石橋井田充水因素分析及水害防治

石橋井田充水因素03manbetx 及礦井水害防治

張慶霖趙振勝

摘要：該文03manbetx 了石橋礦井田的充水因素，包括主要含水層，主要隔水層、充水通道以及可能發生水害的區域，提出可行性的水害防治措施，確保了安全生產。

關鍵詞：礦井充水因素防治

Filling water factor analyze and mine water diaster prevent in shi qiao coalfield

zhang qing lin zhao zhen sheng

Abstract:This paper introduces filling water factor of ShiQiao coal field,It indudc

Water-bearing stratum, water-resisting stratum ,filling water channel and the area of water diaster may accur ,and propose measure of prevent water diaster to ensure that the production of coal minc safty.

Key words:Mine Filling water factor Prevent

0引言

石橋井田位於魯西地塊的寧陽斷陷北部，屬於汶泗凹陷的組成部分，受汶泗凹陷和鄆城斷裂控製，呈東西向長條狀分布。凹陷帶內保存了古生界石炭～二疊係，並發育有上侏羅統的蒙陰組和第四係。處於寧陽煤田東區最西端的中深部地段，總體形態為一走向近東西向南傾斜的單斜構造。井田中小斷層和折曲發育，區內發育一組低角度正斷層，各主要含水層及各煤層之間有厚度不等的粘土岩、粉細砂岩等隔水層相隔。礦井內含水層自上而下主要有第四係砂礫層、太原組砂岩及三灰含水層、第十_下層石灰岩及奧陶係灰岩含水層等。

1、井田充水因素03manbetx

1.1主要含水層及其含水性

1.1.1 、第四係砂層孔隙潛水含水層

全區除台裏北、八裏廟北無砂層分布外，其它地區都有不同厚度的沉積，層次有1～4層。第四係砂層一般厚度為1.50～13 .00m ，在中部和西部，砂層厚度可增至 24.0m 。其沉積規律由東向西逐漸增厚，層次增多。據民井簡易抽水試驗資料，單位湧水量1.06～11.861／s．m，礦化度小於 0.5g ／l，為重碳酸鈣鈉型水，水位埋深1.00～5 .00m 。屬含水豐富、補給麵廣的強含水層。第四係潛水含水層也是煤係地層各含水層及奧灰的主要補給水源。

1.1.2 、山西組3煤層頂部砂岩裂隙弱含水層

山西組3煤層頂板砂岩累計厚度約 20m ，以灰白色中砂岩為主，為3煤層開采時的直接充水含水層，主要為裂隙水。為砂岩裂隙型承壓含水層，單位湧水量為0.0741／s.m，礦化度為 0.79g ／l，水質類型為：HCO3·CL·SO4-Na·Ca。該含水層為煤層開采的主要直接充水含水層，但煤田深部開采時，除斷層帶砂岩有滴水外，采麵幹燥無水，可不再視為含水層。

1.1.3 、第三層石灰岩含水層

淺灰～灰色或灰白色，致密、堅硬，厚2.55～4 .70m ，頂底部泥質含量增高，淺部裂隙發育，屬裂隙承壓水。單位湧水量0.001～0.551／s．m。礦化度為 0.78g ／l。水化學類型CL·HCO3-Na·Ca，富水性弱。隨埋藏深度增加而減弱的規律。

本井田由於處於中深部，三灰的富水性相對較弱，對礦井開采影響相對較小。三灰水的補給來源主要為第四係水沿三灰的露頭補給，另外由於斷層關係使三灰與其它含水層對口部位，會受其補給。

1.1.4 、第十下層石灰岩含水層

灰～深灰色、質純、致密、堅硬、厚度穩定，其下部或底部多為炭質或泥質條帶狀薄層石灰岩。淺部或構造附近裂隙較發育，富水性較好。深部裂隙多被方解石充填，屬溶穴裂隙型承壓水。據周邊礦井抽水資料，單位湧水量為0.037～1.351／s.m，礦化度為0.266～0 .581g ／l，水化學類型為HCO₃·CL-Na·Ca。十_下灰屬於強～中等含水層，奧灰水有可能通過斷層裂隙補給十下灰。

1.1.5 、奧陶係石灰岩含水層

奧陶係石灰岩厚度在魯西一般是比較穩定的，但在區內，由於低角度層滑斷層的錯動及其後期剝蝕的聯合作用下，其殘留厚度難以確定。灰白～淺灰～青灰色，質純、致密、堅硬、淺部溶穴裂隙較發育，屬溶穴裂隙型承壓水。煤田內單位湧水量0.00006～7.44／s.m，礦化度為 0.43g ／L，水質類型主要為HCO₃·SO₄-Ca·K·Na、HCO₃·CL-Ca·Mg型。井田內15-5號鑽孔奧灰抽水試驗，q= 0.0014L /s.m礦化度為 1.45g /t,水質類型：SO4.CI-K+Na.Ca,,奧灰水的補給來源，主要為第四係潛水，同時與外圍的寒武係灰岩也有一定的相互關係。奧灰為煤係基底，正常情況下距17煤 45.00m 左右。由於斷層錯動經常與下組煤接觸。此外在15勘探線以西由於F26緩傾角斷層影響，奧灰距第3層煤很近或直接接觸。本區奧灰直接威脅著各層煤的開采。據以上03manbetx ，石橋井田水文地質條件上組煤為裂隙岩溶類簡單～中等型。下組煤為岩溶類複雜型。

