煤矿中长期(5年)防治水规划[1]

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郑煤集团XXX煤矿矿井防治水规划〔2021年—2021年〕XXX煤矿二〇一〇年-38-

1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根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那么第一节矿井防治水工作的根本原那么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-38-

2前言XXX煤矿位于登封市大冶镇境内，位于告成矿北侧，郑煤集团XXX煤矿1996年建成投产，2005年作为单独保存块段与郑煤集团公司签订整合协议，目前设计生产能力30万吨/年。采用斜井单水平上下山开拓方式。郑煤集团XXX煤矿主采赋存于山西组下部的二1煤层，下距太原组石灰岩5m左右。矿区水文地质条件中等。矿区西南有XXX河流通过，且上游900m处有XXX水库，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，会对矿井平安生产有一定的影响。随着矿井采掘工程的延伸，矿井水害问题不容无视。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，确保矿井生产平安。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根底上，针对XXX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、矿井防治水根本原那么和技术路线；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、二1煤底板奥灰水带压开采技术；5、放水试验；6、采煤工作面底板突水预测预报；7、采煤工作面底板原位应力测试；8、防治水治理改造工程；9、矿井防排水系统改造；10、防治水工程实施进度与费用概算。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XXX煤矿的水文地质特点，结合矿井2021-38-

3年－2021年的采掘方案，提出了XXX煤矿防治水规划根本原那么，确定了XXX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、矿井防突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XXX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，观测资料缺乏，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。-38-

4第一章矿井概况第一节矿井自然地理概况郑煤集团XXX煤矿位于登封市东南大冶镇XXX村，行政隶属大冶镇管辖。其地理座标为东经113°12′18″～113°13′05″，北纬34°25′05″～34°26′04″。北距登封市卢店镇约5km，东北距郑州市约85km。矿区西南部有登封—杞县的地方小铁路和沥青公路通过，该公路向北与汝州—郑州公路相接，矿区附近简易公路相互连接，交通条件便利。本矿区地势呈东北高西南低，区内最高海拔+356.2m，最低海拔+301.4m，相对高差54.8m，属低山丘陵区，区内冲沟发育，有利于大气降水的排泄。本区地处淮河水系，XXX河在矿区西南部流过，XXX河受上游水库控制，据观测1985年7月～1986年8月最大流量1315.4m3／h，正常流量200~400m3／h，水库截流那么枯槁。该区西北距XXX水库900m，库容400万m3，为本区工农业生产提供了水源。本区位于大陆性半枯燥湿度缺乏带，夏秋两季炎热多雨，冬、春低温干旱。年平均气温9.1～14.6℃，元月份最冷，气温为-3.3～-18.2℃，七月份最热，气温24.4～37.1℃，日最高温度为44.6℃。11月到翌年2月气温较低，为霜冻期，最大冻结深度20cm(1966年12月30日)，最大积雪厚23cm(1954年2月3日)。年降水量为419.5～1002.5mm，日最大降水量153.5mm(1956年6月21日)。年蒸发量为908～1976.2mm。春、夏、秋三季以东北风、东风为主，冬季以西风为主，最大风速可达28～40m/s。根据河南省地震局资料，本区近期未发生过大的破坏性地震，仅在明、清时期发生过五次地震，烈度不清，1974～1975年有过两次二级以上地震，震级最大级，未造成损失。本区地震设防烈度应为6度。第二节矿井生产概况一、矿井开发历史与生产现状XXX煤矿1996年建成投产，因资金不到位及市场原因，常常处于停产状态。-38-

52005年作为单独保存块段与郑煤集团公司签订整合协议，目前设计生产能力30万吨/年。该矿地质储量万t。原设计生产能力6万t/a，改扩建成30万t/a。技术改造后采用斜井单水平上山采区开拓方式，开采水平标高+91m。二、矿井开拓、开采现状矿井采用斜井单水平上山开拓，矿井共有两个井筒，主副斜井井筒断面均为半圆拱形，净宽3.8m，中心净高3.2m，净断面积10.6㎡。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、切巷均沿煤层底板布置。矿井目前布置了11一个生产采区，布置了11001一个回采工作面，11060一个备用工作面，上探巷、下探巷及11060上付巷三个掘进工作面。三、矿井排水系统及防排水能力XXX矿排水系统为一级排水，即11采区涌水由主斜井排水管道排入井底水仓，再由副井排到地面。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3台。排水泵向上排水至地面，形成矿井一级排水系统。该矿预计正常涌水量200m3/h，最大涌水量400m3/h，按?煤矿平安规程?规定，主要水仓容量应不小于200×8=1600m3。因此设计主仓容量1100m3，副仓容量550m3，主要水仓有效总容量为1650m3，符合?煤矿平安规程?的规定。水泵房选用200D-43×9型离心泵3台，参数：扬程m，单台流量288m3/h，效率80％。配YB450M1-4型防爆电动机，功率450KW，电压6000V，转速1480r/min。排水管路选用ф219×6mm无缝钢管2趟。排水管沿副斜井井筒敷设至地面。XXX煤矿排水系统能力符合规程要求，能够满足平安生产需要，水仓容量按目前正常涌水量符合规程要求。第二章矿井地质与水文地质第一节矿区地层本矿区位于登封煤田郜城井田东部，华北板内区嵩箕断隆南端，发育地层主要为奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系和第四系，构造简单，无岩浆活动。-38-

