矿井中长期防治水规划

矿井中长期防治水规划

（2011年--2016年）

嵩阳瑞阳（登封）煤业有限公司

二0一一年十月

前 言

嵩阳瑞阳（登封）煤业有限公司（以下简称瑞阳矿），原为登封市瑞阳煤炭有限责任公司，属于郑煤集团第二批资源整合矿井，位于登封市唐庄乡玉台村境内，设计生产能力15万吨/年。

瑞阳矿是由三个矿井整合而成，已开采多年，采空区比较多，水害对矿井的威胁也越来越大。针对矿井下一步开采面临的水文地质条件，为确保矿井安全生产，依靠矿井原有水文地质资料编制瑞阳矿2011~2016年的中长期防治水规划。

本规划在实施过程中收集了矿井已有地质、水文地质资料，分析了矿井水文地质条件，确定了矿区存在的水文地质问题，并针对瑞阳矿的水文地质特点，结合采掘计划，提出了瑞阳矿的防治水规划总体思路，确定了防治水策略，论证了各项防治水工程的必要性、合理性和可行性。规划的主要内容包括：

1.矿井防治水技术路线；

2.矿井各充水含水层富水性规律及其控制因素探查研究；

3.矿井水情监测监控系统完善与建设；

4.井田边界断层探查与合理留设保护煤柱；

5.工作面回采过程中水害危险性适实监测与预警；

6.矿井水害问题专项治理；

7.矿井防排水系统计算分析与配套工程完善；

8.防治水工程实施进度与费用概算。

1.矿井概况

1.1矿井自然地理概况

瑞阳矿位于登封煤田东北部，地理坐标为：东经113°10'16\"～113°10'47\"，北纬34°30'44\"～34°31'02\"。面积约为0.3406km²。

本区西南距登封市约为20km，东距新密市约25km。登封--郑州公路从矿区南部通过，向西3km有卢店--巩义公路，通过水泥路连接到矿区，交通条件较为便利。

1.1.1区域地形地貌

本区为丘陵地形。矿区地势呈北高南低，区内最高海拔407米，最低海拔352米，区内冲沟发育，有利于大气降水排泄。

1.1.2区域水系

本区属淮河水系。地面冲沟几乎常年无水，矿区南部有一季节性河流，雨季会有短暂积水。

1.1.2区域水系气象

本区属性半干旱性季风气候区。夏秋两季炎热多雨，冬春两季寒冷干燥。年平均降水量为624.35mm，最大降水量为1027mm，降雨多集中在7--9月份。年平均气温14.3°C,年极端气候高41.3°C--14.7°C,12月至翌年3月气温较低，为霜冻期，冻结深度为15㎝左右，积雪厚度为18㎝左右，降水多集中在7、8、9三个月，约占年降水量的50%，年平均蒸发量为1400㎜，春夏秋三季以东北风、东风为主，冬季以西北风为主，冬春季风力较大，最大风速可达28-40m/s。

1.2矿井生产概况

1.2.1矿井成产系统

瑞阳矿开采二

1

煤层，该煤层为层位稳定、结构简单、全区普遍可采的较稳定煤层。

煤厚平均3.0米，煤层倾角45°左右，采煤方法为走向长壁一次采全高，工作面采用微倾斜布置。瑞阳属低瓦斯矿井，煤尘有爆炸危险性，煤层属不易自燃煤层。矿井设计生产能力0.15Mt/a，设计采用两个立井单水平上下山开采全井田。瑞阳矿现有一个生产采区---11

采区，一个回采工作面--11021工作面，计划下山布置掘进工作面。

1.2.2矿井排水系统

矿井排水系统为一级排水，采区内涌水自流至主井底水仓，有主井底水仓集中排至地面。

2.矿井地质与水文地质

2.1矿区地层

据《河南省登封煤田详查地质勘探报告》资料，本区地层由老到新依次为：寒武系上统长山组，奥陶系中统马家沟组，石炭系上统本溪组、太原组，二叠系下统山西组、上统石千峰组、三叠系刘家沟组和第四系（Q）。

