裕兴煤矿中长期防治水规划Word文档格式.docx
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05′15″~113°
08′18″,北纬35°
51′19″~35°
53′08″。
矿井开采3#和15#煤层,开采深度由1120m~850m标高。
井田长约4300m宽约3000m,面积为8.6689km2。
本井田位于山西省高平市建宁境内,离高平市18km。
井田南部5km处有曲辉公路通过,交通十分便利。
2、地形地貌:
井田地处太行山中南段的高平盆地北东,地貌划属为侵蚀山地,为中山区。
井田内地形大致北高南低,最高点位于井田东北角处的山梁上,海拔约为+1390.00m,最低点位于井田的西南角处,海拔约为+1055.00m,相对高差335.00m。
3、水系:
该区属黄河流域沁河水系丹河支流,境内主要河流为东仓河,位于井田的西南部,是丹河的主要支流,为季节性河流。
井田内无常年性河流和大的地表水体,雨季降水沿沟谷自然排泄。
4、气象:
井田属东亚暖温带大陆性气候,一年内四季分明,夏季多雨,春秋季多风少雨,冬季寒冷。
据高平市气象部门近年的资料统计:
无霜期180天左右,年降雨量最大为1361mm,年均降雨量为599.7mm,雨季多集中在七、八月份,年平均蒸发量1857mm,超过年均降雨量的近三倍,旱季为12月到翌年2月。
年平均气温10℃,一月份最冷,最低气温零下22.5℃,七月份最热,最高气温37.3℃左右;
结冻期与降雪从11月至翌年3月;
全年风向以西北风和东南风为主,一般冬季多为西北风,夏季多为东南风,最大风力为6-7级,一般为3-4级。
最大风速一般为7.5m/s。
第三节、井田邻近矿井及井田内小煤窑情况
1、邻近矿井:
本矿井田周边共有三座矿井,井田东北与陵川县关岭山煤矿相邻;
南邻山西陵川新沙河煤业有限公司;
北接长治县振兴煤业有限公司,西边无相邻煤矿。
相邻矿井情况如下:
(1)陵川县关岭山煤矿
该矿始建于1958年,井田面积1.77km2,批采3#、15#煤层,现3#煤层已基本采空。
该矿15#煤层采用斜—立井开拓方式,现15#煤层已投入生产。
(2)山西陵川新沙河煤业有限公司
该矿始建于1989年,批采15#煤层。
矿井采用斜井开拓方式,瓦斯等级属低瓦斯,无越层越界开采现象,该矿资源整合后,现正处于基本建设期间。
(3)长治县振兴煤业有限公司
该矿1968年建矿,原隶属镇办企业。
2004年进行了改制重组,成为股份制企业。
批准开采3#和15#煤层,无越层越界开采现象。
2、井田内小煤矿开采情况:
本井田资源整合前,各被整合矿井均属于小煤矿,生产能力从年产2.5万吨到9万吨不等,具体情况见下表:
资源整合前井田内小煤矿情况
资源整合前各煤矿名称
开采煤层
井田面积Km2
瓦斯等级
煤层开采情况
生产能力万吨/年
关闭时间
原山西高平建宁荒窝煤业有限公司、
3#
2.86
低
3#煤层剩余100万吨
9
2010
原山西高平建宁张家煤业有限公司
0.82
3#煤层开采完毕
2.5
原高平市建宁乡吴家联办煤矿
2006
原高平市建宁乡晋平煤矿
3#、15#
3#、15#煤层开采完毕
原山西高平建宁何家煤业有限公司
0.48
6
原山西高平曹家煤业有限公司
0.55
5
第三章、矿井地质与水文地质
第一节、矿井地质
1、矿井地层:
井田位于晋城矿区北部,广泛为大面积黄土覆盖区,中部及东部出露二叠系下统下石盒子组P1x、上统上石盒子组地层P2s。
根据钻孔及区域资料,将该区地层由老至新分述如下:
(1)奥陶系中统峰峰组(02f)
为含煤地层之基底,埋藏于井田深部。
岩性为深灰、青灰色厚层状石灰岩,夹灰黄色、黑灰色泥灰岩,含次生石膏及侵染状黄铁矿,下部裂隙岩溶发育,并为方解石脉充填,局部为角砾状石灰岩,厚度一般70-94m。
(2)石炭系中统本溪组(C2b)
平行不整合于下伏奥陶系石灰岩凹凸不平之古侵蚀面上,岩性、岩相及厚度变化较大,一般由灰色鲕状铝土岩、铝质泥岩、灰黑色泥岩组成,偶有灰黑色粉砂岩、夹菱铁矿及硫铁矿等组成。
