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煤矿水害及治理评估报告

61
2020年4月19日
文档仅供参考

普安县楼下镇开泰煤矿

水害及防治风险评估报告

贵州丰联矿业有限公司
二〇一六年七月

目 录
前 言 1
第一章 概 述 2
第一节 水害及防治风险评估依据 2
第二节 风险评估对象、范围和目的 2
一、风险评估对象 2
二、风险评估范围 3
三、风险评估目的 3
第三节 水害及防治风险评估工作程序 3
第二章 开泰煤矿基本情况 5
第一节 矿井概况 5
一、矿井位置 5
二、井田范围 5
三、矿井的建设与生产简况 5
第二节 矿井自然条件 6
一、地质构造 6
二、煤层特征 8
三、水文地质条件与类型 10
四、矿井开采情况 15
第三节 矿井主要生产系统 16
一、开拓与开采系统 16
二、通风与安全监控系统 16
三、防尘、防灭火系统 17
四、防治水系统 17
五、提升运输系统 18
六、压风系统 18
七、供电与通信系统 19
八、矿山救护系统 20
第三章 矿井水害危险因素辨识与分析 21
第一节 矿井水害危险因素辨识与分析 21
一、矿井水灾危害的严重性 21
二、水灾事故发生的基本条件 21
三、矿井发生水灾的主要原因 22
四、矿井突水机理 23
五、容易发生矿井水灾事故的场所 23
六、开泰可能发生水灾事故的基本条件分析 23
第二节 矿井防治水系统危险有害因素分析 24
一、防水工程危险有害因素辨识 24
二、井下探放水设备及设施危险有害因素辨识 26
三、开泰煤矿防治水系统情况分析 26
第三节 人为失误危险有害因素分析 27
一、安全管理方面危险有害因素辨识 27
二、人员素质方面危险有害因素辨识 28
三、指挥操作方面危险有害因素辨识 28
四、开泰煤矿防治水管理情况分析 28
第四章 开泰煤矿水害及防治风险评估 31
一、防治水技术管理风险评估 31
二、地表水防治风险评估 31
三、老空区充水防治风险评估 32
四、矿井排水系统风险评估 32
第五节 开泰煤矿水害及防治风险评估结果 33
一、防治水技术管理风险评估结果 33
二、地表水防治风险评估结果 33
三、老空水防治风险评估结果 33
四、地下水防治风险评估结果 34
五、矿井排水系统风险评估结果 34
第五章 安全对策措施 35
第一节 针对水害隐患的整改措施 35
第二节 安全技术对策措施 35
第三节 安全管理对策措施 39
第四节 其它方面措施 41
第六章 开泰煤矿水害及防治风险评估结论 43

前 言
普安县楼下镇开泰煤矿是贵州丰联矿业有限公司下属的一对生产矿井,该矿井设计生产能力为21万t／a。
近期,贵州多地发生强对流天气,诱发洪水、山体滑坡等自然灾害,其中兴义、盘县等地有矿井被淹,造成人员伤亡和财产损失。6月29日和7月4日,贵州省安监局召开安全生产紧急电视电话会议,要求各煤矿集团公司对下属生产的煤矿进行水害危险性及防治能力进行评估。 7月7日,贵州丰联矿业有限公司组织有关专业技术人员,对开泰煤矿进行水害及防治风险安全评估。评估目的是查找矿井在水害及其防治方面存在的主要危险有害因素与风险,并提出矿井水害防治的安全对策措施。
本<水害及防治风险评估报告>的评估主要依据是:<安全生产法>、<矿山安全法>、<安全生产许可证条例>、<煤矿安全规程>、<煤矿防治水规定>(国家安全生产监督管理总局第28号令)、<煤炭工业小型矿井设计规范>、<重大危险源辨识>(GB18218- )、<关于开展重大危险源监督管理工作的指导意见>(安监管协调字[ ]56号)、<普安县开泰煤矿(整合)开采方案设计>、<普安县开泰煤矿(整合)安全设施设计>等。评估范围为开泰煤矿的水害防治管理体系、矿井的防治水系统和该矿提供的有关防治水方面的图纸、资料等所涵盖的内容。
本<水害及防治风险评估报告>根据该矿井水害及防治状况,做出风险评估结论,为煤矿企业进一步搞好矿井的防治水工作提供参考。

第一章 概 述
第一节 水害及防治风险评估依据
1.<中华人民共和国安全生产法>( 11月1日);
2.<中华人民共和国矿山安全法>(1993年5月1日);
3.<中华人民共和国煤炭法>(1996年12月1日);
4.<中华人民共和国矿产资源法>(1986年3 月19日);
5.<中华人民共和国劳动法>(1995年1月1日);
6.<安全生产许可证条例>( 1月13日);
7.<煤矿安全监察条例>( 11月7日);