2.1.1寒武系上统长山组

为浅灰色白云质灰岩为主，厚度为109～213米。

2.1.2奥陶系中统马家沟组

为浅灰色厚层角砾状灰岩为主，隐晶质，底部具灰绿泥岩，厚度18米。

2.1.3石炭系上统本溪组

以浅灰色铝土质泥岩为主，局部为铝土矿，具鲕状和豆状结构，含黄铁矿结核及团块。

本组平均厚度5m。

2.1.4二叠系下统山西组

本组为本地区主要含煤地层，厚度为78米，本组下部的二1煤厚度大，层位稳定，全区可采。

2.1.5二叠系上统石千峰组

本区以滑体形态存在，属于滑动构造上覆系统，厚度260米。

2.1.6第四系（Q）

本区第四系分布广泛，顶部为耕植土、黄土或坡积物，中下部为粘土及砂质粘土，加少量砂、砾石。厚0～30m，一般为10米。与下伏各时代地层为角度不整合接触。

2.2构造

本区位于嵩基构造区颖阳～卢店向斜的北翼东段，总体构造形态为走向80°，倾向170°，倾角43°～45°的单斜构造。该区主要构造形式为卢店滑动构造。

2.3主要含水层

(1）二1煤层顶板砂岩裂隙含水层

系指煤层之上60m范围内所含砂岩裂隙含水层，岩性为细～中粒砂岩，一般发育0--5

层，累计厚度约0--30m，一般20m左右，岩性完整致密，裂隙不发育，且部分被方解石脉所填充，仅在浅部风化裂隙较为发育。在勘探阶段，未对本区含水层段进行抽水试验工作。据临近钻孔抽水试验资料，单位涌水量为0.0187L/s.m，渗透系数为0.061m/d，水化学类型为0.42g/L，PH中，该含水层水多以顶板淋水形式，相矿坑冲水，矿井正常涌水量一般为20m³/h，水量小，易于疏排。该层位二1煤层顶板直接冲水含水层。

（2）二1煤层底板灰岩岩溶裂隙含水层

主要由太原组上段灰岩组成，其中L7和L8灰岩较发育，层位较稳定，厚度为6.00--10.58m，一般9.00m左右。灰岩致密较发育，但极不均一。据以往钻孔抽水资料，单位涌水量为0.00487--0.235L/s.m，渗透系数为0.08--2.56m/d，水位标高为+351.37m，水化学类型为HCO3-Na·Ca·Mg型或HCO3-Na型水，矿化度0.362g/L，PH值为7.4～8.3，表明该灰岩含水层岩石空隙及导、富水性极不均一，但在断裂构造作用下，使其与下部强含水层产生水力联系时，富水性则会相应增强。该层为二1煤层地板直接冲水含水层。

（3）一3煤层顶底板灰岩岩溶裂隙含水层

为太原组下段灰岩，其中一3煤层顶板含水层由太原组下段L3、L4灰岩组成，层位稳定，一般厚度8--9m左右；一3煤层底板含水层由太原组下段L1、L2灰岩组成，一般厚度6m左右。

该含水层属岩溶裂隙承压水，富水性呈现自西向东有弱至中等增强的变化趋势。

（4）寒武系灰岩岩溶裂隙含水层

区内揭露厚度111.14m，岩性主要为白云质灰岩，局部夹中厚层铝土质泥岩，主要出露于南部山区，岩溶发育，但极不均一。据以往资料记载泉水流量为0.325—2.30L/s，最大出露标高为+461.—+382.78m，钻孔单位涌出量为0.00479~1.863L/s·m；渗透系数为0.00426~11.16m/d，水位标高为+428.62~+229.25m，水化学类型HCO3-Ca型或HCO3-Ca·Mg型水，矿化度＜0.4g/L，PH值为7.35。说明寒武系灰岩岩溶裂隙含水层水量充沛，水循环交替性好，水质优良，但含富水性极不均一。

2.4矿区主要隔水层

（1）二叠系石盒子组碎屑岩段隔水层

该层段残留厚度一般＞100m，由泥岩、砂质泥岩、砂岩等碎屑岩组成，以泥岩、砂质泥岩为主，间夹数层中厚层状中粗粒砂岩含水层。其中，上部基岩风化带和其间中粗粒砂岩含水层，赋存有一定的水量，但由于其夹持于厚层泥质岩之间，且距开采煤层较远，又因含水层砂岩胶结致密坚硬，在该段中可起到骨架作用，相对增强了泥质岩层的杭压强度。该层段厚度大，在地表呈零星出露，地面坡度大，补给条件不佳，裂隙不发育，透水性差，能对上部第四系砂砾石潜水含水层和下部二联系，起到良好的阻隔作用。

1

煤层顶板砂岩承压含水层之间的水力

（2）二1煤层底板碎屑岩段隔水层

二1煤层底板到L8灰岩顶界之间的砂泥质岩段。据统计，厚度介于10--20m，一般为11m。岩性为砂质泥岩、粉细粒砂岩为主，（底部夹一薄层灰岩或灰岩透镜体），分布连续，层位稳定，裂隙不发育，透水性差，但因其厚度变化较大，隔水性较差。

（3）太原组中部碎屑岩段隔水层

自L4灰岩顶上至L7灰岩底面间的碎屑岩段，该层段沉积厚度一般为17.04--22.95m，平均20.42m区内西薄东厚、岩性主要由泥岩、砂质泥岩、砂岩等碎屑岩组成，以泥岩、砂质泥岩为主，间夹L5、L6薄层灰岩及胡氏砂岩含水层。但由于其夹持于厚层泥质碎屑岩之间，且距开采煤层较远，又因含水层砂岩及灰岩致密坚硬，在该段中可起到骨架作用，相对增强了泥质碎屑岩层的抗压强度。该层段在地表呈零星出露，补给条件不佳，裂隙不发育，透水性差，具有良好的阻隔水作用，是太原组上、下段灰岩含水层之间的良好隔水层。

