金宏矿井中长期防治水规划.doc
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1、河南金宏煤业有限公司矿井中长期防水规划河南金宏煤业有限公司2011年10月前 言水害是煤矿重大灾害之一,在煤矿生产建设过程中,经常会遇到水的威胁。水害轻者会增加煤矿企业负担,影响经济效益;重者会直接危害职工生命安全和给国家财产造成损失。为贯彻执行矿井水文地质规程,做好矿井水文地质工作,掌握水文地质规律,研究和解决矿井生产建设的水文地质工作问题,从而有效地防止水害事故的发生,和切实搞好矿井水害防治工作,彻底杜绝水害事故,实现安全开采,确保安全生产顺利进行,因此,制定出合理的矿井中长期防治水规划,是消除矿井水害隐患,有效遏制煤矿水害事故发生,保障煤矿安全生产和职工生命安全,降低吨煤成本、合理开发煤
2、炭资源尤其重要,为确保矿井安全生产,有效预防水灾的发生,在认真总结过去矿井防治水经验教训和对矿井水文条件认识的基础上,本着技术可行、经验合理的原则,结合矿井生产地区安排,编制矿井中长期防治水规划。矿井防治水规划的目标与任务:坚持合理疏放,疏堵结合,确保矿井安全正常生产,为矿井改扩建创造良好基础。 1. 矿井概况1.1 自然地理河南金宏煤业有限公司(原荥阳市贾峪镇王村胜利煤矿,以下简称金宏煤业)。矿井位于荥阳市东南,距荥阳市20km,属荥阳市贾峪镇南王村境内 ,地理座标东经11323411132443,北纬343925343952。金宏煤业位于郑州市西南约40km处 , 西北距荥阳市20km,连
3、霍高速公路及310国道从其北部通过。矿区附近现有若干条乡村公路可与外部公路网相通,交通便利。(见图 交通位置示意图)。金宏煤业有限公司 金宏煤业井田东西长约1380m,南北宽约310m,矿区面积0.4234km2,由10个拐点坐标连接而成,现开采二1煤层,开采深度-25m-100m,设计生产能力21万吨/年。1.2 自然地理1.2.1 地形地貌本矿区为低山丘陵区, 区内地势为西南、东北低, 中部高, 最高海拔标高为+234.8Om, 最低海拔标高为+198.20m, 相对高差36.60m。 区内小型冲沟较发育。1.2.2 水系本区为淮河水系,区内无常年性河流,地面冲沟几乎常年干枯,唯雨季时有短
4、时水流,雨后即干。1.2.3 气象与地震本区属于暧温带大陆型半干燥季风气候, 夏季炎热多雨,冬季寒冷干燥, 年平均降水量562.9mm, 降水多集中于每年的68月份, 约占全年降雨量的50%, 年平均蒸发量为1669mm。据资料记载:最高气温为 43, 最低气温为 16.5, 年平均气温 14.5。每年的 11 月份开始降雪, 最大积雪厚度为20cm, 最大冻土深度为 22cm。 210 月以东风、东北风为主,11 月份至来年元月份盛行西北风, 一般风速为 3m/s, 最大可达 18m/s。本区地震烈度为六级。1.3 矿井开采现状矿井始建于2003年3月,原设计生产能力6万吨/年,主采二迭系山
5、西组二1煤层。2006年资源整合中被列为单独保留矿井,进行扩能技术改造,设计生产能力21万吨/年,服务年限7.96年。矿井开拓方式为立井单水平开拓方式,通风方式为中央并列式,通风方法为机械抽出式。2006年8月12日荥阳市煤炭管理局批准开工。技术改造施工基本完成,2008年6月通过了荥阳市煤炭局的验收并获批准试运转,9月份政策性停产至今。2010年9月份进行了煤炭企业兼并重组,省煤层气公司控股51%,荥阳市弘达商贸有限公司持股49%,更名为河南金宏煤业有限公司。10月3日省煤层气公司郑州分公司接管,派驻了“五职”矿长、管理和专业技术人员。建立健全了各级领导、各部门和各工种安全生产责任制,修编了
6、各工种安全技术操作规程,制定了各项安全生产管理制度,编制了金宏煤业灾害预防与处理计划、金宏煤业生产安全事故及突发事件应急救援预案、金宏煤业经济技术论证报告、金宏煤业防突方案、金宏煤业复工方案及金宏煤业复工补充方案等。8月31日省公司以豫煤层气(2011)354号文批复我矿为复工矿井,2011年9月份开始进行地面隐患整改。1.4 水源、电源1.4.1 水源现矿井供水水源取自井下,涌水量200m3/d ,供生产生活用水。1.4.2 电源矿井电源现有双回路电源一回路来自贾峪110kV变电站26板,采用10kV架空线路供电,LGJ-185型钢芯铝绞线,供电距离3.5km;另一回路来自邵寨35kV变电站
