规律,分析各含水层之间是否存在水力联系,尤其是对分析含水层与矿井之间是否有充水关系有着重要的意义。本区地下水观测网络尚未建立, 第三章 矿井充水条件 一、矿井水害情况的统计分析 矿区范围内无大的地表水体,大气降水通过含水层露头渗透补给后转为地下径流,降雨不断补给含水层,含水层可视为无限平面。矿区水文地质边界条件按无限补给边界考虑。勘探报告分别采用比拟法,单位面积、单位降深法对925m 标高的涌水量预测了。设计利用勘探报告提供的基础数据预测800m 水平矿井涌水量。 沟头煤矿采空区面积为15.33万m 3,平均初见水位为1293.2m ,旱季最大涌水量为110m 3/d ,雨季最大涌水量为230m 3/d ;河边煤矿采空区面积为12.44万m 3,平均初见水位为1327.5m ,旱季最大涌水量为65m 3/d ,雨季最大涌水量为135m 3/d ;纸坊沟煤矿采空区面积为45.52万m 3,平均初见水位为1290.8m ,旱季最大涌水量为225m 3/d ,雨季最大涌水量为480m 3/d ;预算的F 0取三矿井总开采面积为73.29万m 2,三个矿井平均开采标高为1150m 。 4000S S F F Q Q ⨯⨯ 公式1 式中Q 涌水量,m 3/d ; Q 0已开采区总平均涌水量,Q 0旱400m 3/d ,Q 0雨845m 3/d ; F 0三个矿井总开采面积,73.29万m 2; S 0三个矿井平均水位降深,三个矿井初见水位平均值与最低 采空区标高1150m之差,即S 01293.21327.51290.8/3-1150153.8m ; F 预算矿井面积,184.9万m 2; S 预算矿井水位降深,初见水位平均值与涌水量预算水平标 高之差,即S 1293.21327.51290.8/3-925387.8m ; 将上列各项参数代入公式1,得 34184.90387.8400800.6m /d 73.29 153.8Q ⨯⨯旱; 3 4184.90 387.8 8451691.3m /d 73.29153.8Q ⨯⨯旱。 表3-3-1 沟头煤矿比拟法涌水量计算参数及结果表 比拟矿井 采空区面积F 0万m 2 平均水位 降深S 0m 预算面积 F万m 2 预算降深 Sm 预算结果Qm 3/d 正常涌水量 最大涌水量 925水平 73.29 153.8 184.9 387.8 800.6 1691.3 800水平 73.29 153.8 345 512.8 1172.7 2477.4 二、矿井充水水源及其特征 一般情况下,矿井的充水水源主要包括大气降水、地表水、地下水和老空积水。从严格意义上讲,大气降水是一切矿井充水的最终水源,因为无论是地表水或地下水都直接或间接地来自于大气降水的补给。但这里所指的是大气降水本身成为矿坑充水的直接或唯一的充水水源。以大气降水作为主要充水水源的矿坑涌水量及其涌水特点与当地的年降水变化过程和降水强度具有明显的相关关系,其主要涌水特点是矿井涌水的动态与当地降水动态相一致,呈现出明显的季节性变化和多年周期性变化,这主要是 因为我国大部分地区受季风气候的影响,大气降水的年分布具有季节性,多年变化具有周期的特点所决定的。 地下水由于大多数采矿活动都发生在地表面以下,所以,地下水往往是造成矿山充水的最主要水源。地下水作为矿坑充水水源时,可依其与煤层的相互位置关系及其充水特点分为间接式充水水源、直接式充水水源和自身充水水源三种最基本形式 所谓间接充水水源是指充水含水层主要分布于煤层的间接顶板或底板,但和煤层并未直接接触的充水水源,常见的间接充水水源含水层有间接顶板含水层、间接底板含水层、间接侧邦含水层或它们之间的某种组合。应该指出间接充水水源的水只有通过某种导水构造穿过隔水围岩进入矿井后才能使其作为充水水源的事实得以实现。 所谓直接充水水源是指含水层与煤层直接接触或矿山生产与建设直接揭露含水层而导致含水层水进入矿井的充水含水层。常见的直接充水水源含水层有煤层直接顶板含水层、直接底板含水层。