某矿业有限责任公司矿水文地质专项培训教材.docx
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1、开滦（集团）蔚州矿业有限责任公司崔家寨矿水文地质专项培训教案地测科2018年4月第1章 矿井水文地质基础知识第1节 法律法规及基本要求 为加强煤矿的防治水工作，防止和减少水害事故，保障煤矿职工生命安全，根据安全生产法、矿山安全法、国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定等法律、行政法规，国家煤矿安全监察局制定了煤矿防治水规定，并于2009年12月1日起施行。2016年1月1日河北煤矿安全监察局、河北省安全生产监督管理局联合发行了河北省煤矿防治水管理办法，本办法适用于河北省境内煤矿企业、矿井及为煤矿提供服务的地质勘探、设计、施工、监理、科研院所等单位的防治水工作。 防治水工作应当坚持“预测预报、
2、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，采取“防、堵、疏、排、截”的综合治理措施。煤矿企业、矿井的主要负责人（含法定代表人、实际控制人，下同）是本单位防治水工作的第一责任人，总工程师（技术负责人，下同）具体负责防治水的技术管理工作。煤矿企业、矿井应当按照本单位的水害情况，配备满足工作需要的防治水专业技术人员，配齐专用探放水设备，建立专门的探放水作业队伍。水文地质条件复杂、极复杂的煤矿企业、矿井，除符合上述规定外，还应当设立专门的防治水机构。煤矿企业、矿井应当建立健全水害防治岗位责任制、水害防治技术管理制度、水害预测预报制度和水害隐患排查治理制度。煤矿企业、矿井应当编制本单位的防治水中长期规划和年
3、度计划，并组织实施。第2节 水文地质类型划分根据矿井受采掘破坏或者影响的含水层及水体、矿井及周边老空水分布状况、矿井涌水量或者突水量分布规律、矿井开采受水害影响程度以及防治水工作难易程度，矿井水文地质类型划分为简单、中等、复杂、极复杂等4种（见表1-1）。表1-1 矿井水文地质类型分类依据 类 别简单中等复杂极复杂受采掘破坏或影响的含水层及水体含水层性质及补给条件受采掘破坏或影响的孔隙、裂隙、岩溶含水层，补给条件差，补给来源少或极少受采掘破坏或影响的孔隙、裂隙、岩溶含水层，补给条件一般，有一定的补给水源受采掘破坏或影响的主要是岩溶含水层、厚层砂砾石含水层、老空水、地表水，其补给条件好，补给水源
4、充沛受采掘破坏或影响的是岩溶含水层、老空水、地表水，其补给条件很好，补给来源极其充沛，地表泄水条件差单位涌水量q（L·s-1·m-1）q0.10.1q1.01.0q5.0q5.0矿井及周边老空水分布状况无老空积水存在少量老空积水，位置、范围、积水量清楚存在少量老空积水，位置、范围、积水量不清楚存在大量老空积水，位置、范围、积水量不清楚矿井涌水量（m3·h-1）正常Q1最大Q2Q1180（西北地区Q190）Q2300（西北地区Q2210）180Q1600（西北地区90Q1180）300Q21 200（西北地区210Q2600）600Q12 100（西北地区180Q1
5、1 200）1 200Q23 000（西北地区600Q22 100）Q12 100（西北地区Q11 200）Q23 000（西北地区Q22 100）突水量Q3（m3·h-1）无Q3600600Q31 800Q31 800开采受水害影响程度采掘工程不受水害影响矿井偶有突水，采掘工程受水害影响，但不威胁矿井安全矿井时有突水，采掘工程、矿井安全受水害威胁矿井突水频繁，采掘工程、矿井安全受水害严重威胁防治水工作难易程度防治水工作简单防治水工作简单或易于进行防治水工程量较大，难度较高防治水工程量大，难度高注：1.单位涌水量以井田主要充水含水层中有代表性的为准。2.在单位涌水量q，矿井涌水量Q1
