1、* （集團）有限責任公司劉莊煤礦1102工作面水文地質情況分析報告及綜合防治水措施劉莊煤礦生產科地測組2011.081102工作面水文地質情況分析報告及綜合防治水措施一、工作面概況1102工作面位于二采區前進方向的南翼。東側是 1104工作面，現已回采完 畢；西側是1106工作面，尚未采掘。1102工作面總體位于一單斜構造之上，該 區域煤層極不穩定，結構復雜，含二-四層厚約0.020.05米的深灰一黑色碳質 泥巖、泥巖夾什層，煤層傾角06°,平均3°,在局部由于受到的構造應力比較 集中，煤層出現了拉伸、變薄甚至出現了無煤區。3、4#合并煤層頂板為中一粗 粒灰白色長石石英砂巖

2、，局部發育有泥頁偽頂（灰 -黑灰色）；底板為黑-灰黑 色泥巖。該工作面切割巷的南部為山前小煤礦， 據相鄰工作面的采掘資料可知，該小 礦在該區有越界現象。另外，在工作面的西部有 S7地質鉆孔（封孔良好），據資 料顯示，該區域內煤層厚度約3.25米左右。二、水文地質情況1、地面水文地質情況1102工作面位于新莊則村東側，和尚嵬西側（現已搬遷），地表標高823 978米，溝谷縱橫，地形復雜；大部為黃土層覆蓋，多位耕地，溝底二疊系地層廣 泛出露；幾條山間公路縱橫穿過該面，有一條小河從工作面切割巷南部橫穿而過。根據采掘區域的地表調查，沒有明顯發現地表積水滲漏的滲水點， 對井下開 采的影響較小。2、工作面

3、水文地質概況1、第四系松散層含水層：礦山內新生界第四系砂質粘土，厚度020米。富水性弱，局部底洼處富水，一般不含水，為松散孔隙型弱含水層。2、二1煤層上部二疊系砂巖裂隙含水層組：主要有二1煤層頂板砂巖下石盒子組底部砂巖等數層含水層構成，累計厚度 20米左右。礦山內含水層主要有山 西組大占砂巖段、香炭砂巖段；下石盒子組砂鍋窯砂巖；下盒子組底部老君廟砂 巖；期間均有厚層泥巖相隔阻。上述砂巖多為中-粗粒砂巖，泥硅質膠結，裂隙 層。據礦井生產情況，該含水層主要以頂板淋水形式向礦井充水。 另據登封煤田 區域資料，鉆孔單位涌水量為 0.000160.019L/s.m ,滲透系數為 0.00072 0.06

4、m/d 0不發育，富水性及透水性較弱。屬孔裂隙承壓水，為二1煤層頂板直接充水含水3、二i煤層底板水層：可以分為直接底板含水層和間接底板含水層兩類。(1)直接底板含水層：為太原組上段灰巖含水層，有L7、L8兩層灰巖組成， 其中L7灰巖較發育，平均6米左右。該含水層富水性較弱，但極不均一，涌水 量為10 50m3/h, 一般為20m3/h。在雨季可增加3050 % .據抽水資料表明， 單位涌水量為 0.00487 0.302L/s.m 滲水系數為 0.08-2.93m/d.據礦井生產情 況，多數礦井無底板水，說明該含水層補給、徑流條件差，富水性也較弱。但該 含水為二1煤層底板直接充水含水層，屬巖溶

5、裂隙承壓水，對二1煤層開采有直接影響。(2)間接充水含水層：有太原組下段L1 -L 4灰巖及奧陶系灰巖組成，其中L1、L4灰巖相對較穩定，較發育，巖性為含燧石生物灰巖，厚度3.5-35.0米平 均13米。富水性強，該含水單位涌水量為 0.59L/s.m ,為二1煤層底板間接充水 含水層，屬巖溶裂隙承壓水，富水性、導水性不均一，局部地段具較強的富水性 和導水性。屬巖溶裂隙承壓水，該區地下類型為HCO3-C機和HCO3-Ca.Mg4、主要隔水層充水因素分析在含水層之間廣泛分布著隔水巖層或弱透水巖層，它們都具有一定的阻水性 能，其阻水能力取決于巖性、巖層結構、厚度及穩定性，在后期構造作用的破壞 下，

