水城县化乐锦源煤矿矿井水灾因素分析和水害预测

水城县化乐锦源煤矿
矿井水灾因素分析和水害预测
编制：技术科
编制日期：2012年3月10日
水城县化乐锦源煤矿
矿井水灾因素分析和水害预测
第一节、矿井水文安全条件分析
矿井概况：
锦源煤矿位于六盘水市水城县城东南，距六盘水火车站30公里，水城县城至化乐乡政府的公路可直通该矿，交通较为方便。

锦源煤矿隶属于水城县管辖，该矿山矿界呈六边形。

南北长约1.5km，东西宽约1.6km。

矿区面积2.2249km。

矿区地理坐标为：
东经105°12′30″——105°13′15″；
北纬26°29′40″——26°30′30″。

其拐点坐标见表
扩界后矿界拐点坐标为：
1
2
3
4
5
62931710.00
2932750.00
2932755.00
2933215.00
2933215.00
2931759.0035520365.00
35520365.00
35520785.00
35520785.00
35521999.00
35521999.00
22
开采深度：1460米至900米。

矿区面积为：2.2249m1、当地居民有汉、苗、彝、布依等，属多民族聚居区，主要以农业生产为主。

粮食及经济作物主要为玉米、小麦、水稻、油菜和马铃薯等。

工业基础薄弱，地方经济落后，富裕劳动力资源多，为矿山建设和开发提供了丰富的人力资源。

2、矿区内煤炭生产建设及规划概况
区内采煤历史悠久，有零星小窑，为当地村民季节性开采，以采掘民用煤为主，部分开采后以原煤销售。

开采时，大多采用自然通风。

其开采深度较浅。

随着矿业秩序的好转，现区内所有小煤窑均已关闭、封停。

（1）老窑
矿区小煤窑零星分布，现已封闭，大部分老窑巷道有积水。

其具体情况不祥。

（2）小煤矿
区内无其它小煤矿。

2、矿区位于贵州高原中部，地形切割中等，为中低山岩溶地貌。

区内最高海拔1834m，最低1403m，相对高差431m，一般100-200m。

区内属亚热带湿润气候分布区，气候温和，雨量充沛。

年平均气温
12.7℃，年降水量1148.0mm，6-8份为丰水期，平均湿度82%。

矿区内地表水多为季节性溪沟，属珠江流域红水河水系。

二、矿井开采水文地质条件
1.水文地质特征
1）地层含、隔水性
（1）含水层
①飞仙关组第四段(T
1f)：平均厚90m左右，岩性为灰岩、粉砂岩和泥质粉砂岩。

在灰岩中含裂隙水，根据观测泉点调查，最大流量46.49（l/s）、最小7.71（l/s），在本区该段为中等富水段。

②飞仙关组第二段(T
1f)：平均厚30m左右，岩性为紫红色砂岩，砂泥岩。

根据泉点调查，最大流量47.25（l/s）、最小0.014（l/s）。

深部据钻孔揭露，出现漏水和水位突降现象，在本区该段可视为中等富水段。

（2）隔水层
①飞仙关组第三段(T
1f)：平均厚100m左右，岩性为紫色砂泥岩、粉砂岩。

根据泉点调查，最大流量1.134（l/s）、最小0.014（l/s），在本区该段可视为隔水段。

②飞仙关组第一段(T
1f)：平均厚240m左右，岩性以粉砂岩为主，偶夹泥岩和薄层灰岩。

根据泉点调查，最大流量1.29（l/s）、最小0.014（l/s），在本区该段可视为隔水段。

⑶弱含水层
①第四系(Q)：地表出露泉点均小于0.2（l/s）,受大气降水影响较大，为区内的弱富水段。

②龙潭组和长兴组(P
2c+d):层厚414m左右，岩性由粉砂岩，泥质粉砂岩、细砂岩、灰岩和煤组成，根据泉点调查，最大流量
1.38（l/s）、最小0.018（l/s），在本区该段可视为弱富水段。

2）矿坑充水条件分析3
1
2
4
（1）充水水源
根据煤层与各含水层之间位置关系，本区矿床充水水源主要是龙潭组和长兴组及飞仙关组含水层及底板茅口组含水层，直接向矿床充水。