表1石橋井田揭露奧灰鑽孔統計一覽表

線號	孔號	奧灰頂 板深度	奧灰與 17煤間 距	奧灰 揭露 厚度	線號	孔號	奧灰頂 板深度	奧灰與 17煤間 距	奧灰 揭露 厚度
10	534	553.80	斷缺	12.59		20-2		45.17	28.62
12	417	412.30	斷缺	17.41	20	439	556.55	18.1	10.24
	13-1	303.60	斷缺	39.73	24	448	604.10	斷缺	5.49
13	433	410.70	斷缺	32.86	24	449	662.20	斷缺	6.71
13	434	503.90	17.00	8.10	26	453	549.40	斷缺	9.81
15	406	455.10	斷缺	28.69	27	458	812.00	斷缺	3.03
19	402	497.30	斷缺	72.90		15-5	499.60	45.10	50.13
19	403	607.00	斷缺	27.01

2、煤田各含水層賦水及水量基本規律

2.1、各充水含水層

甚至包括奧灰，qi2補給涇流、排泄條件均屬不良，含水層水以靜儲量為主。第四係砂層水滲透補給。

2.2、礦區基岩含水層

在構造及裂隙發育區富水性好，構造及裂隙不發育區富水性差，淺部富水性較好，深部富水性減弱。

2.3、正常情況下，礦井湧水一般表現規律

開采3層煤時直接充水含水層為3層煤頂底板砂岩，在淺部以淋水形式為主，深部為滴水形式或無水。三灰及十下灰淺部多以湧水形式為主，深部以淋水形式，但十下灰在深部如與奧灰通過斷層導通則為湧水形式。

2.4、礦區礦井各含水層湧水量與降水量關係

沒有直接關係，但在相同的地質、水文地質等開采技術條件下，隨開采深度增加，湧水量有逐漸減小趨勢。

2.5、隨礦井開采活動狀態

進行開采深度不斷增加，3煤頂底部砂岩、三灰及十下灰水位大幅下降，各含水層呈逐漸疏幹狀態。

2.6、基底奧灰水的威脅

主要在煤田淺部、深部奧灰富水性有變弱的趨勢。但深部鑽孔也有漏水者。臨近菏澤礦、茅莊礦-100～-110水平， 1978年 2月 5日 ～ 2月 18日 ～ 8月 6日 奧灰水通過斷層三次導入礦井，最大湧水量 400m³ /h，因堵水及時，免遭淹井危害。

3、隔水層

3.1、煤田內

對上侏羅統砂岩以往勘探工作均視其為隔水層，尚未發現其對礦井造成危害。

3.2、山西組頂界至二疊係頂界的石盒子組殘留層段

在本區內其岩性主要為泥岩，砂質泥岩、粘土岩，夾有細…粗砂岩，因其本身含水性非常小或不含水，因而起到了上部含水層水至山西組煤層間的阻隔作用。

3.3、太原組泥岩、頁岩、粘土岩隔水岩組

太原組三灰及十下灰平均間隔90餘米，這套地層為典型的海陸交替型沉積，主要為灰～深灰色粉砂岩，棕灰至深灰泥岩、粘土岩和灰～灰綠色中砂岩，細砂岩組成，並夾薄層不穩定石灰岩三層和薄層不可采煤多層，其中的粉砂岩，泥岩及粘土岩為良好的隔水層組，可有效阻隔三灰至十下灰之間的水力聯係。

3.4、本溪組泥岩、粘土岩的隔水層組

本組地©層厚約 30米 ，其岩性為雜色粘土岩、泥岩，G層鋁土岩、灰岩和煤厚。其中粘土岩、泥岩、鋁土岩均是很強的隔水消壓性能。但是隔水性能雖與隔水岩性、岩石強度、含水層水頭高度，構造發育、開采深度，開采方法等多種因素有關。然而與隔水層的厚的關係更為重要。正常情況下，該隔水岩組可以有效地阻隔奧灰與上部灰岩間的水力聯係。但必須指出，由於本組地層厚度較小，而且本井田斷裂構造發育，特別是層滑構造發育造成該組地層大麵積缺失，導致該隔水層阻隔水性能大大降低。

3.5、緩斷層區隔水岩組

3煤至奧灰間的地層厚度正常情況下，平均 190m 左右，沉積地層以砂岩、灰岩、砂質岩、泥岩、粉砂岩等為主，對3煤開采起良好的隔水作用。但井田西翼F26斷層，由於受煤係地層中發育的層滑構造的破壞，使3煤與奧灰接近，其間距減少至 38m ，太原組殘存部分地層成為奧灰與3煤之間的隔水層，主要由砂岩、砂質岩、泥岩組成，其中砂岩為硬岩，約占殘留厚度的30～50%，造成區域3煤開采直接授煤係基底奧灰承壓水的威脅。

安全開采評價為：

①、按突水係數評價

一般安全開采評價習慣采用突水係數，即單位隔水層厚度所能抵抗的水壓值，對於有斷層存在時，突水係數不大於0.6視為安全，對於正常岩層段突水係數不大於1.5則為安全。根據公式Ts=p/m0-cp