6根据?河南省登封煤田郜城井田精查地质报告?资料，本区为低山丘陵地形，基岩多被第四系覆盖，据钻孔及生产井资料，本矿区地层从老到新发育有：奥陶系中统马家沟组〔O2m)，石炭系上统本溪组(C3b)、上统太原组〔C3t〕，二叠系下统山西组(P1sh)、下石盒子组(P1x)，上统上石盒子组(P2S)、石千峰组(P2sh)和第四系(Q)。〔一〕奥陶系(O2)中统马家沟组(O2m)奥陶系中统马家沟组为深灰、兰灰色结晶石灰岩，上部常含黄铁矿晶体与结核，下部为灰色角砾状灰岩，底部含泥质。厚度7.01～43.60m。与下伏寒武系地层呈平行不整合接触。〔二〕石炭系(C)〔1〕上统本溪组(C3b)石炭系上统本溪组主要为灰、浅灰色铝质泥岩，具鲕、豆状结构，含大量黄铁矿结核。平均厚9.50m，与下伏地层呈平行不整合接触。〔2〕上统太原组(C3t)石炭系上统太原组由由灰、深灰、灰黑、黑色石灰岩、泥岩、砂质泥岩、砂岩及煤层等组成，厚度40.28m。本组岩性组合特征明显，自下而上可分为下部灰岩段，中部砂泥岩段和上部灰岩段三段。下部灰岩段主要由L1～L4四层石灰岩和黑色泥岩等组成，发育两层薄煤层(一l、一3煤)，不可采；中部砂泥岩段主要由深灰色细—中粒砂岩，灰黑色泥岩、砂岩泥岩等组成，偶夹两层不稳定的深灰色石灰岩(L5、L6)：上部灰岩段由深灰色石灰岩、灰黑色泥岩和煤层组成，发育石灰岩二层(L7、L8)，石灰岩中具大量蜒类、腕足类动物化石，全区稳定，为—主要标志层。与下伏本溪组整合接触。〔三〕二叠系(P)〔1〕下统山西组(P1sh)二叠系下统山西组地层下起太原组菱铁质泥岩顶，上至砂锅窑砂岩底，为本地区主要含煤段。中下部由灰黑色泥岩、深灰色细粒砂岩及煤层组成，包括两层砂岩标志层：香炭砂岩为泥、钙质胶结，普遍含白云母片、炭质及菱铁质鲕粒，全区普遍发育，厚3～6m-38-

7：大占砂岩以硅泥质胶结为主，层理较发育，层面含大量白云母片和炭质，厚2.4～12.43m。本组下部的二1煤层厚度较大，层位稳定，全区可采；其余煤层不稳定，偶尔可采或不可采。顶部以浅灰色含紫斑或暗斑的泥岩为主，夹砂质泥岩和砂岩。本组厚度77.42m。与下伏地层整合接触。受芦店滑动构造铲蚀影响，本区保存厚度0～10m。〔2〕上统下石盒子组(P1x)、上石盒子组(P2S)本区二叠系上统下石盒子组以滑体形态存在，属于滑动构造上覆系统，受芦店滑动构造铲蚀影响，区内保存最大厚度80m左右，由灰、灰绿色泥岩、砂质泥岩夹薄层细粒砂岩、粉砂岩组成，含薄层炭质泥岩及不可采煤层。下与下伏山西组为滑动构造接触。二叠系上统上石盒子组厚度225m左右，由青灰、灰绿色泥岩、砂质泥岩夹薄层细粒砂岩组成，底部田家沟砂岩为本区标志层，平均厚7.81m，为浅灰发绿色中粗粒石英砂岩，显大型斜层理。〔3〕上统石千峰组(P2sh)本区二叠系上统石千峰组以滑体形态存在，属于滑动构造上覆系统，区内保存最大厚度400m左右，上段(旧称土门组)由灰绿色细粒砂岩、粉砂岩组成，夹多层浅灰色同生砾岩，顶部以灰紫色中细粒砂岩为主：下段为灰白色中粗粒长石石英砂岩，厚58m左右，为本区标志层，俗称平顶山砂岩。〔四〕三叠系下统圈门组(T1q)三叠系下统圈门组由紫红色细粒砂岩、粉砂岩及泥岩组成，底部细砂岩敛密坚硬，俗称金斗山砂岩，为区内—良好标志层。〔五〕第四系〔Q〕第四系广布全矿区，上部为土黄色耕植土，下部夹卵石。厚度0～10m。与下伏地层呈角度不整合接触。一、构造本矿区位于嵩箕构造区嵩箕断隆西南部颖阳芦店向斜南翼东段。总体走向为203～225°、倾向293～315°，倾角17～22°-38-

8的单斜构造。该区主要构造形式为芦店滑动构造。滑动构造由主滑面[芦F1]和次滑面(又称上滑面)[芦F1-2]组成，滑面倾向NW，主滑面[芦F1]倾角13～25°，次滑面[芦Fl-2]倾角5～38°，两滑面在剖面上形态为犁形，南陡北缓，至深部两滑面相交合并为一个滑面[芦F1]，主滑面[芦F1]存在于二1煤层顶板附近，距离煤层0～5m，局部地方下扎造成滑动薄、无煤带。上覆系统为二叠系石盒子组和石千峰组及三叠系下统圈门组，下伏系统为山西组二1煤层顶板至以下地层，矿区北部及东部边界外即为大面积煤层铲蚀区。滑面附近具明显构造破碎带。滑动断裂面为上、下盘的过渡带，沿二1煤附近的软弱层的展布，其两侧岩性主要为断层泥、断层角砾岩，原岩特征遭到破坏，挤压揉搓，流变现象明显，强度较低。缺失地层厚度200～400m左右。矿区内滑动面下盘发育断层4条，上盘发育断层2条。〔一〕滑动面下盘断层〔1〕郜F4断层为本区西部边界逆断层，位于13402钻孔附近，长约2.1km。走向NE26°，倾向NW，倾角48°，落差0～15m。该断层有13402孔和区外2个钻孔控制，13402孔309.17m见断点，上盘太原组L2灰岩与下盘一5煤层接触，重复地层15m，该断层根本控制。〔2〕郜F7断层为本区西北部边界正断层，位于13407～13505～13602钻孔一线，长约5km。走向NE26°，倾向NW，倾角45～65°，落差35～51m。该断层有13407、13505、13602等五个钻孔控制，13407孔448.66m见断点，上盘太原组L7灰岩与下盘L2灰岩接触，落差42m。13505孔448.90m见断点，上盘太原组L8灰岩与下盘L3灰岩接触，落差35m。13602孔369.00m见断点，上盘太原组L9灰岩与下盘L3灰岩接触，落差51m。该断层已控制。〔3〕F1断层：位于13202钻孔南，长约1.2km。走向NE72°，倾向NWl8°，倾角50°，落差10～25m，为逆断层。13202孔211.75m见断点，上盘太原组L7与下盘L8灰岩接触，重复地层15m，该断层控制程度较差。-38-