直接含水层中的地下水并不需要专门的导水构造导通,只要采矿工程进行,其必然会通过开挖或采空面直接进入矿坑。 所谓自身充水水源主要是指煤层本身就是含水层。一旦对煤层进行开发,赋存于其中的地下水或通过某种形式补给煤层的水就会涌入矿坑形成充水,该类型矿坑在我国并不多见,但在国外许多矿井中经常遇到。 以地下水作为主要充水水源的矿坑充水有如下规律和基本特点 矿井充水的强度与充水含水层的空隙性及其富水程度有密切关系,不同的岩性决定着不同岩体中的空隙发育特征,按空隙性质可把地下水水源分为孔隙水,裂隙水和岩溶水三种基本形式。一般地说,受裂隙水充水的矿床,其充水强度小于受孔隙水和岩溶水充水矿床,而受卵砾石层潜水和强岩溶含水层水充水的矿床,多成为大水矿床。岩溶水突水时,一般水量大、来势猛、不易疏干,会给矿井带来巨大灾害。而砂岩裂隙水充水时, 主要以淋水、渗水为主、突水的瞬间冲击力不大,不会给矿井带来灾难。 矿井充水特点与充水量变化规律与充水含水层中地下水的性质及其水量有关流入矿井的水往往包含两个性质完全不同的组成部分一部分在矿床水文地质学中称为静贮量,指充水含水层中贮存的水的体积,这部分水量大小及其对矿井充水的能力主要取决于含水层厚度,分布规模、空隙性质以及贮存水的给出能力。另一部分在矿床水文地质中称为动储量,指含水层中获得的补给水量,该部分水量是以一定的补给和排泄为前提,以地下径流的形式在充水含水层中不断地进行着水交替。若充水含水层中的水以静贮量为主,则矿坑涌水的特点是初期矿坑涌水量较大,随着排水时间的延续,矿井涌水会逐渐减少。该类矿床易于疏干;若矿坑充水含水层以动贮量为主,则矿坑涌水量相对比较稳定,矿坑涌水量的动态特点往往会受充水含水层补给量的动态变化的影响。该类型充水水源水不易疏干。 老窑积水主要是指矿床体开采结束后,封存于采矿空间的地下水,近年来由于小煤窑开采和关闭矿井的迅速增加,许多正在生产的矿井周边及邻近往往分布有很多废弃和关闭的小煤窑或矿井,而这些矿井由于排水停止而成为地下的积水空间,并积存了大量的地下水,这些水体通过某种途径一旦进入生产矿井,便形成了老窑积水充水水源,特别是一些非法开采的小煤窑由于缺乏合理的设计和准确的测量资料,其井下巷道的分布特征往往不清楚,很容易和生产矿井构通形成水害。 传统意义上的老窑积水一般为封存的“死水”,属静贮量,但具有一定的静水压力,所以其充水特点是突发性强,来势猛,持续时间短,有害气体含量高,对人身和设备的伤害较大。但对于近年来频繁发生的小煤窑和相邻废弃矿井突水,除了具有上述特征外,由于废弃矿井或小煤窑往往与地表水或某种地下含水层水勾通并接受补给,所以一旦发生突水,也可持续较长时间,并且很难疏干。 根据矿井充水水源的基本类型和告成矿基本水文地质条件分析,可以 得到如下认识 沟头矿的主要充水含水层为顶板相对较厚且分布稳定的碎屑岩及砂岩孔隙裂隙间接顶板有些区域可视为直接充水含水层充水含水层、C5煤层底板龙潭组裂隙直接含水层和奥陶系灰岩岩溶裂隙间接充水含水层。 大气降水作为各个充水含水层的最终补给水源,但其对不同含水层的补给速度和补给量不同,根据对多种信息的综合分析可以发现大气降水对各个含水层的补给速度快慢和补给强度特点是顶板碎屑岩砂岩得到补给的速度最快和补给强度最大,奥陶系灰岩其次,龙潭组灰岩最差。 大气降水对各个含水层的补给由于受含水层渗透性能的影响,补给方式以缓慢渗入式为主,补给的水量要经过较长时间的渗流才能进入矿井。所以短时间的集中降水不会造成矿井涌水量的明显增加。同样,大气降水也构不成矿井的直接充水水源。 各充水含水层的动态补给水量不够充分,矿井充水在短时间内主要以静储量疏干为主,所以一旦发生突水,突水量往往会在短时间内很快减少,单点突水量的大小主要取决于突水裂隙的空间延展度和与其它裂隙的网络连通条件。根据目前资料分析,二1煤直接顶板逆推断层碎屑岩具有汇集其上覆砂岩下渗水并导入矿井的作用。 各含水层的富水性由于受循环条件和补给条件的限制,随着埋深的增加,补给条件变差,富水性变弱。但这种减弱速度在顶板随屑岩砂岩中表现的更为明显。 