式中：Ts為突水係數，p為水壓Mpa；M0為等效隔水層厚度Cp為底板破壞深度m。

取最大水壓5.6Mpa，底板破壞深度Cp= 15.5m ，則要滿足突水係數Ts﹤0.6則M0=p/Ts+Cp= 24.8m

②、根據安全隔水厚度評價

T安=L( -rL)/4Kp+h

式中：t安為隔水層安全厚度m；L為工作麵最大控頂距m；r為煤層底板岩層容重

t/m³;Kp為隔水岩石的抗張強度t/m²;H為隔水層底板承壓的水壓；h為底板破壞深度m。

取L= 4m ,r=2.4t/m³,H=560t/m²,Kp=108t/m²(濟寧礦區資料)，h= 15.5m ,

則t安=4×（ -2.4×4）/4×108+15.5= 21.85m

因此根據安全隔水厚度評價，要保證安全開采其安全隔水厚度必須大於 21.8m 。

③、按阻水係數評價：由於煤層底板主要岩性為粉砂岩，中砂岩，參考經驗值，平均岩體破裂壓力pb取為10Mpa破裂半徑R為 50m ，則阻水係數Z=pb/R=0.2Mpa/m因此要阻抗5.8Mpa的水壓則有效隔水層厚度：H有=5.8/0.2= 29m

所以井田西翼開采必須保證有效隔水層厚度大於20～29m,也就是說要保證等效隔水層厚度大於35.5～44 .5m .

3.6段層導水性

斷層的導水性是石橋煤礦生產過程中一個重要課題，因為井田構造極為複雜，尤其層滑構造發育，極大影響了煤礦生產和采掘布置。一般規律是：在不同方向的斷裂構造交彙部位，易行成構造破壞帶，岩石破碎帶裂隙較多且大、導水性和富水性較強，但如果斷裂帶內的空隙正被充填或膠結牢固，則導水性和富水性較弱。在斷層兩盤為塑性岩層，如泥岩、粉砂岩、砂質泥岩、粘土岩等，破碎帶很空或不發育，其導水性可能較差。因此，斷層的導水性要根據具體情況做具體分析。石橋煤礦礦井開采實際證明井田內中小型斷層十分發育，加之層滑構造的發育、小斷層則更為發育，且近斷層處構造裂隙極為發育。這些中小型構造及裂隙對礦井水文地質條件有極大的影響。（1）斷層的存在縮短了煤層與底板含水層之間的距離，近斷層開采易引發底板突水。（2）、斷層與構造裂隙使煤層頂底板岩石受到破環，降低了底板隔水層的隔水性能，在小斷層密集區，易發生底板滲水，甚至引發大的突水。（3）中小型斷層或節理發育區，尤其是底板隱伏構造發育區往往也是底板含水層富水區，存在底板突水的物質條件。這對防治水工作非常重要。斷層的導水性是一個複雜的課題，由於礦井開采活動會破壞地下水的平衡，從而導致斷層導水性發生改變，原來不導水的斷層可能成為導水斷層。因此，對斷層導水性的研究，尤其是邊界大型斷層的導水性，應引起足夠的重視，在礦井采掘過程中，要堅持有疑必探、先探後掘的原則，對過斷層的巷道，要查明斷層的具體位置及其導水性，必要時超前過斷層帶進行預注漿加固或調整開拓布置避開斷層帶。

3.6.1 隔水層

含煤地層中的砂質泥岩、泥岩及一些粉質砂岩等層位，經實際生產揭露情況說明，均具有隔水性能，基本上不含水，也不導水，為相對隔水層，有效地隔斷了各含水層之間的聯係，這就構成了本區多層結構的地下水類型。

3.6.2 斷層的含、導水性

因為本井田地質構造複雜。斷層對礦井充水條件的影響，取決於斷層的性質、力學性質、規模、密度、被切割岩層的岩性特點以及水文地質條件。由於斷層本身是非均質的，在其形成過程中可能經曆多期活動，斷層力學性質難以確定，斷裂帶或斷層麵特點可能具多變性。因而斷層導水性、富水性可能具有很大的差異。一般規律是，在不同的斷裂構造交彙部位，易形成構造破碎帶，岩石破碎帶內裂隙較多且大，導水性和富水性較強，但如果斷裂帶內的空隙已被充填或膠結牢固，則導水性和富水性較弱。在斷層兩盤為塑性岩層如泥岩、粉砂岩、砂質泥岩、粘土岩等，破碎帶很窄或不發育，其導水性可能很差。因此，斷層的導水性要根據具體情況做具體分析。而且，對某一具體斷層的不同部位的導水性也應做出不同的判斷，據周圍礦井資料顯示：寧陽煤田斷層導水主要是落差較大的邊界斷層，導水（突水）較為普遍，如石屯礦井 -140m 在距F4斷層10 -20m 處出水，湧水量達 60m³ /h， -240m 水平湧水量最大達 80m³ /h。但由於斷層的導水性是一個複雜的研究課題，由於礦井開采活動會破壞地下水的平衡，從而導致斷層導水性發生改變，原來不導水的斷層可能成為導水斷層。因此，對斷層導水性的研究，尤其是邊界大斷層的導水性，應引起足夠的重視，在礦井采掘過程中，要堅持有疑必探、先探後掘的原則。對過斷層的巷道，要先查明斷層的具體位置及其導水性。

