1、矿井重特大灾害治理和预防专业技术方案1、矿井概况1.1、矿井地理位置、范围大统矿业有限公司矿井位于兖州市南郊，兖州煤田西北端，矿井距兖州市约6公里，主井口坐标X=3931465 Y=20483255，目前矿井田边界为：西部以17煤露头为界，其它以A点、220孔、C5孔、等22个坐标点连线垂切为界（见表1、1）。井田形状为不规则的多边形，面积13.13平方公里。表1、1井田边界坐标统计表拐点号X坐标Y坐标13932130.520484447.023933664.520486624.633934413.920486097.943934900.920485753.753935080.02048608
2、4.863934944.520486394.573934857.020486554.283933427.920487500.093933293.120486973.0103933284.820486879.6113933446.020486780.0123933587.420486678.4133932028.520484465.0C3931598.020484520.0兴33929878.020484741.0B3928380.020484785.0C-53929985.020481831.02203929674.3220481345.96A3929350.020480907.5F13933
3、740.020482840.0F23933710.020483535.0F33934015.020484115.01.2、自然地理区内为第四系冲积平原，地势十分平坦，泗水河是井田内唯一的河流，属山洪河道季节性河流，常年处于干涸状态，洪水期最高水位可达+48.00m，历史最大流量3380m3/s，1990年8月为812m3/s，1991年7月为1730m3/s，与第四系潜水有一定的水力联系。本区为温带半湿润季风区，属大陆性与海洋性气候过渡型。年平均气温为13.8，每年元月份气温最低，平均为-13.4，最大冻土深度为0.45m，最大积雪厚度为0.19m。本区为多季节风，年平均风速为2.73 m/s
4、。多年平均降雨量710.74mm，最大年降雨量为1263.8mm(1972年7月)；最小年降雨量仅345.7mm(1988年)。雨季多在6、7、8、9月份，其降雨量占全年的70%。年平均蒸发量为1494.5mm，最大蒸发时间一般在56份，约占全年蒸发量的30%。本区地震活动性不强，但无感地震时有发生。1.3、矿井建井、投产时间，核定生产能力，实际产量杨庄矿始建于1978年，因资金、技术问题而停建。1983年1月恢复矿井建设，初步设计井型20万吨，后改为21万吨。矿井于1987年10月试生产，由于地质构造、水文条件复杂，于1994年才达到设计生产能力，2003年核定年生产能力40万吨，目前实际年
5、生产能力达到40万吨。期间92年因奥灰突水淹井停产一年。1.4、资源储量、矿井开拓、开采方式、开采水平、采煤方法、矿井服务年限2003年末表内储量1024.3万吨, 表外储量为6111.5万吨,保有储量为7135.8万吨。2003年末储量为(111)389.4万吨、基础储量(111b)519.1万吨、资源量6616.7万吨,其中2S11为3629.2万吨、2S22为2987.5万吨，资源储量为7135.8万吨。矿井采用竖井单水平（-200m）开拓，开采水平为-200m水平。主井单车双层罐笼提升，采区上、下山联合布置。现开采3煤以走向长壁机采为主，悬移支架支护，皮带集中运输，顶板采用自然垮落法管
