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1、郑州神火生达矿业有限公司矿井中长期防治水规划（2011年2015年） 编 写： 初 审： 审 核： 编制日期：前 言一、概述郑州神火生达矿业有限公司位于新密市白寨镇刘堂村境内，属于国有控股企业。由原新密市国兴煤矿、新密市永丰煤炭有限公司刘堂煤矿整合而成，批准开采二1、一1煤层，2011年4月由神火集团整合为郑州神火生达矿业有限公司。矿井采用三个立井单水平上下山开拓，主井提负全矿井提煤和进风，副井提负全矿井升降人员、提矸、下料并兼作进风，风井专用回风，工作面采用走向长壁放顶煤采煤法。现开采二1煤层，设计生产能力15万吨/年，服务年限14年。矿井地质构造简单、煤层稳定、水文地质条件中等、属低瓦斯矿
2、井。二1煤层为不易自燃煤层，煤尘有爆炸危险性。一1煤层为中灰、高硫、中磷、低熔灰分无烟煤。二、编制设计的依据1、采矿许可证：证号C41000007304472、新密市长景矿业发展有限公司资源储量核查报告。3、新密市长景矿业发展有限公司技术改造初步设计（修改）4、矿井水文地质类型报告5、矿方提供的有关文字资料和图纸。三、指导思想1、充分利用现有工程和设备；2、改扩建坚持近期与长远相结合的原则，走滚动发展之路；3、初期投资少，安全系数高，出煤早，见效快，技术经济合理。四、设计的主要特点1、资源特点二1煤层赋存较稳定，地质构造、层位稳定、水文地质条件中等。属低瓦斯矿井， 煤尘有爆炸危险性，煤层为不易
3、自燃煤层，地温正常。2、设计主要特点井型0.15Mt/a，主井筒直径,为3.6m、副井筒直径为3.2m、风井筒直径为3.0m。主立井装备一台2JTK-1.6双滚筒提升机，担负全矿井的提煤进风任务，并安装有梯子间，作为一个安全出口。副立井提升容器采用一对0.75t非标单绳罐笼，提升机采用2JP-1.6*1.2/24型单绳缠绕式双滚筒提升机一台，配备YR3315M-8型，380v，90kw，727r/min电动机一台，担负矿井的辅助提升及进风任务。该矿二1煤可采储量302.52万吨，服务年限限14.4年。矿井通风方式为抽出式，通风系统为中央并列式。矿井正常涌水量38m3/h，最大涌水量152m3/
4、h，排水高度195m（含吸水高度4m，地面水处理附加水头6m）中。主井底主排水泵房共安装有3台MD155-308型离心泵，水泵配YB315L2-4型防隔爆电机，660v，185kw，1480r/min。为了提高排水效率，水泵采用ZPB型气水两用喷射泵装置，实现无底阀排水。铺设两趟194*6mm焊接钢管排水管路，连接方式以套管焊接为主，局部采用法兰连接，沿主井敷设至地面。正常涌水时，一台泵工作于一趟排水管路，另一趟排水管路备用;最大涌水时，两台泵分别工作于两趟排水管路。 五、矿井主要技术经济指标1、矿井设计生产能力：0.15Mt/年；3、保有可采储量：302.52万吨；3、矿井服务年限：14.4
5、年；随着开采年限的延长，水害对矿井的威胁越来越大。煤矿防治水工程逐渐加大，工作日益艰巨。针对矿井下一步开采所面临的越来越复杂的水文地质条件，编制生达矿20112015年的防治水规划。本项目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，并针对生达矿的水文地质特点，结合本矿的采掘计划，提出了生达矿的防治水规划总体思路，确定了生达矿的防治水策略，论证了各项探查工程的必要性、合理性和可行性。从矿井水文地质条件补充勘探、工作面水文地质条件探查、防治水工程安排等方面全面规划了生达矿今后的防治水工作。规划的主要内容包括：1、防治水技术路线;2、矿井各充水