⑴地下水
①飞仙关组第四段(T
1f)：平均厚90m左右，岩性为灰岩、粉砂岩和泥质粉砂岩。

在灰岩中含裂隙水，根据观测泉点调查，最大流量46.49（l/s）、最小7.71（l/s），在本区该段为中等富水段。

②飞仙关组第二段(T
1f)：平均厚30m左右，岩性为紫红色砂岩，砂泥岩。

根据泉点调查，最大流量47.25（l/s）、最小0.014（l/s）。

深部据钻孔揭露，出现漏水和水位突降现象，在本区该段可视为中等富水段。

本区煤层大部分布于潜水面之下，因此含水层中的地下水，通过其顶底板的裂隙进入矿坑。

⑵地表冲沟水
矿区内地表水多为季节性溪沟，属珠江流域红水河水系。

该煤矿最低侵蚀基准面为东南水沟，标高1400m，矿权范围内333、334资源/储量的最低标高为900m，所以333、334资源/储量绝大部份产于最低侵蚀基准面之下，矿区内地表水系不发育。

冲沟水沿途接受泉水补给，雨季还有较大面积大气降水汇入，水量较大，这些冲沟多位于含煤地层露头地带，冲沟附近的网状、2
4
脉状裂隙密集，它们与煤层风化、氧化带直接接触，沿沟溪一带开采煤层时，冲沟水可能沿风化裂隙或采矿裂隙渗入或突入矿井，为矿井浅部开采的直接充水水源。

⑶老窑采空区积水
老窑内存在着一定的积水，是浅部煤层开采的重要充水因素。

在开采浅部煤层时，老空区积水易渗入矿井而成为矿井直接充水水源。

（2）充水通道
⑴岩石天然节理裂隙
矿区内的含煤地层在接近地表附近，岩石风化节理、裂隙很发育，而深部则发育成构造节理、裂隙，它们是地下水活动的良好通道，并沟通上覆含水层与含煤地层的水力联系。

⑵人为采矿冒落裂隙
未来的采煤活动将产生大量的采矿裂隙，这些人为裂隙也会沟通上覆含水层与含煤地层的水力联系，成为地下水活动的良好通道。

⑶老窑采空区
区内沿煤层露头线一带分布着大小不一、开采深度或深或浅的老窑，其废弃采面或巷道会成为老窑水、部分地表水进入矿井的通道。

⑷断层
矿界内有三条断层，落差较大，其导水性较弱，一般不会发生突水事故，采掘巷道接近或穿过这些断层时，井巷可能发生渗水、淋水、和涌水现象。

（3）充水方式
矿井充水通道主要以岩石原生和采矿节理、裂隙为主，规模一般不大，少量为断层裂隙、老窑巷道，因此未来矿井充水方式主要以渗水、滴水、淋水为主，局部可能发生突水。

矿床水文地质类型属顶底板直接进水的岩溶矿床。

顶板岩层岩溶、裂隙发育，补给条件好，地下水的补给主要是大气降水。

矿床水文地质条件属简单至中等类型。

3）矿坑涌水量调查
根据本矿及矿山周边矿井涌水量的调查，矿井坑道涌水量一般为5—
10m/h，雨季坑道涌水量10—20 m/h。

4）矿坑涌水量预测
根据本矿井及邻近矿井多年实测资料，推测本矿井将来的正常涌水量一般为30m/h，最大涌水量66 m/h。

2、煤层顶、底板岩性
2号煤层：顶板为泥岩，底板为细砂岩。

3号煤层：顶板为泥质粉砂岩、灰岩，底板为泥岩。

5号煤层：顶板为泥质粉砂岩，底板为泥岩。

6号煤层：顶板为粉砂质泥岩，底板为泥岩。

6号煤层：顶板为粉砂岩，底板为泥岩。

5)断层
-2
-1
-133
33
矿界内有三条断层，落差较大，其导水性较弱，一般不会发生突水事故，采掘巷道接近或穿过这些断层时，井巷可能发生渗水、淋水、和涌水现象。

（3）充水方式
矿井充水通道主要以岩石原生和采矿节理、裂隙为主，规模一般不大，少量为断层裂隙、老窑巷道，因此未来矿井充水方式主要以渗水、滴水、淋水为主，局部可能发生突水。

