济煤九矿防隔水煤柱的设计

济源煤业有限责任公司九矿防隔水煤（岩）柱设计地测科二〇一四年元月济源煤业有限责任公司九矿防隔水煤（岩）柱设计《煤矿防治水规定》规定矿井防隔水煤（岩）柱应当由矿井地测机构组织编制专门设计，经矿井总工程师组织有关单位审查批准后实施，矿井防隔水煤（岩）柱一经确定，不得随意变动，严禁在各类防隔水煤（岩）柱中进行采掘活动。为确保我矿安全生产，特对我矿的防隔水煤柱进行设计。一、煤矿简介济源煤业有限责任公司九矿为生产矿井，隶属济源煤业有限责任公司，设计年产量30万吨，于2011年9月与公司储量分割并取得采矿许可证（证号：C4100002009101120045505），有效期10年。我矿开拓方式为双立井单水平上下山开拓，开采煤层为二1煤层，井田内煤层赋存比较稳定，地质构造简单，煤层厚度为5.5m，煤层倾角浅部位6°～16°，深部16°～30°向南倾角变小、向北倾角变大。煤层不自燃，煤尘不具爆炸性，煤尘瓦斯不突出，无冲击地压。我矿通风系统、排水系统以及六大系统已经完善，目前我矿已六证齐全，并在2012年10月22日通过了市煤炭局的综合验收，予与竣工投产批复。井田范围及邻区关系：济源煤业有限责任公司九矿北靠太行山，东邻鹤济磨庄煤业公司，西南邻济源煤业有限责任公司七矿，西邻济源煤业有限公司六矿。济源煤业有限责任公司九矿矿区范围由表2-1-1所列的12个拐点依次连接圈定，矿井开采标高为+120～-180m，开采煤层为二1煤层，矿区面积1.1463Km2。根据济源煤业有限公司编制的《矿井水文地质类型划分报告》，矿井水文地质类型属中等型。二、煤矿水文地质条件根据周边生产矿井资料证实，对二1煤层开采影响最大的含水层为二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层，次为石炭系上统太原组石灰岩含水层。（一）含水层1、奥陶系中统马家沟组石灰岩含水层奥陶系石灰岩含水层，厚度580m，在矿区北部及西部山区广泛出露。灰岩青灰色，区域分布稳定，岩溶裂隙发育，含水丰富。根据河南省济源煤业有限责任公司一矿资料：奥灰含水层天然水位标高+158.25m。1981年苗庄、懂庄、崔庄等农村打两眼O2灰岩吃水井，井深483m，抽水试验水井涌水量为50m³/h。该含水层富水性强，虽然该层距二1煤层较远，对开采二1煤层影响较小，但该矿北部井田边界谭庄大断层及破碎带附近，应留足防水煤柱，以防该含水层高压水突出。2、石炭系上统太原组石灰岩含水层该含水层由L1—L8石灰岩组成，总平均厚47.6~68.0m，其中L8灰岩距二1煤约20m，厚1.98~5.64m，水位标高+160.28~+225.4m，渗透系数为0.0541m/d。一般单位涌水量为0.00733~0.03999L/s·m,最大涌出量为0.282L/s·m。该含水层是本区二1煤层底板直接充水含水层。由于与煤层之间约20m的泥岩和砂质泥岩的阻隔，该含水层对本区二1煤开采影响不大，但井田北部边界谭庄断层必须留足保护煤柱，防患于未然。3、二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层该含水层包括二1煤层顶板80m之内，砂岩层的厚度一般在20~50m，其中大占砂岩厚15~30m。含水层的单位涌水量为0.0056~0.014L/s·m，渗水系数为0.02399m/d,水位标高+165.98~225.37m。在开采二1煤层时，由于顶板的砂岩裂隙含水层的地质构造被破坏，裂隙水将直接充入矿坑，从而构成矿坑的直接充水水源。4、第四系砾石孔隙含水层本区第四系厚20~55m，其中砾石层及底部的砾岩为主要含水层。由于本区地表处在向南开放的山间盆地，雨季大气降水部分沿孔隙下渗，矿区南侧的引沁济蟒渠道，沿底部下渗，构成本区地下水的主要来源。该含水层累计厚5~15m，孔隙发育，富水性强，单位涌水量为1.51L/s·m，为本区二1煤层的顶板直接含水层。（二）隔水层1、煤层顶板隔水层煤层顶板砂岩裂隙含水层之上厚约45m的深灰色含云母砂质泥岩夹薄层泥岩及砂岩，岩石结构细腻，裂隙不发育，钻孔单位涌水量0.00017L/s·m。岩石含水微弱，是煤层顶板的良好隔水层。2、煤层底板隔水层煤层底板至L8灰岩之间为厚20m的泥岩和砂岩，岩石裂隙不发育，含水微弱。区内原煤矿开拓系统的运输、回风大巷均布置在该段岩层中，是本区煤层底板水的隔水层。