1、跃胜煤矿防治水工程设计方案科右中旗跃胜煤炭有限责任公司防治水工程设计方案及安全技术措施 2014年3月 前 言为进一步加大我矿防治水工作，不断提高我矿防治水能力，有效防范水害事故的发生，以科学发展观为统领，坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，牢固树立安全展理念，严格执行煤矿安全规程、煤矿防治水规定、加大我矿防治水工作力度，提升我矿防治水能力，有效防范水害事故发生，特制定本防治水设计方案。第一章 矿井概况一、位置与交通矿区位于兴安盟突泉县突泉镇东南40km，科右中旗白音胡硕镇东北60km，牤牛海煤田1区115100勘探线之间（在矿区东部资源储量核实区的103106勘探线之间），行政隶属科
2、右中旗准太本苏木。其地理坐标如下：东经：12154301215700，北纬： 451145 451255矿区西北距突泉县城40km，有公路相通。从突泉县向北沿111国道距乌兰浩特140km；向南距通霍铁路白音胡硕火车站60km。交通方便。见交通位置图 (图1-1-1)。井田对应地表为草原丘陵地带，无建筑物。二、自然地理与区域经济1、地形地貌 核实区地处牤牛海泡子南3km草原丘陵地带，海拔标高185m190m，相对高差为5m左右2、水系牤牛海泡子（鱼场）与核实区之间有一丘陵相隔，两者之间无水力联系。3、气象本区属大陆性寒温带季风气候区，冬春干旱寒冷，夏季炎热，气温变化大，年最高气温+40.4，年
3、最低气温-30.2，年平均降水量440mm，多集中在79月份，年蒸发量1820mm。常年刮四至五级以上的西北风，大风日为38天，最大风速17m/s；霜冻期67个月，无霜期146天，最大冻土深度2.0m。图1-1-1 跃胜煤炭有限责任公司井田交通位置图4、地震依据中国地震参数区划图（GB183062001），本区地震动峰值加速度为0.05,对照中国地震裂度区划图（1900），地震裂度为度,为弱震区，近年来未发生过破坏性地震。5、区域经济区内以牧业为主，农业为辅，草原区适宜发展牧业生产，矿区东南5km为准太本苏木殿吉嘎查。矿区附近工业较发达，西10km有突泉县吉诚煤矿和三星煤矿，西北20km有庆业
4、煤矿，西80km有孟恩套勒盖银铅矿，西南70km有布敦化铜矿，北60km有莲花山铜矿。6、矿区开发史本矿井范围内先后有原铪敏煤矿、原泰山煤矿、原振兴煤矿、原兴山煤矿。跃胜煤业公司煤矿既由上述四个煤矿整合而成，原各矿井开发建设情况如下:(1) 原铪敏煤矿始建于1993年5月，1994年10月投产，原采矿许可证范围核准面积0.135 km2，煤矿投资在矿权范围内施工了7个钻孔，仅ZK0001孔中见煤，其它6个钻孔均为无煤钻孔。ZK0001钻孔揭露煤层为1.88m、5.25m、2.94m的三层可采煤层，合计可利用厚度为10.07m。仅单孔见煤，为零星可采煤层，夹矸岩性为泥岩、炭质泥岩，煤层顶板稳定性
5、较差。煤层顶板有淋水现象，矿井正常涌水量为100m3/h，最大涌水量为140m3/h。该矿设计年生产能力3万吨。矿井开拓方式为立井石门开拓，巷柱式采煤法；主井井口坐标X=5007555.35，Y=41414732.24，副井井口坐标X=5007526.54，Y=41414703.13，经过多年开采，累计采出原煤为2.45万吨，消耗资源量7万吨，实际回采率35%。该煤矿已经在2005年以前将可采煤层采空，现已废弃，已变成水泡子了。(2) 原泰山煤矿原采矿许可证范围核准面积0.2498km2，在矿区西部开一井口，坐标X=5007815.25，Y=41415576.15，在开拓掘进中见到二叠系地层，