7、7板,采用10kV架空线路供电,LGJ-185型钢芯铝绞线,供电距离3.8km。2. 地质特征本区位于荥密背斜北翼东段,地层主要为奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系及第三、四系, 矿区构造较复杂, 无岩浆活动。 2.1 地层本区为低缓丘陵地形,基岩被第三、四系所覆盖,据钻孔揭露资料, 地层由老至新为:奥陶系马家沟组(02m),石炭系中统本溪组(C2),上统太原组(C3t),二叠系下统山西组(P1sh),三叠系下统刘家沟组(T1L)及第三、四系(Q+R),现分述如下:1) 马家沟组(02m)为浅灰色灰色厚层状石灰岩,隐晶质结构,局部夹泥质灰岩、泥岩。 上部具溶蚀现象及缝合线,下部含白云质。区内最大揭
8、露厚度为50.35m。2) 本溪组 为深浅灰色铝土质泥岩及铝土岩组成,具倾状及豆状结构。含大量黄铁矿结核及团块,厚10.69m。与下伏地层呈平行不整合接触。3) 太原组(C3t)9、由灰色深灰色厚层状石灰岩、泥岩、砂质泥岩、砂岩及煤层组成。厚67.8379.02m,平均72.77m,依据岩性组合特征可分为上、中、下三段。 下部灰岩段自太原组底至L4石灰岩顶,由石灰岩(L1、L2、L3、L4)、煤层(一1、一2、一3、一4)及泥岩、砂质泥岩组成。其中一1煤层为可采煤层。本段厚14.5619.36m, 平均 17.12m。 中部砂泥岩段自L4石灰岩顶至L7石灰岩底,由深灰色,灰黑色泥岩、砂质泥岩、
9、细粒砂岩组成。间夹12层石灰岩,含一5、一6 煤层 , 均不可采。本段厚 26.4834.27m, 平均 29.87m。 上部灰岩段自L7石灰岩顶至太原组顶,由灰色、深灰色石灰岩、泥岩、砂质泥岩等组成。本段厚23.9248.03m,平均25.78m。4) 山西组 (PIsh)由于滑动构造作用,造成本区仅保留了山西组下部的二 1 煤层段地层。厚11.3319.75m,平均15.13m, 由灰色、深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细粒砂岩及煤层组成。具水平纹理,脉状、微波状层理。二1煤层位于本段顶部,为全区普遍可采煤层。5) 石千峰组 (Phh)由于滑动构造作用,本区缺失了石千峰下部地层。其岩性主要为
10、灰色、灰绿色砂岩、粉砂岩及紫红色、灰绿色具紫斑泥岩、砂质泥岩组成。厚度大于196.10m。6) 刘家沟组 (T1L)本区仅保留了本组下部地层。厚 011.16m, 由紫红色细中粒砂岩、暗紫色砂质泥岩组成 , 含钙质结核。与下伏地层呈整合接触。7) 第三、四系 (Q+R)下部为灰黄色、灰绿色粘土、砂质粘土及粉砂、细砂组成。局部可见褐色斑块及钙质条带,微固或半固结状。上部为浅灰色粘土层,含大量钙质结构。厚85.50127.50m,平均104.26m,与下伏地层呈角度不整合接触。2.2 地质构造金宏煤业位于荥密背斜北翼东段、徐庄滑动构造东端。徐庄滑动构造位于二 1 煤层之上,为低角度正断层,在其上、
11、下形成了截然不同、互不协调的两个构造层。二1煤层及其以下地层为一宽缓的向斜构造,轴部位于矿区中部,轴向N20E,其西北翼地层走向为310左右,倾向40左右,倾角 16;东南翼地层走向90左右,倾向0左右,平均倾角16。且在矿区东侧发育断层1条 (F31)。二1煤层以上地层为走向900120、倾向180210的单斜构造,其倾角较大,一般300 左右。因此,本区构造复杂程度为二类。1) 徐庄滑动构造 (F26-1)为本区的主体结构,为一低角度正断层,区域上延伸方向为近东西向,延伸长度大于 10km,在本矿范围内13101、13103、13202、13208 等钻孔均揭露该构造,上盘为P2shT1L