6、含水层富水性规律及其控制因素探查研究；3、矿井水情监测监控系统完善与建设；4、井田边界断层探查与合理留设保护煤柱；5、工作面回采过程中水害危险性适时监测与预警；6、矿井深部煤层开采可行性论证与防治水技术研究；7、矿井水害问题专项治理；8、矿井防排水系统计算分析与配套工程完善；9、防治水工程实施进度与费用概算。第一章矿井概况一、概况郑州神火生达矿业有限公司位于新密市白寨镇刘堂村内，行政区划属新密市白寨镇管辖。该矿西南距新密市城区20公里，东北距郑州市约23公里，新密-郑州公路从本区东部通过并与矿井以大路相连，西南距新密支线20km，该支线在新郑市与京广铁路接轨，交通运输比较便利。二、矿区地形、地
7、貌、气象郑州神火生达矿业有限公司所在区域地表属丘陵地形，地势高低不平，总的地势为西南高、东北低。地表被第四系沉积物覆盖。本区地表多被季节性农作物所覆盖，雨季地表降水汇入贾鲁河，再入沙颖河，后入淮河，本区属淮河水系。本区属半干旱大陆性气候，四季分明，夏季气候炎热多雨，冬季寒冷干旱。最高气温41.3，最低气温-17.8，年平均气温14.3。12月到翌年3月气温较低，为霜冻期，最大冻结深度18cm左右，积雪厚20cm左右。年降雨量397.7-973mm，平均降雨量为624.35mm。降水多集中在79月份，占年降水量的50%以上。春、夏、秋季以东北风、东风为主，冬季以西风为主，风速一般为3-4m/s，
8、最大风速22m/s。三、矿井生产概况由新密市刘堂、国兴两个生产煤矿整合而成的井田，批准开采二1煤层一1煤层,2011年由神火集团兼并重组为郑州神火生达矿业有限公司。现将整合前各矿情况介绍如下：1、刘堂煤矿 原刘堂煤矿于1995年5月建井，开采二1煤层，矿井设计生产能力为3万吨/a，经过技术改造后生产能力已达6万吨/a：采用立井开拓，区内布置三个立井，主立井井深236m，净直径3.2m，混凝土砌碹支护，安装JT-1.2型提升绞车、一对0.75T罐笼提升，承担提煤和进风。副井筒直径2.2m，混凝土砌碹支护，安装JT-1.2绞车一台，承担人员升降、辅助提升及回风。风井深184m，净直径3.6m，混凝
9、土砌碹支护，承担回风。2、 国兴煤矿 原白寨镇国兴煤矿于1998年2月建井，1999年6月建成投产，开采二1煤层，矿井设计生产能力3万吨/a，经过技术改造后生产能力已达6万吨/a：采用立井开拓，区内布置两个立井，采用立井单水平上下山开采，主立井井深279m，净直径3.3m，混凝土砌碹支护，安装JT-1.2型提升绞车、0.75T双罐笼，承担提煤和进风。副井筒直径2.2m，混凝土砌碹支护，安装JT-1.2绞车一台，承担人员升降、辅助提升及回风。 第二章 矿区地质及水文地质一、矿区地层井田范围内全部被第四系覆盖，根据地质勘探成果和地层实际揭露本区可采煤层赋存于山西组下部和太原组底部，可采煤层比较集中
10、。区内地层标志层较多，地层中富含动植物化石，也为地层对比提供了可靠的依据，地层分界对比可靠。二、 水文地质 本区区域处于荣巩煤田和新米煤田交界处，是荥密背斜北翼东段倾伏端向豫东平原过渡的丘陵区，该区位于三李勘探区西南部，地层走向近东西，向北倾斜，南部为寒武-奥陶纪灰岩组成的低山地区，区内为石炭、二叠纪碎屑组成的丘陵区，北、东部为第四季冲击谷地。 根据地层岩性、厚度、含水空间特征及埋藏条件，区域上将含水层主要划分为：寒武-奥陶系和石炭纪灰岩岩溶裂隙含水岩组、二叠系及三叠纪砂岩孔隙裂隙含水组、第三纪灰岩岩溶裂隙含水组、第四纪/卵砾石孔隙含水组。 地下水补给水源有大气降水、地表水和含水层之间及其侧向
11、补给，另外还有工农业生产废水的渗入补给，其中降水补给是本区地下水的主要补给水源。地下水在运移过程中，一部分在地质构造及地形适宜地段溢出地表，构成天然排泄点，一部分则继续向深处排泄，而区内各矿井则为主要的人工排泄点。由于近年来矿井大量疏排地下水，而造成区域内地下水位呈逐年下降趋势。三、主要含水层（1）奥陶系灰岩含水层主要由灰色质纯的灰岩组成，全区分布且厚度较大，据调查附近水井资料，奥灰水位标高+177.41m左右，区域上本含水层富水性较强且水源丰富。但其距二1煤层较远，与二1煤层间有隔水层存在，只能通过间接方式补给矿井，开采时只要没有补给通道，不会对矿井构成威胁。（2）上石炭统太原组灰岩含水层下