6、、Q2和矿井突水量Q3中，以最大值作为分类依据。3.同一井田煤层较多，且水文地质条件变化较大时，应当分煤层进行矿井水文地质类型划分。4.按分类依据就高不就低的原则，确定矿井水文地质类型。矿井应当对本单位的水文地质情况进行研究，编制矿井水文地质类型划分报告，并确定本单位的矿井水文地质类型。矿井水文地质类型划分报告，由煤矿企业总工程师负责组织审定。矿井水文地质类型划分报告，应当包括下列主要内容：（一）矿井所在位置、范围及四邻关系，自然地理等情况；（二）以往地质和水文地质工作评述；（三）井田水文地质条件及含水层和隔水层分布规律和特征；（四）矿井充水因素分析，井田及周边老空区分布状况；（五）矿井涌水量
7、的构成分析，主要突水点位置、突水量及处理情况；（六）对矿井开采受水害影响程度和防治水工作难易程度评价；（七）矿井水文地质类型划分及防治水工作建议。矿井水文地质类型应当每3年进行重新确定。当发生重大突水事故后，矿井应当在1年内重新确定本单位的水文地质类型。重大突水事故，是指突水量首次达到300m3/h以上或者造成死亡3人以上的突水事故。崔家寨矿“7.29”事故发生后，矿井水文地质类型进行了重新划分。由于矿井周边范围内存在少量小煤窑老空积水，位置、范围不清楚。经蔚州公司批复，确定矿井水文地质类型为复杂型。第三节 透水征兆及特点在各种煤矿灾害中，煤矿水害是仅次于瓦斯的重大地质灾害，因此煤矿工人和井下
8、其它作业人员必须具备煤矿防治水方面的基本知识，这些知识包括矿井水的来源，煤矿常见的水灾，发生矿井水灾的原因，井下突水的征兆，各种突水的特征，突水时怎么避灾等。这其中关于突水的征兆和关于发生突水时自救和互救的知识是必须掌握的。煤矿采掘工作面或其它地点发生透水前都有一定征兆，归纳起来有以下几种。 1、挂红。因井下水中含有铁的氧化物，在水压作用下，通过煤（岩）裂隙时，附着在裂隙表面，出现暗红色水锈。 2、挂汗。当采掘工作面接近积水区时，水在自身压力作用下，通过煤（岩）裂隙而在煤岩壁上凝结成许多水珠；但空气中的水分遇到低温煤块也会挂汗。所以遇到挂汗时需辨别真伪。辨别方法是剥去表面层，观察新暴露煤层有无
9、潮气，如果煤岩潮湿则是透水预兆。 3、空气变冷。采掘工作面接近大量积水时，气温骤然降低、煤壁发凉，人一进去就有凉爽阴冷感，时间越长越感阴冷。 4、出现雾气。当巷道内温度很高时，积水渗到煤壁后引起蒸发而形成雾气。 5、水叫。井下的高压积水，向煤岩裂缝强烈挤压与两壁磨擦而发生嘶嘶叫声。这说明掘进工作面距积水区已很近；若是煤巷，则透水即将发生。 6、顶板淋水增大。原有裂隙淋水突然增大，应视作透水前兆。 7、顶板来压，底板鼓起。在地下水压作用下，顶板和底板弯曲变形，有时还伴有潮湿、渗水现象。 8、有害气体增加。积水区向外散发瓦斯、二氧化碳和硫化氢等有害气体。 9、辨别水的味道。老空水多为“死水”，水色
10、发红、酸度大、味发涩；断层水多为“活水”，水色发黄、甜而无涩；溶洞水呈黄色或灰色，一般带臭味。 10、裂隙出现渗水。如果出水清，则离积水区尚远；若出水浑浊，则离积水区较近。 以上预兆不一定会同时出现，有时会出现一个预兆，有时会出现多个预兆，有时征兆不明显甚至无预兆。因此要留心观察、认真辨别。采掘工作面或者其它地点发现突水征兆时，必须停止作业，采取措施，立即报告煤矿调度室，发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。 矿工和其他井下作业人员还必须具备自救和互救知识，这包括熟悉并掌握所在矿井水灾害预防和处理计划，熟悉避灾路线和安全出口等。井下一旦发生了透水事故，要尽力判明水源性质（断层水、含水层水、老空