6、即停止掘进。(3) 原振兴煤矿始建于1997年 5月，原采矿许可证范围核准面积 0.2625km2，开采2-3、2-3、3-1号煤层，设计年生产能力1万吨。矿井开拓方式为立井石门开拓，开采方式为巷柱式采煤法。主井井口坐标X=5007463.35，Y=41416335.13，副井井口坐标X=5007460.25，Y=41416248.65，矿山一直处于建设中，没有移交生产。(4) 原兴山煤矿始建于1997年 4月，原采矿许可证范围核准面积0.2914km2，开采2-3、2-3、3-1号煤层，设计年生产能力1万吨。矿井开拓方式为立井石门开拓，矿山正处于建矿阶段，只建设一个立井，井口坐标X=5007
7、786，Y=41416256。跃胜煤矿与整合前各煤矿范围相对位置关系见图1-1-2；跃胜煤矿与牤牛海煤田1区相对关系见图1-1-3。(6) 周边煤矿矿区周边无矿业权设置。一、区域地质1、区域水文地质概述本区含水层可概括为基岩裂隙含水层和松散岩类孔隙含水层两大类。前者又可分为层状岩类裂隙含水层和块状岩类裂隙含水层。中部及北部的玄武岩，属透水而不含水的岩层。1）基岩裂隙含水层(I)a.层状岩类裂隙含水层(IA)分布于煤田的北部和中部。标高在180250m之间。含水层主要为上侏罗统宝石组酸性火山岩和中侏罗统付家洼子组中性火山岩及二叠系变质砂岩、中下侏罗统砾岩及泥质岩石。该含水层富水性不均匀，因岩性、
8、裂隙发育程度不同而异。一般风化裂隙带较为富水，涌水量(民井)一般为0.10.2Ls。渗透系数为1.516.6md。个别地段(MJ60)由于构造破碎的影响，民井涌水量5.28Ls，渗透系数96.7md。地下水矿化度为0.2lgL。PH值7.78.5。F含量1.47.5mgL。水化学类型：酸性火山岩内Na含量较高，为HCOa-Na型或HCO3-Na-Ca型；中性火山岩区Ca、Mg含量较高，为HCOa-Ca-Mg型或HCO3-Na-Ca-Mg型。地下水位标高180220m，埋深随地形而异，低处一般为0.53.0m，高处可达10m，水位变化幅度1m左右,多为潜水。该含水层主要接受大气降水和邻区含水层补
9、给。地下水总流向与地形吻合，自西北流向东南。b.块状岩类裂隙含水层(IB)主要为区内超基性岩体，分布于索金布勒格泡南和牤牛海南及东侧，标高200225m，富水地段为风化裂隙带，涌水量(MJ88民井)为0.4Ls，渗透系数6.1md。地下水矿化度0.51gL，PH值7.58.2。F含量2.2mgL，地下水化学类型为HCO3-Ca-Mg型。2）松散岩类孔隙潜水含水层()主要分布于区内南部和西部，东北部的河谷中也有小面积分布。覆盖于侏罗系中下统含煤地层及部分火山岩之上。厚度一般2.515m，由北向南厚度逐渐增大，局部达40余m。按岩性大至可分为三层：表层主要为亚砂土及亚粘土，厚度l3m；中部为砂砾石
10、层夹亚粘土薄层，局部有细砂土，该层中普遍含泥质，厚度35m；底部为亚粘土含砾石，厚度36m。含水层主要为中部含泥的砂砾石，渗透性和富水性较弱，且不均匀。南部钻孔单位涌水量0.30.9Lsm，渗透系数823md；西部钻孔单位涌水量1.252.33Lsm，渗透系数3846md。此外，表层亚砂土向东及南增厚，该层渗透性差，民井(MJ51)涌水量仅0.013Ls，渗透系数为0.17md。地下水矿化度0.30.7gL，PH值7.38.5。含F量一般为1.55mgL，局部高达12mgL。地下水化学类型：西部主要是HCO3-Na-Ca型水或HCO3-Ca-Na型水；南部为HCO3-Na-Mg型水；北部则多为
11、HCO3-Na型水。地下水位标高180230m，埋藏深度1.54m，水位变化幅度在1.5m左右。2、矿区水文地质条件1、含水层（1）第四系孔隙含水层核实区几乎全部被第四系孔隙含水层覆盖。其岩性为含泥砂砾石夹亚粘土，局部有粉砂土、细砂土。厚度一般35m，潜水位标高201203m，水位变化幅度1.4m左右。潜水位埋深0.72m。钻孔单位涌水量0.30.9Lsm，渗透系数823md。地下水矿化度0.55gL。PH值7.38.5。Cl含量1.63.4mgL。地下水化学类型属HCO3-Na-Mg型或NCO3-Mg-Ca-Na型水。地下水的补给来源为大气降水和上覆含水层。在井田范围内，含水层上覆有一层1.