9〔4〕F2断层：位于Fl断层南，长约1.4km。走向NE67°，倾向NW23°，倾角38°，落差5～12.5m，为逆断层。该断层有13202钻孔控制，13202孔276.08m见断点，上盘太原组一l煤层与下盘L2灰岩接触，重复地层12.50m，该断层控制程度较差。〔二〕滑动面上盘断层为滑体内正断层，不切穿滑动面，也不破坏二1煤层的连续性。〔1〕郜F15位于XXX村东，为正断层，长约0.8km。走向NE64°，倾向NW，倾角、落差不详。为推断断层，不可靠。〔2〕郜F16位于XXX村东，为正断层，长约0.6km。走向NE61°，倾向NW，倾角、落差不详。为推断断层，不可靠。第二节主要含水层〔一〕主要含水层〔1〕二1煤层顶板砂岩含水层受滑动构造影响，二1煤层顶板大都破碎带取代，滑动破碎带厚度变化较大，两极值为0.45～113.44m。据?河南省登封煤田郜城井田精查地质报告?中抽水资料，单位涌水量0.0000178～0.00054L/s.m，渗透系数为K=0.000062～0.0025m/昼夜，水位标高+254.80～+298.05m。水化学类型为S04—Na和HC03—Ca—Na型，矿化度0.408～1.254g/L。PH值8.15～8.3，总硬度5.71～14.0德国度。说明该含水层富水性中等。是二1煤层顶板直接充水含水层。〔2〕二1煤底板灰岩含水层为C3t上段L6～L9石灰岩组成的含水层组，厚10～15m，其中L7、L8常合并。岩溶裂隙较为发育，但不够均一。椐?河南省登封煤田郜城井田精查地质报告?中抽水资料，单位涌水量0.0232～0.387L/s.m，渗透系数为K=0.197～0.914m/昼夜，水位标高+220.15～248.82m。水化学类型为HC03—Ca.Mg型，矿化度0.238～0.312g/L。PH值7.3～7.5，总硬度11.7～13.33德国度。该含水层属富水中等的岩溶裂隙承压水，为二1煤层底板直接充水含水层。第三节主要隔水层-38-

10〔1〕二1煤层顶板隔水层岩性主要为泥岩、砂质泥岩及粉砂岩，由于受滑动构造影响，节理、裂隙发育，或较破碎，隔水性不强。〔2〕二1煤层底板隔水层二l煤层底下至C3t上段灰岩顶之间，由泥岩、砂质泥岩，组成，厚度5m左右，透水性较差，隔水性较强。据本矿及周邻矿井生产情况，未发生过二1煤层底板突水事故和底板变形现象。第四节地下水补给、径流与排泄条件根据前面分析可知，XXX矿井田发育的主要地下含水层有第四系松散沉积孔隙潜水含水层、二1煤顶板砂岩及碎屑岩厚层裂隙孔隙含水层、二1煤底板太原群薄层灰岩岩溶裂隙承压含水层和深部寒武奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层。总体上分析，第四系松散沉积孔隙潜水含水层主要接受大气降水的直接补给，同时也接受地表河流及其它水体的补给。由于该含水层在平面上分布的不连续性，其地下水的大循环系统不完整，根本上具有就地补给就地排泄的特点，其排泄方式主要有蒸发作用，向河流侧向排泄作用及向下伏含水层的垂向入渗排泄作用。大气降水通过基岩裸露露头直接入渗和第四系潜水通过基岩隐伏露头入渗是本区二1煤层底板下伏各灰岩岩溶含水层和煤层顶板碎屑岩及砂岩类含水层的主要补给来源。入渗补给量除了受降水强度控制外，尚与各含水层的岩性、厚度、出露条件、浅层风化裂隙、地形、植被覆盖等诸种因素有关。根据勘探资料，本区域灰岩岩溶地下水的降水入渗补给量约为29.88×106m3/年。应该指出的是各含水层除了接受大气降水和地表水补给外，不同含水层之间由于受垂向构造裂隙的作用，在局部区域也有可能存在相互补排的水交替过程。大气降水对地下水的补给主要受地形控制。依地表汇水条件，地表汇水地形可分为汇流地形〔低洼谷地〕、滞流地形〔坡度小，起伏不大的平原和台地〕和散流地形〔坡度大，切割强列的山脊和山坡〕。不同的入渗条件和地形的结合，会构成不同的降水入渗补给条件，一般汇流地形最有利于大气降水时矿坑水的入渗补给，而散流地形那么-38-

11不利于大气降水对地下含水层的补给。地表的滞水条件除地形因素处，还常会受到植被、耕土层结构等的影响，一般来说，地表植被越发育，耕土层厚而疏松的地表条件会延长大气降水在原地的滞流时间，从而减少了地表迳流量而增加对矿坑水的补给。天然状态下本井田岩溶地下水和二1煤层顶板滑体破碎带及上覆碎屑岩类含水层与XXX河流向一致。二1煤层顶板滑体破碎带及上覆碎屑岩类含水层地下水接受大面积大气降水入渗后，循着风化裂隙、层面裂隙、构造裂隙等组成的不规那么网状裂隙系统自北向南运移。这种不规那么网状裂隙系统既是碎屑岩类含水层重要的贮水场所，又是该含水层地下水径流的主要通道。受XXX河及其它沟谷等河流切割，碎屑岩类含水层中的地下水以泉的形式分散地排泄于上述河流、沟谷的低洼处。应该明确的是C3L7～8灰岩岩溶含水层地下水和二1煤顶板碎屑岩类含水层地下水由于受矿井开采的影响，矿井排水已经构成了其主要排泄方式。它们的水位呈明显下降趋势，改变了以自然迳流排泄为主的状态，根据矿井不同含水层突水点的水量动态和水质特征和稳定同位素分析，大气降水通过露头区大面积入渗仍然是二1煤层顶板碎屑岩类水和底板灰岩岩溶水的主要补给源，在浅部的局部采动塌陷裂隙区二1煤层顶板碎屑岩类含水层也接受地表径流渗入补给。第四节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，-38-

12第三章矿井充水条件一、矿井水害情况的统计分析二、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坑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局部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外表以下，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根本形式：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。-38-

13以地下水作为主要充水水源的矿坑充水有如下规律和根本特点：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根本形式。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局部：一局部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，这局部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。另一局部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，该局部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。假设充水含水层中的水以静贮量为主，那么矿坑涌水的特点是：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；假设矿坑充水含水层以动贮量为主，那么矿坑涌水量相比照拟稳定，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〞-38-

14，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根本类型和告成矿根本水文地质条件分析，可以得到如下认识：XXX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、二1煤层底板L7-8薄层灰岩岩溶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，L7-8薄层灰岩最差。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聚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和底板L7-8灰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。一、矿井充水途径及其特征-38-

15矿坑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，大多数矿井突水灾害正是由于对矿井充水途径〔导水通道〕认识不清所致。矿坑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，扭性断裂的透水性那么介于与二者之间。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〕-38-

