刘晶星论文

摘要

山西原平花沟煤矿采空区积水形成的原因。针对采空区，分析了防治积水的关键点和措施。该矿巷道掘进中揭露8条断层，断距3～12m将511采区煤层切割成条块状导致该采区无法布置机采工作面已经严重影响井田的正常开采工作，对该矿井的水害防治处理研究具有十分重要的意义。

关键字 含水断层 采空区积水

Abstract

Shanxi Coal Mine Huagou Yuanping goaf the reasons for the formation of stagnant water. Mined-out area for the analysis of the key water control measures. Revealed in the mine roadway drivage 8 faults, breaking away from the 3 ~ 12m to cut coal

mining area 511 block section of the mining area can lead to machine layout mining face has been seriously affected the normal exploitation of the work of mine, the mine's water disaster prevention Processing of great significance.

1 绪论

1.1研究意义

中国煤炭资源丰富在我国社会经济生活一次能源消费结构中煤炭山了75%煤炭 是我国的主要能源。据资料预测，在未来20-50年内，我国一次能源生产和消费以煤炭为主的格局将不会改变。煤炭是不可再生资源，因此，必须尽可翻也、合理地开采地下煤炭资源，促进国民经济的可持续发展。

由于我国的地质构造复杂，勘探程度较低，对于理些大的断裂构造探查不清，从而留设了大量的防水煤(岩)柱。目前国内外对断层带煤柱留设并没有统一的规定，一般都是根据传统的经验公式留设，致使煤柱有时过大，积压了大量的煤炭资源。例如1960年河北峰峰一矿1532工作面因断层防水煤柱尺寸留设不够而引起奥灰突水，最大突水量为9000m3/h，全矿井被淹，造成巨大的经济损失和不良后果。因此，如何安全留设断层防水煤柱，使煤炭资源能够尽可能地也开发利用是矿业工程领域中的攻关课题。

岩石(体)力学试验表明，当岩石(体)受力超过其强度时，岩石(体)表现为渐进破坏，强度迈典了降低(应变软化)，同时伴随体积彭胀(扩容)，直至达到一个残余强度值。在这过程中，由于内部微裂纹扩展，往往逐渐发展又相互联合形成一条明显的断裂面，当断裂面一旦形成且应力差超过摩擦阻力时，两盘就开始相对滑

动形成断层。断裂结构面有开裂结构面和闭合结构面之分，但在煤炭的井下断裂带开彩过程中，由于采动引起断裂带附近顶、底板岩体变形和破坏，使闭合不导水的断层可能变成导水的断层。断层的存在破坏了岩层的完整性，常常成为含水层联系的通。

由于 断 裂 带通常都充填一定厚度的各种各样的构造破碎产物，并且其上、下盘常有一定范围的影响破碎带，因此，断裂带是作为一个低强度、易变形、透水性大和抗水性差的软弱带，与其两侧岩体在物理力学特性上具有显著的差异。对于断裂带，特别是煤矿区的断裂带，由于其隐蔽性，所以研究较少。但也有一些学者从不同的角度对此进行过研究。孙广忠(1988)研究了断层破碎带宽度、断层影响带宽度和断层交汇带宽度的力学效应。徐志斌，王继尧对断裂才幼造的分形结构进行了研究，认为断裂构造具有明显的分形结构特点，可以用分形几何来定量研究。孙岩，韩克从(1985)从断裂构造湍的分带展布、变化发展的过程中，探求内在的规律性，进一步确定了各种破裂结构面中构造岩带的构造

型式，并和结构面的微观造相联系，提出了结构面的构造岩带。孟召平，彭苏萍等通过对正断层附近煤岩显微裂隙、孔隙观测，力学性质试验和数值模拟分析，系统地揭示了正断层对煤的物理力学性质和矿压分布的影响。黄桂芝，秦宪礼等通过对断层附近反牵引现象的研究指出其是正确判断断层性质，准确寻找缺失盘煤层的一项非常重要的干扰因素。

1.2国内外研究现状

1.2.1矿井防治水在国内的发展

我国煤矿床水文地质条件复杂多样，矿井水害事故频繁，一直是制约我国煤炭生产发展的重要因素之一。地下水涌入矿井，不仅造成财产损失和人员伤亡，导致多种环境负效应，而且还威胁着大量煤炭资源不能开采。

矿井防治水工作早在上世纪50年代就已引起人们的重视，但由于受历史条件的限制，整体水平一直处于初期的探索阶段。后来虽经60-70年代的发展，仍然满足不了生产的需要，遏制不住水害肆虐的势头。80年代初、中期以来，由于较大水害事故频繁发生，严酷的现实使人们清醒认识到，加强防治水技术的研究力度并尽快拿出行之有效的技术方法己是迫在眉睫的任务。在这种共识下，随着人力、物力、财力的投入，许多新思想、新理论、新技术方法应运而生，这一时期

人们实践和认识的增强大大提高了我国防治水技术的整体水平，取得了显著的经济、社会和环境效益。但由于水患问题的隐伏性、随机性及复杂性，决定了它的“老大难”性质，也决定了人们对于水患特征、类型及其规律的认识，必然只能是不断积累、不断深化的过程，而要彻底征服水害，仍然走相当长的路。

通过长期工作经验的积累和认识的深化，人们逐渐探索出了一些不同条件下不同水害类型的探测、预防和治理的行之有效的方法，“疏水降压”和“注浆堵水”是煤矿水害防治的两大工程措施。在这些实践和认识的基础上，随着相关科学的发展和新方法、新手段的应用，矿井防治水技术水平也得到了不断提高，从简单的单纯排水发展到复杂的预先人工降低地下水位的疏干；从简单的堵漏发展到现代的注浆和构筑防渗墙技术，使得许多过去因水害威胁而不能开发的煤炭资源得以安全开采。

1.2.1.1煤矿水文地质条件研究现状

煤矿水文地质条件研究是煤矿突水灾害防治的基础，属条件水文地质学的研究范畴，早期(20世纪60—70年代)的防治水工作，主要是通过条件研究进行经验性决策，形成了煤层底板突水概念模型的雏型，如底板保护层和原始导高等概念。自20世纪80年代中期以来，煤矿水文地质条件的研究进入了综合性研究的新时期，研究对象从大到小，即从区域、矿区转到采区、工作面；研究工作从地面转到井下。各种现场测试方法相互配合和验证，提高了水患诊断的水平。在这一领域开发研制了多种仪器和测试方法，如MTS-I型矿井突水前兆检测系统、BX-I型应力仪和DW-11型位移测量仪、SWX-I型钻孔水位遥测系统及井下电测深法、采用氡射气环境同位素方法查找地下水补给通道等。 1.水文地质条件探查

水文地质条件探查分为矿区水文地质条件探查和采区水文地质条件探查。常规的、传统的水文地质条件探查工作是在相应的普查、初步勘探阶段或普查、详查阶段进行的。矿区水文地质条件探查主要方法有自然地理与地质条件写实分析；化探方法(多元连通试验、氧化还原电位、环境同位素、水化学宏量及微量组分、溶解氧、水文地质化学模拟)；物探方法(微流速、矿井直流电法、频率测深、瑞利波地震勘探、瞬变电磁法、槽波地震勘探、高分辨地震勘探、探地雷达)；钻探、抽(放)水试验；大口径抽水；地下水位动态观测；地下水量计算及流场分析；测温；钻孔雷达。