矿床水文地质类型属顶底板直接进水的岩溶矿床。

顶板岩层岩溶、裂隙发育，补给条件好，地下水的补给主要是大气降水。

矿床水文地质条件属简单至中等类型。

6）矿坑涌水量调查
根据本矿及矿山周边矿井涌水量的调查，矿井坑道涌水量一般为5—
10m/h，雨季坑道涌水量10—20 m/h。

7）矿坑涌水量预测
根据本矿井及邻近矿井多年实测资料，推测本矿井将来的正常涌水量一般为30m3/h，最大涌水量66 m3/h。

综上所述，矿床充水水源主要为大气降水、断层水、地下水、地表冲沟水、老窑采空区积水等。

第二节矿井防治水措施
（一）采掘工程须采取的防治水措施
(1）定期收集、调查和核对相邻煤矿和废弃老窑的情况，并在井上、下对照图、采掘工程平面图上标出其位置、开采范围、33
开采年限、积水情况等。

(2）井巷在掘进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，并将出水点位置标在井上下对照图和采掘工程平面图上。

井巷揭露的主要出水点或地段，必须进行水温、水量、水质、地下水动态和松散含水层涌水含砂量等综合观测和分析，防止滞后突水。

(3）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。

(4）井下和地面排水设施保证完好，井下主、副水仓、水沟要及时进行清理，每年雨季前对矿井防治水工作进行一次全面检查。

(5）应加强对地面小窑、老窑的调查并标注在实测的采掘工程平面图上，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。

(6）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。

(9）严禁开采煤层防水煤柱。

（二）采掘工程所采取的防水措施
1.防治水计划
（1）查明矿区和矿井的水文地质条件，编制中长期防治水规划和年度防治水计划，并组织实施。

（2）每年雨季前，对防治水工作进行全面检查。

制定雨季防治水措施，并组织抢险队伍，储备足够的防洪抢险物资。

2.地面防治水
（1）查清了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。

（2）工业场地内建筑物，修筑了防洪沟渠或采取其它防、排水措施。

（3）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容易积水的地点均修筑沟渠排泄积水。

修筑沟渠时，避开了露头、裂隙和导水岩层，特别是低洼地点不能修筑沟渠排水时，采取了填平压实，防止积水进入井下。

③排到地面的矿井水，经妥善处理，避免了再次渗入井下。

④对漏水的排洪沟，作了及时堵漏，地面裂缝和塌陷均作了填塞。

（三）井下探放水措施
(1)探放水原则
必须做好水害分析报告，坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则。

接近积水地区掘进前或排放被淹井巷积水前，必须编制探放水设计，并采取防止瓦斯和其它有害气体危害等安全措施。

1、探水起点的确定：为了确保采掘工作和人生安全，将水淹区的积水范围、水位标高、积水量等资料填绘在采掘工程平面图上，经过分析划出三条界线。

(1）积水线：积水边界线（小窑采空区范围），其深部界线应根据小窑或老空区的最深下山划定。

(2）探水线：根据积水区的位置、范围、地质及水文地质条件及其资料可靠程度、采空区和巷道受矿山压力破坏情况等因素确定，具体规定如下：
a)对采掘工作造成的老空、老巷、硐室等积水区，如边界准确，水压不超过10kPa时，探水线至积水区的最小距离：煤层中不得小于30ｍ，岩层中不小于20ｍ。

b)对虽有图纸资料，但不能确定积水区边界位置的积水区，探水线至推断积水区边界的最小距离不得小于60ｍ。

c)对有图纸资料的小窑，探水线至积水区边界的最小距离不得小于60ｍ；对没有图纸资料可查的小窑，必须坚持“有掘必探，先探后掘”的原则，防止发生透水事故。

d)掘进巷道附近有断层或陷落柱时，探水线至最大摆动范围预计煤柱线时的最小距离不得小于60ｍ。

e)石门揭开含水层前，探水线至含水层的最小距离不得小于20ｍ。

3)警戒线：
沿探水线外推50－150ｍ（在上山掘进时指倾斜距离）即为警戒线。

探放水钻孔的布置必须符合有关规定。

2、采掘工作面遇下列情况之一时，必须确定探水线进行探水。

（1）接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时，井巷出水点的位置及其水量、有积水的的井巷及采空区积水范围、标高和积水量，必须绘制在采掘工程平面图上。