全组厚度1.49~13.11m,平均6.10m。
(3)石炭系上统太原组(C3t)
区内主要含煤地层之一,以K1砂岩与下伏本溪组分界,并与之呈连续沉积,岩性主要为深灰色泥岩、砂质泥岩、石灰岩、细砂岩及煤层煤线组成。
含稳定的灰岩4~8层,煤层6~8层,煤层多赋存于灰岩底部。
该组厚度67.67~131.40m,平均116.47m。
据岩性组合特征,自下而上可分为三个岩性段:
一段(C3t1)(K1砂岩底~K2灰岩底)
岩性为黑色泥岩、粘土质泥岩、粉砂岩、砂岩及煤层组成。
底部K1砂岩不稳定,局部缺失或可相变为粉砂岩,顶部为全区稳定可采的15号煤层。
该段厚度7.90~18.12m,平均11.36m。
二段(C3t2)(K2灰岩底~K4灰岩顶)
由三层稳定的石灰岩及砂岩、泥岩、煤层、煤线组成,灰岩中含燧石结核和方解石细脉,动植物化石丰富,灰岩之下多有煤层赋存,底部K2石灰岩厚度大,层位稳定,是良好的标志层。
该段厚度23.75~43.50m,平均36.51m。
三段(C3t3)(K4灰岩顶~K7砂岩底)
岩性为深灰色泥岩、砂岩、粉砂岩、石灰岩及煤层组成,位于该段下部的9号煤层不可采。
该段厚度59.90~77.90m,平均68.60m。
(4)二叠系下统山西组(P1s)
K7砂岩底~K8砂岩底,为全区主要含煤地层之一,岩性由深灰—黑色泥岩、砂质泥岩、砂岩及煤层组成。
上部为灰色、灰黄色砂质泥岩及泥岩互层,局部夹有二层不可采煤层;
中部为黄灰色砂岩、砂质泥岩及3#可采煤层。
下部为灰色砂质泥岩、有时相变为黄灰色细砂岩,中夹黄铁矿层及灰黑色泥岩。
3#煤层位于该组中下部,全区稳定可采,平均厚3.78m,与下伏太原组整合接触。
该组厚度39.25~66.15m,平均厚度51.06m。
(5)二叠系下统下石盒子组(P1x)
与下伏山西组为整合接触。
底部发育一层厚0.50~20.68m的中粒岩屑石英砂岩(K8),风化后成同心圆结构,与山西组分界。
中下部岩性以灰绿色泥岩为主,间夹砂岩;
中上部以灰绿色、黄绿色砂岩为主,间夹砂质泥岩,顶部为灰色、灰紫色及杂色铝土质泥岩,具鲕状结构,呈网格状构造,其色鲜艳俗称“桃花泥岩”,有时相变为砂质泥岩。
本组厚度50.00~85.00m,平均厚度60.59m。
(6)二叠系上统上石盒子组(P2s)
主要岩性为杏黄色、黄绿色砂质泥岩及黄色泥岩互层,其中夹不稳定的黄绿色砂岩,底界以K10砂岩与下伏下石盒子组呈整合接触,最大残留厚度130m。
井田北部、西北部大面积出露。
(7)第四系中、上更新统(Q2+3)
中更新统(Q2)下部为浅红色至暗红色砂质粘土,含铁锰质薄膜,半胶结至不胶结,中部为灰黄色砂砾石,上部为浅红色砂质粘土,含钙质结核。
上更新统(Q3)为黄色亚粘土,夹钙质结核,垂直节理发育,孔隙度大,常形成陡坎、陡壁。
第四系在井田东南部大面积分布,一般厚0~25m,平均厚度10.00m。
2、井田构造:
本区位于太行山块隆西缘,晋获断裂带东侧。
井田构造线方向与区域构造线方向基本一致。
受区域构造影响,井田内发育以宽缓的背向斜构造为主,轴向大致北北东,两翼地层倾角3-8°
;
井田西部发育两条走向近东西向的正断层F1、F2;
井田东部一采区内发育一条走向近南北向的正断层F4;
井田西南部靠近地面工业广场边界发育一条走向近南北向的正断层F3;
其中的F3正断层处于地面工业广场与原资源整合前晋平煤矿的采空区之间,对矿井生产无影响,其他F1、F2、F4断层对生产均形成不同程度的影响。
各断层特征详见下表。
断层特征一览表
名称
倾向
倾角
落差
性质
走向
井田内走向长度
对今后生产影响
F1
S
75°
5-10m
正
W-E
2000m
影响较大
F2
10-25m
500m
F3
W
65°
5-15m
N-S
450m
无影响
F4
15-25m
800m
另外,根据矿井3号煤层开采资料,井田内发现2处陷落柱存在(X1、X2),位于井田的西北部,在15号煤层底板直径约为130m左右,未见岩浆活动,井田构造应属简单类。