12、段灰岩含水层由1-3层灰岩组成（L1L4），并常合成一层。平均厚度14.50m，裂隙溶洞发育，富水性强，与下部奥陶系灰岩含水层有密切的水力联系，水位标高+130.0m，距二1煤层底106m，对本矿井无太大的影响，为潜在威胁。上段灰岩含水层层位稳定的L78灰岩，为二1煤层底板含水层，距二1煤层28.43m，L78灰岩常合为一层，岩溶裂隙沼洞较为发育，富水性弱，矿井生产时对L78灰岩水以疏放为主，对二1煤层开采影响不大。 （3）二1煤层顶板砂岩含水层在二1煤层以上70-80m范围内，由多层中至粗粒砂岩组成，其富水性及含水性较弱。二1煤层顶板大占砂岩含水层，一般含水性较弱，径流条件差，水源不丰富，不
13、足以对矿井构成威胁，但往往造成工作面淋水，影响矿井正常生产，另外，香炭砂岩、砂锅窑岩均有一定的弱水性，但均不会对矿井生产造成影响，往往以工作面顶板淋水的方式对矿井充水。（4）一1煤层顶板灰岩岩溶裂隙含水层该含水层由太原组下段1-3层灰岩组成，层位稳定，一般厚度10.35-17.51m，据三李勘探资料，三李东部及西部钻孔单位涌水量为0.01062-0.0238L/S.m，渗透系数为0.0819-0.1972t/d，水位标高为+178.25-180.20m，含水性较弱，而中部的18-2钻孔则大量涌水，单位涌水量3.019L/S.m，橡透系数为136m/d，水位标高+177.41m，含水性强。说明该
14、含水层富水性极不均匀，井与当地出露的泉水密切相连，临近泉口地段，含水层岩溶裂隙发育，含富水性也强，远离时富水性较弱（5） 新近泥灰岩含水层 新近泥灰岩平均厚度61.00m，据三李勘探区钻探揭露，新近系漏水钻孔约占60，裂隙、溶洞发育，但含水性差，主要靠大气降水补给。（6） 新近泥冲积层含水层 平均厚度34.00m，属潜水含水层，主要靠大气降雨补给，水量丰富，矿井开采时主要造成井筒淋水，对生产影响不大。四、矿区主要隔水层（1）二1煤以上煤系地层隔水层自二1煤层顶60m起上至基岩面，其主要为二叠系组地层，岩性主要为砂岩、砂纸泥岩、粉砂岩及砂岩等，裂隙不发育，透水性不强，为二1煤层顶板的良好隔水层。
15、（2）二1煤层顶板隔水层为泥岩、砂质泥岩组成的再生顶板，厚度较小，一般随采随落，实际上起不到隔水作用。（3）二1煤层底板隔水层为泥岩、砂质泥岩，全区发育，厚度约7m左右，位于L7-8灰岩之上，一般不能起到隔水作用。（4） 太原组中段碎屑岩段隔水层 自一4煤底上至L7灰岩底之间，主要由泥岩、砂质泥岩等碎屑岩组成，间夹数层薄层灰岩和煤层，其中L4及L6灰岩厚度较薄，L5灰岩较厚，但发育不稳定，局部有时可相变为硅质泥岩。该段岩性致密，裂隙不发育，透水性差，是阻隔太原组上、下段灰岩含水层间水力联系的良好隔水层。 （5）本溪组铝土质泥岩隔水层主要由泥岩、铝土质岩、铝土岩组成，厚度2.19m-13.26m
16、，一般厚7m，局部夹3-5m中细粒砂岩和砂纸泥岩。该段岩性致密，裂隙不发育，透水性差，所夹砂岩裂隙不发育，含富水性弱，但其力学强度较强，增加了该层段的阻隔水能力，故该层段是阻隔上部太原组和下部奥陶系灰岩含水层间水力联系的良好隔水层，正常情况下能起到良好的隔水作用，但其沉积薄弱地段或遭受构造破坏时则会弱化或失去隔水作用。五、地下水补给、径流与排泄条件1、地下水的补给大气降水、地表水：本区大气降水多集中在7-9月份，其降雨量占全年的50%以上，大气降水是本区地表水、地下水的主要补给水源，也是矿井充水的主要水源。大气降水首先补给矿床直接充水含水层，然后进入矿井。据生产井调查，雨季排水量显著大于旱季排
17、水量，一般增大1-2倍。地表水：本区内无常年性地表水体，只有在汛期，地表冲沟才有间隙性流水，但一般不会对矿区煤层开采产生不利影响。2、断层导水性申河断层为一高角度断层，断层附近开采要留足煤柱。第三章 矿井充水条件一、矿井水害情况统计分析一1煤层一1煤层顶板灰岩钻孔单位涌水量达3.019L/S.m，又因受断裂构造影响，煤层底板灰岩含水层与边界外奥陶纪灰岩含水层相对接，故一1煤层水文地质条件复杂。二1煤层二1煤层主要充水层为其顶、底板含水层，在浅部接受大气降水补给。矿井生产过程中，生产排水是其主要排泄方式之一。由于本区内无表水体，含水层间有隔水层相阻隔，含水层间无水力联系。生产矿井中，矿井充水以顶