3.6.3 相鄰礦井的開采對本礦井的影響

保安煤礦位於本井田以北，設計生產能力21萬t／年，主采山西組3煤層，其直接充水含水層為3煤層頂板砂岩，間接充水含水層為第四係砂層及奧灰和本礦井相一致，全礦井年均最大湧水量為 35m³ ／h，最小湧水量為 15m³ ／h，。由於與本礦井之間間隔有較大保護煤柱，因而其采礦活動對本礦井影響不大。

石集煤礦位於本井田的東部，設計生產能力21萬t／年，主采山西組3煤層，其直接充水含水層為3煤層頂板砂岩，間接充水含水層為第四係砂層及奧灰和本礦井相一致，全礦井年均最大湧水量為 60m³ ／h，由於與本礦井之間間隔有較大保護煤柱，因而其采礦活動對本礦井影響不大。

排水係統

井底中央水泵房安設主排水泵4台，型號：6GD67×7*2台，電機型號JR134-2，電壓為6000V，功率為350KW。流量Qe= 150m ³ /h。D15567×7*2台,電機型號YB 335M -2，電壓為6000V功率為315KW,流量為 155 m³ /h。

排水管路2趟，總長度 840m ,直徑為180× 8mm 。

-580泵房安設排水泵3台，型號：D85-45×7*3台，電機型號YB 315M -2，電壓為660V，功率為132 KW。流量Qe= 85m ³ /h。

排水管路2趟，總長度 670m ,直徑為180× 8mm 。

4、深部開采水害及預防控製

4、1礦井含水層

4、1、1可采煤層的含水層及特征

開采3_上煤的主要充水水源為3煤層頂、底板砂岩裂隙水；太原組三灰岩溶裂隙水，其中3煤層頂板砂岩富水性較弱，對礦井生產不會造成很大危害；三灰富水性中等-弱，由於厚度較薄，正常情況下。不會對礦井造成很大的威脅，但由於本區構造的複雜性，斷層常使三灰與3煤層產生不同程度的水力聯係，因而，三灰對3_上煤開采具有一定的威脅。其它含水層為十_下灰和十三灰、十四灰。另外奧灰水是一個不可忽視的潛在威脅，在本井田奧灰水水位標高為+ 57.05m ，奧灰頂板標高為 -433.96m (15~5孔奧灰抽水資料)，按照突水係計算奧灰之上的壓蓋隔水層組厚度至少應 49m 。所以說，開采3煤層，一定要謹防斷層導水及奧灰水底板突水。

4、2礦井湧水特征

4、2、1曆年礦井湧水情況

表2礦井曆年礦井湧水情況如下表

年度	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010
三灰水（m3/h）	8.4	1.0	無水	無水	0.8	無水	無水	1.0	1.0	1.0
奧灰水（m3/h）	無水	無水	無水	無水	無水	33.1	33.1	32.5	32.5	32.5
全礦井（m3/h）	8.4	8.5	8.5	8.5	8.5	33.3	33.3	33.5	33.5	33.5

石橋煤礦自2006年3401采空區出水以來以來，根據湧水量觀測，水量無大的變化。

4、2、2礦井湧水來源的構成

礦井湧水量的來源是:主要是3401采空區奧灰水及局部頂板淋水和灑水防塵水。

4、3礦井水害特征分析

4、3、1地表水分析

礦區地處泰山西南部魯西平原和魯中山地的過度地帶，本井田西側有光河流過，該河流為季節性河流，一般冬季斷流，夏季多水，雨季水深多在 1.0m 左右,最高洪水位記載+ 63.5m ，工業廣場為開闊農田，地形平坦，石橋煤礦副井口位置地麵標高約為+ 66.01m ，主井口位置地麵標高約為+ 66.6m 。工業場地，井口按防洪百年一遇洪水位，另加壅水、風浪侵襲及安全高度，主付井井口、絞車等主要建築設施，以+ 68m 設防。洸河溝位於井田之上。

該礦位於寧陽煤田華北地台魯西地塊的寧陽斷陷北部，屬於汶泗凹陷的組成部分，受汶泗凹陷和鄆城斷裂控製，呈東西向長條狀分布。凹陷帶內保存了古生界石炭～二疊係，並發育有上侏羅統的蒙陰組和第四係。石橋井田處於寧陽煤田東區最西端的中深部地段，總體形態為一走向近東西向南傾斜的單斜構造。煤係內各主要含水層及各煤層之間均有厚度不等的粘土岩、粉細砂岩等隔水層相隔，其水力聯係不甚密切。

4、3、2井下水分析

4.3.2 .1斷層水

分析：石橋井田內斷層多構造複雜在斷層交彙處岩體破碎，應力降低可能存在導水裂隙，斷層有可能與3煤頂底板砂岩以及三灰，或奧灰水導通，存在出水危險，在以後的采掘工程中一定加強斷層的控製，並堅持“有疑必探、先探後掘”的原則，如有異常立即彙報並采取必要措施。

4.3.2 .2 3煤頂、底板砂岩淋水

分析： 石橋井田目前開采山西組第3層煤，直接充水含水層為山西組3上煤頂、底板砂岩弱含水層，經石橋井田（精查）地質報告分析，開采過程中，頂板有少量淋水，隨開采深度增加而逐漸消失。對采掘工程影響不大。