（4）本溪组泥岩铝土岩隔水层

主要由泥岩、铝土质泥岩、铝土岩组成，厚度6.42--25.42m，平均厚12.10m，在区内具有自西向东逐渐增厚的变化趋势，该层层位稳定，李学强度弱中等，岩性致密，裂隙不发育，透水性差，含富水性弱，正常情况下能起到良好的隔水作用，但在其沉积薄弱地段或遭受构造破坏时，则会弱化或失去隔水作用。

2.5地下水补给、径流与排泄条件

矿区内矿坑主要补水含水层为回采煤层的直接顶、底板含水层，在浅部接受大气降水的补给，并沿地层走向向东南部及深部径流排泄。矿井生产过程中，生产排水是其主要排泄方式之一。根据资源储量核查报告评审备案及矿井实测用水量证明，二1煤层正常注水量为25m3/h，最大注水量为50m3/h，以顶板岩沙裂隙水为主，矿井水文地质条件中等。

2.6地下水动态特征

地下水动态特征是地下水均衡的外部表现，地下水均衡则是地下水动态的跟本原因，研究地下水动态特征对于认识和分析地下水的补给、径流和排泄规律及主要影响因素，分析研究地下水资源量的变化规律等具有非常重要的意义。

瑞阳矿地下水观测网络尚未建立。

3.矿井冲水条件

3.1历史矿井水害情况统计分析

瑞阳矿现在井下无出水点，以采区顶板少量淋水为主。而老窑积水对矿井的威胁和破坏极大。导水通道为裂隙或断裂带，少部分为层间裂隙。

瑞阳矿老空突出水都发生在矿井浅部，突水特点为：来势凶猛，瞬间涌水量较大，最后趋于稳定，说明矿井采空区积水有一定的补给来源。

3.2矿井充水水源及其特征

3.2.1地表水

区内受气候、地质构造和地形地貌等因素的影响，地表水系不甚发育，地表冲沟多为间歇性流水沟谷。主要河流为双 和为一季节性河流，自西向东贯穿井田南部边界，对矿井充水影响不大。

3.2.2二一煤层顶板砂岩水

二1煤层顶板砂岩含水层主要为大展砂岩和香碳砂岩，厚度0~32m，平均厚度20m.该含水层水多为顶板淋水形式，向矿坑充水，矿井正常涌水量一般为25m3/h,最大涌水量为50m3/h,水量小，易于疏排。在二1煤回采过程中，顶板隔水层会受到采动破坏，也会导致顶板通水通过导水裂隙带裂隙水进入巷道或工作面。

3.2.3采空区积水

老空积水具有一定的静水压力，其充水特点是突发性强，来势猛，持续时间短，有害气体高，对人身和设备的伤害大。我矿由于开采时间较长老空范围广，老空积水为矿井主要充水水源。

3.3矿井充水途径及其特征

矿坑充水途径是指连接充水水源与矿井之间的流水通道，它是矿井充水因素中最关键，也是最难以准确认识的因素，大多数矿井突水灾害正是由于对矿井水途迳（导水通道）认识不清所致。矿坑充水的导水通道按其成因不同可分为：

（1）构造类导水通道：如断层、裂隙等；

（2）采矿扰动类导水通道：如顶板冒落、底板破裂、煤柱击穿等；

（3）人类工程导水通道:如封闭不良的钻孔、小煤窑等；

（4）其它：图陷落柱、岩溶塌洞等。

按导水通道的形态可分为：

（1)点状导水通道：如陷落柱、封闭不良钻孔、岩溶塌洞等。

（2)线状导水通道：如断层带或断裂破碎带等。

（3)面状导水通道：如发育顶，底板岩层的各类裂隙等。

根据对东坪煤矿井田地质、水文地质、含隔水层空间分布规律及其构造特征的分析，可以得到东坪矿主要导水通道及其基本特征如下：

3.3.1煤层顶板裂隙导水通道

造成瑞阳矿井二1煤开采突水的主要导水通道有发育于顶底板岩层中的天然构造裂隙和由于工作面回采产生的顶板岩层冒落形成的导水裂隙通道。

采煤工作面回采顶板冒落所形成的垮塌，裂隙属典型的采矿扰动类导水通道。矿床开发开采以后，由于在地下形成空空间，采空去顶板岩层的破坏变形与规律会受到空空间几何结构，顶板岩性及其组合，矿床产状及采矿方法，岩石应力环境及其受力状态等多种因素的控制，不同条件的组合会产生完全不同的顶板岩石变形破坏特征，但就一般规律而言，采空去上方可划分出三个不同性质的破坏和变形影响带。