18、板淋水为主，正常涌水量一般小于200m/d。二1煤层底板灰岩岩溶裂隙含水层，钻孔单位涌水量达0.972L/s.m，因此二1煤层水文地质条件中等，主要以底板灰岩岩溶裂隙水为主。二、煤层顶板裂隙导水通道造成矿井二1煤开采突水的主要导水通道有发育于顶底板岩层中的天然构造裂隙和由于工作面回采产生的顶板岩层冒落形成的导水裂隙通道。这两种裂隙通道会导通砂岩含水层水进入矿井，特别是当煤层开采形成的导水裂隙带高度较大时，还有可能导通第四系孔隙水和地表水，造成矿井突水。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
19、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
20、。(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。(3) 整体移动带：指导水裂隙带以上至地表的整个范围内，岩体发生的整体变形和沉降移动区。该带主要特点是岩层的整体变形和移动，而其裂隙化程度较弱，所以一般不具备导水能力。从矿床水文地质角度来看，可以把工作面顶板简单地划为两带，即垮落裂隙带（冒落带和导水裂隙带之和）和整体移动带，对矿井突水有意义的主要是垮落裂隙带。当顶板裂隙沟通工作面或巷道上覆含水层时，矿坑突水则不可避免
21、。二1煤层直接顶为泥岩，基本顶为中等硬度的砂岩，回采工艺为炮采放顶煤一次采全高，利用此方法采煤，回采使得在直接顶跨落，顶板的完整性遭到破坏，同时导致顶板裂隙增多，增大形成导水通道。而当导水裂隙与上覆含水组（段）沟通时，就会造成顶板突水灾害发生。煤层顶底板砂岩水危害评价标准是冒落带以及采动裂隙的发育高度。煤田水文地质规程中采动冒落带与导水裂隙带的最大高度的经验公式当煤层倾角为054，当顶板岩性为砂质页岩、泥质砂岩、页岩等时，顶板冒落带最大高度计算公式为：导水裂隙带（包括冒落带）最大高度计算公式为：式中：最大冒落带高度 单位：m：最大导水裂隙带高度（包括冒落带最大高度） 单位：m：累计采厚 单位：
22、m：煤分层层数 取m ， ，得 mm依据计算结果，在二1煤埋藏深度大于煤层回采冒落厚度，大气降水对矿井充水影响不大。 三、煤层开采底板破坏式导水通道当煤层底板隔水层之下赋存有高承压水时，在煤层未开采前，水岩处于一定的力学平衡状态之下，一旦矿体被开发在隔水层之上形成临空边界并产生应力释放后，在矿压和水压的作用下，隔水底板岩层必然受到不同程度的破坏，形成新的破裂面或使原有的闭合裂隙活化。一旦这种破裂面或裂隙沟通底板承压含水层水时，必然导致底板之下承压含水层水涌入矿井。这种因巷道掘进或矿床开发扰动其底板隔水层使其形成的导水通导称之为底板破坏式导水通道。我国是世界上煤矿水害最严重的国家之一，而采煤工作
23、面或巷道底板隔水层之下岩溶承压水突水事故占我国煤矿总突水事故的30%以上，这主要是因为我国大面积分布的华北石炭二叠系煤层底板之下普遍发育有山西组、太原组薄层灰岩承压含水层和深部的奥陶系巨厚层灰岩富水含水层。含水层的富水性是发生底板突水的内在因素，它决定着突水水量的大小及突水量的动态变化特征，水压力的存在是驱动含水层水流入矿坑的动力，而底板破坏所形成的破裂则是地下水得以流动的通路和咽喉，只有当三者同时存在并达到某种特殊组合时，才能发生底板突水。 四、断层导水通道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
24、（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