采区水文地质条件探查分为采前水文地质条件探测方法和回采中水文地质条件变化监测。前者主要方法有井巷地质、水文地质条件写实分析；底板电法探测；工作面坑道透视；水文地质钻探。后者主要方法有回采中水文地质条件变化监测；应力应变监测；水压及导升情况(超声波等多种物探、水文地质仪器方法)；矿压监测与分析。

2.水文地质“异常体”的探查

水文地质“异常体”的探查分为垂直越流通道探查技术和导水陷落柱探查技术。

垂直越流通道探查技术探查由断层、密集裂隙及“陷落柱”等构成的垂向越流通道。目前已初步总结出了越流突水水文地质概念模型，由开拓系统、越流系统和补给系统构成。垂向越流通道的探查技术有17种。区域探测方法有遥感技术，高分辨地震，构造应力、应变场计算机模拟分析，地面电法；区段探测方法有岩相古地理分析，含水层分析。隔水层(突水系数)分析方法有地下水流场分析，水化学场分析，升压试验，离子示踪试验；工作面探测方法有煤层变化、破碎度分析，岩层(裂隙)变化分析，采用井下电法、井下瑞利波和井下钻探等手段。其中垂向越流通道的工作面探测方法以获取煤系构造信息和流体信息为主，为煤厚、裂隙、水、瓦斯相关分析法，其探测结果可用作工程圈定、设计、实施的依据。

导水陷落柱是一种水文地质“异常体”。其方法有瞬变电磁法，高分辨地震，槽波地震，CT扫描，瑞利波，直流电法，地质雷达；化探方法有水质分析(水源判别)，环境同位素分析(水源判别)，放水性测量(破碎带)，离子示踪试验；钻探方法有定向导斜钻进(具体揭露)，水平钻孔(具体揭露)；放水试验等14种。上述方法构成导水陷落柱探测的井上、下立体探测技术。探测一般分三部分进行，即大异常区探测、缩小异常区探测、陷落柱具体存在位置及形态探测。目前，用于陷落柱水患诊断的专家系统已经投入使用，通过处理和分析用户提供的信息，可执行水源判别、水路判别、水量评估及综合评判。

1.2.2矿井防治水在国外的发展

世界大陆面积的1/4是岩溶地层，匈牙利、南斯拉夫、西班牙等国家岩溶地层覆盖面积更大。国外煤矿底板岩溶水研究已有100多年的历史，在底板岩体结构的研究、探测技术及防排水措施等方面，积累了丰富的经验。

自20世纪70年代以来，国外防治水技术有了很大发展，在水文地质条件综合探查方面，多采用地面物探和钻探方法，在井下探查应用的比较少；在疏水降压开采方面，含水层预先疏干降压方法在矿井防治水中占有主导地位；在带水压安全开采方面，其基本理论仍采用“V”（突水系数倒数）评价保护层的方法；在注浆堵水方面，前苏联以及德、意的国家发展很快，特别是在注浆材料的研究方面有很大的进展；在排供结合方面，一些国家为解决供水问题提出了地下水管理模型，其后在理论上日趋完善；矿井排水技术有了较大发展，大型潜水泵的研制，其排量可达5000m3/h，扬程可达1000m，为矿床疏干提供了保障。由于矿井排水成本越来越高，一些国家开始试用堵水截流的防治水措施。 1.水害防治理论研究

20世纪初，外国已认识到底板隔水层的作用。1944年，匈牙利第一次提出底板相对隔水层(相对隔水层厚度是等值隔水层厚度与水压力值之比)的概念，并提出在相对隔水层厚度大于1.5m/atm的情况下，开采过程中基本不突水。1952年以来，许多岩溶水上采煤的国家引用了只要相对隔水层厚度大于2m/atm就不会引起煤层底板突水的概念。同时，现场和实验室相结合研究了隔水层的作用，研究的主要问题有两个：一是岩体结构-阻水能力，二是岩体强度-抗破坏能力。前者主要研究岩石的地质特征，如层间断层、裂隙密度、岩溶发育规律、水流特征及岩石限制水流能力等。有人根据现场观测，提出运用阻水系数表示隔水层的突水条件、隔水层的水力阻抗程度。后者指在巷道或采空区形成的情况下，隔水层抗破坏的能力，并从能量平衡观点解释底板隔水层的破坏条件。70年代后，苏联等国家也开始研究相对隔水层的作用，包括采空区引起的应力变化对相对隔水层厚度的影响，以及水流和岩石结构关系等。 2.水害防治方法研究

(1)传统的方法。此法适用于水量较小，水压力不大，涌水量预计不超出技术和经济的允许范围，并且煤层底板为岩溶裂隙水为主。

(2)以预防为主的治水方法(又称防、排、堵三位一体法)。此法在水量大、水压大时采用。在矿井煤层底板相对隔水层厚度大于1m/atm，其岩体结构、力学指标较清楚，留有足够的断层、裂隙带煤柱，主要巷道中装有防水闸门，采区有独立排水系统等条件下采用。

(3)积极的治水方法(又称为强排降压方法)。此法主要用于水量大、水压大、

煤层底板大多没有隔水层或隔水层较薄及治水机械化程度较高的矿区。降低水位方法：一是放水巷道疏水降压；二是地面钻孔降低水位。 3.探测仪器

20世纪80年代以来，国外岩溶探测技术发展很快，探测仪器能准确探查采前煤层底板岩溶发育特点及分布规律，超前探测构造的导水性，并且向“无损”探测技术发展，主要仪器有：

(1)Petro-sonde地电探测仪不仅能用于直接找煤，并且能准确探明与水害有关的岩溶、断裂带、老窑以及陷落柱等。其探测深度可达1000m以上，并且不论深度大小其探测精度都在1.5-7.5m。

(2)ES-1225、ES-2401型多道信息增强型地震仪，用于探测地下矿体、岩层界面、岩石(岩体)弹性参数以及与水害直接有关的含水体、断层、老空区充水等。

(3)地质雷达用于探测掘进巷道前方岩溶溶洞、不连续界面等，超前探测距离为35~45m。

(4)SEAMEX-85型槽波地震仪对于井下探测小构造、工作面前方大于煤层厚度的断层效果较好，具有井下使用安全火花型优点。

(5)GR-810型全自动地下勘探仪，可测定井下0~70m范围内的岩溶、老窑、小断层、陷落柱等，对岩溶、空洞的探测精度为探测深度的0.1。

此外，匈牙利、南斯拉夫等国家采用偶极探测法寻找地下岩溶溶穴，激发极化法探测地下含水岩层，无线电波透视法探测孔距200m内的岩溶、不连续界面等。

1.3研究内容

2 花沟煤矿概况 2、1井田概况

2、1、1交通位置及自然地理条件

山西原平花沟煤矿有限公司位于宁武煤田轩岗矿区东北角，原平市段家堡乡土壑村，行政区划隶属于段家堡乡管辖，距原平市区42km,距北同浦铁路轩岗站约26km,距朔黄铁路龙官车站12km,距大运路7km,交通比较方便。 (详见交通位置图1-1)

新井田地理坐标：东经112°36′55″-112°38′20″,

北纬38°59′02″-39°00′15″。

2、1、2地形地貌

井田为宁武煤田东北边缘一系列NE向断陷盆地之一，盆地外围皆为奥陶系石灰岩形成的高山，井田内多为黄土覆盖，呈低丘陵地形，最高点在西南边缘，海拨1595m,最低点在土壑村东南，海拨1528m,相对高差均小于70m。