第二节、矿井水文地质
矿区内地形大致北高南低,地表水排泄条件较好。
区内主要河流为东仓河,位于本区的西南部,为丹河的主要支流之一。
井田内无大的地表水体,无常年流水性河流,雨季降水沿沟谷自然排泄。
区内原有2座小型水库,现已干枯。
1、井田主要含水层:
(1)第四系松散沉积物孔隙潜水含水层
该含水层主要为第四系松散沉积物,岩性为砂质粘土夹砂、砾,据水文地质调查,其含水层埋藏较浅,但富水性较差,受季节变化影响较大。
(2)二叠系碎屑岩类裂隙含水层
该含水岩组主要指石盒子组及山西组,含水层主要为K7、K8、K10等砂岩,其中除K10砂岩含水层因距煤层较远,与煤层之间又有厚层的泥岩及砂质岩隔水层,对煤层的开采影响较小外,其余两层砂岩含水层均对3号煤的开采有不同程度的影响。
井田及其3号煤层矿坑涌水量较小,在雨季矿井涌水量增大。
说明该含水层富水性弱,但受大气水的影响。
(3)太原组(C3t)砂岩、灰岩裂隙含水层
岩溶裂隙含水层K2、K3、K4、K5灰岩,沉积稳定,厚度变化不大。
K2岩溶裂隙含水层为15号煤层顶板直接充水岩溶裂隙含水层。
区内原晋平煤矿开采15号煤层资料,生产规模20kt/a,正常涌水量15m3/d,最大涌水量30m3/d,说明富水性弱。
分析认为,由于煤层埋藏,K2、K3、K4、K5灰岩含水层接受补给后,沿深部运移。
结合区域资料,该含水层属弱~中等富水性含水层。
(4)奥陶系中统(O2)灰岩岩溶裂隙含水层
井田内2009年6月竣工的裕兴矿业有限公司水源井揭露该含水层,主要由深灰色厚层状灰岩、角砾状灰岩、薄层泥质灰岩组成的富水性强的含水层。
出水层主要在上马家沟组及下马家沟组。
钻孔抽水单位涌水量0.48L/s·
m,水位标高为670m,属富水性中等含水层。
结合区域资料,推测区内奥灰水水位为670~675m之间,该含水层属中~强富水性含水层。
2、井田主要隔水层:
(1)太原组底部及本溪组泥岩、铝土质泥岩隔水层
由太原组(C3t)底部泥岩及本溪组(C2b)铝土质泥岩形成的隔水层,该隔水层与奥陶系灰岩呈平行不整合接触,阻隔奥陶系岩溶水和上覆煤层的水力联系。
(2)二叠系砂岩含水层之间的层间隔水层
主要为泥岩、铝土质泥岩、砂质泥岩,厚度多为4~13m。
该隔水层呈层状分布于各砂岩含水层之间,阻隔了各砂岩含水层之间的水力联系。
第四章、矿井15#煤层开采主要水害分析
第一节、主要含水层的补给、径流及排泄条件
矿井田内奥陶系中统地层埋藏较深,岩溶水流向为南偏西,转而向南往本省东南部三姑泉方向径流排泄。
石炭、二叠系地层由于具有含水层、隔水层相间成层的特点,大气降水及地表水对地下水补给不利,特别是深部裂隙不发育,又有多层泥岩的隔水。
因此接受大气降水及地表水补给的碎屑岩裂隙水大部分受地形控制,在切割较深处以裂隙下降泉的形式排出地表。
只有极少部分垂向补给深部含水层。
第四系松散含水层多沿山坡及沟谷低凹地带分布,大部分为透水性弱的中更新统红褐色粉质粘土,主要接受大气降水补给,向下伏地层及地形低凹处排泄。
第二节、矿井水害综合分析及水文地质类型划分
1、矿井充水因素分析:
(1)地层结构及地质构造对矿井充水性影响:
从15#煤层底板等高线可看出,矿井井田总体上属东部和中部总体高的起伏状褶曲构造,井田内地下水基本上以现布置的胶带、运输大巷为轴线方向汇流,其上部各含水层的富水性也相对增强;
另外,胶带大巷、运输大巷、回风大巷在掘进末段,因穿越F1断层,该断层导通3#煤层采空区和15#煤层上部各含水层,将对矿井充水因素影响较大;
F4断层从现揭露的情况来看,该断层断裂面淋水很小,对矿井充水因素无影响;
F2和F3断层只要控制好保安煤柱,对矿井充水因素影响较小。
(2)邻近矿井对矿井充水性因素影响:
本矿井周边邻近三座煤矿,其中东部和东南部的陵川县关岭山煤矿和陵川县苏村煤矿相对本井田15#煤层等高线位置较高,若在本井田15#煤层边界开采形成采空区时,其积水将沿底板向本井田15#煤层渗入,如果生产过程中不慎穿透采空区,将对我矿一采区生产造成严重危害,应严加防范。
