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矿
井
防
治
水
设
计
第一章水文地质
第一节井田含水层
1、奥陶系中统碳酸盐岩岩溶裂隙含水层段
本组为煤系地层之基底,岩性为海相厚层状石灰岩,重要成分为碳酸钙,因其易为水侵蚀溶解,在深部岩溶、裂隙十分发育,甚至使上部岩层塌陷而成柱状陷落。从区域特性来看,本层段是重要的地下含水层段。
本次勘探在井田内施工2-1号水文孔,钻孔抽水实验成果,峰峰组~,·m,,水温13℃,水质类型为重碳酸钾钠型,。富水性强。
据分层抽水实验成果,,·m,,水质类型为HCO3-,SO42-,Cl-—Ca2+,Mg2+型水。
,2-1钻孔以西11号煤层底板标高为540m-920m,为奥灰水位带压区。
2、石炭系上统太原组的碳酸盐岩岩溶裂隙含水层段
本层段仅在井田南部有小面积出露,以3~4层石灰岩夹泥岩、砂岩及煤层为主,-,岩溶较为发育,富水性较好;其他三层石灰岩(K2上、K3和K4)富水性稍差。
3、二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层段
含水层以细~中粒砂岩为主,属弱富水含水层。
2-1号水文钻孔对山西组和太原组进行了混合抽水实验,,·m,,,,水温12℃,水质类型SO42-.HCO3-.Cl-Ca2+.Mg2+.K++Na+。
4、二叠系上、下石盒子组砂岩裂隙含水层段
岩性以泥岩、砂岩互层或泥质岩类夹砂岩为主,由于遭风化剥蚀,风化裂隙发育,为大气降水的入渗补给发明了条件,大部分泉水都出露于该地层中,~。据区域钻孔抽水资料,·m,属弱富水含水层。
5、第四系松散层类孔隙含水层段
第四系中、上更新统地层零星分布于井田内的梁峁地段,含水层岩性重要为砂、砾石层,持续性较差,补给条件较好,但多为透水不含水岩层,局部地段含水,含水单薄。
三、重要隔水层
1、二叠系上、下石盒子组泥岩隔水层
二叠系石盒子组地层为一套泥岩、砂岩交互沉积地层,泥岩厚度大,且持续稳定,隔水性能好,是浅层地下水与煤系地层之间较好的隔水层。
2、本溪组泥岩隔水层
本组岩性以铝土质泥岩、砂质泥岩、灰白色细粒砂岩及灰黑色薄层灰岩构成,,无明显含水层存在,为煤系含水层段与奥陶系岩溶含水层段间的重要隔水层。
地下水的补、径、排条件
①岩溶水
井田位于洪山泉域北部、泉水重点保护区南缘,其补给重要通过断裂带接受大气降水与地表水的入渗补给,。地下水接受补给后,沿层面裂隙和断层破碎带深部和侧向径流,补给洪山泉,加入区域地下水的循环。在沟谷切割处以泉的形式排出地表,补给松散岩类孔隙水。
②碎屑岩类裂隙水
碎屑岩类裂隙水的补给重要来自裸露区大气降水和上覆松散层的入渗补给。受区域构造控制,地下水在重力作用下沿岩层裂隙顺层运动,或沿构造破碎带向深部和侧向径流,在沟谷切割处以泉的形式排出地表,或补给第四系松散岩类孔隙水。此外,重要排泄方式还涉及生产矿井的矿坑排水和人工开采。
③松散岩类孔隙水
松散岩类孔隙水除大气降水的垂直入渗补给外,有地表水入渗补给和基岩裂隙水的侧向补给。地下水的流向一般与地表水的流向大体相似,排泄方式除蒸发外,重要是人工开采或补给深层基岩裂隙水。
矿井充水因素分析
1、地表水体对矿井开采的影响
井田位于洪水泉排泄区,地表无大的水体。由于井田内地形坡度大,沟谷深切,加之煤矿采空导水裂隙带在局部通达地表,故存在地表水在局部向矿井充水的也许。