2、1、3河流

沟谷水源来自四周高山，汇入盆地，较大的沟谷有王家庄沟、东沟，王家庄沟呈东西向，由马家庄东伸向官地村北，在官地山以东沟谷宽阔可达300m,平时只有在王家庄、马家庄一带从冲积层渗出的潜成为涓涓细流，旱季干涸，雨季时，山洪瀑发，从各沟谷流入王家庄沟、东沟至官地村西汇合后向西注入阳武河，通过阳武河向东南注入滹沱河。

2、1、4气象及地震情况

本区属大陆性气候，四季分明，日照充足，冬春季多西北风，夏秋季多东南风，雨季集中在7－9三个月，年平均降水量453.7mm,年平均蒸发量1900mm,是降水量的4倍，年平均气温6.2℃，最高气温33.4℃左右，最低气温－22.4℃。无霜期100－120天，冻结期为11月至次年4月初，最大冻土深度为1.5m。风力一般为3－4级，最大8级。

据山西省地震局78年（78）震字批29号文的划分，本区地震烈度为7度。 2、1、5主要自然灾害

本区主要自然灾害有两种，一为灾害性天气，二为地质灾害。灾害性天气有旱涝、风灾、冰雹和霜冻。地质灾害主要由洪水、地震和地下开采引起。由洪水可造成滑坡、塌方、地裂，该区抗震设防烈度为7度；由地下开采可在地表引起地面的沉陷、裂缝、滑坡、泥石流等。

2、2井田开采概况

2、2、1矿区开发史及开采情况，小窑分布及开采情况

山西原平花沟煤矿有限公司为原平市花沟联营煤矿和原平市段家堡乡贾家坟煤矿及部分空白区进行资源整合。 没有其它小窑。

1、整合前的花沟煤矿

花沟联营煤矿始建于1984年，1995年由乡办花沟煤矿、村办花沟煤矿、村

办榆树梁煤矿三个矿联营。1998年7月投产，2004年5月山西省国土资源厅颁发采矿许可证，证号为1400000430569，有效期至2008年5月，原设计生产能力为21万t/a,现实际生产能力为21万t/a。井田面积为1.5664km2,准采标高为1240-1600m。批准开采石炭系2、5号煤层，现采用主斜井、副井和通风改造批准的风井联合开采5号煤层。

2、整合前的贾家坟煤矿

贾家坟煤矿建于1985年，2003年山西省国土资源厅颁发采矿许可证，证号为1400000330833，准采石炭系5号煤层，有效期至2006年7月，井田面积为0.1438km2，设计生产能力为3万t/a, 采用一对斜井开采5号煤层。

整合后矿井开采煤层为2、5号煤层。

井田东部为原平市千树沟联营煤矿。西部为长梁联营煤矿。两矿瓦斯含量低，煤尘有爆炸性，煤的自燃等级为Ⅱ级，地温未见异常。（详见井田四邻关系图）。

2、2、2矿区电源、水源及通信情况 1、电源条件

该矿电源为双回路供电系统，分别引自引自原平市段家堡红池变电站10KV线路不同母线段，采用LGJ-95架空线，距离8Km。原平市红池35kV变电站,站内设有容量为31.5MVA及18MVA的主变各一台，主变的负荷率为62.3%，变电站供电电源可靠、供电质量有保证，可满足矿井整合供电要求。该矿已与电力部门签订双电源供电协议。主变中性点不接地。

2、水源条件

本矿目前生活用水靠矿区原有的水井供给，水质水量均有保障。 3．通信情况

设计通信选用一套KJD-80－432型行政调度合一的程控交换机，以满足矿井行政及调度的需要。矿程控交换机通过原平市段家堡乡邮电所用4对中继线相连，实现对外通信，程控交换机设在矿办通信室内。为地面生产管理、消防、救护、运销、基建等专用调度人员配备手机，实现地面移动通信。可以满足行政通信需求。

3 矿区地质概况

3、1、地层

井田位于轩岗矿区的东北边缘，为一NE向断陷盆地，四周皆为奥陶系石灰岩形成的高山，仅在井田西北、西南及南部边缘零星出露石炭系中统本溪组、上统太原组，井田内大面积为黄土覆盖，现由老至新叙述如下： 1、奥陶系中统上马家沟组（O2s）

出露于井田四周形成高山，亦为煤系地层基盘。由一套灰黄色泥灰岩，黄色、黄绿色白云质灰岩，灰岩，角砾状灰岩，豹皮状灰岩，钙质页岩组成。据区域资料，全组厚280m左右。

2、石炭系中统本溪组（C2b）

零星出露井田西北南部边缘外，底部为3m左右的含铁铝岩或黄铁矿的泥岩、铝土岩，平行不整合于中奥陶系上马家沟组灰岩侵蚀面上，铝土岩之上为灰黑色泥岩、砂质泥岩、灰色砂岩和1－2层灰岩组成的海陆交互相地层。全组厚21.87－37.27m, 平均28.42m。 3、石炭系上统太原组（C3t）

为本井田主要含煤地层，以K1砂岩连续沉积于本溪组地层之上，K1为灰白色以石英、长石为主的中粗砂岩，厚0.5-5.80m,平均2.35m。本组为砂岩、泥岩、煤层及薄层石灰岩组成的海陆交互相沉积，含2、3、4、5、6号煤层，在井田南部本组地层上部剥蚀，为新生界地层覆盖，厚92.13－116.95m,平均103.50m。 4、二叠系下统山西组（P1s）

地表无出露，南部3、6、9号孔一带被剥蚀，以K2砂岩为基底连续沉积于太原组之上，K2为灰白色以石英、长石为主的中粗砂岩，泥质胶结，底部有时含砾石，层位稳定，厚4.05－7.78m,平均6.35m,中下部为灰白色、浅灰色、浅黄色中粗砂岩夹深灰色的砂质泥岩，顶部有浅灰色粘土泥岩一层，本组厚37.22-47.48m，平均43.4m。

5、二叠系下统下石盒子组（P1x）

以砂岩为基底，连续沉积于山西组之上，K3为灰色中粗粒砂岩，底部有时含砾，厚1.13－7.34m,平均6.35m。本组下部以灰色泥岩、粉砂岩为主，夹灰绿色粘土泥岩，向上变为黄、黄褐、黄绿、紫色泥岩及黄绿色砂岩，揭露最大厚度90m。

6、第四系中更新统离石组（Q2)

顶部为微红色亚粘土、砂质粘土，其下为砾石夹1－2层半胶结石灰岩小砾

石层，下部为巨砾，不整合于下伏各时代基岩之上，厚5－34.4m.。

7、第四系上更新统马兰组（Q3）

土黄色黄土，为细粉砂土，广泛分布于山坡、山脊，厚2－20m。 8、近代冲积层（Q4）

分布于较大冲沟中，其成分主要为石灰岩砾石混有泥砂，此外，在王家庄沟分布有次生黄土，皆为耕地。

3、2、地质构造

井田位于轩岗矿区东北缘外的断陷煤盆地，为北东、南西向不对称的土壑向斜所控制，似一船形盆地，东南抬高，西北下沉，断层发育，井田内全为新生界地层所覆盖，构造形态皆由勘探工程揭露控制。

（1）褶曲

井田唯一褶曲构造为土壑向斜，总的轴向为NE，从土壑村西南至王家庄东北，延长近5km,在井田中部，轴心各向南东凸出，两端分别向东西方向偏移，由南西至北东方位为60°至30°至55°，向斜呈“S”形，两翼地层倾角：北西翼15°－25°，南东翼20°－35°，为一不对称向斜，它控制了整个井田的构造形态。 （2）断层