(3)奥灰水对本矿15#煤层充水性影响:
井田内15#煤层底板标高在910~990m之间,而奥灰水位为670m,奥灰水对开采15#煤层不产生影响。
(4)对15#煤层上部含水层及3#煤层采空区积水对矿井充水性影响:
15#煤层的直接充水含水层为顶板砂岩裂隙含水层,钻孔单位涌水量为0.00096926L/s·
m,属弱富水性含水层。
开采时形成的导水裂缝,可能沟通上覆其它含水层,使其成为15#煤层开采的间接充水含水层。
15#煤层厚度为3.32-4.00m,顶板为坚硬的石灰岩,采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中导水裂缝带高度计算公式,其公式为:
(公式一)
(公式二)
式中:
HIi—导水裂缝带高度m;
ΣM—煤层累计采厚m,取3.32-4.00m;
按式公式一计算,导水裂缝带高度为64.38~60.73m;
按式公式二计算,产生的导水裂缝带高度为64.66~70.00m。
15#煤层底距3#煤层间距54.16~112.91m,平均80.96m。
开采3号煤层时底产生一定深度的采动破坏带,据经验数据,一般为10~15m,因此,开采15#煤层时最大导水裂缝带可以沟通3#煤层采空区积水,对矿井15#煤层开采影响严重。
(5)3#煤层充水性、采空区积水量及其对15#煤层开采的危害:
3#煤层的直接充水含水层为其顶板砂岩裂隙水含水层,属弱富水性含水层。
由于开采时形成的导水裂缝,可能沟通上覆其它含水层,使其成为煤层开采的间接充水含水层。
其导水裂缝带高度采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的公式进行计算。
井田内煤层顶板主要为泥岩、砂岩,本次采用煤层为缓倾角、中硬岩层导水裂缝带高度计算公式,其公式为:
(公式一)
ΣM—煤层累计采厚m,取4.42-5.05m;
按式公式一计算,计算时式公式一中取“+”,产生的导水裂缝带高度为47.02~48.84m;
按公式二计算,产生的导水裂缝带高度为52.04~54.94m。
根据计算结果,3#煤层开采时产生的导水裂隙带最大高度可沟通山西组砂岩裂隙含水层,东部煤层浅埋区可到达地表。
现矿井3#煤层基本采空,仅剩原资源整合前荒窝煤矿内的部分区域可采,经查地质报告,现3#煤层采空区水积面积达18424m2,积水量91200m3,且矿井东部煤层埋藏较浅的现生产的一采区,因地表水的补给,其采空区面积及积水量还将逐渐增大、增多。
因开采15#煤层时最大导水裂缝带可以沟通上部3#煤层采空区积水,因此,开采15#煤层时,3#煤层采空区积水对15#煤层的生产影响是严重的、广泛的。
(6)地表水体和洪水对矿井充水的影响:
本井田内无大的地表水体,仅有季节性小河,洪水期常有洪水发生。
区内原有2座小型水库,仅在雨季有短暂的积水,平时基本无水,但为地表水进入3#煤层采空区提供了有利条件,对今后开采15#煤层时形成了威胁。
另根据调查,井田内原矿井(小窑)井口雨季均未发生过洪水淹没事故,但值的注意的是:
本区3#煤层埋藏浅,开采历史悠久,采(古空区)裂隙可达地表,尤其是井田低洼处,在雨季会有洪水沿裂隙渗(溃)入3#煤层采空区。
并直接形成了对15#煤层生产的影响。
2、矿井水文地质类型的划分:
(1)受采掘破坏或影响的含水层及水体:
矿井开采15#煤层,受采掘破坏或影响的第四系孔隙、山西组砂岩裂隙含水层,补给条件差,补给水源少。
太原组岩溶裂隙含水层属弱~中等富水性含水层。
按照《煤矿防治水规定》第一分类依据,为简单~中等型。
(2)矿井及周边老空水分布状况:
区内目前存采空积水区,据调查与本矿边界采空区有积水,本矿在边界开采时应引起注意,同时今后开采15可能会受到3号煤层采空区积水的影响。
按照《煤矿防治水规定》第二分类依据,定为中等型。
(3)矿井涌水量:
据资源储量核实地质报告中叙述,原晋平煤矿开采15#煤层井下矿井涌水量为15~30m3/d,按照《煤矿防治水规定》第三分类依据,为简单型。