8．<煤矿安全生产基本条件规定>( 8月1日);
9.<重大危险源辨识>(GB18218- );
10．国家煤矿安全监察局<关于开展重大危险源监督管理工作的指导意见>(安监管协调字[ ]56号);
11．<煤矿企业安全生产管理制度规定>(煤安监办字[ ]42号)。
12.<煤炭工业小型矿井设计规范>(GB50399- );
13.<煤矿安全规程>( ,以下简称<规程>);
14．<煤矿防治水规定>(国家安全生产监督管理总局第28号令);
15.<普安县开泰煤矿(整合)开采方案设计>;
16.<普安县开泰煤矿(整合)安全设施设计>
17.<贵州省普安县开泰煤矿资源储量核实报告>;
18.<普安县开泰煤矿水文地质补充勘探报告>;
19．开泰煤矿有关图纸、管理制度及技术资料。
第二节 风险评估对象、范围和目的
一、风险评估对象
风险评估对象: 贵州丰联矿业有限公司普安县楼下镇开泰煤矿(以下简称开泰煤矿)。
二、风险评估范围
风险评估的范围:当前开泰煤矿的水害防治管理体系、矿井的防治水系统和该矿提供的有关防治水方面的图纸、资料等所涵盖的内容。
三、风险评估目的
风险评估的目的:查找矿井在水害及防治方面存在的主要危险有害因素与风险程度,并提出矿井水害防治的安全对策措施,为煤矿企业进一步搞好矿井的防治水工作提供参考。
第三节 水害及防治风险评估工作程序
对该矿井的水害及防治风险评估按以下程序进行:
1．前期准备。明确评价对象、范围与目的,初步了解矿井状况,收集国内相关法律法规、技术标准与评估对象相关的煤矿行业数据资料。
2．现场安全调查。针对该矿井的水文地质特点,对照安全生产法律法规和技术标准的要求,对该矿井的安全管理体系、防治水系统等进行安全调查,并对类比工程进行调查,以获取有关技术资料。
3．危险、有害因素辨识与分析。根据该矿的开拓工艺、开采方式、生产系统和辅助系统、周边环境及水文地质与其它自然条件等特点,识别和分析生产过程中的危险、有害因素。
4．水害危险因素辨识与分析。根据该矿井的安全管理体系、防治水系统及水文地质条件等特点,进行矿井的水害危险因素辨识与分析。
5．风险评估。选择科学、合理、适用的评估方法,对可能引发事故的危险、有害因素进行定性、定量评估,给出引起事故发生的致因因素、影响因素及其危险度,为制定安全对策措施提供科学依据。
6．提出安全对策措施。根据现场安全检查和评估的结果,对违反安全生产法律法规和技术标准的行为、制度、安全管理机构设置和安全管理人员配置,以及不符合安全生产法律法规和技术标准的工艺、场所、设施和设备等,提出安全对策措施;对可能导致重大水灾事故发生或容易导致水灾事故发生的危险因素提出安全技术措施、安全管理措施。
7．作出风险评估结论。列出该矿井水害及防治方面存在的主要危险有害因素与风险程度,作出该矿井水害及防治风险评估评估结论。
8．编制风险评估报告。将风险评估对象、风险评估过程、采用的风险评估方法、获得的风险评估结果、提出的安全对策措施等写入风险评估报告。

第二章 开泰煤矿基本情况
第一节 矿井概况
一、矿井位置
开泰煤矿矿区地理坐标为:东经104°58′21″～104°58′49″、北纬25°25′09″～25°25′49″。矿区位于贵州省普安县南部。普(安)—兴(义)公路从矿区中部穿过,距普安县城约60km,距兴义市约50km。距南昆铁路清水河站约15 km。交通方便。
二、井田范围
开泰煤矿由8个拐点坐标圈定,井田走向长约1.10km,倾斜宽约1.0km,矿区面积1.0383km2,开采深度+1530～+1350m。拐点坐标见表1。
表1 开泰煤矿矿区范围拐点坐标表
拐点编号
拐点坐标(西安80)
X
Y
1
2813591.15
35497712.41
2
2812566.144
35497720.407
3
2812316.142
35497855.407
4
28111891.14
35497935.406
5
2811551.139
35497520.403
6
2811779.143
35497420.403
7
2812216.143
35497170.403
8
2812481.148
35496810.401
矿区面积:1.0383km2 开采深度+1530～+1350m
三、矿井的建设与生产简况