16，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局部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，那么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，可分为规那么冒落带和不规那么杂乱冒落带，如果冒落带高度到达上覆含水层，那么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拟复杂时，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）-38-

17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。当顶板裂隙构通工作面或巷道上覆含水层时，矿坑突水那么不可防止。底板破坏：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构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道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那么是地下水得以流动的通路和咽喉，只有当三者同时存在并到达某种特殊组合时，才能发生底板突水。封闭不良钻孔：封闭不良钻孔是典型的由于人类活动所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，而且还会有比拟稳定的补给量。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。陷落柱与岩溶塌洞：由于我国广泛分布的华北石炭二叠系煤层的基底发育有巨厚的奥陶系石灰岩含水层〔一般厚度在600～800m〕-38-

18，巨厚层可溶碳酸岩的存在，使得其在漫长的地质历史过程中形成了巨大的地下溶蚀空洞，这为陷落柱的发育形成创造了有利条件。实际揭露的资料证实，分布于太行山两侧的煤田均广泛发育有岩溶陷落柱〔因、性质和形态，成为导致灾难性突水灾害的最危险导水通道，这主要是因为：〔1〕突水水源的水量充分：根据陷落柱的根本成因条件可知，只要有陷落柱存在，那么必然在其根部存在有厚层的可溶岩〔如石灰岩〕，而厚层可溶岩又往往构成富水含水层，该类含水层不仅有丰富的静贮量，也往往具有较大的补给量。所以一旦发生陷落柱型突水，其突水水量往往较大。〔2〕突水水压大、流速高：北方型煤田厚层灰岩含水层主要是奥陶系灰岩含水层，该含水层赋存于煤系地层之下一定的深度，且在煤层和含水层之间存在有一定厚度的隔水层，奥陶系灰岩含水层往往在平面上延展的范围较大，其主要在地势较高处的裸露露头区接受大气降水或地表水补给，在煤层之下的含水层水往往处于高承压状态，一旦发生突水，往往呈现出突水点水压大，突水流速高的特点。〔3〕突水通道具有隐蔽性和难以探知性：陷落柱的形成原因决定了其具有点状导水构造的特点，尽管有些陷落柱的直径可达数百米，但和整个地质结构体相比，其仍具有很强的局部性，特别是在陷落柱的周边区域，地层层序仍保持着正常状态，这就形成了通过地层层序和构造形态分析预测陷落柱变的十分困难，甚至不可能，陷落柱的隐蔽性和难以探知性，决定了陷落柱突水具有突发性和难以防范性。根据对XXX矿井地质、水文地质、含隔水层空间分布规律及其构造特征的分析，可以得到告成矿井主要导水通道及其根本特征如下：：造成XXX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，一旦巷道掘进或工作面回采过程中遇到该类导水裂隙就会造成矿井出水。工作面回采后产生的顶板岩层冒裂带会直接导通顶板断层碎屑岩和砂岩含水层水进入矿井，特别是二1煤顶板并不存在明显的隔水层，所以一旦发生顶板冒裂，且冒裂带内有水存在，必然会发生矿井突水。这一点已被目前揭露的水文地质条件所证实。底板采矿破坏导水裂隙导水。由于二1-38-

19煤底板相对隔水层较薄，一般厚度小于20m，底板所承受的水压在3Mpa左右。在采矿扰动和底板水压的共同作用下，很容易产生工作面底板导水裂隙导通L7-8薄层灰岩出水。封闭不良的钻孔：根据目前资料分析，XXX矿区不存在封闭不良钻孔。应该注意到的是XXX矿区虽然发育有煤层底板奥陶系灰岩含水层，但由于本区奥陶系灰岩含水层厚度相对较小，产生大规模溶洞和岩溶陷落柱的可能性较小，和华北其它矿区相比，陷落柱类导水构造不发育。但二1煤顶板推覆构造带的碎屑岩不仅构成了矿井充水的导水构造，也是矿井充水的储水构造。应给予高度重视。一、影响和控制矿井主要充水因素分析根据对矿井水文地质条件和矿井水害特征的分析研究，可以得出影响和控制XXX沟矿井水害的主要因素有：大气降水：大气降水作为本区矿井各个充水含水层的最终补给水源，控制和维持着各含水层长期稳定的充水水量。如果没有大气降水的补给，随着矿井的生产排水，含水层水会逐渐趋于疏干，矿井的涌水量会逐渐减少。但应该明确的是大气降水是一个不可控因素，很难通过人为因素减少和控制。含水层的埋藏条件和构造开启性条件：由于主要充水含水层受大气降水的直接或间接补给，而大气降水的补给强度和补给速度主要受含水层的埋藏条件、构造裂隙发育条件和水循环开启性条件控制。目前的资料已经显现出随着含水层埋藏深度的增加，其富水性具有减弱的趋势。我们要充分研究和利用这一根本规律。构造发育情况特别是导水裂隙的发育与分布规律：裂隙储水、裂隙导水和裂隙突水已成为矿井水害的明显特征，裂隙的发育与否决定了矿井是否具有突水的条件，裂隙的导水性能及其空间联通网络的大小、网络之间水力联系的密切程度决定了单个出水点水量的大小。研究和探查导水裂隙的发育规律、空间展布规律和控制因素对有效预测和防范矿井水害具有重要意义。矿井采掘扰动：从矿井采掘层位与含水层的空间结构关系可知，二1煤层与其顶板碎屑岩砂岩含水层之间并不存在稳定明显的隔水层，矿井采掘活动一旦揭露二1煤层，必然造成其顶板碎屑岩砂岩含水层水流入矿井，流入水量的大小直接受采掘扰动裂隙-38-

20涉及含水层空间范围的大小及其与天然导水裂隙的沟通情况。而矿井底板L7-8薄层灰岩含水层与二1煤层之间的相对隔水层厚度大多小于15m，且局部巷道就掘进于该含水层。一旦由于采矿扰动或揭露导水裂隙也会使该含水层水直接涌入矿井。第四章矿井水害特征及需要查明的主要水文地质问题-38-