(4)突水量:
矿井开采15#煤层,目前未开采。
(5)开采受水害影响程度
矿井开采15#煤层,采空区积水、老空水、顶板石灰岩岩裂隙水水害隐患是防治水工作的重点。
应严格按照“预测预报,有掘必探,先探后掘,先治后采”的技术原则,认真做好防水、探水、疏放及排水工作,总的认为采掘工程不受水害影响。
按照《煤矿防治水规定》第五分类依据,定为中等型。
(6)防治水工作难易程度:
针对本矿矿井水文地质特征,按照《煤矿防治水规定》要求,认真做好井上、井下水文地质和防治水工作,重点做好对采空区积水、老空水、顶板石灰岩岩裂隙水及东南部奥灰水的防治工作。
总的认为,防治水易于进行。
按照《规定》第六分类依据,为中等型。
综合以上阐述,针对第二条、第五条以第六条的评述,按分类依据就高不就低的原则,本矿开采15#煤层,矿井水文地质类型定为中等型。
第五章、矿井水文地质主要问题
1、矿井以往地质、水文地质工作评述:
(1)1957年华北煤田地质勘探局152队在高平做过煤田概查与普查,提交了《高平普查区煤田开发总体设计地质报告》,之后相继有148、114地质队进行了以钻探及地质填图为手段的工作。
(2)1965年11月,山西煤田114队提交了《山西沁水煤田高平井田详查地质报告》,1966年6月由山西煤炭工业局审核批准决议书(1966)第1号,井田内无钻探工程分布。
(3)2010年2月至2010年3月,中煤地质工程总公司在本矿井田范围内钻孔11个,揭露15#煤层11层次,进行了本矿区15#煤层资源的详查。
2、目前存在及需要查明的主要问题:
(1)本井田内3#煤层已基本采空,可采煤层埋藏较浅,煤层形成的导水裂隙带容易沟通浅层地下水及采空区积水,尤其是雨季形成的积水通过地面塌陷和裂缝会不断向3#煤层采空区积水进行补给,使3#煤层采空区积水量及积水面积扩大化。
(2)本矿及周边矿井采空区、古空区、小窑破坏区的积水均形成矿井安全隐患,且周边矿井采空区、古空区、小窑破坏区的位置、及其积水面积、积水量无详细资料,从而对矿井防治水工作造成一定的难度。
(3)矿井未配备相关现代化的物探、化探等相关设备设施,从而对矿井田内水文地质构造预测、预知能力不足。
(4)矿井地质技术专业人员配备不足,特别是技术水准高的专业技术人员严重缺乏,使矿井水害防治工作无法达到高精准度要求。
第六章、矿井防治水技术路线及工作重点
第一节、矿井防治水工作技术路线
1、通过和煤炭类高校合作,培训一大批具备矿井防治水工作的技术专业人员,也可和煤炭类高校或科研机构合作,加强防治水工作的技术研究,同是还可以聘请相关中介机构,对矿井防治水工作提供技术服务。
2、不断强化防治水管理,进一步完善矿井多参数水文动态监测智能预警系统,对矿井水文动态实施监测,工作面回采前进行井下音频电透视、瞬变电磁及高密度直流电法等方法综合物探,实施顶板钻探与预注浆加固工程、通过钻孔疏水降压等综合治理措施,达到了对水害事故的早发现、早预报、早防治效果。
3、建立水文地质信息管理系统;
完善矿井防治水各种基础台帐,认真收集、整理,实行计算机数据库管理,并长期保存。
4、制定了防治水工作专项措施,编制了水害防控应急预案,对于防治水各项环节、各个设备明确责任人,做到专人负责。
对于可能发生的事故编排应急处理措施,防范于未然,为水害防治确立制度保障。
坚持每周开展防治水专项检查,对每一种涉及到防治水的设备,包括备用的钻机、水泵等,进行使用情况和维护保养情况的逐个逐项排查检查,保证防治水设备保持在最佳工作状态,完备防治水工作的物质保障。
第二节、今后应重点开展的主要防治水研究工作
1、本矿3#煤层已基本采空,且3#煤层在开采过程中已形成了导通地表的裂隙通道,因此大气降水形成了矿井下的主要补给水源,在未来5年内,我们将指定专人,同时联络当地气象部门,研究分析矿区范围内大气降水的特点,3#和15#煤层水源的主要
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