12、地层,下盘则为C2bP1sh地层,缺失的地层 1000 余米。滑动构造带发育,厚约 20m, 断层带由断层角砾岩、碎裂岩和断层泥岩组成,岩性复杂,包括山西组刘家沟组中的各种岩性,角砾大小不等,形态各异分选极差,受挤压而重新胶结。2) 李新寨断层 (F31 )位于矿区东侧,延伸长度大于 3km, 断层产状为 630, 倾向 3330, 倾角约700, 东南盘上升、西北盘下降,落差1020m。该断层在区域上控制程度较高,区内无工程点控制。3. 煤层及煤质3.1 煤层本区含煤地层为石炭二叠系,地层总厚 87.90m, 含煤7层,煤层总厚10.06m,区内二1煤层全区可采,一 1 煤层大部可采,现将本
13、矿主采煤层二 1 煤,简述如下:二1煤层: 位于山西组下部,下距一1 煤层80m左右,距O2m 石灰岩约90m左右,二1煤层厚3.808.37m, 平均 5.83m, 煤厚变化标准差为 1.23,变异系数为21.0%,为较稳定的中厚厚煤层。煤层结构简单,不含夹矸,煤层顶板为 F26-1 破碎带,底板为黑色泥岩或炭质泥岩。3.2 煤质1) 煤的物理性质二 1 煤为黑色粉状,偶见片状、块状。煤的原生结构遭破坏,呈挤压、揉搓结构特征,煤的强度低, 滑而发育。煤的视密度为1.46t/m3, 真密度为1.67t/m3 。 2) 煤的化学性质和工艺性能 灰分二1 煤原煤灰分(Ad )为 10.7343.4
14、3%, 平均为 12.08%, 属低灰分煤。 硫分二 1 煤原煤全硫含量 (St,d) 为 0.43%, 属特低硫煤。 煤的元素组成二 1 煤浮煤有机元素以碳元素 (CdaO 为主 , 占 93.43%, 氢元素含量(Hdaf) 为 2.67%, 氮含量 (Ndaf) 占 1.03%, 氧、硫之和 (O+S)dsf 为 2.95% 。 煤灰成分及其工业区熔融性据分析结果,该矿回采的二 1 煤原煤灰分以硅、铝化物为主,分别占37.41%和29.41%, 次为钙、硫、铁氧化物 , 因此 , 其煤灰软化温度 (ST) 大于 1400, 属高熔灰分煤。 发热量二1煤层原煤恒容高位发热量(Qg,vd)为
15、 29.83MJ/kg ,Qgr,v,daf 为 34.92MJ/kg, 为中高发热量煤。 煤中微量元素据测定,二 1 煤层微量元素镓(Ga)、锗(Ge)、铀(U)的含量分别为 75ppm、0.7ppm、2.8ppm,均未达到工业品位要求。3.3 煤类及工业用途简述区内二 1 煤的浮煤挥发分(Vdaf )为7.62%, 煤中氢元素含量为 2.67%, 依据中国煤炭分类标准 GB, 二 1 煤应为无烟煤二号。由前述可知 , 区内二 1 煤为低灰、特低硫、高熔灰分、中高发热量之粉状无烟煤二号,因此主要作为动力用煤,也作为高炉喷吹和悬浮床气化用煤, 同时,也是上好的民用燃料。 4. 矿井水文地质条件
16、4.1 水文地质4.1.1 主要含水层1) 第四系砂砾石含水层即发育于第四系地层底部的砂砾石 ( 或流砂)及粘土夹砾石含水层,厚度一般 5.7659.76m, 胶结疏松,渗透性强,含孔隙潜水,水源主要接受降水补给,其水位、水量具有明显的季节性动态特征 , 导、富水性较好 ,但不够均一。区内民用井多建于该含水层中,单位涌水量为 0.551.6L/sm, 水质良好。2) 二 1 煤顶板砂岩含水层系指二 1 煤层以上 60m 范围内所发育的细中粒砂岩和断层角砾岩 , 厚7.2047.05m, 平均厚度约 35m, 其岩石裂隙较发育 , 但多为方解石脉所充填。据以往资料,钻孔单位涌水量为 O.0180
17、.027 L/sm,渗透系数为0.0170.048m3/d,水质为 HC03-Na 型水,矿化度为 0.29g/L 表明该含水层富水性弱,水源补给、迳流条件差, 为二1 煤层顶板直接充水含水层。3) 二 1 煤层底板灰岩含水层即太原组上部灰岩段,主要由 L7L9灰岩组成,厚度 10.4117.20m, 层位稳定,裂隙发育,但多被方解石脉所充填,地下水运动滞缓,含水层透水性弱,富水性弱。4.1.2 主要隔水层1) 二叠系中上部砂泥质岩段隔水层自二 1 煤层上 60m 至基岩面 , 为二叠系中上部地层 , 主要由砂泥质碎屑岩组成,厚度101.44174.50m,岩性致密,裂隙不发育,透水性差,隔水