开泰煤矿属资源整合矿井,根据贵州省人民政府文件<省人民政府关于黔西南州兴义市等六县(市)煤矿整合和调整布局方案的批复>(黔府函［ ］201号),开泰煤矿由水利水电开发煤矿、金星煤矿、原开泰煤矿三个生产矿井整合而成,设计生产能力21万t/a,于 开始进行整合建设, 10月验收投产。矿井采用平硐—斜井联合开拓。主斜井安装胶带运输机,担负矿井煤炭运输、行人、线缆敷设和进风任务;副平硐敷设铁轨,担负矿井材料、设备、风管、水管铺设和进风任务;回风斜井担负矿井回风、排水管和瓦斯抽放管敷设任务。矿井通风、供电、运输、通讯、监测监控、压风、供水、排水等系统比较完善。矿区范围内主要可采煤层从上而下依次为17号、18号、19号、26号煤层。当前井下无回采工作面,为确保机械化改造顺利进行,正在对矿井运输、回风和行人系统进行优化布置,当前仅在运输石门布置一个掘进工作面。
第二节 矿井自然条件
一、地质构造
(一)地层
矿区内出露最老地层为二叠系上统龙潭组(P3l),最新地层为第四系(Q)。区内二叠系地层出露不全,仅在矿区南部出露有二叠系上统龙潭组(P3l)、长兴组(P3c)。
1、龙潭组(P3l)
深灰、灰黑色粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、炭质泥岩及煤为矿区主要含煤地层,为一套海陆交互相含煤沉积岩系。岩性由灰层、灰岩组成。具水平层理、波状层理、交错层理,含腕足类、瓣鳃类、介形虫等动物化石,含大羽羊齿、鳞木等植物化石及植物化石碎类、介形虫等动物化石,含大羽羊齿、鳞木等植物化石及植物化石碎片、煤核等。组内连续沉积,含煤13~29层,一般20层左右,可采煤层为17、18、19、26号4层。本组平均厚205~248m,平均222 m。根据岩性及其组合、沉积特征分为上、下二段:
下段(P3l1):B7顶界至铝土岩底界。中上部以粉砂岩、泥质粉砂岩为主,多含植物化石;中部为26号全区可采煤层;下部夹1~4层灰岩,含动物化石,含零星可采的29号煤层。厚度50~96m,平均80m。
上段(P3l2):B7顶界至12号煤顶界。岩性以粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩为主,局部夹细砂岩、灰岩。主要含动物化石,中上部含煤数层,有17、18、19号三层全区可采煤层,其它为零星可采煤层,中下部夹多条煤线,不可采,含植物化石碎片,一般厚度131~157m,平均厚度142m。
2、长兴组(P3c)
含煤地层顶界至12号煤层顶界。岩性以灰色灰岩、浅灰色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩为主,夹钙质泥岩及泥岩,具水平层理、微波状层理,富含腕足类及瓣鳃类等动物化石,含植物化石碎片。含煤1~5层,均不可采。本组地层在地表上常呈一小陡坎,顶部呈一小平台。一般厚度105~148m,平均厚度116m。与下伏地层呈整合接触。
3、三叠系下统(T1)
区内出露不全,仅在矿区北部有三叠系下统飞仙关组(T1f )分布。岩性主要为灰绿色、灰色、紫灰色、灰紫色粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、灰岩等,具波状层理、交错层理,含瓣鳃类及腕足类动物化石。组内连续沉积,与下伏地层呈假整合接触。一般厚度525~630m,平均厚度580m。根据岩性分为五段:
第一、二段(T1f 1+2 ):分布于矿区南中部,主要为灰绿色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及粉砂岩,夹细砂岩、鲕状灰岩及泥质灰岩,含瓣鳃类、舌形贝等动物化石。底部具水平层理及植物化石碎片。一般厚度169~221 m,平均厚度为198m。
第三段(T1f 3 ):分布于矿区北部大片地区,岩性主要为灰紫色、紫灰色泥质粉砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩,夹细砂岩、泥岩。一般厚度137~184 m,平均厚度为155m。
第四段(T1f 4 ):分布于矿区西部小片地区,岩性主要为绿色、灰绿色泥质粉砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩,夹灰色中厚层状灰岩、泥质灰岩,顶底均为一层灰岩。另外,尚夹少量钙质砂岩、粉砂质泥岩及细砂岩。含瓣鳃类动物化石。一般厚度106~160 m,平均厚度为128m。
第五段(T1f 5 ):岩性主要为紫色、灰紫色、灰绿色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩夹粉砂岩、细砂岩,含瓣鳃类动物化石。一般厚度82~110 m,平均厚度为99m。该段未出露。