本井田揭露断层四条，均分布井田的北部和南部。

F9断层：地表未出露，根据钻孔揭露，该断层走向NE，倾向SE，断距呈西南向北东逐渐增大的趋势，断距为100－135m,倾角70°，为本井田的北部边界，两端一直延展到区外长达10km。

F10正断层：地表未出露，据钻孔（5、8、11）揭露，该断层走向为NE40°，为土壑村断层所派生，倾向SE，断距15m,倾角75°，延长1.4km。

F11正断层：地表未出露，据钻孔（1）揭露，该断层走向N50°E，倾向NW，推断落差30－40m左右，倾角75°，延长1km 。

F12正断层：地表无出露，据钻孔（3）及相邻钻孔揭露，该断层走向N50°E，倾向NW， 断距10m，倾角70°，延长2.3km。

井田东北部矿方巷道掘进揭露的8条断层，断距8～12m。 无陷落柱和岩浆侵入现象。

2、地质构造对开采影响的分析：

本矿存在一个褶曲为土壑向斜、4条断层F9、F10、F11和F12。511采区巷道掘进中揭露8条断层，在井下生产过程中对地表发现的断层均在井下得到验证。由此可见地质构造对开采的影响较大。综上所述，本井田地质构造中等，为二类。

3、3、煤层概况

（一）含煤性

本井田主要含煤地层为石炭系上统太原组，主要由砂岩、泥岩、煤层及薄层石灰岩组成。含煤2、3、4、5、6号。其中2号煤层为局部可采煤层，5号为全区稳定可采厚煤层，其余均为不可采煤层。该组煤层总厚度平均为16.78m,本组地层厚度为103.50m,含煤系数为16.21%。

（二）可采煤层

2号煤层位于太原组顶部，煤厚0.37－1.15m,平均0.57m, 结构简单，不含夹矸，为结构简单的局部可采煤层。老顶为砂岩，底板为泥岩或砂质泥岩。

5号煤层位于太原组下部，煤厚7.75－19.54m,平均14.47m, 含夹矸2-7层，夹矸厚度0.12－0.95m ,为结构复杂的厚煤层。煤层的顶板为砂质泥岩，底板为泥岩。

据1985年148地质队提交的《山西宁武煤田轩岗矿区原平官地井田精查地质报告》测试成果，7号孔2号煤和5号煤顶底板岩样，物理力学试验结果：5号煤直接顶板砂质泥岩孔隙率0.39%，抗拉强度3.5kg/cm2, 2号煤顶板粉砂质泥岩孔隙率为2.65%，单向抗压强度为196 kg/cm2，2号煤的底板0.84m厚的中砂岩孔隙率为1.53%，其下的5号煤底板砂质泥岩孔隙率为23.26%，单向抗压强度为169 kg/cm2，抗拉强度为1.1 kg/cm2。

可 采 煤 层 特 征 表

煤层厚度含煤（m） 煤层 最大-最小 地号 层 平均 0.37-1.15 2 0.57 太7.75-19.54 原14.47 组 5 3、煤层对比

煤层 结构 间距 （夹石（m） 层数） 0 58-77 65 稳定性 容 重 倾 角 结构 较复杂 顶底板岩性 顶底板 板 砂砂质岩 泥岩 不12－稳1.38 25° 定 稳12－1.43 定 25° 2-7 砂较质复泥杂 岩 泥岩 本井田太原组煤层易于对比，主要利用标志层、层间距、煤层自身特征进行对比的。

(1)标志层：

位于太原组底部的K1砂岩为灰白色中粗粒长石、石英砂岩，厚0.5－5.80m, 平均2.35m,层位稳定，上距5号煤层平均14m左右。是5号煤层对比的主要标志层。

(2)煤层自身特征

5号煤层位于太原组下部，煤厚7.75－19.54m,平均14.47m，为全区稳定的可采的厚煤层，煤层本身就是很好的对比标志，上距2号煤层平均65m。

4 井田水文地质

4、1井田水文地质概况

4、1、1地表水系及对矿床的开采影响

井田为宁武煤田东北边缘一系列NE向断陷盆地之一，盆地外围皆为奥陶系石灰岩形成的高山，井田内多为黄土覆盖，呈低丘陵地形，最高点在西南边缘，海拨1595m,最低点在土壑村东南，海拨1528m,相对高差均小于70m。

本区属大陆性气候，四季分明，日照充足，冬春季多西北风，夏秋季多东南风，雨季集中在7－9三个月，年平均降水量453.7mm,年平均蒸发量1900mm,是降水量的4倍，年平均气温6.2℃，最高气温33.4℃左右，最低气温－22.4℃。无霜期100－120天，冻结期为11月至次年4月初，最大冻土深度为1.5m。风

力一般为3－4级，最大8级。

沟谷水源来自四周高山，汇入盆地，较大的沟谷有王家庄沟、东沟，王家庄沟呈东西向，由马家庄东伸向官地村北，在官地山以东沟谷宽阔可达300m,平时只有在王家庄、马家庄一带从冲积层渗出的潜成为涓涓细流，旱季干涸，雨季时，山洪瀑发，从各沟谷流入王家庄沟、东沟至官地村西汇合后向西注入阳武河，通过阳武河向东南注入滹沱河。

4、1、2主要含水层 1）第四系松散岩类含水层

分布于王庄沟及官地沟，主要由分选及磨园度较差的卵砾石组成，中夹隔水和半隔水的亚粘土、亚砂土层，含水较丰富，为当地村民饮用水的主要水源，钻进中消耗量没有明显变化，8号孔连同风化带抽水试验结果：静止水位高出孔口0.91m,水位标高1538.41m, 水位降低24.36m时，涌水量4.78l/s，单位涌水量0.196l/s.m，渗透系数0.369m/d。水质类型为HCO3－CaMg型水。

2）二叠系下统下石盒子组裂隙含水组

井田内大部分钻孔已全部或部分剥蚀，主要由砂岩、砂质泥岩、泥岩组成，由于埋藏浅，风化裂隙发育，5号钻孔入本组后于孔深54.38m开始自流，涌水量为1.8l/s。

3）二叠系下统山西组裂隙含水组

主要含水层为砂岩、砂质泥岩及1－3层薄煤层组成，以K2砂岩较稳定，厚4.05－7.34m，一般6m左右，5号孔的K2砂岩消耗量大，在钻至P1x下部开始自流，取下石盒子组下部到山西组中部层段进行简易放水试验，自流水位标高1539.42m, 水位降低1.79m，涌水量0.41l/s，单位涌水量0.230l/s.m，渗透系数2.556m/d。

4）石炭系上统太原组裂隙含水组

主要由粉－粗砂岩及1－2层薄层灰岩组成，主要含水层为砂岩，8号孔抽水试验表明：水位降低40.28m,涌水量1.71l/s，单位涌水量0.0425l/s.m，渗透系数平均0.239m/d,水质类型HCO3－CaMg。

5）奥陶系岩溶裂隙含水组

奥陶系灰岩为煤系地层的基盘，是轩岗矿区的主要含水层，在井田四周广泛出露，形成高山，岩性为石灰岩、泥灰岩、白云岩，灰岩裂隙溶洞比较发育，

含水层结构以溶蚀裂隙为主，溶洞次之，两者相互连通构成了具有统一地下水面的含水体。由于受岩性、构造及水文网控制，岩溶裂隙发育具有不均一性，也可称之为不均一的含水体。据轩岗矿区钻孔抽水试验：单位涌水量0.04－61.40l/s.m，渗透系数0.68－62.72m/d,富水性因地而异，相差悬殊，水位标高在黄甲堡矿及其以北为1142.09－1159.87m,流向南西，水力坡度3‰。