(1)冒落带：指采煤工作面放顶后引起的直接顶板跨落破坏范围，根据冒落块的破坏程度和堆积状况，可分为规则冒落带和不规则杂乱冒落带，如果冒落带高度达到上覆含水层，则往往引起顶板水的突发性突入，当上覆含水层为第四纪松散沉积含水层时，不但会形成突水，还会引起溃砂和地面塌陷等灾害。

(2)导水裂隙带：指冒落带以上大量出现的切层、离层和裂隙发育带。该带一般由下而

上，其裂隙和离层程度由强变弱。但当顶板岩性及其组合变化比较复杂时，也会出现不均匀发育的特点，总之，该层不一定具备透砂能力，但一般具备有较强的导水能力。

(3)整体移动带：指导水裂隙带以上至地表的整个范围内，岩体发生的整体变形和沉降移动区。该带主要特点是岩层的整体变形和移动，而其裂隙化程度较弱，所以一般不具备导水能力。

3.3.2煤层开采底板破坏式导水通道

当煤层底板隔水层之下赋存有高承压水时，在煤层未开采前，水岩处于一定的力学平衡状态之下，一旦矿体被开发在隔水层之上形成临空边界并产生应力释放后，在矿压和水压的作用下，隔水底板岩层必然受到不同程度的破坏，形成新的破裂面或使原有的闭合裂隙活化。一旦这种破裂面或裂隙沟通底板承压含水层水时，必然导致底板之下承压含水层水涌入矿井。这种因巷道掘进或矿床开发扰动其底板隔水层使其形成的导水通道称之为底板破坏式导水通道。

由于二1煤底板相对隔水层较薄，平均厚度仅为10m，二1煤底板所承受的水压较大，在采矿扰动和底板水压的共同作用下，很容易产生工作面底板导水裂隙导通L7-8薄层灰岩出水。在构造发育地段和隔水层薄弱带，导水裂隙还有可能导通太原组下不L7-8薄层灰岩和奥灰水，给矿井造成更大危害。

3.3.3断层导水通道

由构造带断裂形成的断层破碎带，往往具有较好的透水性，会形成矿坑充水的良好通道。对于一些巨大的断裂，由于断层两盘的牵引裂隙广泛发育，该类断层（断层带）除了

具有导水性质外，其断裂带本身就是一个含水体，因而还具有充水水源的性质。由于断层面或断层牵引的裂隙带导水而引发矿井突水灾害在矿井突水事故中占有绝对主导的位置。但并不是所有的断层都可形成导水通道，构造断裂的水文地质性质与其断裂的力学性质及其两盘岩性有着密切的关系，一般认为张性断裂的透水性较强，压性断裂的透水性较弱，扭性断裂的通水性则介与二者之间。实际上，断层的导、贮性要远比上述规律复杂的多，它不仅要受断层力学性质和岩层的影响，而且会受的断层面所受的应力状态、断层活动次数和序次、断层带胶结性物性质与胶结程度等多种因素的影响。根据大量资料和断层导水突水事例统计分析认为，断层的导水性受到两盘岩性的直接影响。一般来说，断层带的透水性与其两盘岩石的透水性具有一致性。

当断层两盘为脆性可溶岩石时（如石灰岩、白云岩），断裂及其影响带裂隙、岩溶发育，具有良好的透水性;当断裂两盘为脆性但不可溶岩时（如石英岩、石英砂岩），断层两侧往往发育有张开性较好的牵引裂隙，具有较好的透水性；当断层两盘为柔性岩石（如泥岩、页岩）时断层破碎带多被低渗透性的泥质成份充填，空隙、裂隙率低，断层面闭合，一般不导水或导水性极弱。

本井田内主要断裂构造是受近东西向挤压应力作用下生成的，以正断层为主，断层两盘岩性也以砂岩和泥岩为主，断层导、富水性弱。

3.4影响和控制矿井主要充水因素分析

综合分析矿井水文地质条件和矿井水害特征，影响和控制瑞阳井田水害的主要因素有：

1. 大气降水：大气降水作为本区矿井各个含水层的最终补给水源，控制和维持着各含水层长期稳定的充水水量。如果没有大气降水的补给，随着矿井的生产排水，含水层水会

逐渐趋于疏干，矿井的涌水量会逐渐减少。但应该明确的是大气降水是一个不可控因素，很难通过人为的因素减少和控制。

2. 构造发育情况特别是导水裂隙的发育与分布规律：裂隙储水、裂隙导水和裂隙突水已成为矿井水害的明显特征，裂隙的发育与否决定了矿井是否具有突水的条件，裂隙的导水性能及其空间联通网络的大小、网络之间水力联系的密切程度决定了单个出水点水量的大小。研究和探查导水裂隙的发育规律、空间展布规律和控制因素对有效预测和防范矿井水害具有重要的意义。