6、理。采煤方法属高档普采。矿井储量尚有10年服务年限。2、矿井地质及水文地质21、矿井地质2.1.1、地层与含煤地层2.1.1.1、地层地层包括第四系、二叠系、石炭系、奥陶系地层。地层情况见图2、1综合地层柱状图据钻孔揭露资料显示，杨庄井田含煤地层被第四系厚冲积层覆盖，主要为二叠系下统的山西组（p11s）和石炭系上统的太原组（C2t），平均总厚为304.63m。山西组（p11s）山西组主要分布在井田的东南部（第10勘探线以南，C8孔、O-1孔、兴29孔、59孔以东），平均厚度110.47m。含有3层煤（1煤、2煤、3煤），1煤只有个别钻孔揭露，不可采；2煤仅有个别点达到可采厚度；3煤为稳定可采煤
7、层。山西组以砂岩、粉砂岩为主，夹有泥岩和煤层。中、细砂岩往往构成煤层的直接顶或老顶。太原组（C2t）太原组全井田均有分布，平均厚度170.10m。太原组的煤层主要集中在下部，主要煤层有15上、16上、17煤，15上煤局部可采，16上、17煤全区稳定可采。太原组以粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩为主，发育十几层灰岩和十几层煤层。2.1.1.2、含煤地层可采煤层（3、15上、16上、17）总厚度平均为10.34m，各煤层特征见表2、1。 3煤位于山西组下部，仅分布在井田的东南。厚3.32m9.90m，平均7.55m。结构简单，为稳定可采煤层。15上煤位于太原组中下部。厚度0.43m0.92m，平均0.67
8、m。结构简单，为较稳定的局部可采煤层。16上煤位于太原组下部，十下灰为它的直接顶板，下距17煤7.37m。厚0.851.61m，平均为1.11m。结构简单，为稳定的可采煤层。17煤位于太原组的下部，下距奥灰顶界面约47m（下距十四灰34.1m）。厚0.78m1.30m，平均1.01m。结构复杂，含02层夹石，厚度小于0.1m，为稳定的可采煤层。2.1.2、构造该井田位于兖州向斜西北翼，总体呈向东倾斜的单斜构造，倾角310。井田构表 2、1主要可采煤层情况一览表煤层号厚度（m）结构夹 石稳定性可采性最小最大平均（点数）层数厚 度（m）3煤3.329.197.55（18）简单00稳定可采15上煤0
9、0.920.67（25）简单1010较稳定局部可采16上煤0.851611.11（35）简单1010稳定可采17煤0.781.301.01（36）复杂02010稳定可采造以断层为主，褶皱次之，褶曲的发育多与断层关系密切。井田内断层主要分为三组：第一组为近SN向或NNE向，如铺子断层等；第二组为NENEE向，如F10断层等；第三组为NWNWW向，如F23 断层等, 构造情况见图2、2构造纲要图。2.1.3、岩浆岩、岩溶陷落柱井田范围内尚未发现岩浆岩分布情况，但邻矿杨村煤矿发现几处岩浆岩浸入情况。岩溶陷落柱有两处揭露。2.2、矿井水文地质2.2.1、地表水系泗水河是井田内唯一的河流，横穿整个井田南
10、北，属季节性河流，最大流量3380m3/s，属山洪河道，洪水期最高水位可达+48.00m。2.2.2、矿井含水层2.2.2.1、第四系上组含水层组由黄褐色、棕黄色粘土、砂质粘土、砂层及砂砾层相间组成，厚54.2571.50m，平均64.66 m.本组一般含砂层及砂砾层710层，岩性变化大，层次厚薄不均一，在垂深34m 以上的各含水层之间的隔水层为砂质粘土或粘土质砂，隔水性能差，局部地段为“一含”.本组底部约8m厚的层段，含砂量又相对增多，一般夹12层中细砂，其含水性相对较上部一含弱，划为“二含”.总体上，第四系上组松散，透水性与含水性较好，补给、排泄条件良好，根据兴隆庄精查地质报告（1966）