21一、矿井已完成和根本查清的水文地质问题告成煤矿属于在生产矿井，已经进行了大量的水文地质勘探试验工作，积累了大量的较为丰富的矿井水文地质资料，应该说以下方面的矿井水文地质问题已根本查清：（1）主要充水含水层的分布、结构、厚度及其埋藏条件已根本查清。（2）主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根本清楚。（3）矿井充水的方式、途径和突水产生的条件根本清楚。（4）矿井水害类型及其水害特征根本清楚。（5）初步建立了矿井水文地质信息观测系统。二、目前存在并需查明的矿井水文地质问题目前尚需进一步查明以下决定矿井水害条件和矿井水害防治方法的关键问题：〔1〕查明采区或工作面范围内含水层的富水性、重点富含水区段的分布规律及其主要控制因素。〔2〕查明采区或工作面范围内存在的小规模隐伏导水构造，如断层、裂隙发育带及其分布与展布规律。〔3〕进一步查明各含水层水力动态特征，特别是不同含水层之间发生水力联系的位置、原因及其与矿井突水之间的相互关系。明确各含水层地下水流场及其随矿井生产排水的变化规律和趋势。〔4〕根据工作面回采条件〔采厚、采宽、推进速度、采煤方法等〕和岩石力学性质，计算分析回采过程和回采完成后对顶底板含、隔水层的破坏特征和破坏程度。〔5〕计算分析采掘过程中采区或工作面的涌水量，涌水特征及其平安疏降水量，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。-38-

22一、矿井近期与中远期分别应查明的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径流场的根本特征，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，提出开采中对构造水的防治方案原那么性建议。〔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那么性建议。〔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〕-38-

23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根底上，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根底资料。〔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、高温热害、有毒气体等进行勘探和分析，初步查明地应力、地热场的成因、分布及其对矿床开采可能带来的的危害。第五章矿井防治水技术路线及原那么-38-

24一、矿井防治水工作的根本原那么根据?煤矿平安规程?和?矿井水文地质规程?等相关技术标准的要求，结合米村井田地质、水文地质条件和防治水工作现状，米村矿防治水工作应该遵循以下原那么：〔1〕预防为主，有疑必探，探治结合，探采结合，先探后掘，先治后采；〔2〕以根底水文地质工作为平台，井上探查手段以物探为主，钻探为辅；井下探测手段物探先行，钻探验证。井上下探测、监测与水文地质试验紧密结合；〔3〕以地下水信息监测为根底，建立矿井水害水情实时监测体系。〔4〕控制设防二1煤顶板水，治理和受控疏放合理结合综合防范顶板水害；以合理受控疏放为主，配套必要的封堵技术防治二1煤底板水。〔5〕一1煤顶板灰岩水的防治以合理受控疏放为主，局部封堵加固为辅；底板水的防治应该在精细探查的根底上，配套带压开采综合防治水技术；〔6〕探测和监控相结合，合理避让，防治小窑采空水突出；〔7〕改造矿井防排水系统，提高矿井排水能力；〔8〕建立水害平安保障体系的整体规划，设计整体目标，分解阶段目标，分区、分阶段实施规划与设计；〔9〕防治水工程与矿井采掘工程相结合，防治水工程方案优化与经济效益相结合，选择经济有效、对矿井生产进度影响较小的防治水工程技术；〔10〕防治水工程与水资源的合理利用相结合，在防治矿井水害、合理受控疏放地下水的同时注意对地下水资源和地表水体的保护。二、矿井防治水工作的技术路线根据告成矿的水文地质根本条件与矿井水害特点，本防治水规划建议采用的防治水技术路线是疏堵结合以疏为主，技术途径是准确预测矿井涌水量，合理设计矿井排水能力和井下疏排水系统，防治水工程实施的技术方法是井上下结合井下为主，l疏降为主、疏堵结合，减少采掘涌水量，降低掘进头和采煤工作面水压力，改善掘进作业环境，提高生产效率和质量；l探堵结合，探查煤层底板隐伏导水构造，注浆加固煤层底板薄弱区段。-38-

25第六章防治水技术与工程规划一、主要水文地质研究工作根底矿井水文地质条件技术研究与技术分析是制定切合实际的合理的矿井防治水工程措施及其相关工作的根底和前提，只有通过深入系统的矿井水文地质和矿井水害特征技术研究和技术分析，真正认识和把握了矿井水害发生开展的规律和控制条件，才能确保制定出科学合理的矿井水文地质平安保障工程与措施体系。针对告成矿的水文地质条件和矿井水害特点，防治水技术工作的主要内容与要求是：（1）全面系统分析现有资料，在本规划总体框架的指导下，编制矿井二1煤平安回采单项防治水工程设计：基于告成煤矿仅在1986年做过地面区域性煤田地质勘探，井下采区及工作面水文地质条件主要是基于对矿井建设和生产过程中揭露的水文地质现象和水害现象的分析，有针对性的专门矿井水文地质勘探试验和计算分析工作近乎空白，同时，由于该矿井属多含水层充水型矿井，不同的含水层、不同的埋藏条件和不同的构造位置含水层的富水性和充水条件差异较大，所以，仅以局部采区揭露的水文地质资料难以到达对整个矿井水害条件特别是其变化规律的全面认识。因此，应在对现有矿井水文地质资料分析的根底上，针对目前存在的主要水文地质问题和水文地质资料控制缺陷，编制二1煤平安回采的防治水措施工程与技术研究工作规划及其相应的实施方案设计。（2）分区域、分含水层定量计算分析评价不同采区〔工作面〕二1煤回采地质、水文地质条件，分别评价顶板水、底板薄层灰岩水及其奥灰水对二1煤开采的威胁程度；根据目前资料初步分析，顶板水和L7-8灰水对二1煤开采的影响程度随着开采标高的降低有减弱的趋势，但L1-4灰岩水和奥灰水对二1煤层开采的影响程度随开采标高的降低会越来越严重，这一问题的深入分析研究会直接影响矿井防治水工作重点及其变化。〔3〕根据目前揭露的矿井水害特征和矿井水文地质结构，配合必要的井上下水情监测信息，对顶板水应采用采矿扰动条件下的水岩耦合模型进行数值模拟计算、对底板水应采用带水压开采技术方法进行数值模拟计算，计算分析不同区域采区〔工作面〕正常涌水量和最大涌水量，为矿井排水能力特别是工作面临时排水能力确实-38-