25、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。本区仅在矿井南部有一落差20-35m的断层，该断层附近无控制点，本矿在开采时未遇到其他断层，但并不表明无小断层构造，在矿井开采中应多加注意。五、封闭不良的钻孔封闭不良钻孔是典型的由于人类活动所
26、留下的点状垂向导水通道，该类导水通道的隐蔽性强，垂向导水畅通，不仅会使垂向上不同层位的含水层之间发生水力联系，而且当井下采矿活动揭露或接近时，会产生突发性的突水事故。由于封闭不良钻孔在垂向上串通了多个含水层，所以一旦发生该类导水通道的突水事故，不仅突水初期水量大，而且还会有比较稳定的补给量。所以在进行矿井设计和生产时，必须查清井巷揭露区或其附近地区各种钻孔的技术参数及其封孔技术资料，以确保不会因封闭不良钻孔而引起突水事故。矿井在煤田勘探及矿井生产过程中所施工的各类钻孔，在施工后，多数钻孔得到了封闭，但仍有少数钻孔由于技术设备，材料质量、施工条件、技术和生产需求及历史背景等原因，未封孔或封孔质量
27、较差。在矿井生产的采动条件下，这些钻孔将有可能成为矿井充水的通道，危害矿井安全生产。这些钻孔所在区域大多已经回采，或者在保安煤柱内或井田区域以外，对矿井威胁不大。六、矿井水量及其受水害威胁程度井田内钻孔可能导致各含水层之间发生水力联系，并成矿床充水的通道，对煤层开采造成涌水威胁，应制定防治钻孔涌水措施。第四章 矿井水害特征及需要查明的主要水文地质问题一般情况下，矿井水文地质工作需要查清的重点任务有：1. 查明和控制矿区区域水文地质条件，确定矿区所处的水文地质单元的位置，详细查明矿区发育的主要含水层及其各个含水层地下水的补给、径流、排泄条件，区域地下水对矿区充水含水层的补给关系，矿区地表水系及气
28、象因素与地下水的相互关系及其相互影响。2. 详细查明矿区含（隔）水层的岩性、厚度、产状，分布范围、边界条件、埋藏条件，含水层的富水性，矿床与顶底板含水层之间隔水层的厚度及稳定性。着重查明矿区主要充水含水层的富水性、渗透性、水位 、水质、水温、动态变化以及地下水迳流场的基本特征，特别是主采煤层顶底板隔水层所承受的静水头压力，确定矿区水文地质边界位置及其水文地质性质。3. 详细查明矿区或附近对矿坑充水有较大影响的构造破碎带的位置、规模、性质、产状、充填与胶结程度、风化及溶蚀特征、富水性和导水性及其变化、沟通各含水层以及地表水之间相互补给关系的程度，分析构造破碎带及其可能诱发的引起突水的地段，提出开
29、采中对构造水的防治方案原则性建议。4. 详细查明对煤层开采有影响的地表水的汇水面积、分布范围、水位、流量、流速及其季节性动态变化规律、历史上出现的最高洪水位、洪峰流量及淹没范围。详细查明地表水对井巷可能的充水方式、地段和强度，并分析论证其对煤层开采的影响，提出开采过程中对地表水的防治方案原则性建议。5. 对于煤层与含（隔）水层多层相间的矿床，应详细查明开采煤层顶、底板主要充水含水层的水文地质特征和隔水层的岩性、厚度、稳定性和隔水性，不同含水层之间的水力联系情况，断裂与裂隙发育程度、位置、导水性以及沟通各含水层的情况，分析不同的采矿方式对隔水层的可能造成的破坏情况。当深部有强含水层或采区地表有水
30、体时，应查明主要充水的中间含水层从底部或地表获得补给的途径和部位。6. 对已有多年开采历史的老矿区，应重点调查废弃矿井、周边地区小煤窑、已经采掘的老空区的分布位置、范围、埋藏深度、积水和塌陷情况，与地表及其它富含水的含水层之间的水力联系情况，大致圈定采空区，估算积水量，提出开采中对老空水的防治措施建议。7. 在水文地质条件勘探的基础上，应根据矿井采掘条件和矿井采掘规划，建立矿井涌水量预测预报模型，选择适合矿井水文地质条件的涌水量预测和计算方法，对全矿井涌水量、分水平涌水量、分采区涌水量进行计算预测。在条件许可的条件下还应对矿井可能形成的突水水量进行分析评估，为矿井防排水系统和能力设计提供基础资