本井田位于轩岗矿区的东北部，距黄甲堡平距18km,按3‰水力坡度，奥灰水位标高在本井田约为1200m左右。

4、1、3隔水层

1）本溪组厚21.83－37.27m,隔水层以泥岩为主，尤其底部有数米厚的铁铝质岩赋存，使得本组成为主要的隔水层组，能使奥陶系与其上含水层隔离。

2）太原组含煤地层主要由煤层、泥岩、砂质泥岩、砂岩组成，其上山西组、下石盒子组主要由泥岩、砂质泥岩组成，砂岩为含水岩层，泥岩、砂质泥岩以及煤层为相对隔水层，太原组、下石盒子组隔水层一般占比例较大，占总厚度的60－75%左右，山西组所占比例小，一般为30－40%。隔水层岩性和厚度不同地段虽有变化，但一般情况下（即没有断层破坏）相对隔水性能良好，上下含水层之间没有水力联系，含水层层位高的地下水水位也高，反之水位也低。

4、2充水因素分析矿井充水因素分析

大气降水：大气降水可以通过冲沟汇入溪沟，部分补给地下水。雨季时大气降水可能在洼地汇集，对煤层开采有一定影响。大气降水是矿区内各岩组地下水的主要来源。当由于采空冒落及由此产生的导水裂隙带发展到地表时，大气降水则可通过此途径间接进入矿井。是矿井水的主要补给来源，其补给量受季节影响变化大，不过井田内地形相对高差较大，地表径流快，不易积水，对矿井影响不大，但注意洪水期地表水灌入井口。

地下水：含煤岩系虽然富水性弱，但其内的地下水将直接进入矿井。地下水可能通过塌陷带、导水裂隙带进入矿井，对煤层开采有一定影响；如底板遭受破坏后地下水可能进入矿井造成充水。

老窑积水：矿区范围内开采煤层留下的老采空区面积较大，老窑积水是未来矿山开采过程中最大的威胁。 裂隙水：5号煤层矿井水主要来源于煤层以上的各砂岩裂隙含水层，由

于煤层较厚，全层开采顶板冒落后，其层间裂隙水可达山西组，即通过导水裂隙带使砂岩裂隙水进入矿井。2号煤层矿井水主要来自山西组含水层，地表水和冲积层水一般只能进入基岩风化裂隙带，浅部开采冒落中产生的裂隙如能达到风化裂隙带，或受断裂影响，可使各含水层串通，可能将地表水和冲积层水导入矿井。

3）奥灰水：本区奥灰水位标高为1200m,本井田东部5号煤层最低底板标高为1240m,不涉及承压开采问题。

4）采空区积水：

目前本井田范围内存在大面积的采空区，由于其均为上山开采，其积水情况经过物探，基本无积水，但在开采过程中一定要遵照“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则，谨防采空区积水对煤层开采的影响。 5)断层的导水性

根据矿井资源整合地质报告井田发育4条断层，导水性差，但在条件有利时，富水性及导水性有可能增强。原设计采区有8条断层；均不在变更后的首采区内，矿方在以后生产中必须探明其破碎性、导水性，预防水害事故发生。

㈡矿井涌水量

据资源整合矿井地质报告，矿井正常涌水量为43m3/h，最大涌水量为71m3/h。 ㈢地表水体

井田内无常年地表径流，沟谷内在冰雪消融时及雨季有短期洪水。 二、水患类型及威胁程度 1．煤系地层含水层向矿井涌水。 2．采空区积水向矿井突水。

3．沟谷洪水或积水淹没矿井工业场地及井口。 三、矿井水文安全条件评价

水文地质基础资料来源于资源整合矿井地质报告，水文地质勘探基本查明了井田含水层层数，岩性，富水性，对含水层补给来源，相互水力联系，矿井涌水量均有描述，但对地面沟谷最高洪水位论述不够，需要做进一步工作。

4、3矿井涌水量及预算

花沟煤矿原核定生产能力为21万t/a,最大涌水量为50 m3/ h，最小涌水量为

30 m3/ h，在开采方法不变的情况下，采用富水系数法预计矿井生产能力达30万t/a时矿井涌水量：

富水系数=

P 式中：K－富水系数

Q－单位时间内从矿井内排出水量（m3) P－单位时间内煤炭开采量（t)

由上式可知，山西原平花沟煤矿有限公司花5号煤层富水系数为1.2514－2.0857m3/t.h

依据以上推算，预计煤矿整合后，年生产能力达300kt/ a时，矿井正常涌水量为43m3/h.，最大涌水量为71 m3/ h。

Q

5 矿井防治水措施

5、1矿井水分类

凡影响生产、威胁采掘工作面或矿井安全的、增加吨煤成本和使矿井局部或全部被淹没的矿井水，都称为矿井水害。造成矿井水害的水源有大气降水、地表水、地下水和老空区水。其中地下水按其储水空间特征又分为空隙水、裂隙水和岩溶水等。根据水源分类，把我国矿井水害分成若干类型见（表1）

表 1 矿井水害类型

类别 地表水水害

水源

大气降水，地表水体，（江河湖泊，水库，沟渠，坑

水源进入矿井的途径或方式

井口，采后冒裂带，岩溶地面塌坑或洞，断层带及的旧钻孔充水或导水

发生过突水，淹井的典型矿区及典型事例 2005年8月19日发生在吉林舒兰矿业集团五井，死亡16人的特大水害事故就是由于地表水通过已关闭，但封闭不好的邻矿主井导入矿坑而酿成的。发生在贵州水城汪家寨，内蒙古平庄古山矿等透水事故也属于地表水水害类型

老孔水水害

古井，小窑，废巷及采空区积水

采掘工作面接近或沟通时，老空水进入巷道或工作面

2005年8月7日发生在广东兴宁大兴矿的新中国成立以来最大的煤矿水害事故（从人员伤亡角度）是由于采矿引起煤层严重抽冒，继而破坏防水

塘，池沼，泉水和泥石流） 煤层顶底板或封孔不良

煤柱，致使老窑水溃人矿坑酿成121人死亡的惨痛灾难。

孔隙水水害

第三系、第四系松散含水采空冒裂、地面塌陷坑、2004年3月7日发生在裂隙水水害

岩溶水薄层灰岩水水水害

害

厚层灰岩水水害

层孔隙水、流沙水或泥沙等，有时为地表水补给

砂岩、砾岩等裂隙含水层的水，常常受地表水或其他含水层水的补给

主要为华北石炭二叠纪煤田的太原群薄层灰岩岩溶水（山东省一带为徐家庄灰岩水），并往往得到中奥陶系灰岩水补给

煤层间接顶板厚层灰岩含水层，并往往受地下水补给

煤系或煤层的底板厚层灰岩水（在我国煤矿区主要是华北的中奥陶系厚层（500-600m）灰岩水和南方晚二叠统阳新灰岩水），对煤矿开采威胁最大，也最严重

断层带或煤层顶、底板含水层裂隙及封孔不良的旧钻孔导水

采后冒裂带、断层带、采掘巷道揭露顶板或底板砂岩水，或者封孔不良的老钻孔导水

采后冒裂带、断层带及陷落柱、封孔不良的老钻孔，或采掘工作面直接揭露薄层灰岩岩溶裂隙带突水

采后冒裂带、采掘工作面直接揭露或地面岩溶塌陷坑

采后底鼓裂隙、断层带、构造破碎带、陷落柱或封孔不良的老钻孔和地面岩溶塌陷坑吸收地表水

新疆哈密煤业集团井采公司二井的透水事故是由于顶板裂隙带导通第四系松散层孔隙水，使第四系水、砂、第三系岩石溃人矿坑，24人被困，虽经全力抢救也有9人丧身。发生在淮南孔集矿、徐州新河矿的透水事故也属于孔隙水害类型