4、第四系(Q)
零星分布于区内地层地层之上及河沟、低洼处,含煤地层之上较厚。岩性为灰、褐灰、黄灰色粉质土、砂质土、砾石等,一般厚度约0~20m。与下伏地层呈不整合接触。矿区地层情况见表2。

表2 矿区地层表
地 层
代号
厚 度 (m)
主 要 岩 性
第 四 系
Q
0~20
松散砂质土、粉质土、粘土、砾石等。
上三
叠统
飞仙
关组
第四段
T1f4
106~160
灰绿色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩中夹泥质灰岩。
第三段
T1f3
137~184
灰紫色薄层状泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩及细砂岩。
第一、二段
T1f1+2
169~221
灰绿色薄层状粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩中夹灰岩。
上二
叠统
长兴组
P3c
105~148
灰色灰岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂中夹钙质泥岩。
龙潭组
P3l
205~248
黄灰色、深灰色粉砂岩、泥质粉砂岩夹煤层及薄层灰岩。
(二)构造
矿区属兴义煤田,位于扬子准地台黔北台隆六盘水断陷”普安山字型”弧形构造反射西翼的鱼龙向斜与泥堡背斜之间,属鱼龙向斜的南东翼。总体构造形态为一走向北东,倾向北西的单斜构造。
开泰煤矿区位于泥堡勘探区中段南部(10线)附近,地层走向北东,倾向北西,倾角8~30°。地层倾角沿走向变化不大,顺倾向浅部为15°左右,深部为8°左右。区内地表未发现次一级褶曲及较大断层,只在井下遇见少量小断层。区内总体构造复杂程度类型属简单。
二、煤层特征
区内主要含煤地层为二叠系上统龙潭组(P3l),岩性为灰、浅灰、灰黑色薄—中厚层状细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、炭质泥岩,灰岩及煤层等,含煤13~29层,可采煤层4层,其它为零星可采或不可采煤层。
1、17煤层
位于龙潭组上段顶部,煤层采用厚度变化不大,是本区主要可采煤层。
煤层厚2.65～4.99m,平均3.20m。该煤层含夹石0~1层,煤层上部的一层夹石较稳定,单层厚度0.05~0.57m,为炭质泥岩;下部夹石不稳定,单层厚度0.05~0.21m,主要为泥岩。煤层厚度变化主要与基底起伏有关。较厚的煤层出现在原先地势的低处,较薄的煤层则出现在高处。由于植物遗体都首先在低洼处堆积,随着泥炭层的不断堆积加厚而逐渐连成一片。
2、18煤层
位于龙潭组上段上部。煤层采用厚度有一定变化,为全区可采煤层,煤层厚0.80~2.25m,平均1.30m。该煤层一般含一层夹石,单层厚度0.09~0.30m,主要为泥岩。
3、19煤层
位于龙潭组上段上部,煤层厚度变化不大。为全区可采煤层,煤层厚1.50~3.06m,平均2.00m。 该煤层一般含夹石0~1层,单层厚度0.06~0.76m,主要为炭质泥岩。顶部0.10~0.40m为含根泥岩。
4、26煤层
位于龙潭组下段中部。煤层厚度有一定变化。为大部可采煤层,煤层厚0.62~5.63m,平均2.38m。该煤层一般0~1层夹石,不稳定,单层厚度0.10~0.42m,为炭质泥岩、含炭泥岩。埋藏较深。
综上所述,由于矿区内主要可采煤层均为较稳定型煤层,因此区内煤层稳定类型属较稳定型。可采煤层特征见表3。
表3 可采煤层特征表
煤层
编号
煤层厚度
(m)
煤层倾角
(°)
夹 石
层 数
对比
可靠
程度
可采
程度
稳 定
程 度
煤层间距
(m)
极 值
均 值
极 值
均 值
极 值
一 般
极 值
均 值
17
2.65－4.99
3.20
8－25
12
0－3
0－1
可靠
全区
稳定
8.40－14.79
12.88
18
0.80－2.25
1.30
8－25
12
0－2
0－1
可靠
全区
较稳定
9.47－32.08
18.40
19
1.50－3.06
2.00
8－25
12
0－3
0－1
可靠
全区
稳定
114.10－142.60
124.35
26
0.62－5.63
2.38
8－25
12
0－5
0－3
可靠
大部
较稳定
三、水文地质条件与类型