31、料。8. 对于深部开采的矿井，应详细查明主要充水含水层的富水性及导水断裂破碎带向深部的变化规律。对矿井采掘过程中可能出现的高地应力、有毒气体等进行勘探和分析，初步查明地应力的成因、分布及其对矿床开采可能带来的的危害。一、矿井已经完成和基本查清的水文地质问题生达矿在多年的勘探和生产过程中，进行了大量水文地质勘探试验工作并积累了大量的矿井水文地质资料，对本矿的水文地质条件有了较深刻的认识，基本查清了以下水文地质问题：1、井田内的大型构造的发育情况及导水，富水情况已基本查清；2、井田所处的水文地质单元及其补给、径流、排泄条件基本清楚；3、主要充水含水层的分布、结构、厚度及其埋藏条件已基本查清；4、主
32、要充水含水层之间的结构关系以及与大气降水和地表水体之间相互联系已基本清楚；5、矿井充水的方式、途径和突水产生的条件基本清楚；6、矿井水害类型及其水害特征基本清楚。二、目前存在并需解决的矿井水文地质问题1、本区存在小矿采空区，有许多老空位置不是十分明确，应研究其分布与展布规律、导水部位及与矿井直接充水含水层和煤层之间的对接关系。2、矿井南部的申河断层对开采南部煤有较大安全隐患，开采时应多加注意。3、查明各含水层之间水力联系情况，尤其是寒武系灰岩含水层与上部各含水层之间在深部的水力联系情况、补给关系、补给位置、补给范围和补给强度及相关的地下水动力学参数。4、计算分析采掘过程中采区或工作面的涌水量，
33、涌水特征及其安全疏降水量，为超前预防或治理工作面回采过程中发生意外突水的技术措施设计提供依据。三、矿井防治水技术路线与原则（一）矿井防治水工作的基本原则根据已经掌握的矿井水文地质资料，结合生达矿二1煤和一1开采的实际揭露情况，对即将开采的工作面和规划采区有目的的采取防治水措施，保证安全回采是本矿防治水工作的关键。此外完善具有一定抗灾能力的泄水巷和防排水系统以及避灾路线是矿井实现安全开采的有利保障。 本矿的防治水规划的指导方针为：二1煤、一1煤以规划采区水文地质条件探查为中心，防治水工作采用以顶板砂岩水、底板太原组灰岩水以及老空水为防治重点，以井下为主，地面为辅，井上下相结合、分区探查水文地质条
34、件，在水文地质条件补充勘探、煤层底板导水通道、薄弱带探查、矿井充水性条件评价等水文地质工作中，以使用成熟的防治水方法为主，适当利用我国90年代中期以来，华北型煤田防治水最新的科研成果，并针对生达矿的水文地质特点研究符合本矿实际的新方法。生达矿防治水工作的基本原则为：（1）基础水文地质工作为平台，井上下物探为主，钻探为辅，监测与试验相结合，在对突水条件进行适时监控下实现煤层安全回采；（2）探测和监控老空水，合理探放和避让老空水；（3）水害安全保障体系的整体规划，完善矿井防排水系统及避灾路线；（4）防治水工程与矿井采掘工程有机结合，相互利用。（二）矿井防治水工作的技术路线根据中博对矿井水文地质条件
35、的认识，本防治水规划建议采用的防治水技术路线是：1. 二1煤、一1煤勘探主要面向规划采区，防治水技术以顶板砂L1-4灰岩水、第四季潜水及地表水、申河断层、老空水为防治重点，以井下为主，地面为辅，井上下相结合、分区探查水文地质条件。在对突水危险区段运用井上下水情监测，顶板两带观测，原位应力监测和底板突水监测等技术进行适时监控，以实现煤层安全回采。2. 在调查的基础上进行综合物探以查明老空区范围并分析其对矿井开采的影响，在此基础上通过留设足够的防水煤柱或探放水以解除老空水对矿井开采的威胁；3. 对地表径流进行综合治理，防止地表水通过裂隙通道入渗到矿井，威胁矿井安全；4. 为了确保矿井安全生产，对突
36、水重点防范地段需建立和完善具有一定能力的泄水巷和防排水系统，分区隔离的水闸墙以及安全出口和避灾路线等一系列措施。第五章 防治水技术与工程规划根据生达矿生产采掘计划，结合矿井基本水文地质条件和矿井开采过程中需要解决的水害安全问题，实现矿井高产高效生产过程的水文地质安全保障，生达矿2011年至2015年防治水工作的主要任务包括：矿井水害条件的基础技术研究与技术分析；矿井水情监测监控系统完善与建设；工作面回采过程中水害危险性适时监测与预警；矿井深部煤层开采可行性论证与带压开采研究；矿井各充水含水层富水性规律及其控制因素探查研究矿井防排水系统计算分析与配套工程完善等。各部分工作的主要内容与要求如下：一