26定提供定量依据；〔4〕根据采掘工程安排和对水害平安条件的要求，认真分析研究各充水含水层富水性规律与地质结构、构造特征、埋藏条件之间的因果关系，提出矿井水害危险性程度预测分析图，用以指导工作面回采或巷道掘进过程中的水害超前探测工作。〔5〕根据目前资料分析，在浅部煤炭资源回采过程中，顶板水和底板L7-8灰岩水是矿井防治水工作的重点目标，因此，对于矿井浅部的工作面应进行顶板扰动与破坏规律和工作面回采过程中涌水量及其分布规律的分析计算并提出相应的防治水措施设计。随着开采深度的增加，L1-4灰岩水和底板奥灰水将逐渐转化为矿井的主要水患含水层，因此，对于该区域煤炭资源的开采应高度重视带水压平安开采理论的研究，应通过对二1煤底板保护层所承受的水压，水量和岩层厚度、岩层的渗透性及其强度、岩性层序及其组构关系的测定，显水带在采煤过程中的升降变化规律探测，保护层的分层和整体的阻水能力计算，采用五图系列和双系数及三级判别法，对矿井二1煤深部开采进行更为准确的计算分析和带压开采分区，并针对不同分区，提出相应的防治水对策。具体研究内容包括：①全面系统地分析研究告成矿区二1煤底板现有的地质、采矿、水文地质及其它与该工程研究有关的技术资料。②研究二1煤层底板L1-4灰岩含水层及奥陶系灰岩含水层的富水性规律、水压分布规律、岩溶发育规律及其地下水补给、径流与排泄特征。③根据我国相似条件矿井的观测资料并结合告成煤矿的具体水文地质条件分析研究二1煤底板L1-4灰岩含水层及奥陶系灰岩含水层承压水在本区煤层底板保护层中的导升高度与分布特点。④根据告成煤矿二1煤赋存条件、埋藏条件、构造特征及其底板岩性特征并参照我国相似条件矿井开采的观测资料分析计算不同开采条件下采煤对底板围岩的破坏与扰动规律。⑤根据现有资料利用地质统计方法并结合煤层底板保护层岩性的组构关系、构造特征、防突水效应等分析研究煤层底板保护层的防突水能力。-38-

27⑥根据含水层水压导升规律、采矿对底板的破坏扰动规律、底板保护层的结构性特点提出底板岩层的有效保护层厚度分布规律。⑦将采矿、含水层水文地质特征及底板保护层的防突水条件结合起来综合评价告成煤矿开采二1煤层矿井水害平安性条件，并进行平安性条件的分级分区研究，提出相应的平安开采防治水措施。一、水文地质补充勘探根据前述各局部分析可知，告成煤矿二1煤开采过程中同时受到来自多个含水层水的威胁，且在不同的开采标高和区域，各个含水层水的威胁程度在发生着转化。对于这种同时受多个含水层水威胁的矿井必须要查明不同含水层的富水性和地下水补排关系，特别要查明不同含水层之间是否存在有水力联系？水力联系的方式和途径是什么？一旦受到采矿扰动后其水力联系条件是否会发生变化等？告成矿目前仅做过地面区域性水文地质补勘和井下－110水平以上二1煤开采过程中的井下简易水文地质观测和分析工作，针对二1煤开采综合防治水技术与方案，还没有做过专门性的系统的水文地质试验、水文地质计算和井下水文地质勘探工作。为了确保矿井－110水平的平安回采和矿井向深部水平延伸过程中的水文地质平安，尚需要进行必要的井上、下钻探、物探、放水试验、水化学试验、相关测试分析等水文地质勘探工作。勘探工作的主要目的：〔1〕在现有矿井水文地质观测网的根底上，进一步完善矿井水文地质条件观测孔系统，通过对不同含水层地下水位动态信息的长期监测和分析，以到达了解不同含水层之间的水力联系情况，地下水位动态与矿井开采及其涌水量之间的相关性关系，用以分析预测矿井地下水的可疏降性和防治水技术路线。形成矿井水文地质动态长期观测网。〔2〕探查和控制不同含水层的主要富水区、富水性与构造发育以及其它地质结构体之间的关系、水量大小及其分布规律、二1煤底板下伏灰岩承压水原始导升高度及其控制因素。〔3〕探查二1煤层底板的隐伏导水构造和裂隙破碎带位置与分布。〔4〕定量评价矿井局部开采块段实施顶板水超前疏水削峰平安-38-

28采煤和底板灰岩水实施疏水降压或带水压平安采煤的可行性及其不同水平的疏水量、疏水工艺和疏降水工程设计参数。〔5〕探查二1煤层底板至L7-8灰岩以及L7-8灰岩至L1-4、奥灰之间隔水层的厚度、分布规律、岩性组合特征，隔水性能等，为评价其综合阻水性能和实施带水压开采的根本条件提供重要的根底资料。〔6〕为评价不同含水层地下水流场特征，评价矿井正常涌水量和最大涌水量，特别是向深部延伸过程中的涌水量及其涌水特征，核定矿井排水能力，提出改扩建矿井排水系统方案提供重要的根底资料。〔7〕探查和控制二1煤层顶板推覆断层碎屑岩破碎带厚度分布规律、含水性条件、遇水后的稳定性条件和控制该带溃水溃沙的技术方法。一、主要监测试验工作工作面回采过程中底板水害实时监测与预警为确保工作面平安开采，防止突水灾害事故发生，在查清工作面地质、水文地质条件的根底上，针对采面底板存在的可能发生突水的危险区，通过突水监测系统，实时监测采动过程中煤层底板隔水层中应力、应变、水压、水温等参数的变化规律，来确定二1煤回采过程中煤层底板隔水层的破坏带和隔水层下伏的强含水层“导升〞高度的变化状况，即在煤层底板隔水层中安装专用传感器，通过监测传感器的参数变化，监测数据的计算和综合分析，到达对可能发生突水的危险区突水前兆提前进行预报之目的。主要监测内容有：①监测工作面突水危险区底板应力、应变、水压、水温在煤层采动过程中的变化规律。②监测工作面突水危险区底板承压含水层水导升高度及其变化规律。③通过对采动过程中危险区底板突水参数的实时监测，分析参数变化情况并对可能发生的突水做出提前预报。④通过监测数据的综合分析，对现行开采方式条件下二1-38-