本区属云贵高原与广西丘陵盆地过渡带的中高山地形,地势总体为西北部高,东南部低,山体多与构造线一致。北东向延伸的主要山脊属珠江水系支流北盘江与南盘江之分水岭。在碳酸盐岩区发育岩溶地貌,非可溶岩区发育河谷地貌。枯水期为12月至次年3月,洪水期为6~10月,最高洪水位高于平常河水面1~7m左右。河水流量变化与降雨量变化一致。本区主要河流为南盘江水系的楼下河与北盘江水系的南冲河,其流量分别为15660l/s(1996.7.10,热水塘)、497.71 l/s (1988.7.15,潘家庄附近)。
该区由可溶性碳酸盐岩组成的关岭组、永宁镇组、茅口组及飞仙关组部分层段一般有暗河或特大岩溶泉出露。各地层中水质主要为HCO3－Ca2型,部分地带SO42－含量略高。煤矿一般属以大气降雨为主要补给水源的裂隙含水层直接充水矿床,矿井涌水量变化与降雨量变化初步一致。
本区处于鱼龙向斜南东翼,属地下水、地表水补给区。山势总体为东北部高,西南部低。地层中灰岩有越靠近向斜轴,岩溶越发育现象。
1、地层富水性
(1)二叠系中统茅口组(P2m)—强含水层。
矿区内未有出露,根据区域水文地质资料该组厚度约340m-870 m。地貌上多为溶丘—洼地,发育宽大溶隙、落水洞和溶洞,特别落水洞较多,深浅不一,深者可达百余米,形状为竖井状、锥状、管状及不规则状。该组基岩裸露区面积大,吸收大气降水能力强,为该层地下水的强补给区,地下水竖向径流强烈,径流深度大,矿区内地表泉点少见,地下水在河谷地带排泄。据区域水文地质资料,该组地下水一般为PH值中性、低矿化度的HCO3—Ca或HCO3.SO4—Ca型水。
从区域看, 在老鬼山背斜的楼下河,该组有流量为2.95-18.5l/s的温泉出露, 标高约为1125m,水温高达44.50℃,一般为21-38℃,水质为HCO3－Ca型, 有时为SO4·HCO3－Ca型,矿化度为0.185-0.282 g/l。该组富水性为强至极强,含水不均匀。
(2)峨嵋山玄武岩组 (P3β)—弱含水层
矿区内未有出露,根据区域水文地质资料该组厚度约200m~740m。岩性主要为灰绿色玄武岩、拉斑玄武岩、火山角砾岩。
该组出露地段地形较陡接受降雨补给条件差。根据泥堡勘探区内揭穿该段的钻孔资料显示,区内该组地层的钻孔未发现有涌漏水现象。该组含水性弱。
(3)二叠系上统龙潭组(P3l)—弱含水层。
该组地层呈条带状出露于矿区及外围,岩性以细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩等碎屑岩为主,夹数层煤及灰岩,地层平均厚度223m。
该组地层由于以碎屑岩为主,岩石含泥质成分多,因而岩石普遍抗风化能力弱,露头区有较厚的强—中风化带,易渗入大量大气降水,含浅层风化裂隙潜水,越往深部,岩石裂隙发育程度减弱,岩石含水性相应降低,仅含微弱基岩风化裂隙水和构造裂隙水,该组为一弱含水层。水质为SO4－Ca·Mg 型有时为HCO3·SO4－Ca型,矿化度为0.095~1.608 g/l,PH值为3.3, 具腐蚀性。
(4)二叠系上统长兴组(P3c)—中等含水层
该组呈条带状出露于矿区,岩性以燧石灰岩、泥质粉砂岩为主,厚度105-148m,平均116m。露头区灰岩遭受风化作用和岩溶作用较强烈,岩溶裂隙发育,含较丰富的岩溶裂隙水,为区内中等含水层。水质为HCO3－Ca型, 矿化度为0.052-0.27 g/l。
(5)三叠系下统飞仙关组第一、二段(T1f1+2)—弱含水层(隔水层)
由灰绿色、灰黄色薄层状粉砂岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩组成。厚度169~221 m,平均为198m。
根据泥堡勘探区内揭穿该段的钻孔资料显示,钻孔均未发现有异常涌、漏现象。总体上该组地层仅含少量风化、构造裂隙水,其透水性、含水性微弱,可视为一弱含水层(隔水层)。水质为HCO3－Ca型,矿化度为0.067~0.102 g/l。
(6)三叠系下统飞仙关组第三段(T1f3)—弱含水层(隔水层)
岩性主要为灰紫色、紫灰色泥质粉砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩,夹细砂岩、泥岩。厚度137~184 m,平均为155m。
根据泥堡勘探区内揭穿该段的钻孔资料显示,钻孔均未发现有异常涌、漏现象。该段浅部含风化裂隙水。可视为一弱含水层(隔水层)。水质为HCO3－Ca·K+Na型,矿化度为0.062 g/l。