12、52m厚的亚砂土或亚粘土，使降水下渗受到一定影响。核实区南、北边缘，均有季节性水流，枯水季节干涸，丰水季节有水流，可向第四系孔隙潜水含水层补给。第四系孔隙含水层与下伏含煤段裂隙含水层之间，普遍有一层厚l5m的亚粘土，使两含水层之间的水力联系受到影响。（2）中下侏罗统含煤段裂隙含水层含水层岩性为泥岩、炭质泥岩、粉砂岩、砂岩夹煤层及砾岩，总厚度400m左右，倾向北。浅部风化带裂隙发育，深度5060m，渗透性较深部好，钻孔单位涌水量0.0l 5 L/sm，渗透系数0.026m/d。深部裂隙不发育，局部有碳酸盐细脉充填，含水性较差，钻孔单位涌水量0.0076 L/sm，渗透系数为0.001 m/d。含
13、水层埋藏深度10l 5m。地下水位埋深lm左右，属承压水。矿化度0.60.8g/L。PH值8.08.5。F含量2mg/L。地下水的水化学性质属HCO3-Na型或HCO3-Na-Ca-Mg型。此含水层全部被第四系覆盖，补给来源主要为相邻含水层。含水层内有岩脉穿插，岩脉厚度515m，当岩脉岩石破碎时，其含水性将比泥岩、粉砂岩强，可能形成局部富水段。（3）中下侏罗统砾岩段裂隙含水层位于含煤段泥岩、粉砂岩裂隙含水层之下，南部直接与第四系地层接触，岩性主要为砾岩夹少量砂岩及泥岩薄层。裂隙一般不发育，仅在近地表风化带范围内较发育。其富水性近地表风化裂隙带较深部强，钻孔单位涌水量为0.000l4L/sm，渗
14、透系数为0.00077m/d。地下水矿化度0.53g/L。PH值8.08.3。F含量4.4mg/L。地下水水化学类型属HCO3-Na型。2、矿区水文地质类型的确定井田内与煤层直接接触的含水层(含煤段裂隙含水层为渗透性能较差的泥质岩石，钻孔单位涌水量多0.001L/sm，浅部风化裂隙带0.015L/sm。与上覆第四系孔隙含水层之间有一层亚粘土(含砾石)厚度15m，亚粘土结构致密，隔水性较好。下部的砾岩段裂隙含水层在深部富水性更差，钻孔单位涌水量0.000l4L/sm。含煤段内未发现导水性、富水性强的断裂破碎带，断裂构造对矿坑充水影响不大。综上所述，井田水文地质条件应属简单类型。3、煤矿开采实际涌
15、水量调查情况据原铪敏煤矿开采资料，矿区水文地质条件简单，井田内煤层直接接触的含水层(含煤段裂隙含水层)为透水性很差的泥质岩类组成。含煤段上面为第四系泥砂砾石含水层，二者间有含砾亚粘土相隔。含煤段下部的砾岩段裂隙含水层在深部富水性较差，煤层含水量较小，个别煤层顶板有淋水现象；矿井正常涌水量为100m/h，最大涌水量为140m/h。4、供水方向本区附近较富水的含水层为第四系含水层。但其北部第四系较薄，向南厚度增加。如300SKl孔，涌水量为2.3Ls，单位涌水量为0.94Lsm，PH值7.98.5，F含量1.63.4mgL。北部分布大面积的火山岩，破碎带发育地段，地下水较丰富。MJ60号民井，涌水
16、量5.28L/s，单位涌水量5.33 Lsm。矿方要改进水质，安装降氟设施，使生活用水达标。（二）工程地质条件本区出露地层为侏罗系中下统含煤段(J1-22)。依据报告18个钻孔资料煤层顶底板岩性主要为泥岩、炭质泥岩及粉砂岩，砂岩及砾岩较少，顶底板岩石稳定性差，易破碎。由于钻孔取芯条件的限制，煤层直接顶底板的岩石力学样品无法取，所以煤层顶底板岩石物理力学性质，只能以含煤段中采取的各类岩石试验样品成果类比。岩石物理力学试验结果见表1-2-3：表1-2-3 岩石物理力学试验结果表 单位：MPa钻孔编号样品编号岩性抗压强度抗拉强度抗剪强度普氏系数(MPa) 102K2L102ZK2-1中砂岩99.3-