11、水）并用最快的方式通知附近地区的工作人员一起按规定的路线撤出。透水时，水势很猛，冲力很大，要手扶支架躲过水头冲击后向高处走，进入上一个水平，然后出井。假如出路已经被水隔断，就要迅速寻找井下位置最高、离井筒或大巷最近的地方暂时躲避。同时定时在轨道或水管上敲打，发出呼救信号。透水以后，特别是采空区的积水突出以后，往往会从积水的空间内放出大量有害气体，如瓦斯、硫化氢等，所以在避灾中，要注意防止有害气体中毒或窒息。崔家寨矿主要水害类型为煤层顶板砂岩裂隙水、煤层底板奥陶系灰岩水及老空水。 煤层顶板砂岩裂隙水特征：崔家寨矿主要体现为顶板淋水，出水量相对较小，对生产一般不能构成威胁。煤层底板奥陶系灰岩水出水
12、特征：1、突发性强，无明显前兆；2、 水量增速快，灾害控制难度大；3、突水历时较长，防治难度较大4、突水量与过水通道有相互促进现象。老空水特征：以水体形式存在，其赋存空间为人为因素造成，水源来自于与受采矿活动扰动的围岩含水层或含水体，径流不畅，水交替活动弱，水质受煤层化学成分影响较大，多为酸性水，有较强的腐蚀性，含有大量硫化氢气体。发生老空水水害事故时持续时间短，来势凶猛，瞬时破坏力强，常伴有硫化氢等有害气体涌出。 第四节 防治水专业名词解释煤矿防治水十六字原则是指：预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采。它们的含义是：“预测预报”是指查清矿井水文地质条件，对水害作出分析判断，在矿井透水以前发
13、出预警预报。“有疑必探”是指对可能构成水害威胁的区域、地点，采用钻探、物探、化探、连通试验等综合技术手段查明水害隐患。“先探后掘”是指首先进行综合探查并排除水害威胁，确认巷道掘进前方没有水害隐患后再掘进施工。“先治后采”是指根据查明的水害情况，采取有针对性的治理措施排除水害威胁后，再安排回采。 煤矿防治水五项综合治理措施是指：防、堵、疏、排、截。它们的含义是：“防”是指合理留设各类防隔水煤（岩）柱。“堵”是指注浆封堵具有突水威胁的含水层和导水通道。“疏”是指探放老空水和对承压含水层进行疏水降压。“排”是指完善矿井排水系统。“截”是指加强地表水的截流治理。老空，是指采空区、老窑和已经报废井巷的总
14、称。水淹区域，是指被水淹没的井巷和被水淹没的老空的总称。矿井正常涌水量，是指矿井开采期间，单位时间内流入矿井的水量。矿井最大涌水量，是指矿井开采期间，正常情况下矿井涌水量的高峰值。安全水头，是指不致引起矿井突水的承压水头最大值。防隔水煤（岩）柱，是指为确保近水体安全采煤而留设的煤层开采上（下）限至水体底（顶）界面之间的煤岩层区段。探放水，是指包括探水和放水的总称。探水是指采矿过程中用超前勘探方法，查明采掘工作面顶底板、侧帮和前方等水体的具体空间位置和状况等情况。放水是指为了预防水害事故，在探明情况后采取钻孔等安全方法将水体放出。垮落带，是指由采煤引起的上覆岩层破裂并向采空区垮落的岩层范围。导水
15、裂缝带，是指开采煤层上方一定范围内的岩层发生垮落和断裂，产生裂缝，且具有导水性的岩层范围。带压开采，是指在具有承压水压力的含水层上进行的采煤。隔水层厚度，是指开采煤层底板至含水层顶面之间隔水的完整岩层的厚度。第二章 矿井水文地质第一节 井田边界及其水力性质崔家寨矿井井田范围西起钟楼村小羊圈以东，西细庄村北及西南部的163钻孔至6-1钻孔一线，东到细西庄村汤庄子古今梁以东的27-6钻孔；南起大酒务头村南崔家寨村北一线，北至小羊圈水峪高庄一线及古今梁村东、西的27-6钻孔至23-5号钻孔一线。所有边界均为技术边界，各含水层之间的水力联系呈自然状态。第二节 含水层及隔水层一、含水层1.含水层划分根据
16、本井田钻孔揭露的地层时代、岩性特征、富水性，自上而下划分为5个含水层，即第四系砂砾石孔隙承压含水层（V2）、下花园组上段砂岩裂隙承压含水层（2）、下花园组煤系下段砂岩裂隙承压含水层（1）、下奥陶统灰岩岩溶裂隙承压含水层（I3）、寒武系灰岩岩溶裂隙承压含水层（I2），各主要含水层基本特征参见表2-1。表2-1 井田内含水层基本特征一览表含水层名称厚度（m）富水性单位涌水量（L/s·m）第四系砂砾石孔隙承压含水层（V2）弱中等0.0630.371下花园组上段砂岩裂隙承压含水层（2）22弱极弱0.00004660.016下花园组下段砂岩裂隙承压含水层（1）5.2433.69极弱0.0000