在水淹区域应标出探水线位置。

采掘到探水线位置时，必须探水前进。

（2）有与溶洞、含水层及与之有水力联系的导水层、裂隙（带）、陷落柱时必须查出其位置，并按规定留设防水煤柱。

防水煤柱距离为30m。

巷道必须穿过上述构造时，必须探水前进。

如果前方有水，应超前预注浆封堵加固，也可采取其它防治措施。

探放水钻孔孔深不小于35m，并留有不小于20m的超前距。

（3）打开隔离煤柱前必须探放水。

（4）接近有水的采煤工作面时必须探放水。

（5）接近未封闭又可能突水的钻孔时必须探放水。

（6）煤层顶板的含水层和水体存在时，应当观测“三带”发育高度。

当导水裂隙带范围内的含水层或老空积水影响安全开采时，必须超前探放水并建立疏排水系统。

（7）采、掘工程接近其它可能突水段时必须探放水。

（四）疏水降压措施疏水降压是指煤层顶板或煤层含水层的疏干，以及煤层底板含水层的降压，使底板含水层水压降低至采煤安全时的水压。

根据矿井的水文地质条件，矿井建设和生产中不需采用疏水降压措施。

（五）注浆堵水措施注浆堵水广泛应用于封堵突水点恢复被淹矿井，截流堵水减少矿井涌水量，井巷堵水过含水层或导水断层等。

因矿区范围内断层较多，因此应根据采掘工程的实际情况，配备注浆堵水设备。

（六）地表防治水措施
㈠地表水防治设计依据
1.防洪标准及防洪坝墙设计频率要求由于工业场地布置在缓坡地带，为满足工业场地防洪要求，需在工业场地内修筑截水沟和防拱排水沟，排出上部来的山坡水，防止洪水进入井下造成淹井事故。

地面储煤场修筑挡水墙及排水沟，矸石场下方修筑矸石挡墙及排水沟。

2.矿区位于贵州高原中部，地形切割中等，为中低山岩溶地貌。

区内最高海拔1834m，最低1403m，相对高差431m，一般100-200m。

矿区内地表水多为季节性溪沟，属珠江流域红水河水系。

3.开采塌陷、裂隙对地表水系和降雨渗漏影响。

浅部可能形成有地表塌陷和裂隙，需采取填坑、补凹、整平等措施，以防止其对地表水系和降雨渗漏的影响。

随着煤矿开采的进行，某些地段的稳定性将会受到破坏，有可能产生现代滑坡、地表塌陷和开采裂隙，对地表水系和降雨有一定的影响。

㈡地表水防治
1．降雨和春季冰雪融化是地表水的主要来源，在开采浅部煤层时，由于地表形成塌陷区，地表水可能沿开采塌陷裂缝涌入井下，另外，雨季降雨量大，在不能及时排出矿区的情况下，雨水可能通过土层的孔隙和岩层的细小裂缝渗透到井下，为了防止水渗入井下，在矿区内采取填坑、补凹、整平地表、修筑排洪沟等措施。

2．在工业广场内，沿公路、边坡脚、挡土墙下修筑水沟，将井下排出的矿井水及雨季洪水排出工业广场以外。

3．在工业广场各建筑物前后，均应设置排水沟，防止雨水窜入室内。

第三节井下防治水安全设施
一、井下防治水安全设施
（一）排水设备
本次只设计一水平（前期工程）的排水设计，其它水平的排水设计由矿方在将来的施工中根据矿井实际涌水量进行设计。

1．正常涌水量：30m3/h；
2．最大涌水量：66m3/h；
3．排水垂高：80m；
（二）选型计算
1、按矿井正常涌水量确定工作水泵最小排水能力
QBQB=24Qr/20=1.2Qr=1.2×30=36 (m3/h)；
2、按矿井最大涌水量确定工作泵最大排水能力
QBmQBm=24Qrm/20=1.2×66=79.2(m3/h)；
3、所需水泵扬程HB
HB=1.2(h+6)=1.2(80+6)=103.2(m)
4、选用80D30×4离心泵3台，水泵流量43m3/h，扬程120m，防爆电机功率为30kw。