17、102.5100.904.4-6.45.407.8-14.311.02100ZK1L100ZK1-1细砂岩73.8-82.579.11.3-3.52.34.4-6.15.3L100ZK1-2粉砂岩106.5-132.7130.83.2-4.03.56.0-10.18.6L100ZK1-3中砂岩119.2-132.3125.14.5-6.05.77.5-13.29.5L100ZK1-4细砂岩120.0-188.3145.17.0-8.17.76.6-11.28.4104ZK1L104ZK1-1砾 岩113.3-143.2129.95.5-7.56.512.2-23.512.0L104ZK1-2砂
18、 岩79.1-104.192.73.3-5.54.19.0-12811.4L104ZK1-3粉砂岩51.5-102.676.93.6-5.64.88.2-10.39.4L104ZK1-4细砂岩8.1-11.610.22.7-8.23.42.5-8.62.2从以上统计资料看，本区煤层直接顶底板稳定性较差，多属于类易冒落顶板；部分泥岩湿水后膨胀。因此，开采中应注意顶板下垂及底板隆起现象，并及时采取措施。根据矿区水文地质、工程地质勘探规范（GB12719-91）：矿区工程地质勘探类型以层状岩类为主，工程地质问题为主的开采技术条件中等型，工程地质条件属层状岩类中等复杂类型。（三）环境地质条件1.自然环
19、境：核实区地处突泉河下游丘陵草原地带，位于突泉河开阔平坦的河谷之中。地表植被稀少，生态脆弱，水土流失严重，干旱少雨，冬春季节多风，易形成扬沙或扬尘。2.大气污染及防治：矿区大气污染源主要来自废弃煤及矸石自燃和往来运输车辆形成的粉尘、尾气。所以在煤矿装、运、破碎、筛选过程中，应采用产尘较少的工艺方法，并在操作区设置防尘措施，尽量避免敞开式操作。同时应在矿区周围进行绿化，建立绿化隔离带或设置围墙，防止煤粉的散失和飞扬。3.污水处理：污水来源于矸石、废气煤堆积在地表遇降雨形成的污水，煤矿处理矸石、废煤注意选择遗弃点，避免污水形成。4.固体废弃物处理：矿井主要固体废弃物为煤矸石，应采取石灰灌浆、黄土覆
20、盖办法处理。复垦区应进行绿化，种草护坡，保持水土。同时应合理规划开采方法，尽量将固体废弃物用于地下巷道支护，不暴露地表。5.噪声治理：煤炭生产建设中噪声源较多，所以居民区与工业广场应保持一定距离，并应选购高效低噪的采矿及相关设备。6.地表沉陷处理：矿井采空区域破坏了岩体内部原有的力学平衡，会引起地表沉降，所以在采掘中注意建筑物、公路等地面设施保安煤柱的留设，采空塌陷区应及时回填，恢复植被。矿井充水因素分析及水害防治措施1、井下水防治措施（1）矿井开拓、开采所采取的防水安全保证措施矿井开工前及开采时主要采取以下安全保障措施：1）配备足够数量的探、放水设备；2）留设足够的井田边界煤柱、防水煤柱和采
21、区隔离煤柱；3）井下排水系统包括排水泵房、水仓、水沟、排水管路等排水设施，并保证足够的排水能力；4）采掘工作面遇到构造时，应提前进行探放水，查明水文地质条件，采取必要的疏放水措施；5）加强井下前兆观察，如有异常，应及时采取有效措施；6）主要巷道尽量布置在隔水层或弱含水层中；7）随着开采深度的增大，井下涌水量将增加，井下排水能力应随之调整；8）在积水巷道应做好排水工作，保证运输畅通。9） 地质报告中预计最小涌水量为100m3/h，最大涌水量为140m3/h，本矿设计采用炮采工艺，顶板冒落裂隙带可能沟通含水层，因此开采时必需制定切实可行的防突水措施。10）随着矿井开采范围的不断扩大，应考虑老空区水