2、直接充水含水层对煤层的充水影响
井田内的9、11号煤层的直接充水含水层为富水的K2、K3、K4灰岩含水层,该含水层是对下组煤开采影响较大的含水层。在断层附近,由于构造对隔水层的破坏,使各含水层间产生横向及垂向水力联系。因此开采各煤层时矿井充水条件将发生较大转变,给矿井安全带来隐患。矿井生产时应予以注重。
3、生产矿井充水条件
井田外围原分布有1个生产矿井,井田内原有3座生产矿井,尚有为数众多的小煤窑,开采的煤层重要涉及5号、9号和11号煤层,开采深度一般在100m~300m左右。
井田西、南侧为山西介休大佛寺南窑头煤业有限公司,开采9号和11号煤层,各煤层开采水平低于本井田同一煤层标高,一般不会构成对本矿井将来煤层开采的影响。
井田内断裂构造较为发育,断层带一般无胶结,富水条件好,往往沟通纵向上不同的含水层和横向上相邻地段的含水层,导致矿井局部集中充水。
历史上,井田曾存在众多小煤窑,开采5号、9号和11号煤层,形成一定规模的古空区,古空区内有一定量的积水,加之井田岩层倾角较大,节理裂隙和断裂构造发育,雨季时大气降水向深部补给地下水,往往在短期内进入9号和11号煤层巷道和工作面,给矿井生产带来影响。
4、矿坑充水因素分析
本井田批准开采2号-11号煤层,其中5号煤层零星可采,9号和11号煤层全区稳定可采。
重要可采煤层中,5号煤层以顶板充水为主,因其顶底板均为泥岩(或砂质泥岩),充水方式以构造节理裂隙和断层破碎带导水为主。5号煤层大多位于浅部,地表水和大气降水补给周期短,不同步间段矿井充水规模变化大。由于均为历史上小煤窑开采,顶板大多已冒落,其积水形式以冒落物孔隙积水为主。
井田东部、南部有大面积9号煤层采空区,受煤层形态和构造特性影响,东部和南部采空区积水也许分别对西部、北部井巷工程导致影响。
井田东南部小煤窑古空区均位于浅部,且水平大多高于沟谷底部,接受大气降水补给后,在较短的时间段内顺岩层面排向地表,故积水量较小。
六、构造对井田内水文地质条件的影响
井田内构造较为发育,东部边界为S1背斜,规模较大的断层涉及F11(化家窑地垒南断层)、FM1、FM2、FM4和FM5等正断层。
背斜轴部碎屑岩裂隙发育,一定限度上利于大气降水入渗补给和地下水径流,但由于背斜的分流作用,其重要的水文地质作用在于变化局部的地下水径流方向。
由于断裂构造发育,井田内岩层节理裂隙十分发育,尤以泥质岩类为明显。钻孔中岩芯一般较为破碎,矿井下泥质岩类巷道往往浮现冒顶、片帮甚至底鼓现象。井下调查发现,在规模较大的断层两侧,一但揭穿断层,往往浮现断层带涌水。为此,断裂构造对井田水文地质条件的影响在于断裂带往往沟通地表水及各含水层段,加速地下水的互相补给和径流,并在断层带两侧形成强径流带。
七、矿井水文地质类型
5号煤层顶板为砂质泥岩,直接充水含水层为山西组砂岩,间接充水含水层为下石盒子组砂岩含水层,富水性弱,但由于井田构造和岩层节理裂隙发育,便于上覆含水层向矿坑充水,使得5号煤层充水条件趋向复杂。矿井水文地质属中档,水文地质勘查类型为二类一型。
9号煤层顶板为石灰岩,直接充水含水层为石炭系碎屑岩酸盐裂隙、岩溶含水岩组。据2-1号钻孔抽水实验资料,该含水岩组富水性弱;2-1钻孔以西范畴内属带压开采,该地段西部边沿为岩溶水岩层正常块段突水性安全区;井田东、南部分布大面积采空区。F11正断层使奥灰水贯穿各含水层,矿井水文地质条件属复杂。