11、，原始水位标高+42.60+46.45m,单位涌水量0.9341.632l/s.m，矿化度0.230.37g/l，水化学类型 HCO3-Ca型.2.2.2.2、第四系下组含水层组第四系下组由浅灰色淡黄色、浅绿色粘土、砂质粘土及粘土质砂、砂砾层相间组成，总厚63.8580.70m，平均74.46m.本组按岩性和含水性可分为两段：上段平均厚度52.18m，一般夹15层细砂，稳定性差，变化大，含水性和富水性较差，可作为相对隔水层段；下段平均厚度22.29 m，一般含23层中粗砂，划分为“三含”（又称第四系底部含水层或简称底含），底含由北向南粘土含量减少，含砂量增加.总的来说，第四系下组含水性、透水性
12、较上组弱、较中组强. 2.2.2.3、太原组第三层石灰岩含水层含水层厚1.486.26m,平均4.15m，厚度变化圈套，但层位稳定.构造附近和浅部溶洞裂隙较发育，透水性较强，属岩溶裂隙承压水.东南两大巷开始揭露时最大涌水量168m3/h（1996年4月16日），之后很快衰减，现稳定在20 m3/h，说明三灰水以静储量为主，补给来源有限.2.2.2.4、太原组第十下层石灰岩含水层厚4.307.65m，平均5.12m.浅灰灰色，厚层状，质纯，致密坚硬，顶、底部多含泥质，具条带结构，一般上、中、下夹0.150.2m厚的燧石三层.十下灰的富水性和导水性的好坏取决于裂隙的发育，涌水量大且稳定时间长.井下
13、十下灰突水点水量一般在2050 m3/h，最大一次269.4 m3/h（1988年2月1日北大巷）.单位涌水量0.00020.271l/s.m，渗透系数0.2564m/d（据220孔抽水试验资料），矿化度0.270.68g/l，水质化学类型以HCO3-Na.CaSO4.HCO3-Ca.Na型为主.为含水中等的含水层. 2.2.2.5、本溪组第十四层石灰岩含水层厚6.296.43m，平均6.36m，厚度有变化，但层位稳定.乳白色、浅灰色.局部溶洞发育，属岩溶裂 隙承压水.据邻近杨村煤矿的资料，单位涌水量0.0003160.180l/s.m，渗透系数0.1091.870m/d，矿化度0.2012.
14、219g/l，水化学类型HCO3-Ca.Na型水.十四灰层含水中等的含水层. 2.2.2.6、奥陶系石灰岩含水层奥灰厚450750m，距顶界面以下50m处，发育有较多的小溶洞及半闭合状裂隙，富水性强，属溶洞裂隙承压水，水位标高+37.55- +38.35m，单位涌水量a=0.199-0.371l/s.m,水质类型为硫酸盐-重碳酸盐钙镁水，流向由北向南。2.2.3、矿井隔水层2.2.3.1第四系中组隔水层组厚38.5556.35m，平均47.06m。棕黄色、灰绿色粘土、砂质粘土、粘土质砂及粘土质砂层相间组成，以粘土层为主，粘土层厚度占本组总厚度的73%左右，含1数层砂及砂砾层，多呈透镜状，粘土含
15、量较高，透水性、含水性均弱。因此，本组隔水性能良好，为相对隔水层组。本组与第四系下组上段隔水层组地一起组成第四系中部隔水层组，可有效地阻隔第四系上组含水层组与底部含水层之间的水力联系。2.2.3.2 太原组粉砂岩、泥质岩隔水岩组位于第三层石灰岩与第十下石灰岩之间，平均厚度120多米。主要由灰深灰色粉砂岩、棕灰深灰色铝质泥岩、泥岩和灰灰绿色中砂岩、细砂岩组成，间夹薄层不稳定石灰岩5层和不可采薄煤层11层。粉砂岩、泥质岩的隔水性能良好，正常情况下可有效地阻隔三灰含水层与十下灰含水层之间的水力联系。2.2.3.3 太原组17煤层至本溪组第十四层石灰岩泥质岩隔水岩组据钻孔资料平均厚度33.11m，而据