根据泥堡勘探区内揭穿该段的钻孔资料显示,该段中夹的灰岩层大部分有溶隙水。水质为HCO3－Ca型, 矿化度为0.068-0.18 g/l。富水性中等。
(7)三叠系统飞仙关组第四段(T1f4)—中等含水层
岩性主要为绿色、灰绿色泥质粉砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩,夹灰色中厚层状灰岩、泥质灰岩,顶底均为一层灰岩。厚度106~160 m,平均为128m。
根据泥普勘探区内揭穿该段的钻孔资料显示,该段中夹的灰岩层大部分有溶隙水。水质为HCO3－Ca型, 矿化度为0.068~0.18 g/l。富水性中等。
(8)第四系(Q) )—弱含水层
出露于矿区南部,面积小。主要由松散的崩塌物、坡积物、沟谷冲积物、粘土等组成,厚度0~20m。
调查中发现泉点很少,流量也小,总体上该层为一弱含水层。水质为HCO3—Ca型,局部SO42－含量增高,矿化度为0.073-0.351 g/l。
2、断层带水文地质特征
矿区地表未发现较大断层。根据泥堡勘探区地质资料及实地调查,内区及外围断层或破碎带在碎屑岩地层中含水性弱,导水性差。
由于矿区内无大落差断层,一般不会造成强含水层与煤层拉近或对接而造成矿井突水,发育于以塑性岩石为主的含煤地层中的多数小断层仅具有微弱的含水、导水性能,对矿井充水影响小。可是当井巷穿越地下浅部发育的小断层时,由于周围岩层的风化节理裂隙较发育,有利于大气降水的入渗,井巷可能发生渗水、淋水和涌水现象。
3、矿井涌水通道
根据涌水途径的类型和地下水的水力学特征,本矿有如下几种涌水通道:
(1)岩层的孔隙:这种通道多存在于疏松未胶结成岩的岩石中。其透水性能取决于孔隙的大小和连通情况,而不取决于孔隙度。岩层的孔隙度大,连通程度好,则巷道穿过时,涌水量大,否则涌水量就小。
(2)岩层的裂隙:岩层的风化裂隙或成岩裂隙、构造裂隙都能构成矿井涌水通道。对矿井涌水量有普遍而严重威胁的是构造裂隙(断裂),其中包括各种节理、断层和巨大的破碎带。在开采过程中,当采掘工作面和它们相遇或接近时,与它有关的水源则会经过它们导入井下,造成突水。
(3)岩层的溶隙:岩溶能够从细小的溶孔直到巨大的溶洞,能够是彼此连通也能够形成单独的管道或似格架状岩溶体。其中可赋存大量的水或沟通其它水源,当巷道接近或揭露它们时易造灾害性冲溃。矿井总涌水量随主要巷道的增长和开拓面积的增大而有规律的增大。
(4)人工作用对矿井涌水条件的影响:矿井采空区内积水的静水压力与矿区压力综合作用,使煤岩层局部产生裂隙,形成涌水通道。采煤层采空后,矿区压力对采空区上部岩层造成破坏,从而打破井下岩层的原始平衡,局部产生裂隙,形成涌水通道。
4、充水因素分析
(1)充水水源
①地表冲沟水
冲沟水沿途接受泉水及煤窑水补给,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、脉状裂隙密集,它们与煤层风化、氧化带直接接触,将来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。
②第四系孔隙水
矿区内覆盖的第四系,含水性弱,加之厚度不大,分布不广,蓄水量有限,对煤矿开采影响小。
③茅口组强含水层
主要岩性为灰岩、燧石灰岩,灰色、深灰色,泥晶粉屑结构,中厚层状,波状层理,富水性总体强,含水量相对会较大。
④小煤矿、老窑采空区积水
小煤矿、老窑内存在着一定的积水,是浅部矿井开采的重要充水因素,在开采浅部煤层时,采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
①岩石天然节理裂隙
矿区内的吴家坪组含煤地层在接近地表附近,岩石风化节理、裂隙很发育,而深部则发育成岩或构造节理、裂隙,特别是内部菱铁质细砂岩等脆性岩石更为发育,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。
②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。
③断层破碎带
矿区虽无大落差断层,但也发育小落差断层,这些断层破坏了地层的完整性、连续性,降低了岩石的力学强度,塑性岩石中断层破碎带含水性和导水性不强,刚性岩石中断层破碎带有一定含水性和导水性,可能连通含煤地层上部的中强含水层或地表水,加之未来矿床开采中,人工采矿裂隙大量出现,改变了断层带附近应力场和地下水的天然流场,地表水、地下水更可能沿断裂带进入矿井。
④小煤矿和老窑采空区