29煤层底板破坏规律进行研究，获得相应的开采技术参数以指导其它工作面的防治水工作。。底板突水条件实时监测的指标与作用：在煤矿开采过程中煤层底板受采动影响产生破坏，底板隔水层应力场、应变场也会相应发生变化，同时受采动压力和承压水的共同作用，使隔水层裂隙进一步扩张或产生新的裂隙，地下水便沿裂隙“导升〞，导致煤层底板裂隙水的水压和水温发生相应变化。应力是反映煤层底板发生破坏的重要指标，煤层底板应力场中任意一点的应力值随工作面的推进不断发生变化。根据底板破坏试验说明，底板应力小于原始应力时底板钻孔出现耗水，应力越小，钻孔耗水量越大，钻孔耗水量峰值正好处于底板应力值谷底位置；从上述关系可看出，在工作面回采过程中底板破坏深度与导水性能，随底板应力的增大而减小，反之随底板应力的减小而增大。因此，通过对不同深度的底板应力状态的实际监测，以到达反映采动条件下煤层底板发生破坏的深度及强度。应变是用来度量岩体变形程度的量，其值的大小反映了底板岩体破坏程度和变形强弱，随着工作面的推进→顶板悬空→顶板跨落，那么底板变形出现压缩→膨胀→压缩，当底板岩体裂隙或原生节理在应力场的作用下沿其结构面产生移动时，通过埋设在不同深度应变传感器的监测值将反映煤层底板移动或变形的程度。在采动的影响下，原生裂隙会不会进一步开裂、扩张，特别是能否造成底板承压水沿裂隙带进一步上升与煤层底板破坏带相沟通是能否发生突水的必要条件，因此，通过对煤层底板不同深度裂隙水的水压监测可以掌握底板承压水是否向上导升以及导升部位，结合对底板破坏深度的分析，可以对监测部位突水的可能性进行评价和预报。当深部循环地下水通过裂隙通道进入隔水层内部时，过水通道附近岩体温度及煤系裂隙水的水温会出现异常。故可通过对煤系裂隙水水温的监测，预报突水发生的可能性。综上所述，煤层底板监测中的应力、应变状态反映了底板隔水层在采动影响下所受破坏以及导水性能的变化状况，监测水压那么直接反映了底板承压水向上导升情况和导升部位，监测水温那么反映是否有深部承压水的补给。因此，可以通过对这四项监测工程的综合分析，进行工作面回采过程中突水危险性的超前预测预报。监测系统结构原理：-38-

30煤层底板突水监测系统为由岩水多参数测定仪和传感器组成的监测系统。该系统由地面中心站、井下分站、信号传输电缆和用于底板监测的不同传感器等硬件以及相应应用软件组成(系统结构如以下图7-1所示)。图7-1突水监测系统示意图根据告成矿水文地质条件分析可知，随着采掘深度的增加，二1煤层底板太原群薄层灰岩含水层水及奥陶系灰岩含水层水将越来越严重威胁矿井的平安生产，为此应进行典型回采工作面底板水害的实时监测和超前预警。规划监测工作量如表7-3所示：表7-3底板水害实时监测预警工作面规划表监测工作面监测指标监测点数主要目的备注21021底板应力、应变、水温、水压6～8个实时监测工作面回采过程中水害条件变化，并进行水害超前预报21041同上同上同上每个工作面监测点的具体位置应根据水文地质条件研究确定，根据监测效果可适当增加监测工作面的数量。实施监测工程必须有专业人员进行专门的监测设计。在必要的情况下，应采用钻孔窥视技术、顶板水害实时监测技术及顶板钻孔测试技术进行工作面顶板导水裂隙带的测试与计算分析工作，为顶板水数值模拟预测提供根底数据。一、主要水害治理工程-38-

31矿井水害治理技术主要包括疏水降压、截流封堵和含隔水层注浆加固等，具体采用何种技术方法，要根据具体的水害条件选择其中的一种或几种方法的组合。疏水降压工程：所谓疏水降压防治矿井水害技术就是对威胁矿井平安生产的主要充水含水层水，通过专门的工程和技术措施在人工受控的条件下进行超前预疏干或疏降水压，进而减少或消除其在矿山建设和生产过程中对矿井平安的威胁。疏水降压作为矿井水害防治的技术途径之一有其特定或合理的应用条件，一般在以下矿井水文地质条件下多采用疏水降压的矿井防治水技术：①矿井主要充水含水层属于自身充水含水层。由于矿井的主要工程活动位于含水层之中，或者说矿井的采掘活动将直接揭露充水含水层，含水层中的水无法躲避，早晚都要被释放。为了减少或消除采掘过程中大量的水短时间涌入矿井给矿井正常生产与建设带来影响或超过矿井设计的排水能力而造成淹井事故，需要在人工受控条件下预先对含水层水进行疏放。②矿井主要充水含水层属于直接充水含水层。当含水层作为煤层的直接顶板或底板时，一旦巷道进入煤层或工作面回采后，由于缺乏工程层位与含水层之间的隔水保护层，含水层中的水会直接进入巷道或工作面给矿井生产造成影响或灾害。在这种水文地质条件下，往往需要采用预疏水技术防治矿井水害。③矿井主要充水含水层以静储水量为主，动态补给量有限。以静储水量为主的矿井充水含水层发生矿井充水时，往往是瞬间冲击水量大，后期水量迅速衰减甚至枯槁，当矿井生产诱发该类含水层突〔透〕水时，往往在总出水量有限的条件下给矿井带来严重灾害，采用预先疏水技术可以有效的消减峰值水量而到达消除矿井水害的目的。④煤层顶板间接含水层与煤层之间隔水层的厚度小于工作面顶板冒落带与裂隙带高度。在这种条件下，尽管煤层顶板存在着隔水层，但隔水层的厚度小于工作面回采后冒裂带高度，一旦工作面回采后，含水层中的水必然通过冒裂带导入矿井。为了减少初次冒裂后来自顶板的峰值水量，通常在工作面回采之前，通过井上或井下专门的疏水工程进行含水层水的预疏放。-38-

32⑤煤层底板存在高承压含水层，且煤层与含水层之间的隔水层厚度较薄，在自然状态下隔水层不能阻抗高压水的破坏和侵入。在这种条件下，可通过疏放水技术降低含水层中的水压以到达实现带压开采的条件。根据告成矿水文地质条件分析，其顶板推覆断层破碎带为二1煤层的直接顶板，二1煤层开采后，该破碎带含水层水必然要通过采掘冒裂带进入矿井，且该含水层水量有限。其底板L7-8薄层灰岩含水层距二1煤层距离很近，随着开采深度的增加，二1煤与该含水层之间的隔水层很难阻抗该含水层水进入矿井。但该含水层动水量有限，且随着开采深度的增加，其水量有减少的趋势。所以，应对顶板碎屑岩水采用以疏放为主的方法进行治理，疏放工程应以专用顶板疏水工作面、巷道疏水和顶板钻孔超前疏水相结合的方法为主。对于底板L7-8灰岩水分区域采用不同的方法治理，采用疏水降压的方法治理水害，疏水工程可采用巷道与钻孔相结合的技术，在条件许可的条件下，可采用巷道与钻孔相结合的方法同时疏放顶板水和底板水。疏水工程布置与疏水原理如图7-2、图7-3所示。图7-2工作面顶底板疏水巷与疏水孔布置方式平面示意图-38-