18、性强,对阻隔上部第四系与下部基岩含水层间的水力联系起到良好的作用。2) 二1煤层底板隔水层位于二 1 煤层至 L9 灰岩顶之间 , 由泥岩、砂质泥岩组成 , 厚度 5.0519.91m,平均10.85m,岩溶裂隙发育 , 但均被方解石脉所充填 , 透水性弱,隔水性能良好。周邻生产矿井未发生过底板突水现象。4.1.3 矿床充水因素分析1) 生产矿井水文地质概况周邻开采二1煤层的生产矿井涌水量均较小 , 充水方式主要以顶板淋水为主 , 矿井正常涌水量为 0.530m3/d, 最大为 70m3/d, 开采水平介于 +128 +50m 之间,开采深度一般小于200m, 均未发生过突水现象。2) 矿床充
19、水因素分析 第四系潜水区内为丘陵地貌,冲沟发育,地面坡度大,不利于降水对地下水的渗入补给。王村河从矿区东部穿过,为一季节性水流,洪汛期对沿岸第四系含水层有短暂补给,因第四系含水层距二 1 煤层较远,故一般对开采二 1 煤影响不大,但在浅部 ,当煤层顶板冒落裂隙带与之沟通时,对二 1 煤层开采会有明显影响。生产中应予以重视,并留设足够的防水煤柱 , 以免发生突水,溃砂等事故。 二 1 煤层顶板砂岩裂隙水生产回采中, 二 1 煤层顶板产生冒落裂隙,其间的砂岩裂隙水将首先充入矿坑,构成矿井的主要充水水源。由于砂岩裂隙多被方解石所充填,其补给迳流条件差,富水性弱,生产中易于疏排。 二 1 煤层底板灰岩
20、岩溶裂隙承压水二 1 煤层底板灰岩含水量的单层厚度小,出露和补给条件差,且灰岩岩溶裂隙多被方解石脉充填,其富水性较弱,加之与二 1 煤层之间有连续的隔水层发育,一般不会对矿坑产生充水。仅在层间距变小、受断裂构造影响、深部开采时静水压力和矿山压力增大的特殊条件下,则有可能引起底板突水。 断层对矿床充水的影响 本矿东部边界为一走向北东、倾向北西 , 落差25m左右的正断层,即李新寨断层(F31),使区内二 1 煤层与断层下盘的太原组上段地层相对接,由于断裂作用, 破坏了地层的连续性构成地下水运移、赋存的富水空间和通道,使侧向迳流的地下水在断层带及其附近形成相对富水的强迳流带,故在采掘工程接近断层时
21、,应打超前钻孔放水,并留足边界煤柱,避免盲目揭露断层,造成不应有的突水事故。4.1.4 矿床水文地质类型本区为丘陵地貌 , 地表冲沟发育 , 煤系地层隐伏于第四系地层之下 , 地质构造较简单。二 1 煤顶板直接充水含水层裂隙承压水为矿井主要充水水源 , 钻孔单位涌水量为 0.0180.027L/sm, 渗透系数为 0.0170.048m3/d , 生产矿井计算最大涌水量为 130m3/h, 依据煤炭资源地质勘探规范将本矿矿床水文地质类型划归为二类一型 , 即以顶板裂隙水充水为主的水文地质条件简单的矿床类型。4.1.5 矿井涌水量预算据前述,本矿水文地质条件简单,矿区充水主要以二 1 煤层顶板直
22、接充水含水层充水为主。该含水层水源补给条件差,富水性弱,矿区内构造简单,范围小,水文地质条件与南邻王村煤矿相似 , 故矿井涌水预算拟采用比拟法进行。根据周邻生产矿井调查资料,雨季矿井涌水量较平时一般增加 50 60%, 本矿处于中深部,受大气降水及第四系潜水影响较浅部矿井小 , 故本矿预算取50%, 则矿井涌水量最大时 Qmax=124.4m3/h。经计算本矿井正常涌水量 70m3/h, 最大涌水量 130m3/h。4.2 矿区工程地质条件4.2.1 生产矿井顶、底板工程地质概况据周邻生产矿井资料 , 二1煤层直接顶板由断层角砾岩和泥岩、砂质泥岩及粉细粒砂岩组成, 放顶后冒落高度一般 34m,
23、 最大为 12m, 开采期间仅发生过一次冒顶, 冒高约3m, 垮落面积约10m2, 顶板较易管理。底板岩性多为砂质泥岩, 开采期间从未发生过底鼓变形等不良工程地质现象, 易于维护和管理。4.2.2 二 1 煤层顶、底板工程地质条件据以往勘探资料 , 仅在 13103 孔揭见 0.30m 炭质泥岩伪顶 , 回采中随采随落 , 直接顶板均为断层角砾岩 , 厚度为 2.5934.07m 不等 , 角砾成份复杂 , 泥质再生胶结 , 角砾岩上部为泥岩或砂质泥岩,老顶仅在 13103 孔见 0.86m炭质泥岩。直接底板为泥岩、粉细粒砂岩均有发育 , 生产中可能出现泥化 变形、支柱滑沉等不良工程地质现象
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