16、物探资料平均厚度25m左右。岩性以铝质泥岩、粉砂岩为主，夹两层厚度不稳定的石灰岩（十二灰和十三灰）。正常情况下，对17煤层开采起良好的阻水作用。但应注意隔水层的沉积厚度的变薄、构造和矿山压力的破坏作用。2.2.3.4 本溪组十四灰与奥陶系石灰岩之间泥质岩隔水岩组平均厚10m左右。由粘土岩、铁质泥岩、铝土岩组成，隔水性能良好，但是由于厚度较薄，加之构造、奥灰水压的影响，所以其隔水作用常被破坏，使奥灰与十四灰之间产生密切的水力联系。224、断层的导水性、含水层间的水力联系、相邻矿井生产对本矿井的影响224、1断层的导水性井田内断层十分发育，现经钻探、地震勘探以及矿井开采查明的落差10m以上的断层有
17、28条，更有无数的小型断层，且近断层处构造裂隙极为发育。这些断层及裂隙对矿井水文地质条件有极大影响，主要表现在：1、断层的存在缩短了煤层与底板含水层之间的距离，近断层开采易引发底板突水。2、断层与构造裂隙使煤层底板岩石受到破坏，降低了底板隔水层的隔水性能及其强度，在小断层密集区或节理密集区，易发生底板渗水甚至引发大的突水。3、中小型断层或节理发育区，尤其是底板隐伏构造发育区往往也是底板含水层富水区，存在底板突水的物质条件。突水资料表明，中小型断层有很多都是导水的，因此在生产中应密切注意中小型断层的发育规律研究。井田内众多的中小型断层十分发育，根据地面钻探、井下揭露以及突水情况可以看出，NWSE
18、向展布的断层的富水性与导水性较好，而近南北向的断层的富水性与导水性均较差。断层的富水性与导水性与断层的力学性质及两盘岩性有关。张性断层的结构面往往张开性好、充填少或充填物空隙性好，结构面常富水且导水。压性断层的结构面往往闭合或充填糜棱岩，结构面不含水、不导水。扭性断层的结构面的富水性与导水性介于上述两者之间。断层切过脆性岩层时，脆性岩层易破碎，而断层切过柔性岩层时，柔性岩层不易破裂或形成闭合性较好的裂隙。因此断层两盘岩性为脆性岩层如灰岩等时，富水性、导水性好，柔性岩层时富水性、导水性差。井田内断层以正断层为主，且具有多期活动性，断层力学性质复杂。2.2.4.2、含水层间的水力联系含水层补给来源
19、情况：由于附近煤矿开采的影响，井田及其附近地区对开采有影响的主要含水层均有不同程度的下降，其中煤系各含水层以及第四系底部含水层的水位下降幅度尤其明显，有的含水层在局部地区已处于疏干状态，而奥灰水位的下降幅度较小，与煤田开发相比，降幅10m左右。这些情况说明，第四系底部及煤系各含水层处于较封闭状态，补给备件较差，以静储量为主，在开采条件下正逐渐被疏干；奥灰是区域强含水层，岩溶裂隙发育，内部连通性好，补给条件较好。从水文地质结构特征以及水位观测资料可以看出，煤系各含水层主要在隐伏露头区域构造部位接受第四系底部含水层的补给，以及通过构造带来接受基岩奥灰水的垂向越流补给。由于含水层透水性的不均匀，使得
20、这种补给作用在正常地段对煤炭开采影响不大，只有开采接近构造带或浅部时才会有大的影响，有时甚至造成淹井事故。2.2.4.3、相邻矿井生产对本矿井的影响与本矿毗邻的矿井有杨村煤矿、兴隆庄煤矿，隶属于兖州矿业集团有限责任公司。杨村煤矿：位于兖州煤田西部露头区，为本矿的西南邻矿井，分界线为第7期勘探线，属人为划定的边界，现开采3煤。直接充水含水为3煤顶板砂岩层和第四系下组砂层。目前矿井水中，来自下组煤采空区的出水仍占较大比重属受水害威胁严重的矿井。杨村煤矿与本矿井同采上、下组煤层但是由于该矿井位于深部，其开采对本矿井的主要充水含水层可起到疏降的作用，因此该矿井的正常生产对本矿不会构成威胁，反而有益。兴