33图7-3工作面顶底板疏水巷与疏水孔布置方式剖面示意图为了确保工作面出水的畅通和平安生产，要求工作面采用俯斜开采，在条件许可的情况下，尽量采用双巷采掘法，其中一个巷道是专门用作施工顶底板含水层疏水孔和疏导工作面回采过程中老空出水的，如图33所示，这样既可实现工作面顶底板水的超前疏放，又可确保工作面回采过程中不积水。实际上，一个疏水巷可以用于两个工作面泄水，或者第一个工作面的下泄水巷可以用作第二个工作面的上回采巷。主要疏放水和泄水工程规划见表7-3表7-32006~2021年底板疏水降压工程明细表年度主要工程及工程量单价〔万元/m〕总工程量〔m〕金额〔万元〕备注200625采区回风下山100m10050主要工程全部在二1煤层底板L7-8灰岩层位中施工，皆为L7-8灰岩含水层疏水巷。200725采区回风下山5005002502021-22采区回风下山300m300150202132采区皮带下山100m、31采区轨道下山200m300150202122采区皮带下山150m15075总计405注浆与含隔水层改造工程：根据告成矿井的水文地质条件，随着采掘深度的增加，矿井水害会由顶板水害逐渐向底板水害转化，而底板水害以L7-8灰岩水表现最为直接，奥灰水和L1-4灰岩水会逐渐凸现，为了同时有效防治底板L7-8灰岩和奥陶系灰岩水害，最为有效的方法是采用注浆技术改造L7-8薄层灰岩含水层为隔水层。-38-

34告成矿井主采煤层底板水文地质的典型结构是：煤层底板之下发育有数层太原群薄层灰岩含水层，而在该组含水层之下又有厚层的奥陶系灰岩含水层。尽管薄层灰岩水不会对矿井生产带来灾害性水患威胁，但它破坏了煤层底板隔水层的连续性。尽管奥陶系灰岩含水层距离煤层较远，但其高压水可通过薄层灰岩逐级导入矿井。为了防止奥陶系灰岩水突入矿井，可以采用注浆技术对局部薄层灰岩实施注浆改造变薄层灰岩含水层为隔水层，实现煤层底板隔水层的连续性和整体性，以提高对奥陶系高压灰岩水的阻抗能力。由于采掘深部资源时，可采煤层与下伏强含水层间的隔水层厚度小于带水压平安开采的隔水层厚度，采用含水层改造技术可有效地加厚加固煤层底板隔水层或构造断裂等因素造成的破碎带，为平安开采二1煤创造有利条件。由于底板含水层改造注浆工程都具有面状注浆的性质，工程量较大，为了减少钻探工程量，多采用井下施工方法〔如图7-4所示〕。有时可采用井上下联合注浆系统，即在地面建立造浆系统，在井下施工注浆孔。图7-4底板含水层改造及隔水层加固工程施工布置示意图为了选择合理必要的含水层改造区段和层位，制定经济高效的含水层改造技术方案，一般需要对矿区地质及水文地质资料进行系统地分析研究，弄清二1煤与底板含水层间的隔水层岩性、厚度及其在平面上分布特点，弄清二1煤与薄层灰岩含水层之间的距离、岩性、及其薄层灰岩含水层富水性在平面上的分布规律和水头分布状况等，这些是确定底板含水层注浆充填的地段、注浆充填的厚度的依据。注浆工程除了对深部奥灰含水层突水系数大于平安标准要求的区域L7-8-38-

35薄层灰岩含水层改造外，还应对井下揭露的水量大于50m3/h的L4灰以深含水层突水进行封堵，以减少矿井不必要的排水量。注浆改造工程主要应用于矿井深部和断层带诱发的突水点封堵工程。一、井下防排水系统改造工程对于－110水平以深区域的煤炭资源在回采前，必须根据勘探资料分析计算采区涌水量，并根据涌水量预测结果在深部水平建立排水系统，并保证深部排水系统具有标准所要求的排水能力前方可进行工作面的采掘工作。独头下山在掘进过程中必须进行超前探水，并设计和建立临时积水的提水转排系统，确保不会造成出水淹没掘进头和掘进下山。-38-

36第七章防治水规划实施的时间与进度安排防治水工程实施的时间顺序应该与采掘工程进度密切配合，使得矿井建设与生产和防治水工作紧密联系，互相配合。根本的时间顺序应为：进行地面勘探工程和和井下具备施工条件的防治水工程施工利用已完成的勘探工程进行水文地质试验计算分析矿井或采区涌水量，提出防治水工程及其防排水能力与系统设计超前探测掩护下山掘进，施工泄水巷及其疏放水钻孔施工井下具备条件地区的水文地质试验与观测孔利用已完成的勘探工程进行水文地质试验提出工作面水文地质评价并实施对应的防治水工程工作面水害监测与平安回采图8-1防治水工程实施过程流程图-38-

37第八章结论与建议鉴于本报告是XXX矿未来5年防治水工作的规划性技术文件，它是在对矿井水文地质条件整体分析和认识的根底上形成的，是未来矿井防治水工作的指导性文件，为了落实规划中提出的防治水工作，确保矿井建设和生产中的水害平安，提出如下建议：1.在实施规划中要求的每个单项防治水工程或水文地质试验时，要根据具体的目的要求和工程区的局部水文地质条件提出详细的工程或试验设计及其施工组织设计。2.防治水工程必须和矿井建设与生产密切结合，防治水规划在实施过程中可根据实际情况进行适当调整和细化。3.目前规划的防治水工程并未覆盖告成全井田，特别是工作面底板监测预警和电磁法勘探工程只选择了几个典型代表区的工作面，通过该局部工作的实际应用效果，可以考虑进一步扩大应用工作面。4.由于该矿井主采二1煤层顶底板均存在有充水含水层，煤层在回采过程中的出水是不可防止的，所以，建议工作面布置时应形成俯斜采掘条件，以确保工作面出水的畅通泄流条件而不会积水。-38-

381.由于考虑到告成矿井下一步采掘主要向深部延伸，本规划未考虑浅部废弃小煤窑或在生产小窑水的探测和防治工作，如果在实际工作中可能涉及到浅部小煤窑时，应增加对小窑水的探查和防治工作。-38-