37、、主要水文地质研究工作矿井申河断层导水性研究断层破坏了岩层的完整性，常常成为含水层间的联系通道。断层的某一区段是否导水、导水性强弱、是沿破碎带上下连通还是仅仅水平接触导水，取决于断层的力学性质、断层带的成分结构、断层的后期改造、断层两侧岩层接触关系、含水层的水压以及采矿活动引起的围岩压力对断层的重复破坏作用。当煤层位于不导水断层上盘时，且主要含水层低于煤层时可按下式留设防水煤（岩）柱：式中：煤柱留设的宽度(m)； 安全防水煤柱厚度(m)；含水层至煤层的层间距(m)；断层与煤层的交角；煤层倾角。的确定方法：(1)根据矿井的实际观测资料确定。(2)用突水系数估算。(3)用单位水压所需要的等值隔水层
38、厚度（相对隔水层厚度）计算。(4)先用水压与岩柱强度平衡方程计算隔水层底板临界厚度，在计算安全防水岩柱的厚度。这种断层防水煤柱的计算是建立在经验基础上的，经过长期的工程实践证明该方法是一种有效的实用设计方法。但这种方法存在着一定的缺陷，即没有考虑实际存在的种种不确定性的因素。因此在实际设计中有的断层防水煤柱留的太宽，浪费了大量煤炭资源；有的过窄，造成突水事故，给煤矿安全生产造成重大损失。所以在实际防水煤柱留设时，除按上述公式计算留设外，还应根据实际探查的断层的性质和含水特征，并结合井田的实际情况合理地确定其宽度，在安全的基础上，尽可能减少可采煤层的丢失。二、主要补充勘探工程生产矿井主要水文地质
39、补充勘探需进一步查清的矿井水文地质条件包括：井田地下水补给边界、井田内断层的导水性、井田内导水通道。在方法上主要是物探、化探、钻探相结合，井上下抽水试验与放水试验相结合，有针对性进行立体综合勘探。通过综合勘探，结合矿井开采的实际水文地质资料，确定导水通道，圈定水害危险区，比较准确评价矿井涌水量。每个矿井应建立健全地下水观测系统（包括水量、水位、水质、水温等），特别应健全各含水层的长观孔，为矿井突水后判断水源提供正确决策。二1煤、一1煤水文地质补充勘探(1) 进一步探查规划采区的构造分布范围及导水性情况，为防水煤柱的留设提供依据；(2) 探查井田范围小煤窑的采掘边界情况、积水范围、煤柱尺寸及导水
40、通道等，为防治小窑水提供科学依据；(3) 探查二1煤、一1下伏主要含水层之间的隔水层岩性、厚度、稳定性，隔水性能、构造破碎带对隔水层的破坏程度等； (4) 探查太原组薄层灰岩及奥陶系灰岩的厚度、裂隙、岩溶发育程度、水头高度和富水性，以及两者的水力联系程度；(5) 科学预测评价采区涌水量。三、主要监测试验工作矿井突水事故发生之前，都有明显的征兆，因此对矿井生产过程中出现的一切反常现象都应高度重视，以便查明原因，及时处理。这样可以有效避免大型突水事故的发生，削弱突水给矿井生产带来的不良影响。因此对生达矿井田加强日常水文监测，特别是运用经济科学的技术手段对巷道挖掘和采煤过程中顶、底板突水进行预测预报
41、，是二1煤防治水工作的主要措施。监测工作的内容包括井上下水情动态监测、底板应力与采动破坏监测、底板突水监测等。四、主要水害治理工程老空水是指被废弃矿坑和淹没的生产井巷中的积水，是矿区浅部采矿常见的充水水源。老空水涌水一般突发性强，来势凶猛，并可能含有有害气体及携带块石，破坏性大；同时，老空水涌水还可成为其它水源涌入矿坑的通道，此时危害更大。老空水因年代久远，分布范围不清，调查困难。老空水的防治应该在调查的基础上进行综合物探以查明积水区范围并分析其对矿井开采的影响，在此基础上通过留设足够的防水煤柱或探放水以解除老空水对采区开采的威胁。1、对井田内小煤矿及本矿采空区进行调查主要通过对矿井周围小煤矿