2005年5月21日发生在淮北矿业集团海孜矿745工作面透水灾害属于工作面顶板砂岩裂隙水突出事故，导致5人死亡。曾发生在徐州大黄山、韩桥煤矿等水害事故均属此类。开滦范各庄等几对矿井也都存在较严重的裂隙水害

徐州青山泉二号井，淮南谢一矿，肥城大封煤矿、杨庄矿（旭灰），新蜜芦沟矿

江西丰城云庄井 2005年10月3日发生在四川广能龙滩煤矿的透水事故是由于该矿在挖掘巷道时打通溶洞，造成28人死亡。2003年4月12日发生在邢台东庞矿2903工作面的特大突水事故以及淄博北大井、开滦范各庄，还有峰峰二矿、焦作演马庄等许多突水事故均属此类 5、2矿井开拓开采所采取的安全保证措施

1．开拓巷道沿煤层底板或顶板布置，减少对煤层顶底板的破坏。 2．主排水泵房通道内设置密闭门，以防万一井下发生突水时不致危及主排水泵房。

3．掘进工作面配备探水钻机，坚持“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的探放水原则。

4．井下主要巷道配备小水泵，用以排除巷道积水，确保良好的劳动环境。 5、井田内共有4个钻孔，全部为水泥封孔，据矿方多年观察没有发现漏水情况。

5、3防水安全煤柱留设

对于积水防治而言, 应尽可能在有关井巷设计、施工和工作面回采时采取

回避和限制措施, 使其少受或不受采掘影响, 保持自身水力平衡, 以免老窑水涌入工作面或井巷。这对于降低矿井排水费用, 保障安全生产具有重要意义。特别是当老窑积水和其他水体有水力联系时,尤其要避免采掘活动对其影响, 防止一旦将二者沟通造成较大的动静储量一并释放,给矿井排水带来巨大压力, 威胁人员安全及正常生产。在回避老窑进行采掘工作时, 为保障安全, 应留设一定的防水煤岩柱。按照《矿井水文地质规程》, 纵向防水煤岩柱的留设规定为: 巷道在水淹区或老窑积水区下掘进时, 巷道与水体间的最小距离不得小于巷道高度的10倍。巷道在水淹区或老窑积水区下采煤时, 防水煤岩柱的尺寸不小于导水裂隙带的最大高度与保护层厚度之和。若在老窑积水区附近进行同一煤层开采时, 在积水区界线已基本查明条件下, 横向防水煤岩柱尺寸可按以下经验公式计算:

a =0.5KMM3P/K'p 式中: a ———煤柱宽度, m ; K ———安全系数, 一般取2～5 ;

M ———采厚, m ; P ———水头压力, MPa ; K′P ———煤体的抗拉强度, MPa

1．防水煤柱的种类

防水安全煤柱主要有井田边界煤柱、断层煤柱、采空区煤柱三类。 2．防水煤柱留设

井田大量存在的断层是产生矿井突水的巨大隐患，为降低矿井突水的风险，必须根据报告设计留设防水煤柱。由于底板突水量难以准确预测，必须施工防水闸门和防水墙，将水患限制在尽量小的范围。

防水煤柱在防治采空区积水方面主要起了2 个作用: 通过煤柱的隔水性能防止水体向采空区涌入; 将积水的采空区与井巷或工作面隔离开来。如区段间煤柱的留设, 既防止了本工作面积水, 同时也阻止了相邻采空区积水的进入。对于浅部开采而言, 防水煤柱的留设实际上是确定开采上限的问题。在水体下采煤时, 开采上界防水煤柱尺寸一般由导水裂隙带最大垂高与保护层厚度两部分组成。因而, 确定合理的导水裂隙带高度及保护层厚度是关键所在。其计算公式及方法可参照经验公式并结合本矿井实际情况确定, 有条件时应进行相关试验加以参考修正。开采上限一经确定后, 不得擅自进行调整。对于井田中部或深部, 应在水平与水平之间、采区与采区之间留防水煤柱, 以保证分区开采, 防止水害事故发生。

根据矿井防水安全煤柱的种类和《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，结合本矿和邻近煤矿留设防水安全煤柱的实际经验，确定本矿防水安全煤柱的尺寸如下：

(1) 井田边界防水安全煤柱

根据《煤炭工业矿井设计规范》规定，井田边界防水安全煤柱留设20m。 (2) 断层防水安全煤柱

断层防水安全煤柱根据其落差大小留设30～40m的周边防水安全煤柱。 (3) 采空区防水安全煤柱

采空区防水安全煤柱根据其范围和积水量留设40～50m的周边防水安全煤柱，确保采空区积水不会溃入矿井，避免发生突水事故。

5、4井下探放水措施

尽管采取了多种措施, 采空区积水仍不可避免。若采空区处于采掘工程影响范围内, 有可能造成水害发生, 则需要考虑对其进行疏放。一般而言, 正常回采形成的采空区, 其积水线位置及水量大小均可在矿井充水性图上反映出来。若缺乏此资料, 可按下式进行积水量估算:

W =KML h/sinα 式中: W ———采空区积水量, m3 ;

L ———采空区走向长度, m ; h ———采空区垂高或水柱高度, m ; α———煤层倾角;

M ———采高, m ;

K ———充水系数, 0.3～0.5

正常回采时形成的采空区, 其积水疏放方法、原则及安全措施与老窑水疏放基本相同。由于其资料相对可靠, 故相比老窑水而言, 其疏放工作危险性相对较低。理时, 应首先区分不同类型老采空区的积水, 而后把握其防治的关键, 再结合具体情况采取相应的技术措施, 最终达到治理目的。

(一) 探放水原则

矿井必须做好水害分析预报，坚持“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的探放水原则。矿井建设和生产时采掘面前进遇到需要探放水的范围包括：接近含水层、导水断层及其破碎带时；接近有出水可能的钻孔时；接近其它可能出水地区时。必须确定探水线进行探水，经探水确认无突水危险后，方可采掘。

(二) 探放水安全措施

在进行探放水前，必须做好以下工作和准备好必要的设备、设施：

1．在探放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：

2．坚持排水设备的维护制度，保持正常排水； 3．坚持水沟、水仓的清理制度，保证流水畅通； 4．确定流水路线；

5．坚持巷道维护制度，保证巷道畅通； 6．做好安全躲避硐；

7．制定通风方法和瓦斯检查制度； 8．制定通讯联络方法和准备好通讯工具； 9．选好避灾路线；

10．制定钻眼放水措施，包括孔口装置、套管深度和套管固定方法； 11．制定钻机安装及钻机操作的安全措施。 (三) 探放水设备

探水设备设计选择KHYD－15型探水钻机2台，用于巷道掘进等需要超前探放水的地段。

钻孔放水前，必须估计积水量，根据矿井排水能历和水仓容量，控制放水流量；放水时，必须设专人监测钻孔出水情况，测定水量、水压，做好记录。若水量突然变化，必须及时处理，并立即报告矿调度室。