4.3.2 .3老空水

分析：3401采空區存在奧灰水，容積 2350 m³ ，經過肥城防治水專家分析並采取疏水降壓，留設防水煤柱等措施後，06年出水以來，水量穩定在 32.5 m³ /h，湧水量未有大的起伏，預計以後不會有很大的起伏，3403采空區存在防塵積水，水量 3400 m³ 已留設防水煤柱，其它采空區不含水

4.3.2 .4三灰水

分析：08年4月-580軌道下山掘進時迎頭揭露三灰水，水量 1 m³ /h，08年底三灰水消失，由於石橋井田地質條件複雜，斷層眾多，且受層滑斷層影響部分岩層缺失，預計今後采掘工程可能揭露三灰水，對開采有一定影響

4.3.2 .5奧灰水

分析：根據19-3，404鑽孔以及02號探水孔資料證明3煤底板與奧灰距離隨開采深度增加而加厚，按突水係數法分析，Ts值均不大於0.06的安全標準值。但為安全考慮，仍加強監測。

4、4礦井深部開采水害措施及其有效性分析

4、4、1礦井排水係統

礦井現生產水平為 -335m ，在副井井底附近建有中央泵房、水倉等完善的主排水係統。泵房有兩個出口，1個通井底車場，1個經管子道通副井井筒。水倉可容納礦井8h正常湧水量，人工清理水倉。在主、副井底下部分別安裝水窩水泵排水，經車場水溝排入集中水倉。

石橋煤礦井下 -335米 中央泵房：有水泵4台，6GD-67×7水泵3台，排水量 150m³ /h，揚程 469m ，D155—67×7水泵1台，排水量 155m³ /h，揚程 469m ，配用電機型號為JKB4—2，額定電壓6kv，容量350kw，3台。配用電機型號為Y 355M -2額定電壓6kv，容量315kw，1台。敷設φ180× 8mm 排水管路長度 420m ，排水能力 300m³ /h.

二采區泵房：有水泵2台，型號D85-45×4，額定揚程 180米 ，額定流量 85 m³ /h.電機2台，型號YB280S-2,功率75KW。敷設φ125× 5mm 排水管路長度 450m ，排水能力 170m³ /h兩路。

四采區泵房：有水泵3台，型號D85-45×7，額定揚程 315米 ，額定流量 85 m³ /h.電機3台，型號YB 315M -2,功率132KW。敷設φ159× 4.5mm 排水管路長度 400m ，排水能力 170m³ /h兩路。、

四采區下區段泵房：設計用水泵3台，型號D85-43×4，額定揚程 100米 ，額定流量 100 m³ /h，電機3台，型號YB280S-2,功率75KW。敷設φ125× 5mm 排水管路長度 350m ，排水能力 200m³ /h兩路。

4、4、2礦井各種隔離煤柱

礦井邊界隔離煤柱，石橋煤礦東部石集煤礦其采掘活動與石橋煤礦有村莊相隔，且留足邊界隔離煤柱，沒有超層越界，對石橋煤礦無影響。

石橋煤礦北部為保安煤礦，由於保安礦與石橋煤礦以F22大斷層為界，兩礦各留 50米 礦界煤柱，其采礦活動在沒有超層越界，沒有開采邊界煤柱的情況下，對石橋煤礦沒有直接影響。

4、4、3其它防治水措施

由於本井田所處的地質構造複雜，斷層發育，隨著煤層不斷深部開采，其水害仍然是威脅礦井安全生產的主要因素，應成為礦井預防災害02manbetx.com 的重點，因此，務必要堅持“有疑必探，先探後掘”的原則，應進一步加強取預防措施：

1、為了防止鑽孔溝通第四係含水層，或導通奧灰含水，應嚴格檢查封孔質量，對於封閉質量差或對封閉質量有懷疑的鑽孔，必須留置煤柱或打超前探水鑽探測，采取預防排水措施。

2、本礦落差較大的斷層F22和F14斷層使得3煤層部與奧灰距離很近，直接威脅煤層的開采，因此，在布置巷道和施工中應盡量避開此處，確保安全生產。

3、對落差大的斷層和邊界斷層，應按承壓水頭壓力確定防水煤柱尺寸，當掘進巷道接近斷層時，必須打超前鑽孔，做到有疑必探，先探後掘。一般不得由正斷層的上盤進入下盤，必要時先探後注漿改造再掘進。

4、5礦井深部開采水害預防與治理方案

4、5、1礦井深部開采存在的主要水害隱患類別危害程度分析

隨著礦井煤層開采深度的增加，在揭露大斷層附近，煤層與奧灰接近處時，充水條件複雜，需注意防範。奧灰將成為底鼓型充水含水層，，因此礦井深部開采，三灰、奧灰含水層岩溶水害成為主要的水害威脅。

4.5.1 .1礦井含水層資料分析

4.5.1 .1.1山西組3煤層頂部砂岩裂隙弱含水層

山西組3煤層頂板砂岩累計厚度約 20m ，以灰白色中砂岩為主，為3煤層開采時的直接充水含水層，主要為裂隙水。為砂岩裂隙型承壓含水層，單位湧水量為0.0741／s.m，礦化度為 0.626g ／l，富水性很弱。水質類型為：HCO3·CL·SO4-Na·Ca。據附近保安、石屯、伏山、南寧等生產礦井實際揭露資料，其含水性也很弱。礦井開采淺部時，一般有淋水且水量較大，但隨開采水平的增加，僅斷層附近砂岩有淋水，並且水量不大，甚至采麵幹燥無水。3煤頂底板砂岩對3煤開采一般不會造成危害。