（三）地表水、地下水之水力联系矿井位于克井盆地，地势北高南低，海拔标高+280m～+350m，相对高差70m，地形相对平坦开阔，矿区范围内除北侧的低山区有基岩出露外，其余地区均为第四系所覆盖。矿区南侧有引沁济蟒渠道，渠水沿底部下渗，也是地下水另一个补给水源。地下水一般从地形高处向低处径流，径流方向具有多向性特点。区内地层南部浅北部深，地下水由南向北径流，沿井田北部边界谭庄断裂带或断层裂隙径流。太原组石灰岩含水层和山西组砂岩含水层除正常由浅部向深部、向断层带径流外，还向矿井长期排水形成的降水漏斗中心径流，由矿井疏排。（四）构造对水文地质条件的影响本井田内主要的断裂构造为井田北部的潭庄正断层，该断层走向88度～268度，区内出露长度4km，倾向南，倾角70～80度，为井田北部自然边界。断层北盘由寒武系、奥陶系地层组成，南盘由山前第四系黄土堆积物及石炭系、二叠系地层组成，地表断层清楚，断距约400m。为一北盘上升、南盘下降的高角度正断层。该断层一方面破坏了煤层的连续性，使其两盘发生了重新接合，使得二1煤层在局部地段和含水层直接对接，导致含水层中的地下水直接进入矿井。另一方面也为地下水贮存、运移创造了条件，使不同的含水层通过断层带或断层裂隙发生垂直或水平水力联系。因此，区内构造的存在，对采矿有不利的影响。在断层带附近地段采掘时，应留足防水煤柱，以避免发生突水事故。三、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。我矿煤层水文地质属中等型，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；我矿不存在煤层露头风化带，因此不进行设计。（二）在地表水体、含水冲积层下和水淹区邻近地带；矿区不在含水冲积层和水淹区附近，此两项不用设计，但井田内南侧有引沁济蟒渠由东向西穿过，最大流量为11.6m3/s，一般流量为0.93m3/s，用于农田灌溉；地表有数条由北向南的自然冲沟，常年干枯。根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，采用全部冒落法开采时，冒落带和导水裂缝带最大高度计算如下：（1）冒落带最大高度Hm100MH2.24.7M19ｍ＝　＋式中，ΣM——煤层累计采厚。（2）导水裂缝带高度HLL100MH5.6m1.6M3.6＝　＋式中，ΣM——煤层累计采厚，5.29m。经计算：冒落带最大高度：Hm=14m导水裂缝带最大高度：HL=44m开采形成的导水裂缝带最大高度约44m，煤层埋深取最小值160m，二1煤层开采形成的导水裂缝带上界面距第四系砂砾石含水层下界面之间的最小距离约78m。分析可知，当煤层开采厚度在5.29m时，开采形成的导水裂缝带将不会到达第四系含水层。但本矿要加强对地表裂缝的观察，对地表裂缝要及时进行充填和进行防渗处理，防止地表水通过裂缝渗入到矿坑。（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；根据我矿水文地质报告及实际采掘情况，L8灰水在本矿开采范围内最深不-175m处水压为3.36MPa，会对我矿开采造成影响，我矿北部的谭庄大断层也是其良好的水力通道。根据《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：≥20m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4M--煤层厚度或采高，m；本矿煤层厚度5.26米p--水头压力，MPa；设计取3.36Kp--煤的抗拉强度，MPa。设计取0.7计算结果约等于39.9米，不得低于20米，设计防隔水煤（岩）柱为42米。（四）有大量积水的老窑和采空区；我矿区内的老空区都已经查明，基本上都已塌实，无积水，无需设计防隔水煤柱。（五）导水、充水的陷落柱、岩溶洞穴或地下暗河；根据地质报告及实际采掘情况，我矿没有未导水、充水的陷落柱、岩溶洞穴或地下暗河，因此本次不进行设计，将来如发现要及时进行补充设计。P35.0KpKML（六）分区隔离开采边界；我矿井开采煤层只有一层煤，为二1煤层，不存在分区隔离，不需要进行设计。（七）受保护的观测孔、注浆孔和电缆孔等。根据地质报告及实际采掘情况，我矿无受保护的观测孔、注浆孔、电缆孔等，因此本次不进行设计，将来如发现要及时进行补充设计。设计完成通过批准后，要严格按照设计进行留设防隔水煤柱。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。二零一四年元月