21、隆庄煤矿，位于兖州煤田北部，为本矿的东邻矿井，分界线为原铺子断层位置，主采3煤。直接充水含水层为山西组砂岩、太原组第三层灰岩，间接充水含水层为第四系下组砂层。该矿在本井田南段位于铺子断层上盘，位于本矿的深部，故其开采活动对本矿井基本无影响。3、矿井充水因素3. 1、主要可采煤层的充水因素的特征、充水含水层水文地质特征、对矿井充水的影响、能否构成水害隐患本矿的可采煤层为山西组的3煤层、太原组的15上、16上、17煤层，自1997年不再开采16上煤，现主采3煤层。3.1.1、3煤层第四系下组含水性、透水性较上组弱、较中组强.根据1997年施工的Y1、Y3、Y6水文孔的资料，水位标高-35.736-
22、48.242m,单位涌水量0.0054730.04589l/s.m，渗透系数0.039440.3745m/d.第四系下组在奥灰露头区与奥灰水发生水力联系，是煤系含水层的主要补给水源，也是开采浅部山西组3煤层的直接充水含水层.留够防水、防砂煤岩柱，该层水一般不会构成水害隐患。三灰单位涌水量0.001230.328 m3/h，矿化度0.430.64g/l，水化学类型HCO3-Ca.Na型.三灰为含水中等的含水层，在露头区及构造带接受第四系底部含水层水的补给.正常地段，三灰与3煤层平均间距47.55m，不会对3煤层开采造成影响.3.1.2、15上、16上、17煤层十下灰的富水性和导水性的好坏取决于裂
23、隙的发育程度，涌水量水量大且稳定时间长.井下十下灰突水点水量一般在2050 m3/h，最大一次269.4 m3/h（1988年2月1日北大巷）.单位涌水量0.00020.271l/s.m，渗透系数0.2564m/d（据220孔抽水试验资料），矿化度0.270.68g/l，水化学类型以HCO3-Na.CaSO4.HCO3-Ca.Na型为主.为含水中等的含水层.十下灰裂隙连通性较好，透水性较强，主要通过露头一构造带接受第四系下组砂层水及通过断层接受奥灰水的补给.十下灰是16上煤层的直接顶板，是开采16上煤层的矿井直接充水含水层，对开采影响较严重，尤其当通过断层与其它含水量水层发生水力联系时，将构成
24、水害隐患。十四灰中等的含水层.十四灰可在露头区接受第四系底部含水层水的补给，补给量有限.十四灰与奥陶系石灰岩距离较小，区域 平均厚度7m左右，常常通过断层甚至是落差不大的断层即可将两者联系起来，因此十四灰可接受奥灰水通过断层以及两者间的隔水层的越流补给.十四灰和奥灰水对16上和17煤的开采影响，可利用矿井水文地质规程（试行）附录五的公式计算16上、17煤开采时的突水系数来进行评价.而在底板受构造破坏地段，突水系数均超过临界突水系数（0.06Mpa/m），存在底板突水危险，能构成水害隐患。 3.3.2、各充水因素之间的水力联系由于煤矿开采的影响，井田及其附近地区对开采有影响的主要含水层均有不同程
25、度的下降，其中煤系各含水层以及第四系底部含水层的水位下降幅度尤其明显，有的含水层在局部地区已处于疏干状态，而奥灰水位的下降幅度较小，与煤田开发相比，降幅10m左右。这些情况说明，第四系底部及煤系各含水层处于较封闭状态，补给备件较差，以静储量为主，在开采条件下正逐渐被疏干。从水文地质结构特征以及水位观测资料可以看出，煤系各含水层主要在隐伏露头区域构造部位接受第四系底部含水层的补给，以及通过构造带来接受基岩奥灰水的垂向越流补给。由于含水层透水性的不均匀，使得这种补给作用在正常地段对煤炭开采影响不大，只有开采接近构造带或浅部时才会有大的影响，有时甚至造成淹井事故。4、矿井涌水特征19931998年的
