防隔水煤柱设计.doc

山西和顺正邦煤业有限公司
防隔水煤柱设计
一、矿井概况
山西和顺正邦煤业有限公司位于和顺县城西南约1.5km的义兴镇黄狮垴村至串村一带，行政区划隶属于和顺县义兴镇管辖。其地理坐标为：东经 113°31′37″-113°33′07″，北纬37°19′13″-37°21′25″。
井田位于太行山中段西侧，属中山侵蚀区，基岩裸露，沟谷纵横发育，切割剧烈。区内基岩大面积裸露，少部分被黄土及冲积物所覆盖，冲沟发育。井田内地势总体为北西高、南东低，最高点在井田中部偏西的摩天垴山顶上，标高1547.9m，最低点在井田北部的清漳东源的河床中，标高1264.9m，最大相对高差为283.0m。地形坡度一般在30°～45°之间。
二．水文地质条件
1、河流水系
本井田属海河流域漳河水系，清漳河支流。井田北部为清漳河东源，以西又称张翼河，俗称北河，清漳河发源于昔阳县少山大龟谷。据蔡家庄水文站资料：清漳河东源流量平均为1.55m3/s，最大流量为694m3/s。
此外，井田内还发育一些走向北东-北西向的冲沟，平时干涸无水，仅雨季有短暂洪水通过。
2、气象
和顺县地处高寒山区，气温比同纬度太原盆地区域偏低较多，属北暖温带大陆性季风气候。其气候特点是春季干旱多风，夏季温和多雨，秋季气候凉爽，冬季寒冷少雪，全年夏短冬长。根据和顺县气象站2001-2011年观测资料，主要气象要素特征如下：
降水量：多年平均降水量为537.5mm，2002年最大为697.7mm，2004年最小为429.4mm，降水量年内差异悬殊，主要集中在7、8、9三个月，占年总降水量的60%。日最大降水量163.8mm，每小时最大降水量45.8mm，10分钟最大降水量24.3mm。
（四）井田含水层
1、碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩层
由奥陶系中统的深灰色厚层状石灰岩、角砾状石灰岩、薄层泥灰岩及白云岩和石膏等组成。裂隙岩溶主要发育于上马家沟组二段下部及其以下的灰岩之中，富水性较强，为区域主要岩溶含水层。含水层的补给来源以南部区域岩溶水的侧向补给为主，次为东南部奥灰岩浅埋地段的上部地下水、地表水等沿断层或岩石裂隙的垂向渗透补给。
揭露峰峰组厚度224.90m，上马家沟组厚度290.50m，下马家沟组厚度118.90m。经抽水试验，静止水位埋深610.00m，水位降深60.00m，出水量为18.44m3/h（合442.56m3/d），水位标高731.329m。经水质检测，水化学类型为SO4·HCO3-Ca·Mg型，PH值7.41，矿化度1.0608g/L，总硬度873.2mg/L。
2、碎屑岩类碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩层
本含水层组自下而上由K2、K3、K4三层灰岩组成。三层灰岩位于15号煤以上15m至50m以内。K2灰岩层位稳定，厚4.30-6.00m，平均5.35m，灰岩质不纯，夹有燧石，常被泥质岩分隔成2-3层；K3灰岩层位也稳定，厚4.30-5.40m，平均4.02m，质较纯，含泥质及大量海百合茎及腕足类动物化石；K4灰岩层位不稳定，厚1.81-4.70m，平均2.23m，质不纯，泥质含量高。本组岩溶浅部较深部明显发育，主要是溶孔、溶隙。
据有关资料得知：水位埋深87.54m,水位标高1384.27m,单位涌水量为0.000337L/s.m，渗透系数为0.00146m/d，含水层富水性弱。水质化学类型为HCO3+Cl—(Ga+Mg)型，PH值为8.77，总硬度为1.5066德国度。根据位于井田西南侧的南窑煤矿1993年精查勘探时对302号水文孔的太原组进行了抽水试验，试验结果表明，水量微弱，基本为干孔，水位埋深177.67m。
3、碎屑岩类砂岩裂隙含水岩层
1)二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层
本组含数层砂岩，其中K7为基底，亦为6号煤间接底板，厚1.00-6.40m，平均3.53m，中细粒，中粒占70%。该组砂岩内岩性致密，裂隙不发育，钻进时的水文地质动态基本无异常显示，其富水规律南部浅埋区强于北部深埋区；据当地泉涌水量调查，一般小于1L/s，含水性弱，水化学类型为重碳酸盐钙型或重碳酸盐钙、镁型。
三、井田隔水层
井田内各含水层之间都有良好的隔水层，当其完整性，连续性未被破坏时，完全可以隔离上下含水层之间的水力联系。区内各含水层之间基本上都有隔水层相间，但主要的有以下三层：
1、二叠系上、下石盒子组泥岩隔水层
二叠系上、下石盒子组地层为一套泥岩和砂岩交互沉积地层，泥岩沉积厚度大，且连续稳定，钻孔钻进过程中水位不变化泥浆消耗不大。是基岩风化裂隙含水层以及地表水与煤系地层之间较好的隔水层。
2、15号煤层底板至本溪组顶面之间的隔水层
位于太原组底部15号煤层之下的泥岩和砂质泥岩等也为井田主要隔水层，厚度约18m左右，质地致密，发育普遍，隔水性较好，与下部的本溪组泥质岩类一起组成了阻挡奥灰水的天然屏障。