22、对矿井安全的威胁，对采空区应及时添图，及时放出老空区水，并随时对采空区进行观测，必要时对积水放出后开采下阶段煤层。11）本井田内的钻孔，虽然采用了全孔水泥封孔的措施，平均每米用水泥量24kg，封孔质量较好，但由于存在封孔前洗井不彻底、架桥位置不准、封孔资料不全等问题，建议开采到钻孔附近时注意采取措施，保证安全生产。（2）防水煤(岩)柱留设1）防水煤(岩)柱的种类本矿的防水煤(岩)柱的种类有：井田边界煤柱、防水煤柱等。2）防水煤(岩)柱的留设原则根据本矿的实际情况，确定防水煤(岩)柱的留设原则如下：防水煤(岩)柱的留设要与本矿的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩物理力学性质等自然因素密切
23、结合，与采煤方法、开采强度、支护形式等人为因素相互适应；施工前，需要通过计算及开采经验留设足够的防水煤柱。同一地点有两种或两种以上留设煤(岩)柱条件时，所留设的煤(岩)柱必须满足各个留设煤(岩)柱的条件；对防水煤(岩)柱的完整性要求要绝对严格；防水岩柱中必须有一定厚度的隔水岩层或裂隙不发育、含水性极弱的岩层；防水煤柱的留设，在保证安全可靠的基础上，尽量降低煤柱的宽度和高度，提高资源利用率。3）防水煤(岩)柱井田境界煤柱井田境界煤柱一侧留20m。防水煤柱煤层浅部防水煤柱留40m。（3）井下探放水措施1）探放水原则采掘生产必须执行“有疑必探，先探后掘”的原则，本矿采掘生产遇到下述情况时必须采取探水
24、措施：接近老区及废巷时；接近或穿越含水层、断层、含水裂隙时；接近封闭不良的钻孔时；接近各类防水煤柱或打开隔离煤柱放水时；接近水文地质条件复杂地段，采掘工作遇到有突水征兆时；采掘地点受顶底板承压含水层威胁，煤(岩)柱厚度小于安全值时。2）探放水措施采掘工作面遇到下列情况之一时，必须确定探水线进行探水：a、接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时；b、接近含水层、导水断层、溶洞和导水陷落柱时；c、打开隔离煤柱放水时；d、接近可能与水体相通的断层破碎带时；e、接近有出水可能的钻孔时；f、接近有水的灌浆区时；g、接近其他可能出水地区时。经探水确认无突水危险后，方可前进。安装钻机探水前，必须遵守下列规
25、定：a、加强钻场附近的巷道支护，并在工作面迎头打好坚固的立柱和挡板；b、清理巷道，挖好排水沟。探水钻孔位于巷道低洼处时，必须配备与探放水量相适应的排水设备；c、在打钻地点或附近安设专用电话；d、测量和防探水人员必须亲临现场，依据设计，确定主要探水孔的位置、方位、角度、深度及钻孔数目。预计水压较大的地区，探水钻进之前，必须先安好孔口管和控制闸阀，进行耐压试验，达到设计承受的水压后，方准继续钻进。特别危险的地区，应有躲避场所，并规定避灾路线。钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等异状时，必须停止钻进，但不得拔出钻杆，现场负责人员应立即向矿调度室报告，并派人监测水
26、情。如果发现情况危急时，必须立即撤出所有受水威胁地区的人员，然后采取措施，进行处理。探放老空水和钻孔放水前，必须分析查明积水量和水压等内容。预计可能有瓦斯或其他有害气体涌出时，必须采取保障安全的有效措施。3）探放水设备探放水设备采用TXU-7.5A钻机，掘进工作面配备2台、放水闸门等。2、地表水防治措施地表水防治主要包括工业场地内的排涝、工业场地外雨水疏排及地面水体的防护治理。（1）工业场地防洪排涝该矿井工业场地位于井田中部，为防止大气降雨形成积水对矿井造成威胁，工业场地外设置截水沟（排水沟为矩型断面，沟深0.4m，底宽0.5m、砂浆片石砌筑）、导流槽等防洪、排涝设施，以保证场地安全。（2）地