在水压较大的地点探放水时，探水孔要设套管，以便安装水阀控制水量；特别危险的地段，还应选择坚固地点修筑临时闸门。

5、5、采空区积水防治措施

煤矿水害在矿井五大自然灾害中占有较大比重。我国矿井水文地质类型复杂多样, 受地表水体及地下富含水层威胁的煤矿较多, 因而所面临的防治水任务艰巨。煤矿老采空区水害具有突发性强、水量大、来势猛、破坏性大且有腐蚀性等特点, 对矿井采掘工作面人员以及安全生产构成极大威胁,轻则使工作面、采区停产, 重则可能导致开采水平甚至全矿井被淹。

由于历史原因, 同一井田可能先后经历不同时期的开发, 如我国多数井田在早期均遭受过小煤窑的掘采。由此导致特定时期内, 新建矿井开拓之前, 井田范围内已经存在了一些老采空区、老巷。而该矿井在进入生产阶段后, 在正常回采时也会有新的采空区形成。据此, 对生产矿井而言, 按照采空区形成与矿井开拓

在时间上的先后关系, 将井田范围内的采空区分为两类: 井田开拓前已存在的老窑和矿井正常回采形成的采空区。

系指在矿井开拓之前已存在的煤层被采空空间或由于涌水量过大等原因而停

采已久的老井或巷道。其主要特征是: 因缺乏相应的地质、开拓图件等资料, 造成老窑分布状况及积水情况不明确; 空间形状不规则; 多数由于废弃已久, 其内积水量大, 且酸性很强; 限于小煤窑的开采技术, 老窑多数位于井田浅部, 容易与地表水体或松散层水体发生联系。

回采矿井正常生产后形成的采空空间。其主要特征是: 分布情况明确, 且积水能在矿井充水性图上直接反映; 空间形状多数为规则的薄板状长方体。

2 老采空区积水原因

煤矿开采过程中必然形成一定的地下空间场所。由于采掘工程不可避免地要接近、揭露某些含水层(体) , 因此当这些作业场所处于含水层(体)的水位以下而承受一定的静水压力时, 水就会失去原有的平衡条件而涌入井巷或采场, 待采动过后一定时间, 就形成了老采空区积水。煤层开采后, 工作面采空区上覆岩层将产生移动、破坏。按照岩层破坏后岩块的块度、排列方式、连续性及透水透泥砂能力等, 可将其分为三带: 自下而上依次为冒落带、裂缝带、弯曲带(如图1 示) 。大量观测及生产实践表明, 弯曲带岩层基本上不具有导水性, 且一般情况下还可作为水体下采煤时的良好保护层。而裂缝带与冒落带岩层,由于具有大量裂隙或是破碎成为岩块, 故当其涉及上覆含水层时, 易成为水体下渗的良好途径。鉴于冒落带与裂缝带岩层的导水性, 常把二者合称为导水裂隙带。

A———煤壁支撑影响区； B———离层区； C———重新压实区；Ⅰ——— 冒落带； Ⅱ———裂缝带；Ⅲ———弯曲带 图1 煤矿开采覆岩形成的三带

当煤层开采后形成的导水裂隙带波及甚至进入上覆含水层（体）时，就可能使水体向下流入采空区而使其大量积水。同时在采动的影响之下，地表往往发生沉陷，尤其是煤层赋存较浅又有地下水作用时更为明显。由于沉陷导致的塌陷和裂缝往往是降雨或河水灌入井下的通道，易造成采空区的积水。早期的小井或老窑多位于井田浅部， 因而易于通过地表裂缝沟通水体，形成老窑积水。采动引起顶板岩层移动只是采空区积水的成因之一，也是水体下采煤时的主要障碍。其他因素如工作面进入导水钻孔区域范围或生产采区内有未查明的含水断层、陷落柱也能造成采空区大量积水。此外， 采动造成煤层底板破坏也会使含水层的水沿一定的导水构造充入采空区而形成大量积水。加强地质勘测工作。一方面查清采空区积水情况，主要是上覆2号 煤及5号煤上部采空区积水；另一方面，要有准确的井上下对照图和井下采掘工程平面图等资料，准确掌握采掘工作面与采空区位置关系，以防位置关系失误造成打透采空区而引发事故。加强对采空区积水的管理与密闭，留设足够防水安全煤柱；掘进巷道接近采空区时，应采取探放水措施，必要时采取排放水措施，将水用水泵排至地面。

探放采空区积水前，首先要分析查明采空区水体的空间位置、积水量和水压。采空区积水高于探放水点位置时，只准打钻孔放水；探放水时，必须撤出放水点以下部位受水害威胁区域内的所有人员。探放水钻孔必须打中采空区水体，并要监视放水全过程，核对水量，直到采空区积水放完为止。

钻孔放水前，必须估计积水量，根据矿井排水能力和水仓容量，控制放水量；放水时，必须设专人监测钻孔出水情况，测定水量、水压，做好记录。若水量突然变化，必须及时处理，并立即报告矿调度室。

5、6、地表防治水措施

查清矿井及附近地面水流系统的汇水情况、疏水能力和有关水利工程的情况，掌握当地历年降雨量等资料，以便结合矿井具体条件建立地面防治水系统。 地面防治水是指在地面修筑防排水工程，防止或减少大气降水和地表水渗入井下。地面防排水工程是保证矿井安全生产的第一道防线，特别是对于以降水和地表水为主要充水来源的矿井尤为重要。按照“防、堵、疏、排、截”的综合治理原则，常见的防排水方法主要包括如下：

填塞漏水的通道：地面塌陷裂缝、基岩裂隙、废弃的小窑井筒等都可能成为降水

及地表水直接或间接流入井下的通道，应当用粘土或水泥将其填塞。对于较大规模的塌陷裂缝，通常在下部充以碎石，上部复以粘土夯实，并使之稍高出地表，以防水和泥灌入。

挖排洪沟：排泄积水采空塌陷区或生产区上方的排洪沟，垂直来水方向，大致沿地形等高线并保持一定坡度。每次降大到暴雨时和降雨后，必须安排专人检查矿区及其附近地面有无异常，发现漏水，必须及时处理。 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

根据矿方提供的资料，矿井工业场地附近冲沟最高洪水位标高约为1516m。本次设计根据矿方防洪经验数据进行防洪设计，井口及地面主要建筑物和场地均按高于100年一遇的防洪标准设计，按洪水重现期300年进行校核，矿井工业场地和井口标高均能满足设计和校核标准。

2．地形水系和汇水面积

井田内无常年地表径流，沟谷内在冰雪消融时及雨季有短期洪水。 ㈡ 地表水防治工程及装备

1.根据矿方提供的资料，矿井工业场地附近冲沟最高洪水位标高约为1516m。主斜井位于山坡地上，设计考虑了排水涵洞。三个井口最低标高为1535.915m，高于工业场地附近冲沟最高洪水位约20m,因此井口及工业场地不受洪水威胁。