3、本溪组地层泥岩隔水层
平均厚17.35m，岩性为砂质泥岩、泥岩、鲕状铝土泥岩及不稳定的石灰岩，岩性致密，裂隙不发育，钻进时水文动态无变化，可视为上、下含水层之隔水层。
此外，相间于各灰岩、砂岩含水层之间厚度不等的泥岩、砂质泥岩、也可起到层间隔水作用。
四、周边煤矿小窑及水患分析
山西和顺百利煤业有限公司（原和顺县西沟联营煤矿二坑）（关闭）
为兼并重组关闭矿井。山西和顺百利煤业有限公司前身为和顺县义兴镇西沟联营煤矿二坑，2009年11月根据山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室文件晋煤重组办发[2009]63号“关于晋中市和顺县煤矿企业兼并重组整合方案（部分）的批复”，做为整合关闭矿井被山西和顺正邦煤业有限公司兼并重组。
该矿2006年11月由山西省国土资源厅颁发的1400000622705号采矿许可证，批准开采15号煤层，井田面积1.314km2。
该矿大部分已采空，我矿与山西和顺百利煤业有限公司未采边界留设40m的防隔水煤柱。
三、 矿井充水因素分析及水害防治措施
（一）地表水对矿井充水影响
井田内井口所在位置的最高洪水位线均远低于各井口标高，因此井田内井口一般不会到受洪水灌井的威胁。
根据导水裂隙带高度计算公式：
1、
式中：∑M-累计采厚
15号煤层导水裂隙带高度为：120m。
上述计算结果可知，井田南部煤层开采后导水裂隙带高度达到了地表。因此，雨季井田东部地表水将会沿裂隙渗入井下工作面，增大矿井涌水量。所以必须加强地表踏勘工作，发现地表裂隙或塌陷，及时填埋，防治水害发生。同时要对井口和工业广场等进行排水，清理渠道淤泥和其它堆积物，保证排水畅通，防患于未然。
（二）构造对煤层矿井充水影响
受区域构造的控制，井田为一单斜构造，开采过程中发现F2断层及6个陷落柱等构造。揭露构造的导水性较差。
（三）采空区积水对矿井充水性影响
该矿井充水的主要因素为其顶板以上灰岩裂隙含水层沿顶板裂隙及塌陷裂隙向巷道的渗透。井田内有南部采空区。（具体位置详见15号煤层矿井充水性图）
（四）地下水对矿井充水影响
井田内开采15煤层底板标高最低850m。据《水文地质划分报告》得知，井田内奥陶系岩溶水水位标高为680～708m，岩溶水径流由南向北方向运移，井田内15号煤层高于奥灰岩溶水水位，（见15号煤层矿井充水性图）。
（五）矿井涌水量预测
根据我矿近几年来的采掘活动，我矿正常涌水量为70m³/h，最大涌水量为90m³/h。
二、防隔水煤（岩）柱的留设设计
根据煤矿防治水规定中第二章第四节“防隔水煤（岩）柱的留设”规定及附录三“防隔水煤（岩）柱的尺寸要求”，具体对我矿的防隔水煤岩柱留设设计如下：
1、《煤矿防治水规定》第五十一条规定：相邻矿井的分界处，应当留防隔水煤（岩）柱。矿井以断层分界的，应当在断层两侧留有防隔水煤（岩）柱。
根据《煤矿防治水规定》附录三第八条第一点规定：水文地质简单型到中等型的矿井，可采用垂直法留设，但总宽度不得小于40m。
我矿15#煤层水文地质属中等型，矿井边界没有断层，因此采用垂直法留设，设计井田边界留设20m的防水煤柱，但相邻矿井之间的井田边界煤（岩）总宽度不得小于40m。
2、《煤矿防治水规定》第五十二条规定：受水害威胁的矿井，有下列情况之一的，应当留设防隔水煤（岩）柱：
（一）煤层露头风化带；
我矿的煤层露头区域已经采空，现在和今后的采掘活动不会涉及到煤层露头风化带，因此不需要对此进行设计。
（二）在地表水体、含水冲积层下和水淹区邻近地带；
矿区内不存在地表水体及含水冲积层，此二项不进行设计。根据附录三第五条第二项规定：本矿井无水淹区，老空积水区的界限已基本查明，防隔水煤柱的尺寸应按含水或导水断层的防隔水煤（岩）柱的留设方法进行留设。《防治水规定》附录第二条规定：含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设（图3-2）可参照下列经验公式计算：

≥20 m

式中 L--煤柱留设的宽度，m；
K--安全系数，一般取2-5； 本设计取2
M--煤层厚度或采高，m； 本矿煤层厚度5.5米
p--水头压力，MPa； 设计取0.5
Kp--煤的抗拉强度，MPa。 设计取0.6
计算结果约等于9.6米，不得低于20米，设计防隔水煤（岩）柱为20米。
（三）与富水性强的含水层间存在水力联系的断层、裂隙带或者强导水断层接触的煤层；
根据地质报告及实际采掘情况，我矿没有与富水性强的含水层间存在水力联系的断层，因此本次不进行设计，将来如发现断层要及时进行补充设计。
（四）老窑和采空区煤柱的留设；
根据防隔水（煤）岩柱设计进行设计，设计防隔水煤（岩）柱为20米。
本次设计仅针对我矿15号煤层防隔水煤（岩）柱进行了设计，在矿井生产过程中，严禁在各种防隔水煤柱中进行采掘，严禁破坏各种防隔水煤（岩）柱。

山西和顺正邦煤业有限公司
防 隔 水 煤 柱 设 计

编 制： 王 宁

审 核：

地测部长：

地测副总：

总 工：

二O一四年