矿区内小煤矿和老窑,其废弃采面或巷道会成为老窑水、采空区积水、部分地表水进入矿井的通道。
(3)充水方式
由于矿井直接充水含水层露头分布不广,接受大气降水补给不强,为中等～弱含水层,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、老窑巷道、岩溶管道导水,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。
煤层赋存于较厚的隔水层中。强含水层如永宁镇组、茅口组等对煤矿开采可能不会产生重大影响。未发现断层或破碎带形成强含水带或构成矿床充水通道。
5、水文地质类型
据小煤矿调查资料,小煤矿充水部位在浅部风化带,水量为数天一次以15~40m3/h的排水量抽排数小时到十多小时。据现有资料分析,本矿床充水水源主要为大气降水、覆盖在煤层之上的第四系松散物或滑坡中的裂隙水、孔隙水、含煤地层的风化裂隙水及其间夹的灰岩层溶隙水、小煤矿积水及部分河、沟水。
本矿床应属—裂隙充水矿床,本区水文地质条件应属中等。
6、矿井涌水量
根据开泰煤矿当前开采情况,掘进巷道煤层顶板局部有少量滴水现象,17煤层采掘回风平巷煤层顶板有滴水现象,雨季增大,用水泵间隙排出。老窑采空区有积水,因老窑及采空区无通风等原因无法进入,收集到资料为正常涌水量30m3/d,最大涌水量正常50m3/d。
根据该矿提供的现状开采条件涌水量实测资料,采用比拟法进行估算未开采区域的矿井涌水量:
Q=F×KF
式中:
Q—预测矿井涌水量(m3/d)
F—矿区开采面积(m2)
KF—单位面积含水率(m3/m2)
本矿已开采采空区面积181000m2,由此得
KF正常为0.0001657m3/m2
KF最大为0.0002762m3/m2
根据上述公式预测矿井开采最低标高时的矿井涌水量如下:
Q正常= F×KF正常=1048900×0.0001657=173.8 m3/d=7.24 m3/h
Q最大= F×KF最大=1048900×0.0002762=289.7 m3/d=12.07 m3/h
本次设计考虑到矿井生产规模扩大及对上部采空区的放水工作,故设计取正常涌水量40m3/h,最大涌水量正常90m3/h进行水泵选型计算。
矿井在建设生产中注意收集有关水文地质资料,对矿井的充水因素,补给条件、涌水量进行分析和测定,以便为矿井的生产提供指导,达到安全生产的目的。矿井在生产过程中必须加强探放水的措施,坚持”预测预报、有掘必探、先探后掘、先探后采”的原则。
7、供水水源
矿区水流平常清澈,水质较好。
四、矿井开采情况
1、矿井开采范围
因17、18号煤层基本采空,当前主要在19号煤层布置采掘工作面。
2、与临近矿井关系
矿井东部有安利来煤矿、西部有福安煤矿、北部为未开采的泥堡井田、南部为煤层露头,无矿井。
3、老窑及采空区情况
老窑多沿煤层露头开采,开采深度50～100m不等。
现矿区范围内17号煤层已只剩下下部两个区段,18号煤层+1460m标高往上基本已采空,19号煤层+1388m标高往上基本已采空。
4、井巷维修及报废情况
每月根据生产计划相应编排井巷维修计划,重点对底鼓比较严重的运输石门和暗斜井进行维修,确保满足通风、行人和提升运输安全。对已经回采结束的工作面按规定进行密闭。
第三节 矿井主要生产系统
一、开拓与开采系统
开泰煤矿采用平硐-斜井综合开拓方式,布置有主斜井、回风斜井及副平硐三条井筒,全矿井划分为一个水平二个采区开采,上煤组17号、18号、19号煤层划分为一采区,下煤组26号煤层划分为二采区。
主斜井布置在19号煤层底板岩石中,井口标高+1485m,井底标高+1388m,方位角162°,坡度12°,全长约464m,井筒掘进断面为9.5m2,净断面为8.7m2;主斜井在+1388m标高,经过运输石门至18号煤层,然后沿18号煤层布置18煤运输下山,至+1352m标高后落平,经过运输石门到达17号煤层。
副平硐从19号煤层底板岩石中,硐口标高+1485m,方位角140°,坡度3‰°,长约178m,井筒掘进断面为6.2m2,净断面为5.6m2;在副平硐178m位置沿18号煤层底板岩石中布置暗斜井上部车场、绞车房及上平台,变坡后沿18号煤层底板岩层,按12°布置暗斜井至+1390m标高后落平,经过轨道石门至17号煤后沿17号煤往下布置17号煤材料下山至+1352.3m标高,布置采区下部车场与17号煤运输石门及17号煤运输下山沟通,在17号煤材料下山与运输石门之间布置采区下部水仓及泵房,形成系统。