在矿区浅部地区,分布有多个小煤窑,要高度重视这些小煤窑的开采状况和积水情况。小煤窑的积水有可能形成矿井的隐患突水水源。 三、矿井充水途径及其特征 矿井充水途径是指连接充水水源与矿井之间的流水通道,它是矿井充水因素中最关键,也是最难以准确认识的因素,大多数矿井透水灾害正是由于对矿井充水途径导水通道认识不清所致。矿井充水的导水通道按 其成因不同可分为 1构造类导水通道如断层、裂隙等; 2采矿扰动类导水通道如顶板冒落、底板破裂、煤柱击穿等; 3人类工程类导水通道如封闭不良钻孔、小煤窑等; 4其它如陷落柱、岩溶塌洞等。 按导水通道的形态可分为 1点状导水通道如陷落柱、封闭不良钻孔、岩溶塌洞等。 2线状导水通道如断层带或断裂破碎带等。 3面状导水通道如发育于顶、底板岩层的各类裂隙等。 不同成因、不同类型的导水通道所诱发的矿井充水形式各不相同。常见的导水通道及其相应的充水特征有 构造断裂由构造断裂形成的断层破碎带,往往具有较好的透水性,会形成矿坑充水的良好通道。对于一些巨大的断裂,由于断层两盘的牵引裂隙广泛发育,该类断层断层带除了具有导水性质外,其断裂带本身就是一个含水体,因而还具有充水水源的性质。由于断层面或断层牵引的裂隙带导水而引发的矿井突水灾害在矿井突水事故中占有绝对主导的位置。但并不是所有断层都可形成导水通道,构造断裂的水文地质性质与其断裂的力学性质及其两盘岩性有着密切的关系,一般认为张性断裂的透水性较强,压性断裂的透水性较弱,扭性断裂的透水性则介于与二者之间。实际上,断层的导、贮性要远比上述规律复杂的多,它不仅要受断层力学性质和岩性的影响,而且会受到断层面所受的应力状态、断层活动次数和序次、断层带胶结物性质与胶结程度等多种因素的影响。根据大量资料和断层导突水事例统计分析认为,断层的导水性受到两盘岩性的直接影响。一般来说,断层带的透水性与其两盘岩石的透水性具有一致性。 当断层两盘为脆性可溶岩石时如石灰岩、白云岩,断裂及其影响带裂隙、岩溶发育,具有良好的透水性;当断裂两盘为脆性但不可溶岩石时 如石英岩、石炭砂岩,断层两侧往往发育有张开性较好的牵引裂隙,具有较好的透水性;当断层两盘为柔性岩石如泥岩、页岩时,断层破碎带多被低渗透性的泥质成份充填,孔隙、裂隙率低,断层面闭合,一般不导水或导水性极弱。 在分析断层的导水性时,应特别注意不要轻意将某条断层简单地划为导水断层、隔水断层或贮水断层,而应充分注意断层的水文地质性质具有方向性和局部性。即一条断层可以在某一方向导水,而在另一方向上隔水,或同一断层的某一部位导水,而在另一部位隔水。有些断层在初次揭露时隔水,但随采矿扰动可能发生滞后导水。所以,在研究和探测断层的水文地质性质时,一定要将其视为一个在不同部分具有不同岩性对接关系,不同部位具有不同应力状态,不同部位具有不同水理性质的复杂面状地质结构体,进行整体分析和分区评价,而不应以一点之见资料就对整条断层做出评价。 顶板冒落采煤工作面回采后顶板冒落所形成的垮塌,裂隙属典型的采矿扰动类导水通道。矿床开发开采以后,由于在地下形成采空空间,如果没有专门顶板管理技术,则必然造成采空区上方岩层的变形、移动、破坏,甚至形成开裂、离层或碎块状垮塌。采空区顶板岩层的破坏变形形态与规律会受到采空空间几何结构,顶板岩性及其组合,矿床产状及采矿方法,岩石应力环境及其受力状态等多种因素的控制,不同条件的组合会产生完全不同的顶板岩石变形破坏特征,但就一般规律而言,采空区上方可划分出三个不同性质的破坏和变形影响带。 1冒落带指采煤工作面放顶后引起的直接顶板垮落破坏范围,根据冒落块的破坏程度和堆积状况,可分为规则冒落带和不规则杂乱冒落带,如果冒落带高度达到上覆含水层,则往往引起顶板水的突发性突入,当上覆含水层为第四纪松散沉积含水层时,不但会形成突水,还会引起溃砂和地面塌陷等灾害。 2导水裂隙带指冒落带以上大量出现的切层、离层和裂隙发育带。该带一般由下而上,其裂隙和离层程度由强变弱。但当顶板岩性及其组合变化比较复杂时,也会出现不均匀发育的特点,总之,该层不一定具备透砂能力,但一般具有较强的导水能力。 1整体移动带指导水裂隙带以上至