正常涌水量时1台工作，1台备用，1台检修；最大涌水量时2台同时工作，1台备用。

（三）排水管路选择计算
1、排水管路趟数的确定
根据设计规范要求，确定设置两趟管路，一趟工作，一趟备用。

2、排水管内径计算
V
d=4Q/
3600
=443/(3600 3.14 2.0)
=0.088(m )
式中：d——排水管内径（m）
Q——通过管路的流量m3/h
V——管中流速，取经济流速2.0m/s
选用内径为φ100mm的无缝钢管作排水管、二趟，一趟工作，一趟备用。

（四）排水系统
一水平的水由水泵房的水泵经轨道井抽到地面污水处理池，后期井下涌水经水沟排至后期水仓后，由水泵抽到上一水仓，由上一水仓的水泵经轨道井抽到地面污水处理池。

（五）水仓容积及断面的确定
1、水仓容积
根据设计规范，水仓容积：
V=8Qmin=8×30=240m3
2．水仓断面及支护型式
根据巷道围岩情况，水仓采用砌碹支护，净断面积4.1m2。

3、水仓长度
水仓长度：L=V/S=240/4.1=58.6m
设置两个水仓，一个主水仓，长度80m，容量328m3；一个副水仓，长度50m，容量205m3，以便一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。

4、泵房
设计泵房巷道底板高于底部联巷巷道底板0.5m，泵房有2个出口，一个出口用管子道通到轨道井，并高出泵房底板7m；另一个出口通到底部联巷，在此出口通路内，设置有易于关闭的既能防水又能防火的密闭门。

（六）排水管路趟数及规格
根据矿井排水系统设计，采用两趟φ100mm的无缝钢管作为排水管，一趟工作，一趟备用。

二、矿井水害区的划分
⑴、矿井水害防治分析我矿水害类型为地表水水害、裂隙水水害、岩溶水水害构成。

地表水水害的防治：我矿地表水水害的水源为大气降水，根据第一节矿井水文安全条件分析以及矿井水文地质综合柱状图和开采深度，地表水害水源进入矿井的主要途径为通过主、风井口及断层带，因此对于此类型水害的防治亦做好主、风井口地表水的截、排、堵和留好断层煤柱、做好断层的探放水就可。

裂隙水水害的防治：我矿裂隙水水害的水源为煤层顶板砂岩裂隙水，此类水害类型水源进入矿井的途径为通过采后冒裂带及断层带，此类水害类型水源的水量有限，对矿井突水威胁不大，因此对于此类型水害的防治亦做好采、掘过程中的正常疏、排水就可。

岩溶水水害的防治：我矿岩溶水水害的水源为煤系地层内的灰岩含水层水和煤系顶部的长兴组灰岩、夜郎组玉龙山段灰岩和煤系底部的茅口组灰岩含水层水组成。

此类水害类型水源进入矿井的途径为通过采后冒裂带、断层带及岩溶塌陷坑。

根据第一节矿井水文安全条件分析以及矿井水文地质综合柱状图和开采深度，此类水源通过采后冒裂带进入矿井的水量有限，不会造成大量突水，对矿井威胁不大，因此对于此类型水害的防治留好断层煤柱、岩溶塌陷坑煤柱，做好断层的探放水就可。

⑵、矿井水害区划分根据第一节矿井水文安全条件分析和矿井水害防治分析，不难得出，我矿水害威胁主要来自于老窑与各含水层有水力联系、与地表水有联系的断层破碎带。

三、探水红线的确定由以上分析资料，我矿矿井水害清楚。

根据探放水有关规定，压力不小于1Mpa时，探水线至积水区的最小距离：煤层中不小于30m，岩层不小于20m；情况不清楚，探水线至推断积水区的距离不小于80m；
由于我矿水害区的划分是以断层为主，虽然断层产状、位置清楚，但其次生小断层的发育情况不明，为慎重起见，特确定我矿探水线至水害区的距离为80 m，因此探水红线的划定以水害区外推60m为准。

探水红线的具体位置见某煤矿水害区分布及探水红线划定界限图。