3. 矿井采掘扰动：从矿井采掘层位与含水层的空间结构可知，二1煤层上部砂岩含水层处于顶板冒裂带范围之内，矿井采掘活动一旦将二1煤层采空，必然造成其上部砂岩含水层水对矿井涌水，流入水量的大小决定于采掘扰动裂隙带及含水层空间范围的大小及其与天然导水裂隙的沟通情况。而矿井底板L7-8薄层灰岩含水层与二1煤层之间的相对隔水层厚度较小，且部分巷道就沿着该含水层掘进，一旦由于采矿扰动或揭露导水裂隙也会使该含水层水直接涌入矿井。

4. 矿井水害特征及需要查明的主要水文地质问题

4.1矿井已经完成和基本查清的水文地质问题

瑞阳矿在近年来的生产过程中，积累了较为丰富的矿井水文地质资料，应该说下列方面的矿井水文地质问题已基本查清：

a、主要充水含水层水层的分布、结构、厚度及其埋藏条件已基本查清。

b、主要充水含水层之间的结构关系以及与大气降水和地表水体之间相互联系已基本清楚。

c、矿井充水的方式、途径和突水产生的条件基本清楚。

d、矿井水害类型及其水害特征基本清楚。

4.2目前存在并需查明的矿井水文地质问题

目前尚需进一步查明下列决定矿井水害条件和矿井水害防治方法的关键问题：

a、查明矿井接替工作范围内含水层的富水性、重点富含水区段的分布规律及其主要控制因素。

b、查明矿井接替工作面范围内存在的小规模隐伏导水构造，如断层、裂隙发育带及其分布与发展规律。

c、进一步查明各含水层水力动态特征，特别是不同含水层之间发生水力联系的位置、原因及其与矿井突水之间的相互关系。明确各含水层地下水流场及其随矿井生产排水的变化规律和趋势。

d、根据工作面回采条件（采厚、采宽、推进速度、采煤方法等）和岩石力学性质，计算分析回采过程和回采完成后对顶、底板含隔水层的破坏特征和破坏程度。

e、计算分析采掘过程中采区或工作面的涌水量，涌水特征及其安全疏降水量，为超前预防或治理工作面回采过程中发生意外突水的技术措施设计提供依据。

4.3矿井近期与中远期分别应查明的水文地质问题

一般情况下，矿井水文地质工作需要查清的重点任务有：

a、确定矿区所处的查明矿区区域水文地质条件，确定矿区所处的水文地质单元的位置，向西查明矿区发育的主要含水层及各个含水层地下水的补给、径流、排泄条件，区域地下水对矿区冲水含水层的补给关系，矿区地表水系及气象因素与地下水的相互关系及其相互影响。

b、详细查明矿区含（隔）水层的岩性、厚度、产状，分布范围、边界条件、埋藏条件，含水层的富水性，矿床与顶底板含水层之间隔水层的厚度及稳定性。着重查明矿区主要充水含水层的富水性、渗透性、水位、水质、水温、动态变化以及地下水径流场的基本特征，特别是煤层顶底板隔水层所承受的静水头压力，确定矿区水文地质边界位置及其水文地质性质。

c、详细查明矿区或附近对矿坑充水有较大影响的构造破碎带的位置、规模、性质、产状、充填与胶结程度、风化及溶蚀特征、富水性和导水性及其变化、沟通各含水层以及地表水之间相互补给关系的程度，分析构造破碎带及其可能诱发的引起突水的地段，提出开采中对构造水的防治方案原则性建议。

d、详细查明对煤层开采有影响的地表水的汇水面积、分布范围、水位、流量、流速、及其季节性动态变化规律、历史上出现的最高洪水位、洪峰流量及淹没范围。详细查明地表水对井巷可能的冲水方式、地段和强度，并分析论证其对煤层开采的影响，提出开采过程中对地表水的防治方案原则性建议。

e、对于煤层与含（隔）水层多层相间的矿床，应详细查明开采煤层顶、底板主要冲水含水层的水文地质特征和隔水层的岩性、厚度、稳定性、和隔水性，不同含水层之间的水力联系情况，断裂与裂隙发育程度、位置、导水性以及沟通各含水层的情况，分析不同的采矿方式对隔水层可能造成的破坏情况。当深部有强含水层，应查明主要充水的中间含水层从底部或地表获得补给的途径和部位。

f、调查废弃矿井、周边地区小煤窑、已经采掘的老空区的分布位置、范围、埋藏深度、积水和塌陷情况，与地表及其它富含水的含水层之间的水力联系情况，大致圈定采空区，估算积水量，提出开采中对老空水的防治措施建议。