4.5.1 .1.2第三層石灰岩含水層

淺灰～灰色或灰白色，致密、堅硬，厚2.55～4 .70m ，平均厚 3.83m ，淺灰及青灰色，局部含泥質。上距3下43.13～54 .40m ，平均 49.03m 。據鄰區122孔抽水資料，單位湧水量0.00211／s．m。礦化度為 0.658g ／l。水化學類型CL·HCO3-Na·Ca，富水性弱。周邊礦井揭露該層灰岩資料顯示，三灰屬於弱～中等含水層。但其含水性具有隨埋藏深度增加而減弱的規律。

本井田由於處於中深部，三灰的富水性相對較弱，對礦井開采影響相對較小。三灰水的補給來源主要為第四係水沿三灰的露頭補給，另外由於斷層關係使三灰與其它含水層對口部位，會受其補給。

4.5.1 .1.3第十下層石灰岩含水層

厚度為3.0～9 .18m ，平均 5.31m 。灰～深灰色、質純、致密、堅硬、厚度穩定，其下部或底部多為炭質或泥質條帶狀薄層石灰岩。淺部或構造附近裂隙較發育，富水性較好。深部裂隙多被方解石充填，屬溶穴裂隙型承壓水。據周邊礦井抽水資料，單位湧水量為0.037～1.351／s.m，礦化度為0.266～0 .581g ／l，水化學類型為HCO₃·CL-Na·Ca。十_下灰屬於強～中等含水層。

本井田位於寧陽煤田的中部偏南，從鄰區資料分析，本井田範圍內十_下灰富水性中等。十_下灰補給來源主要為第四係潛水沿露頭及奧灰通過斷層補給。

4.5.1 .1.4奧陶係石灰岩含水層

奧陶係石灰岩厚度在魯西一般是比較穩定的，但在寧陽煤田內，由於低角度層滑斷層的錯動及其後期剝蝕的聯合作用下，其殘留厚度難以確定。灰白～淺灰～青灰色，質純、致密、堅硬、淺部溶穴裂隙較發育，屬溶穴裂隙型承壓水。煤田內單位湧水量0.00006～7.441／s.m，礦化度為 0.43g ／l，水質類型主要為HCO₃·SO₄-Ca·K·Na、HCO₃·CL-Ca·Mg型。

提交寧陽煤田東區詳查報告時，全區揭露奧灰的鑽孔已有169個，其中漏水鑽孔28個。鑽孔最大揭露厚度為 114m ，所見岩芯層段很雜，有的屬於上段，如514、142鑽孔所見。鑽孔在該層段實施抽水時，其單位湧水量均很大，鑽孔衝洗液漏失嚴重。有的屬於中段，如551、441鑽孔所見。這一層段的富水性比上段要小。219號孔在孔深 21.00m 處見直徑 2.10m 的洞穴，25號孔在孔深 395.00m 處見直徑 1.00m 的洞穴，142號孔在孔深 120m 處見直徑 0.5m 的洞穴，514號鑽孔雖未見到較大的洞穴，但岩溶也很發育，小的溶洞屢見不鮮，可見奧陶係石灰岩在經受了地下水的長期溶蝕後，溶洞發育，富水性強。煤田內先後布置了36個水文孔，進行了6次抽水試驗，其中142號孔單位湧水量6.161／s.m，514號孔單位湧水量為7.441／s.m，其他幾個鑽孔的單位湧水量為0.012～0 .0413l ／s．m。

1987年保安煤礦生產補充勘探時施工水文孔(87-11號孔)一個，抽水試驗一次，單位湧水量僅為0.000061／s.m。可見奧灰的含水性是極不均一的。其一般規律為井田深部和奧灰的中、下層段富水性有變弱的趨勢，但不十分明顯。因為深部鑽孔亦有漏水者。

奧灰水的補給來源，主要為第四係潛水，同時與外圍的寒武係灰岩也有一定的相互關係。奧灰為煤係基底，正常情況下，上距17煤層在 45.00m 左右。由於斷層錯動，奧灰經常與下組煤直接對口接觸。另外在第15勘探線以西地區，由於F26緩傾角層滑斷層的影響，奧灰與山西組3煤層的間距已經很小或出現直接對口接觸，奧灰岩溶裂隙承壓水直接威脅著各煤層的安全開采。

石橋井田範圍內，見奧灰鑽孔15個，揭露最大厚度 72.9m ，據現有資料，僅406號孔在 479.23m 處全漏，15-5號孔奧灰抽水，單位湧水量0.00141／s．m，礦化度為 1.45g ／l，水化學類型為SO₄·HCO₃-K·Na·Ca型，說明此處奧灰水循環條件較差，富水性較弱。據鑽孔揭露資料顯示，奧灰距3煤最小間距 38.2m ，最大間距 134.53m ，均比其它煤田間距小。因此在開采3煤層時，在奧灰富水性強的地段，奧灰有可能通過斷層或者以底鼓突水方式湧入礦井。