11号煤层在2-1钻孔以西属带压开采,至FM1正断层部分处在岩溶水岩层正常块段突水性安全区,FM1正断层以西部分属突水性危险区,在矿井生产过程中,往往受9号煤层连带影响;北接F11正断层,该断层导致奥灰含水层与煤系地层直接贯穿;西有FM1正断层,南邻山西介休大佛寺南窑头煤业有限公司;综合多种充水因素,拟定该地段矿井水文地质条件为复杂。井田其他地段上覆有较大面积的9号煤层采空区和一定规模的5号煤层采空区,且与9号煤层采掘系统互相关联,综合多种因素,拟定其矿井水文地质条件为复杂。
八、重要水害及其防治
本矿井水害防治措施如下:
技术措施
根据本矿井煤层赋存特点、井田内含水层水文地质资料,矿井开拓方式为斜井开拓,主斜井井口(运用);副斜井井口(运用);回风斜井井口(运用)。,该工业场地采用台阶式布置,各建、构筑物均在该场地最高洪水位标高之上,符合《煤炭工业矿井设计规范》规定。在工业场地内沿道路及边坡坡底修筑了矩形排水沟,排水沟总长度1600m,×,采用M5水泥砂浆砌MU30片石砌筑,并在工业场地下面设立涵洞,涵洞总长度550m,,
采用M5水泥砂浆砌MU30片石砌筑,以便尽快将雨水排出井田区域之外。
因此,井口及场地均不受洪水威胁。
该矿主斜井、副斜井和回风斜井都是运用已有井筒,由于主斜井、副斜井煤柱被其他小窑采掉,因此后来在生产过程中井筒中设观测点,建议矿方后来采用措施,严禁开采井筒煤柱。
(3)井下配备了小水泵,用以排除巷道积水,保证良好的劳动环境。
根据井田地质水文资料和开采煤层的赋存状况,矿井开拓巷道沿煤层顶板或底板布置,一般不受含水层威胁,但井田内断层教为发育,有也许受断层和陷落柱导水的威胁,因此在这些区域掘进时,必须打超前钻孔探水,做到“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”,并采用其他防治水措施。
(1)巷道过采空区和断层或在其附近开采时,要采用探放水措施,探清其范畴及水力联系,并留有足够的安全煤柱,采用“探、放、堵、截、排”综合防治措施。
1)必须坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则;
2)采用瞬变电勘探查明采空区积水状况;
3)开采9号煤层时一方面对5号煤层采空区进行探放水,严格执行“有掘必探,先探后掘”的防治水方针。
4)发现疑似积水区域,严格按规定对积水区域进行探放。
5)相邻矿井的分界处,必须留防水煤柱,在断层两侧留防水煤柱;
6)采掘到探水线位置时,必须探水迈进;
7)每次降雨后,应及时观测井下水文变化状况;
8)采掘工作面或其她地点有突水预兆时,必须停止作业,采用措施,撤出所有受水威胁的人员;
9)矿井必须做好采区、工作面水文地质探查工作;
10)探放水工作必须有专人负责;
11)生产中对小型突水采用强排的方式进行排放,但也应建立对较大突水状况的封堵措施,以避免较大突水事故的发生。
(2)采区巷道沿煤层顶底板布置,受煤层起伏影响较大,巷道中会浮现积水现象,在生产期间应根据实际状况,在巷道合适位置设立水窝,用小水泵将水排至采区水仓,保障采区巷道运送畅通。
(3)为了避免钻孔沟通第四系和各含水层,在回采(掘进)工作面接近钻孔前,应严格检查封孔质量。对于未完全封闭或封闭不合格钻孔,应采用相应措施避免通过钻孔导水,涌入井下。
(4)针对采区周边小窑老空区较多的状况,生产单位必须采用先进的手段,查清其分布范畴,留设安全煤柱。
(5)及时清理巷道水沟,保持其畅通与清洁。