5. 矿井防治水技术路线与原则

5.1矿井防治水工作的基本原则

根据已经掌握的矿井水文地质资料，结合瑞阳矿二1煤开采已经接近开采年限的特点，对即将开采的工作面和规划采取有目的采取防治水措施，保证安全回采是本矿防治水工作的关键。此外完善具有一定抗灾能力的防排水系统以及避灾路线是矿井实现安全开采的有利保障。

本矿的防治水规划的指导方针为：二1防治水工作采用以顶板砂岩水、底板太原组灰岩水以及老空水为防治重点，以井下为主，地面为辅，井上下相结合、分区探查水文地质条件，重点监测和预防为主要途径。

瑞阳矿防治水工作的基本原则为：

1. 基础水文地质工作为平台，井上下物探为主，钻探为辅，监测与试验相结合，在对突水条件进行适时监控下实现煤层安全回采；

2. 探测和监控老空水，合理探放和避让老空水；

3. 水害安全保障体系的整体规划，完善矿井防排水系统及避灾路线；

4. 防治水工程与矿井采掘工程有机结合，相互利用。

5.2 矿井防治水工作的技术路线

根据瑞阳矿已经处于生产后期，剩余可采煤炭资源有限的特点，结合对矿井水文地质条件的认识，本防治水规划建议采用的防治水技术路线是：

1. 二1煤防治水技术以顶板砂岩水和太原组薄层灰岩水和老空水为防治重点，以井下为主，地面为辅，井上下相结合。在对突水危险区段运用井上下水情监测，顶板两带观测和底板突水监测等技术进行适时监控，，以实现煤层安全回采；

2. 在调查的基础上进行综合物探以查明老空区范围并分析其对矿井开采的影响，在此基础上通过留设足够的防水煤柱或探放水以解除老空水对矿井开采的威胁；

3. 对地表采动裂隙进行综合治理，防治地表水通过裂隙通道入渗到矿井，威胁矿井安全；

4. 为了确保矿井安全生产，对突水重点防范地段需建立和完善具有一定能力防排水系统，完善安全出口和避灾路线等一系列措施。

5. 防治水工程与矿井采掘工程有机结合，相互利用。井下防治水工程可以实现整个矿井防治水工作的整体规划和防治水工程分步实施的目的，可以实现防治水工程由点到面，邮局不到整体的效果，且可以做到防治水工程的动态优化和动态调整。这样可将大量的防治水工程费用消化于矿井生产过程中。

6. 防治水技术和工程规划

根据瑞阳矿生产采掘计划，结合矿井基本水文地质条件和矿井开采过程中需要解决的水害安全问题，实现矿井高产高效生产过程的水文地质安全保障，瑞阳2012年至2016年防治水工作的主要任务包括：矿井水害条件的基础技术研究与技术分析；矿井水情监测监控系统完善与建设；工作面回采过程中水害危害性适时监测与预警；矿井深部煤层带压开采研究；矿井各充水含水层富水性归路及其控制因素探查研究矿井防排水系统计算分析与配套工程完善等。各部分工作的主要内容与要求如下：

6.1.1

6.1主要水文地质研究工作

影响开采的主要顶板水源为煤层顶板以上60mm范围内所含砂岩裂隙含水层，主要底板水源为煤层地板以下的L7—8层灰岩含水层。以上含水层均为承压含水层，其中砂岩裂隙含水层为二1煤层顶板含水层，是矿井疏放对象。L7—8层为二1煤层底板直接含水层。所谓带压开采就是煤层底板受承压水威胁，充分利用煤层底板至承压含水层间隔水层性能。

评价带压开采安全的标准是突水系数。其计算公式如下：

T

式中：T 突水系数（Mpa/m）

P 水压值( Mpa )

M 隔水层厚度（m）

突水系数在以往的应用中取得了显著成效，了受水害威胁的大量煤炭资源，特别是在突水可能性分区上已有了较为明显的界限值，就整个华北型煤田而言，关于底板寒灰突水可能性分区问题，可以考虑以下方案：

安全区：但突水系数T<0.06

过渡区：突水系数T介于0.06~0.1的地区

危险区：突水系数T>0.1的地区

安全区在排除构造倒水的情况下，进行带压开采一般不会引起突水；过渡区指可能发生底板突水危险地区，只有采取安全可靠的防治水技术措施后才可能进行带压开采；危险区发生底板突水危险较大，如直接带压开采，底板突水是不可避免的，只有通过疏水降压把突水系数Ts减小到0.1以下，并采取相应的防治水技术能实施带压开采。