4、5、2采取的主要治理與預防措施

（1）完善礦井的奧灰水文觀測係統。深部開采時對受底板岩溶水威脅的采區、工作麵治理，首先，收集岩溶含水層的水文地質資料，查明采區水文地質條件。工作麵采掘過程中及時布置物探、鑽探工程，查明下部含水層的富水條件，進行工作麵的安全評價，製定安全處理措施，確保安全開采。

（2）始終堅持“有疑必探、先探後掘、不探不掘”的原則，加強對空區水、斷層水的探放，確保安全生產。

（3）在水害的治理過程中，積極與有關科研院校合作，引進新方法、新手段，來達到對水害治理的目的。

4、5、3治理方案設計

（1）積極做好礦井生產工作的防治水工作，根據礦井采掘接續安排，對設計工程及時布置物探、鑽探工程，查明工作麵水文地質條件，並委托有資質的部門進行安全開采評價，製定安全開采措施，確保安全。

（2）建立和完善礦井水文觀測係統

2009年我礦將 -335米 ， -580米 重點地段安裝更為先進的流量儀，準確掌握水量變化動態，實現對礦井湧水量大小的實時觀測監控，及時發現異常變化，確保安全生產。

（3）開展地質構造規律的研究工作

在礦井地質工作現場的技術人員，通過收集整理大量實際資料，分析本礦井的地質構造規律，為及時做出正確判斷、指導礦井正常生產提供依據。

（4）開展三維地震探測

本礦井地質構造複雜，是影響煤礦生產的主要地質因素。目前，三維地震勘探技術發展很快，尤其對構造的控製，精度較高，目前已能在構造複雜區取得很好的效果，因此在井田未進行三維範圍區內進行三維地震探測，必要時施工少量鑽探工程，以進一步查明地質構造發育規律，指導礦井生產。

（5）加強井下勘探工作

由於本礦井地質構造極為複雜，勘探資料對構造的控製仍難以滿足生產需要。今後在構造複雜地段，應加強井下勘探工作，利用巷探、井下鑽探等手段，查明構造情況，指導礦井安全高效生產。

（6）水文地質方麵

水文地質工作應與地質工作結合起來，因為本礦井的構造控製煤層、控製水文地質條件的特點比較突出，水文地質工作應加強構造控水的研究與實施積極有效的技術措施。

①、加強煤係含水層與奧灰含水層水力聯係的探測與分析；

②、建立建全水文地質台帳和數據庫，使礦井水文地質工作上一個新的台階。

4、5、4治理規劃及計劃資金情況

計劃分年度逐步治理，治理規劃及計劃資金由礦井根據采掘接續安排和礦井深部開采情況及時製定，所需資金有礦井自籌。

4、6安全開采評價

4、6、1防治水安全開采的開采深度警戒線及可靠性分析論證

通過對影響各煤層開采的各含水層富水性隨礦井埋深的變化情況分析，確定防治水安全開采的開采深度警戒線。

開采3上煤，礦井充水條件較為簡單。正常情況下所揭露的直接充水含水層為山西組頂底板砂岩，該含水層富水性弱，動水補給、循環條件均較差，以裂隙承壓靜水為特點。因此礦井主要充水形式為頂板淋水及構造破碎帶附近的脈狀裂隙水。但在遇大斷層與對盤奧灰間距縮小甚至對口接觸處，有可能造成對盤水泄入礦井，因此，落差較大的斷層附近是礦井突水重點防範地帶。總起來看，3上煤開采水文地質條件簡單，為充水條件簡單的裂隙充水礦床類型。

4、6、2采取的安全技術措施

（1）進一步建立健全井上下水文觀測係統，隨礦井延深，仍需要在深部水平繼續施工礦井水文觀測孔，特別是要對深部奧灰含水層富水性進行探查。鑽孔完工後要在孔內安裝水位（壓）自記儀，並通過水文自動檢測預警係統實現對鑽孔水位及防水設施的遠程動態監控。滿足礦井安全生產需要。

（2）完善礦井排水係統、設施，按照礦井水平設計、采區設計以及工作麵湧水量預計情況，保證礦井有足夠的排水能力，保證礦井防治水安全。

（3）結合礦井實際開采資料，不斷總結完善礦井防水安全開采技術體係，指定有針對性的安全措施，通過合理留設防水煤柱、疏幹降壓以及做好安全開采設計，選擇合理開采方法和開采參數，減少采動影響等手段，降低采動破壞深度和水壓破壞高度，從而降低深部開采底板奧灰突水的可能。

5、礦井綜合安全開采評價論證

5、1礦井安全開采的開采深度警戒及可靠性總體分析論證

5.1.1 深部開采

5.1.1 .1回采工作麵

通過我礦現 -580 m 以上水平實際開采來看，深部開采時工作麵支護受煤層厚度、煤層上覆岩層狀況、地質構造、開采深度等因素的影響，開采深度不是主要影響因素，根據開采期間礦壓觀測的分析，開采深度最大的工作麵支護強度並不最大。采深的變化對工作麵支護強度的影響並不十分明顯。因此可認定在-580水平以下，我礦現有的支架能夠滿足支護強度的要求。並且隨著今後開采深度的進一步增加，受構造應力影響較大的工作麵，亦可在充分分析地質構造變化的基礎上，選用支護強度更大的支架，以滿足個別地質條件較為複雜的工作麵支護強度增大的需要。