17、480.004下奥陶统灰岩岩溶裂隙承压含水层（I3）0101.60中等0.1220.961寒武系灰岩岩溶裂隙承压含水层（I2）4.2734.47弱0.00004490.0962.含水层特征1）寒武系灰岩岩溶裂隙承压含水层（I2）本层为煤系基底，主要分布在井田北部及东北，与西南部的下奥陶统灰岩同为煤层基底。岩性以灰紫色砂质页岩为主，夹竹叶状及鲕状灰岩及薄层灰岩。该含水层岩溶裂隙不发育，富水性较弱，单位涌水量为0.00004490.096L/s.m，渗透系数0.0025-0.21m/d，原始水位标高+956.21+957.89m，水质类型HCO3ClNaCa型，矿化度为0.5-1.0 g /l。生
18、产区域在东轨大巷东段、东二一煤集中进、回风巷以及E12105进风巷北段均揭露寒武系灰岩，偶有裂隙涌水，最大涌水量0.15m3/h，目前该含水层属于基本疏干状态。2）下奥陶统灰岩岩溶裂隙承压含水层（I3）呈剥蚀残丘形态分布于6-2、309、12-3、18-5、19-3等孔的连线以南区域，厚度为0101.60m。岩性以白云质灰岩为主，夹角砾、竹叶状灰岩及泥质条带状灰岩。依据钻探结果，岩溶裂隙发育极不均一，钻孔所见溶洞、溶孔大多被泥沙质充填。溶洞主要发育在下奥陶统白云质灰岩中，溶洞发育深度一般在70m以浅，发育标高为+820+920m；溶孔或溶隙在泥质灰岩中，发育标高为+710+800m。在生产区域
19、东轨大巷南翼一煤石门段揭露下奥陶统灰岩段长达263m，与勘探钻孔揭露岩性一致。在矿井投产初期水位标高+961.72+972.13m，随着矿井的开采对该含水层的疏放以及邻近矿井单侯矿的疏排，2012年9月8日，Z2水文观测孔内无水，水文观测孔已无作用，2012年9月13日，Z4水文观测孔孔内水文观测系统数据线范围内无水，水文观测孔已无作用，水位标高在井田大多数范围已经降至1#煤以下。2015年9月E13116进风巷掘进J3点前30米处，底板出现少量涌水，水量约为2 m3/h；回风巷掘至回风停头时，底板出现少量涌水，水量约为3.0 m3/h；切眼掘进时底板出现涌水，水量4m3/h。为探明底板富水性
20、，2015年12月施工探灰岩钻孔Z1孔：倾角-32°，32米见灰岩，水量0.5m3/h，由于水量较小未能测得有效水压数据； Z2孔倾角-28°，20.0米见灰岩，孔深38.0米，钻孔无水；Z3孔倾角-32°21.0米见灰岩，孔深38.0米，钻孔无水。通过钻孔实际水量及水量数据分析该区域灰岩富水性不均一，为局部富水。2016年3月13日，E11112回风巷掘至切眼时底板出现涌水，涌水量约为28 m3/h。2016年4月内向底板施工探放底板灰岩水钻孔Z1孔：倾角-46°，14米出水，孔深34米，水压0.11Mpa，水量为17.4 m3/h。Z2孔倾角-39&
21、#176;，13.2米见灰岩，25米出水，水压0.11Mpa，水量10 m3/h；Z3孔倾角-39°，13.5米见灰岩，24米出水，水压0.10Mpa，水量15 m3/h；经过疏放，Z1孔水量维持在5.0 m3/h，水压0.1Mpa，Z2、Z3孔基本无水。目前单侯矿相邻崔家寨矿最近奥灰水文观测孔水位标高为+666米，崔家寨矿最低可采表高为+690米，大于奥灰水文标高。因此矿井在生产过程中不受奥灰含水层水影响。但是由于局部奥灰富水性不均匀，也有可能发生底板出水，对生产影响较小。3）下花园组砂岩含水层()依据岩性、岩相可划分为两个含水亚层。下花园组下段砂岩裂隙承压含水层（1）整个井田均有
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