突水系数的确定主要在井下勘探孔施工过程中进行。在钻探过程中重点对二

1

煤底板

进行探查，了解各隔水层的厚度与岩性，同时还要了解采矿对煤层底板的破坏和影响。采动后的底板导水破坏深度可以用以往本矿或者相邻矿井的经验值来确定，同时也要考虑某

个采取或采面构造破裂程度，适当地把突水系数的高一点或低一点，以便最终用于计算确定突水系数。

6.1.2矿井涌水量预测计算研究

随着矿井采掘工程的延伸，矿井涌水量将会有所增加。因此，有必要采用多种计算方法预测计算矿井涌水量，为防排水系统改造与完善和防治水工程设计提供依据。

要定量计算和准确评价矿井涌水量，必须全面了解矿井水文地质条件，深刻认识和掌握矿井补给、径流、排泄条件和地下水运动规律和气遵循的流体运动学定律。影响矿井涌水量的地质、构造和水文地质条件复杂多变。为了根据矿井水文地质条件最大限度的利用矿井所拥有的相关信息，较为准确且符合实际地预测矿井涌水量，需要研究和选择不同的矿井涌水量计算方法。其中最常见的矿井涌水量预测计算方法有：相似条件比拟法、相关因素统计预测法、地下水动力学解析计算法和水文地质数值计算方法。不同的方法有其特定的使用条件，东坪煤矿可以采用多个不同的方法进行矿井涌水量预测评价，进而通过比较和综合分析选择确定较为准确的矿井涌水量。

6.2水文地质补充勘探

瑞阳矿及其邻近地区已作过一定的地质和水文地质工作。通过对以前大量勘探资料和生产资料的整理、对比、分析和研究，井田的地质和水文地质条件已基本查明。但是当井下采掘条件发生变化，需要进行专门水文地质勘探工作时，必须进行此项工作以满足矿井防治水工作的要求。水文地质补充勘探包括水文地质钻探和水文地质补充勘探。

6.3主要监测试验工作

矿井顶、底板突水是可以预测预报的，采掘工作面突水之前，都有明显的的征兆，因此对矿井生产过程中出现的一切反常现象都应高度重视，以便查明原因，及时处理。这样可以有效避免大型突水事故的发生，消弱突水给矿井生产带来的不良影响。

6.3.1煤层顶、底板突水先兆的观测

顶、底板突水先兆的包括：煤岩壁变潮、出汗，出水点水色、水质、水温异常变化，水量变大，底鼓等。煤岩壁变潮、空气湿度增大的监测方法有:煤岩壁变潮、空气湿度增大意味着水文地质条件出现异常。要分析异常区的水文地质条件，用湿度计监测空气湿度的变化或用干燥法测量煤岩壁的水分含量变化，并绘出观测曲线，记录清楚时间、地点和观测物理量。

水色变化的监测方法：当水色变浑浊、变红是裂隙中的充填物被冲刷出来的缘故，即意味着有新的水源加入或新的突水通道形成。需要描述水色的变化情况，定时测量水量的变化，并绘出变化曲线，记录清楚时间、地点和观测物理量。

水量变化的监测方法：瑞阳煤矿采用飘浮法监测矿井涌水量变化情况。

水质监测方法：当水色变化，水量增大时应该监测水质的变化，定是化验水质，或者由离子传感器监测水质的变化，并及时绘制曲线，判别水源。

水温的监测方法：突水点每日用温度计观测一次水温，如果水温有变化，应加密到每8小时观测一次，并做好记录，绘出曲线，观测地点要尽量相同，尽量靠近突水点，温度计要事先经过校正。

底鼓的监测方法：用经纬仪或软尺测量煤层底板的鼓起范围和高度，绘出平面和剖面图。

6.3.2煤层底板突水监测

工作面底板突水监测是在工作面巷道形成后，根据井下物探结果（音频电透视和直流电法）和工作面揭露的水文地质条件，在一

3

煤层回采过程中选择煤层底板具有突水危险

的薄弱地段作为监测部位，监测底板的应力、应变、水压、水温参数变化，从而达到提前进行突水预报之目的。

6.4主要水害治理工程

瑞阳矿排水系统为一级排水，主井底水仓通过敷设管路直接排到地面。矿井实际涌水量和最大涌水量来看，各级排水设备达到了规定要求。

a、底板水防治

二1煤层底板L7—8灰岩含水层水压高，含水量丰富，对矿井安全生产威胁极大，因此，对该含水层要采取含水层改造及注浆加固工作，即对L7—8灰岩含水层进行注浆加固及改造工作。

由于工作面采掘时底板水的主要来源为L7—8灰岩含水层，该含水层影响工作面的正常采掘。因此，工作面掘进时如果有利于对L7—8灰岩含水层采取疏放，就要对其进行疏放，以降低含水层的压力，减少突水可能，减少其对工作面的影响。

b、顶板水的防治

二1煤层顶板水源为煤层顶板以上60m范围内所含砂岩裂隙含水层。该含水层多以顶板淋水形式，向矿坑充水，矿井正常涌水量一般为20m³/h，最大涌水量为40m³/h，水量小，易于疏排。因此，对该含水层要采取疏放工作。