26、六年间，矿年平均矿井涌水量为193.035m3/h，最大涌水量301.33 m3/h（1997年3月），最小涌水量126.76 m3/h（1995年9月）。目前，矿井正常涌水量154m3/h左右。其中原北进风大巷、南进风大巷总计出水101m3/h，主要为原回采六、七、八等采区揭露的十下灰水、奥灰水，九采进、回风大巷出水总计36m3/h，主要为九采进、回大巷揭露的三灰水，东翼进风大巷出水17m3/h，主要为东翼进风大巷揭露的三灰水及东翼集中进、回风巷揭露的三煤顶板砂岩水。从每月涌水量观测分析，涌水量在150 m3/h170 m3/h之间，比较稳定，地面水与矿井涌水基本无水力联系。表41历年矿井涌
27、水量情况表年度199219931994199519961997199819992000200120022003最大m3/h5000174229243230301259176154166172.1170.5最小m3/h165.125143126148181167151131141148.5151.2平均m3/h151183200185246203164141155162.5161.25、矿井水害特征分析5.1历史突水资料的统计分析1992年1月16日11时位于2604工作面中顺槽掘进迎头发生奥灰突水灾害，最大突水量达5600 m3/h，仅4小时左右造成全矿井被淹的重大突水事故，人员撤退及时，没有
28、人员伤亡。该次突水是由F34断层将奥灰抬起，防水岩柱变小加之断层的破坏，奥灰水顺断层导入造成的。全矿井被淹后，施工地面钻孔5个，进行地面注浆堵水，效果很好，堵水成功后用大泵排水，历时一年才恢复生产。表51矿井突水情况一览表时间地点水量m3/h特征初始时间最大时间稳定时间1985.07.30主井1501501.8井壁出水1985.08.08风井54543.2井壁出水1987.05.021601面中顺槽100100101988.02.01北翼回风大巷269.4269.410F25断层出水1988.02.24北翼进风大巷13213215F25断层出水1988.11.15一采轨道上山100100141
29、992.01.162604面中顺槽迎头155100100底板出水1993.02.011602上顺槽3点前350m606010陷落柱出水1996.04.167607上顺槽16816850底板出水5.2、矿井水害隐患分析根据2004年采掘计划安排,2004年我矿回采9318北面、9318西面，然后接续东翼采区的首采面E3101工作面。其防治水水害隐患分析情况如下：5.2.1 、泗河水9318西面回采后将引起大雨住村东南部，三元村西北部泗河堤及河床下沉，如采取措施或治理方案不当，汛期泗河水有可能冲破损坏的河堤，通过主副井灌入井下。5.2.2 、第四系底含水 、风氧化带水、3煤顶板砂岩水虽然9318南
30、面已回采、9318北面也已回采一半，采面情况正常，没有涌水、溃沙等情况发生。9318北面、西面防沙煤岩柱尺寸符合要求，9318西面进、回风顺槽迎头没水，对掘进、回采工作带有一定威胁。5.2.3 、老塘水9318西面回风顺槽内已疏放9318南面老塘水1931m3，但9318西面回风顺槽低洼处仍有滴水现象，疏放水钻孔仍在放水，水量2m2/h左右，回采时仍要关注老塘水。5.2.4 、3煤顶板砂岩水尽管我矿揭露的3煤顶板砂岩水水量并不大，兴隆庄矿3302工作面单孔放水量仅为7.2m3/h。但该层水分布不均，初次揭露水量较大。兴隆庄矿3302工作面最大单孔累计放水量9391m3, 总计放水量16723.48m3，如不提前疏放该层水，回采或掘进时会带来一定威胁。对矿井现存和潜在水害隐患情况进行分析，划分矿井水害隐患类型，各种水害（地表水害、新生界水害、古空水害、煤层顶板水害、煤层底板水害、矿井陷落柱水害、断层水害、封闭不良钻孔、矿井隔离煤柱、其他水害）的分布地点位置、面积、特征、可能出现的危害及严重程