27、面变形的防治水措施由于本井田煤层埋藏较浅，距地表较近，未来煤矿开采，采用全部垮落法管理顶板，煤层回采放顶后，顶板发生冒落与垮塌，影响到地表，就会产生地面变形、塌陷。主要表现形式可能是地面沉降、弯曲、地裂缝等。 本井田有地表水、第四系孔隙含水层、中下侏罗统含煤段裂隙含水层、中下侏罗统砾岩段裂隙含水层含水。含水层水可通过受采动影响产生的裂隙进入煤矿井下，是影响矿井生产的主要水患类型。本矿生产时，除采取上述措施外，还应该采取以下措施： 1）3条立井井筒井口均采取加高处理，高处地表2m；2）完善工业场地原有的防洪排涝系统；3）留保安煤柱；4）塌陷区土地复垦，及时充填塌陷坑，堆置耕层土壤；5）作好井上下
28、图的对照，组织专职人员寻视开采区域地表塌陷情况，发现问题及时处理；6）对地表裂缝及时充填并且夯实，防止地表与井下沟通形成联系。（3）水文地质资料及水患类型威胁程度、井下涌水量、井田最高洪水位标高，在矿井投产前要落实，以确保矿井安全生产。（4）地表水防治装备1）防洪沟工程为防止在地表塌陷区内形成积水导入井下，开采前，在地表开采范围周边开挖防洪沟，以防止雨季形成大面积汇水而导入井下。2）防洪道工程本工业场地不受洪水威胁，因此不需设置防洪道工程。3）防洪堤坝工程本工业场地易受雨涝威胁，因此需设置防洪堤坝工程。4）排涝工程工业场地竖向设计，地面排水按0.5%的坡度确定。因此，场地内的雨雪水主要以地面排
29、水明沟的排水方式，将场地内的雨雪水排至厂外低洼处。导入排水沟。5）防洪、排涝等设备选择在工业场地周边设计防洪堤系统已经完善，场地内的雨雪水以地面排水明沟的方式排除场外低洼处，不需设置排水设备。3、其它措施水文地质资料及水患类型威胁程度、井下涌水量、井田最高洪水位标高，在矿井投产前要落实，以确保矿井安全生产。（三）井下防治装备及安全设施1、排水设施（1）设计依据矿井正常涌水量：100m3/h；矿井最大涌水量：140m3/h；排水高度161m，由副井排出。（2）主水泵选型结果选用3台MD155-307型水泵，1台工作，1台备用，1台检修。该水泵流量155m3/h,扬程210m,转速1480r/mi
30、n。配套电机YB315L1-4型电动机，160kW，660V。电控由井下中央变电所直接控制，水泵房设就地操作按钮。 （3）排水系统方案选择结果本设计确定为二趟排水管沿副井井筒一侧敷设，将水排至工业场地北侧已形成的泡子。（4）主、副水仓布置及容量井底水仓有主仓和副仓，主、副水仓合用一个组合吸、配水井，水泵房的主仓和副仓必须能容纳8h的矿井正常涌水量，该矿井的井底水仓有效容量为1010m3。（5）主要水泵房和通道布置及安全出口主水泵房及水仓布置在副井井底车场南侧。中央水泵房设有两个安全出口，一个出口通到副井井筒，另一个出口通到副井+30平巷。2、防水设施该区的地下水以静储量为主，补给来源不足，接受大气降水和地表水体的补给差。根据风化裂隙综合含水段的含水特征、富水性、补给条件及其它因素；该勘探区的水文地质条件应属简单类型。但考虑为整合矿井，生产期间本井井下可能有老塘突水可能性，故设计采用防水闸门，建设中，严格按煤矿安全规程第273条规定设置，但在水文地质条件发生较大改变时，应根据实际情况考虑在主要巷道布置防水闸门硐室。灾害预防和处理1、组织广大职工认真学习“安全规程、技术操作规程、作业规程”和灾防计划，树立安全第一的思想。2、矿领导和安全部门要定期进行检查灾防计划的贯彻执行情况，认真落实灾防计划的有关器材、设备。矿山须