C、老空水的防治

由于瑞阳矿开采时间较长，存在大量的老空区，老空积水为瑞阳矿主要矿井充水水源。对于老空水的防治可以采取

（1）直接防水。当水量不大，不超过矿井排水能力时，可利用探水钻孔直接放水。

（2）先堵后放。当老空区与溶洞水或其他巨大水源有联系，动力储量很大，一时排不完或不可能排完，这是应先堵住出水点，然后排放积水。

（3）先放后堵。如老孔水虽有补给水源，但补给量不大，或在一定季节没有补给。这种情况下，应选择时机先行排水，然后进行堵漏、防漏施工。

6.5井下防排水系统改造工程

瑞阳矿主排水系统已经形成，并且可以满足矿井排水的要求。井下排水系统改造主要为涌水量较小的各出水地点，排水系统的优化。

7.防治水规划实施的时间与进度安排

防治水是一项保证瑞阳矿矿井安全生产和可持续发展的重要工作，特别是最近两年必须加大力度，重点投入，进一步查明井田水文地质条件，防止煤层底板发生大的突水事故，

确保煤矿安全生产。现将瑞阳矿未来五年防治水工程规划安排如下：

7.1 011.1~2011.12

（1）水文地质物探：11021工作面利用直流电法物探，物探度约520m。

7.2 2012.1~2012.12

水文地质物探：11061掘进工作面、11081掘进工作面，利用直流电法物探，物探长度约1800m。

7.3 2013.1~2013.12

开展E3g+L1-4灰岩水“带压开采”的技术研究

我矿水文地质条件为简单类型，而根据实揭情况分析我矿水文地质条件与实际相符。并且目前我矿现没有底板含水层水文孔、水文长观孔，已不能真实地反映各底板含水层深部的水文地质特征。以往对瑞阳矿的水文地质研究还不完善，必须开展E3g+L1-4灰岩水“带压开采”的技术研究，找出其突水规律，避免E3g+L1-4灰岩水灾害发生。所需费用5万元。

7.4 2014.1~2014.12

工作面回采时进行底板物探。

7.5 2015.1~2015.12

工作面回采时今次那个底板物探。

注：防治水工程实施进度安排要依据生产采掘计划和防治水工作内容安排，具体实施过程中，可根据实际情况适当调整。

8.结论与建议

本规划利用《瑞阳煤矿技改初步设计修改报告》作为依据，报告基本探明了开采煤层的赋存情况，煤炭储量、地质构造、开采技术条件等，地质资料基本能满足编制初步设计的要求。生产中应进行补充勘探查明断层情况。巷道掘进到断层附近时应加强观察，坚持有掘必探先探后掘的原则，防患于未然。从配套防治水措施、具体的防治水工程实施两个方面对东坪煤矿的防治水工作做出了具体的规划设计，结合下一步的采掘计划提出了防治水工程进度安排和资金概算。具体内容及主要认识如下：

a、目前，水质资料有限，为了迅速确定突水条件下水源特点，要求按水化学判断分析，今后随着观测网的完善、观测数据的积累，将勘探资料与水情资料实现有机结合，将会进一步提高本矿井水害预测预报的实时性和有效性。

b、带压开采是一种综合防治水技术，在实施带压开采的过程中，应坚持先探后掘、先治后采的技术原则。应采用物探、钻探等综合手段，贯彻物探先行，钻探验证的技术方法。

c、对于防治水工程的实施计划，本规划根据生产计划要求具体主要安排近五年的工程，对于以后的工程，仅原则性地安排了工程量，具体施工日期应根据生产计划调整落实。

d、每个采区设计前，要认真查明采区内地质构造及水文地质条件，对采区涌水量进行

预测，并提出合理的防治水措施及建议，设计足够的水仓和排水设备。开拓系统形成后，采区投产前，一定要建立可靠的排水阵地。

e、要搞好井下所有排水、放水设备的安装、维修、管理工作，保证水泵正常运转，及时排放出各地段的涌水，保证矿井涌水能及时排到地面以上。要搞好水沟的清挖，给生产创造良好的条件，井底水仓要循环清挖，保证水仓有足够的容量，保证水泵正常运转，管路正常排水。雨季前进行一次联合试运转。

f、调查清楚影响我矿周边太祥煤矿及永兴煤矿采掘状况和积水情况，并将对我矿有影响的积水地段标注到采掘工程平面图上，向矿领导汇报，提出合理的防治水建议，采掘时做到心中有数。

g、矿井防治水是一项复杂的、长期的系统工程，随着防治水工程的进行，更多水文地质资料的积累，对井田水文地质条件的认识必然进一步加深，在实施过程中可能需要对本规划进行必要的修改、补充，使之更加符合实际情况。

嵩阳瑞阳（登封）煤业有限公司

二0一一年十月