42、进行调查，须收集、调查和核对相邻煤矿和废弃的老窑情况，并将矿界以外至少100m范围内邻矿的井田位置、开采范围、积水情况标绘在井上、下工程对照图上。对于本矿可能影响老空水，井巷积水区，必须认真核实图纸资料，严防漏填、漏绘。弄清积水区的可能范围和水量，查明最洼、最高点的位置和标高。2、综合物探在对小煤矿调查的基础上还需要利用物探手段，探清井田范围小煤窑的采掘边界情况、积水范围、煤柱尺寸及导水通道等，为防治老空水提供科学依据。其具体步骤为：用瞬变电磁对采空区范围圈定，并按有关法规程规定经计算合理留设各类防隔水煤（岩）柱，并标绘在采掘工程平面图上（相邻两矿井属人为边界，且水文地质类型均属简单或中等型的
43、，其边界煤柱总宽度也不得小于40m）；需变动时，必须重新编制设计，按规定的管理权限审批。当井下掘进或采掘受到采空区影响时，应进行超前探测，并进行探放水。3、探放水对于掘进或采掘可能受到老空水威胁的地段必须事先进行探放，其基本对策是“先探后掘，坚持不探明，不放净不回采”，在探防水之前需先进行探放水设计。探放水的工程设计的主要内容有：探放水巷道推进的工作面和周围的水文地质条件。如老峒积水范围、积水量、确切的水头高度（水压）、正常涌水量，老峒与上、下采空区及断层构造的关系，以及积水区与其他充水含水层的水力联系程度等；探放水巷道的开拓方向、施工次序、规格和支护形式；探放水钻孔组数、个数、方向、角度、深
44、度和施工技术要求及采用的超前距与帮距；探放水施工与掘进工作的安全规定；通讯联系和避灾路线的确定及灾害处理措施；防排水设施，如水仓、水泵、管路和水沟等排水系统及能力的具体安排等；必须在采掘工程平面图上标出积水范围、外缘标高和积水量，同时标出探水线位置、探放水孔布置的平面图和剖面图等。其中探水线的位置应符合以下要求：a.探水线应根据积水区的位置、范围、水文地质条件及其资料的可靠程度，以及采空区、巷道受矿山压力的破坏情况等因素确定。b.对本矿开采所造成的老空、老巷、水窝等积水区，其边界位置准确，水压不超过1MPa，探水线至积水区的最小距离：在煤层中不得少于30m，在岩层中不得少于20m。c.对本矿井
45、的积水区，虽有图纸资料，但不能确定积水区边界位置时，探水线至推断的积水区边界的最小距离不得小于60m。d.对有图纸资料可查的老窑，探水线至老窑边界的最小距离不得小于60m；对没有图纸资料可查的老窑，可根据本矿井已了解到的小窑开采最低水平，作为预测的可疑区，再由物探进一步控制可疑区，再由可疑区向外推100m作为探水线。探放水钻孔的布设，应以不漏掉“老窑”、保证安全生产和探水工作量最小为原则。应以透积水区的最洼点为主，透两侧为辅，边探放水边监测水压、水量的变化，切实掌握积水水位下降的速度及其有效探放水范围。发现积水位下降缓慢或只放不降等异常，必须查找原因。对另有水源补给者，必须先封堵水源，而后再进
46、行放水，对可能存在的“孤立区”或“滞流区”，应通过分析补打钻处理。探水前应注意的事项有：检查排水系统，准备好水沟、水仓及排水管路，检查排水泵及电动机，使之正常运转，达到设计的最大排水能力；准备堵水材料，在探水地点应备用一定数量的堵水材料，以应付突发情况；检查支架情况，有松动或破损的支架要及时修整或更换，帮顶是否好，都要仔细检查；检查煤壁，煤壁有松软或膨胀等现象时，要及时处理，闭紧填实，防止水流冲垮煤壁，造成事故；检查安全退路，时刻保证畅通无阻。在以上配套措施的实施的同时，还需严密监控小煤矿采掘进展现状，及时分析发生突水的可能性，采取相应防治水措施，确保矿井安全开采。五、矿井排水能力评价矿井排水系统为一级排水，即主排水系统和采区排水系统。主排水系统承担全矿井涌水的排水任务；采区排水系统负责将采区的水排至主排水系统的水仓中，由主排水系统集中排至地面。目前矿井采区最大排水能力140m3/h，水仓容积340m3；主泵房最大排水能力300m3/h，水仓容积1340m3；目前矿井的正常涌水量维持在38m3/h左右。根据煤矿安全规程第二百五十一条对主要排水设备的和第二百五十三条对水仓的要求，目前矿井排水能力能够满足矿井正常排水需要。第六章 结论与建议生达矿井田为荥密背斜北翼，区内二1煤层为单斜构