礦井深部開采時，我礦擬準備與山東科技大學合作對深部開采的第一個采煤工作麵進行礦壓常規“三量”觀測及巷道圍岩應力觀測，①通過現場觀測，了解工作麵頂底板狀況。②對頂板運動規律進行全麵監測，摸清頂板運動規律，包括直接頂的初次垮落步距、基本頂初次來壓及周期來壓步距等。③掌握需控岩層厚度範圍，確定直接頂、基本頂的合理岩層厚度範圍。④摸清兩巷超前支承壓力分布規律，確定合適的超前支護方式、支護強度和支護範圍。⑤通過支柱工作麵阻力的現場觀測和底板比壓的測試，了解工作麵頂底板運行狀況。⑥通過實測結果，分析支架與圍岩相互作用關係，了解采場支護的適應性、穩定性及合理性，為采場支護的合理選擇提供依據。⑦通過觀測支柱的阻力分布規律，掌握工作麵不同部位、不同時期的礦壓顯現規律。⑧優化合理支護密度及支護方式，為礦井深部其他工作麵的安全開采提供可靠的技術參數和科學依據。綜上所述，我們將進一步加大深部工作麵現場管理力度，及時根據現場實際情況，不斷優化合理的支護密度及支護方式，以確保礦井深部工作麵的安全開采。

5.1.1 .2深部巷道支護

將深部開拓準備巷道布置在硬度的砂岩中，采用高強錨杆加強支護，針對巷道底臌，采取加長底角錨杆，打安底板錨杆及底板注漿等措施，能夠有效控製深部軟岩巷道圍岩變形。深部沿煤順槽等回采巷道，采用高強錨杆配合錨索加強支護或采用圓弧拱形斷麵，以增強圍岩整體承載能力，巷道遇斷層、地質破碎帶等特殊條件下，可采取縮小錨杆間排距、錨索、超前輔助臨時支護等措施。綜上所述，開采至 -580 m 水平以下時，巷道支護在目前支護工藝的水平上，采取必要的加強支護措施，能夠保證深部安全開采的需要。

5.1.2 礦井通風

目前礦井開采至 -680 m ，根據實測，采掘工作麵瓦斯湧出量隨著采深

變化不大，爆炸指數基本相同，各煤層自然傾向性變化不大，都為自然煤層，無自然發火情況，故深部開采時瓦斯、煤塵、煤層自然發火情況變化不大，根據簡易測溫資料和地質構造分析，本區屬地溫梯度正常區，煤層無高溫熱害區。盡管如此，但隨沉積環境、構造和水文地質條件的不同，同一深度地溫梯度變化有一定差異，因此，在開采深部煤層時，應采取通風降溫措施，以防備高溫出現。現 -580m 溫度在 24℃ 左右，開采 -680m 時，預計溫度不會有較大變化，不會出現熱害。

5.1.3 礦井防治水

5.1.3 .1礦井深部開采水害威脅分析

四采區深部開采時礦井充水將不同程度地受到三灰、十下灰、十一灰及奧灰水的威脅。開采3煤時，其頂板砂岩含水性極其微弱，僅在構造破碎帶附近以少量淋水泄入礦井，對礦井充水影響極小。正常情況下影響不大，但由於大斷層可使其間距縮小甚至對接，因此在落差較大的斷層附近是防治水工作的重點地段。 5.1.3 .2湧水量分析

本礦為全隱蔽的石炭二迭紀煤田，淺部覆存於第四係鬆散層之下，第四係厚18.60～21 .6m ，由於其間粘土類隔水層發育良好，礦井湧水量與地表水體及大氣降水關係不密切。

現礦井正常湧水量 33.6m³ /h。礦井湧水量一般是正常湧水量的1.5倍，依此預計本礦最大湧水量為 50m³ /h。隨著開采時間的延續，降落漏鬥形成後，礦井湧水量有所減小並趨於穩定。

5.1.4 深部開采安全評價

通過以上分析論證，石橋煤礦開采山西組3煤層的充水因素主要為山西組砂岩裂隙水，深部由於埋藏較深，其上又數百米厚的第四係覆蓋，地下水循環條件差，以構造裂隙水為主，富水性變弱，礦井湧水量明顯減小，對礦井開采影響不大。

在開采深部煤層時，采取通風降溫措施，以防備高溫出現。現 -580m 溫度在 24℃ 左右，開采 -680m 時，預計溫度不會有較大變化，不會出現熱害。當延伸到 -680 m 水平以下時溫度將大於 27℃ ，現風機係統通風阻力1760Pa，到下一水平，風機係統通風阻力將達到1900Pa，風機能滿足通風要求,通防專業安全開采的開采深度警戒線可達到 -1000m 水平。

開采至 -580 m 水平以下時，巷道及采場支護在目前支護工藝的水平上，采取必要的加強支護措施，能夠保證深部安全開采的需要。

我礦雖然沒有出現衝擊地壓，但隨著采深的增加，重力型衝擊地壓及構造型衝擊地壓有可能發生。今後重點研究石橋煤礦衝擊地壓發生機理，優化衝擊地壓防治工藝，建立衝擊地壓防治保障係統，實現現場動態監測預報，提出有效解危措施，健全預測預報、完善衝擊地壓防治保障係統，消除或減緩衝擊地壓災害威脅，實現深部安全開采。