回风斜井在19号煤层岩石中,井口标高+1485m,井底标高+1389m,方位角165°,12°倾角,斜长约466m,井筒掘进断面为8.2m2,净断面为7.5m2。回风斜井在+1389m标高后,经过回风石门至17号煤层,然后沿17号煤层布置17煤回风下山;在主斜井和回风斜井下部布置水仓,在运输石门与回风石门之间布置机电硐室和消防材料库。
二、通风与安全监控系统
矿井采用中央并列抽出式通风,主斜井和副平硐进风,回风斜井回风。回风井安装有2台主要通风机,其中:1台型号为FBCDZ-6-№16型(电机功率2×75kW,风量为1320～3960 m3/min,风压为600～2100 Pa);另1台型号为BDK65-6-№19型(电机功率2×90 kW,风量为1980～6840 m3/min,风压为850～2200Pa)。
该矿井安装了一套KJ90N煤矿安全监控系统。地面中心站配备2台主机、1台UPS电源、1台交流稳压器、1台打印机、1台电话交换机。井上下共设9个监控分站。该安全监控系统安装有甲烷、温度、负压、风速、水位、设备开停、风筒风量开关、风门开关等传感器,对井下各地点进行实时监测监控。
三、防尘、防灭火系统
该矿井建立有较完善的防尘、消防供水管网,地面建有一座防尘、消防水池,容量为200m3。地面工业场地的防尘、消防供水管路为DN100钢管,各重要场所均安设消防栓,地面煤场安设喷雾装置。井下的防尘、消防供水主管路为DN100钢管,从副斜井敷设,采区巷道内敷设的防尘、消防供水支管为DN50钢管。
四、防治水系统
(一)矿井涌水情况
矿井设计正常涌水量为40m3/h,最大涌水量为90m3/h。
(二)矿井排水系统
1．中央泵房及其系统
该矿井在+1388m水平设置中央泵房,安装150D-30×5型多级离心水泵2台,DF280-43×3型多级离心泵2台,其中1台工作,2台备用,1台检修;沿回风斜井井筒敷设3趟互相联通的排水管路直通地面,其中一趟为Φ209mm,另两趟为Φ159mm,长度均为476m,排水高度为97m。主要水仓设主、副水仓,水仓总容量为448m³。主泵房形成独立的通风系统,有两个安全出口,其中1个通往运输大巷,另一个连通总回风巷,高差约7m。主泵房地面标高高出+1388m运输石门0.5m。通往运输大巷的两个安全出口通道内均安设有既能防火又能防水的密闭门。
2．其它排水点其排水系统
在采区最低处设有下部水仓,安装DF155-67×4型多级离心水泵4台,其中1台工作,3台备用,1台检修;沿总回风巷敷设2趟直径排水管路直通地面排。
采掘工作面涌水经过排水沟或建临时水仓蓄水由潜水泵向下部水仓或中央水仓排水。
(三)隔水煤柱
为安全开采,该矿井对井田范围内与邻近矿井的各主要积水区留设了防水煤柱,各种煤柱尺寸见表4。
表4 各种煤(岩)柱尺寸表(单位:m)
名 称
数 量(m)
井田边界煤柱
20
导水钻孔防水煤柱
20
水淹区或老窑积水区掘进隔离煤柱
30
水淹区或老窑积水区下采煤隔离煤柱
20
煤层露头防水煤柱
30
井筒及大巷而留设的煤柱(m)
20
(四)探放水
该矿井配备有2台ZDY-750型探水钻机,并坚持”预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的探放水方针,采取”探、防、堵、疏、排、截”等综合防治措施,认真开展矿井的探放水工作。
五、提升运输系统
1.副平硐采用蓄电池电机车运输,暗斜井采用JTKB-1×0.8绞车,完成全矿的设备、材料等提升和下放任务。
2.主斜井安装DTL80/40/2×75型带式输送机,带宽为800mm,带速2.0m/s,配套电机功率2×75KW。
六、压风系统
1.供气方式
该矿按煤与瓦斯突出矿井进行设计,为保证安全,采用在地面建空压机站集中向井下供风的供风方式,同时还可实现压风自救。本矿设立地面压风系统,在采煤工作面、巷道施工过程中一方面作为风动工具的动力用,另一方面作为发生灾害时向井下输送新鲜空气用。
2.空气压缩机设备型号、数量、主要技术参数、设置地点
该矿在地面副井口附近50m处建有两台螺杆式空气压缩机房,主机型号VLG185M-8、功率185KW、容积流量为32.5m3/min、压力0.7/0.8MPa;备机型号LG110G-8、功率110KW、容积流量为20m3/min、压力0.7/0.8MPa。
七、供电与通信系统
(一)地面供配电
矿井采用来自不同母线两回路10kV电源直接供电,I回路为泥堡变电站开泰煤矿专线,II回路为楼泥