2.地表水的防治措施

①矿方必须派人检查矿区及其附近地面裂缝、塌陷情况，地表裂缝和塌陷地点必须填塞，碾压；填塞，碾压必须制定安全措施，防止人员陷入塌陷坑内。

②使用中的钻孔，必须安装孔口盖。报废的钻孔必须及时封闭。

③报废的斜井应填实或在井口以下斜长20m处砌筑1座砖、石墙，再用泥土填至井口，并加砌封墙。

5、7井下防治水安全设施

一、排水设施 ㈠采掘工作面排水设施

采掘工作面涌水，用小水泵通过顺槽或自流排至上山排至井底水仓，然后由主水泵从敷设于主井的二趟排水管排至地面。

㈡井底水仓布置及容量

水仓位于5号煤层底板岩石中。水仓入口与主井井底车场相连，沿5号煤层底板倾斜掘进，井底设有主水仓和副水仓，长方形，主副水仓长度为116m，总有效容量730m3。能够满足要求。

本次设计变更，排水系统由于主排水泵房标高变为1297.9，矿井正常涌水量及最大涌水量不变，故对排水泵型号及管路进行重新选型计算。

1、设计依据

1）矿井正常涌水量为43m3/h，最大涌水量71m3/h。

2）排水高度Hg=241.2m(泵房标高1297.9m，主井井口标高1539.07m) 3）排水管路斜长L=673m 4）矿井水容重γ=1020kg/m3 5）矿井水PH值中性 2、水泵的选择计算 水泵必需的排水量:

正常涌水时水泵的必须排水能力 QB=1.2qZ=51.6m3/h

最大涌水时水泵的排水能力 Qmax=1.2qmax=85.2m3/h 水泵必需的扬程: Hb=k(Hg+Hx)=320.7m

式中：k—管路损失系数k=1.3 Hg—排水垂深 241.2m Hx—吸水高度 5.5m

根据以上计算预选DF85-45×8型离心水泵性能特征为：额定流量为Qn=85m3/h，扬程H=360m，吸程5.5m，效率为η=70%，n=2950rpm，级数8级。配备三台，一台工作、一台备用、一台检修。矿井水通过主井排至地面沉淀池，经处理后流入高山静压水池生产复用。

3、管路的选择计算

根据规程规定本次设计布置两趟排水管路，其中一趟工作，一趟备用。 1）管径计算

⑴排水管内径Dp=18.8Q/Vp=0.123m ⑵吸水管内径Dx=18.8Q/Vx=0.142m

式中 Vp—排水管经济流速 取2m/s Vx—吸水管经济流速 取1.5m/s Q—管道流量， m3/h

根据以上计算排水管选用φ133×4.5无缝钢管，吸水管选用φ146×4.5无缝钢管。

2）排水管流速校验

Vp=Qn/900πDP2=1.70m/s，符合Vp=1.5～2.2m/s的流速要求。 3）吸水管流速校验

Vx=Qn/900πDx2=1.48m/s，符合Vx=0.8～1.5m/s的流速要求。 4、确定水泵级数与工况

1）管道阻力系数：

lp?p?1??xlx8??) =0.023 R=2(?p5??x5?44??gdpdxdpdx 2）管道特性曲线

H=Hg+RQ2=241.2+0.023Q2

在所选水泵特性曲线上，用同一比例画出管道特性曲线，二者交点M即为所求工况点。其工况点：Hm=376m Qm=76.3m3/h η=72%

3）水泵所需级数：选用8级 5、校验计算

验算排水时间：

排水时间：正常排水时 T=24Q/Q=12.1< 20(小时) 最大涌水时 T=24Qmax/2Q=10< 20(小时)

所选水泵能够满足规程要求在20小时内排完矿井24小时涌水。 电Nd=K动

机

功

率

?QmHm1020?76.3?376?1.1??125.5(kW)

3600?102??m??c3600?102?0.72?0.97查DF85-45×8型多级水泵配套电动机功率为150kw，故配套电动机功率合适。

6、排水能力核定

330?20BnAn??71.01(万t/a) 410Pn330?20BmAm??85(万t/a)

104PmAn-排正常涌水时的能力，万t/a； Bn–工作水泵小时排水能力,m3/h；

Pn–上一年度平均日产吨煤所需排出的正常涌水量，0.79 m3/t；

Am-排最大涌水时的能力，万t/a；

Bn–工作水泵加备用水泵小时排水能力,m3/h；

Pn–上一年度平均日产吨煤所需排出的最大涌水量，1.32 m3/t； 经计算矿井排水系统能力为71万t/a。 二、防水设施

井下主水泵房的通道内设防火防水密闭门，以保证发生突水灾害时，排水系统的安全运行。 三、排水系统安全出口设施

井下主水泵房设两个安全出口，一个与管子道连通，出口高于泵房底板7m，另一个出口与井底车场联接，泵房内地面高出通道与井底车场连接处底板0.5m。

四、井下其它水害防治措施

在采掘过程中，必须注意相邻矿井采空区积水可能产生的水患灾害，严格执行超前探放水制度，在井下所有巷道中悬挂醒目的避灾路线标志，以确保矿井安全生产及井下工人的生命安全。

6 结束语

煤矿采空区和断层水害因其破坏性极大, 一旦发生, 往往后果极为严重。煤矿企业应当给予足够重视, 做好采空区和断层水害的防治工作。在进行积水治理时, 应首先区分不同类型水害, 而后把握其防治的关键, 再结合具体情况相的技术措施, 最终达到治理目的。就现状提出以下几点建议：

1、矿井2号、5号煤层采空区存在积水，在开拓开采时必须对其加强探放水工作，确保安全生产。

2、采空区的密闭必须加强管理，防止漏风起火。

3、与原有采空区相通的巷道必须砌筑防水防火永久密闭。

1．开拓巷道沿煤层底板或顶板布置，减少对煤层顶底板的破坏。 2．主排水泵房通道内设置密闭门，以防万一井下发生突水时不致危及主排水泵房。

3．掘进工作面配备探水钻机，坚持“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的探放水原则。

4．井下主要巷道配备小水泵，用以排除巷道积水，确保良好的劳动环境。 5、井田内共有4个钻孔，全部为水泥封孔，据矿方多年观察没有发现漏水情况。

在进行探放水前，必须做好以下工作和准备好必要的设备、设施： 1．在探放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：

2．坚持排水设备的维护制度，保持正常排水； 3．坚持水沟、水仓的清理制度，保证流水畅通； 4．确定流水路线；

5．坚持巷道维护制度，保证巷道畅通； 6．做好安全躲避硐；

7．制定通风方法和瓦斯检查制度； 8．制定通讯联络方法和准备好通讯工具； 9．选好避灾路线；

10．制定钻眼放水措施，包括孔口装置、套管深度和套管固定方法； 11．制定钻机安装及钻机操作的安全措施。

致谢

这次毕业论文能够得以顺利完成，是所有曾经指导过我的老师，帮助过我的同学，一直支持着我的家人对我的教诲、帮助和鼓励的结果。我要在这里对他们表示深深的谢意！

首先要特别感谢我的指导老师——翟建山老师。翟老师在我毕业论文的撰写过程中，给我提供了极大的帮助和指导，从开始选题到中期修正，再到最终定稿，翟老师给我提供了许多宝贵建议，还有周海坤、张晓亮等在我论文编写过程中提供了很大的帮助，在此我表示深深的谢意！

其次要感谢所有曾经为2005级资源勘查与工程任课的老师们，你们教会我的不仅仅是专业知识，更多的是对待学习、对待生活的态度，谢谢你们！

感谢身边所有的朋友与同学，谢谢你们四年来的关照与宽容，与你们一起走过的缤纷时代，将会是我一生最珍贵的回忆。

感谢我的父母亲，你们是我力量的源泉，你们的支持与鼓励，永远是支撑我前进的最大动力。

参考文献

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ta8p.html