6、可大大削弱隔水層的阻水性能，甚至使其起不到隔水作用，從礦井防治水的 角度出發，對本礦區主要隔水巖層敘述如下：1、二1煤層頂板隔水層：有二1煤層頂至砂鍋窯砂巖底間的泥巖、砂質泥巖組成，厚度 40-70米。一 般情況下能隔離山西組各砂巖含水層，避免其砂巖水連通并進入二 1煤層涌入礦 井。但在構造破壞情況下將失去隔水作用。2、二1煤層底板隔水層：由泥巖、砂質泥巖及細砂巖組成，厚約5米。一般情況下可阻隔太原組灰巖 水進入二1煤層礦井。但在斷裂切割、采掘等引起壓裂、震動情況下，此隔水層 可能失去隔水作用，誘發淹井事故。3、太原組中段隔水層：由泥巖、砂質泥巖及細砂巖組成，厚約 20米。具有一定隔水作用，正

7、常情 況下能阻止太原組上、下段灰巖含水層發生水力聯系，避免下段灰巖水進入二i煤層礦井。4、本溪組鋁礦質巖隔水層：由鋁質巖、鋁質泥巖組成，平均厚8米左右。巖性較致密，節理裂隙不發育， 正常情況下該隔水層可阻止寒武系與石灰系太原組含水層發生水力聯系，如遇厚度變薄、構造破壞等情況，可能失去隔水作用，導致兩含水層地下水發生水力聯 系，對礦井構成潛在威脅。三、水文地質情況分析1102工作面掘進過程中所受的水害影響主要有武家山采空區積水、1104采空區積水、煤層頂底板砂巖裂隙水、太原組灰巖水及奧陶系灰巖水。1、在1102工作面靠近切割巷附近，將要受到武家山小煤礦越界的影響， 據 相鄰工作面的資料分析，該礦

8、非法越界開采（約30米左右），而設計切割巷距離 、一、'一 一 - 3 武家山井田的保安煤柱約80米，且米空區內存在大量積水，積水量約37萬m,水壓在0.5Mpa左右。2、1104采空區積水：在1102工作面的施工過程中主要受相鄰 1104工作面 采空積水的影響，必須加強對相鄰采空區積水的排放。3、3、4#煤層頂底板砂巖含水層包括頂板 S砂巖及底板飛砂巖，區內砂巖厚 度一般均超過6米，但富水性較弱，對掘進基本無影響，主要表現為微量的淋頭 水。4、太原組灰巖含水層是該區域的間接含水層， L1 L5厚度約為35米，區內 水位標高約為580米，3+4#煤層底板標高475-530米，所承受的水

9、壓為 0.5 1.05MPa。根據煤礦防治水規定計算突水系數：Tmin=P/M=0.5/27=0.02MPa/m；Tma=P/M=1.05/27=0.04MPa/m式中：T 突水系數；P一煤層承受的水壓，最小取 0.5MP3最大取1.05 MPa M-底板隔水厚度，取 27米。（注：以上數據參照 &鉆孔資料）綜上所述：0.02MPa/m< T< 0.04MPa/m據以上計算結果，該區域太灰水的突水系數 T值小于煤礦防治水規定中的臨界值0.1 MPa/m,因此在正常塊段掘進時沒有太灰水突出的威脅，但 在斷層、陷落柱等地層薄弱地帶，也可能會造成突水事故的發生，因此在掘 進過程中

10、，必須嚴格執行“有掘必探，有疑必鉆”的原則。5、奧陶系灰巖含水層是重要的含水層，區內奧陶系灰巖巖溶裂隙水水位標 高796米左右，上距3+4#煤層約140米，開采3+4#煤層所承受的水壓為2.66 3.21Mpa,根據煤礦防治水規定計算突水系數：Tmin =P/M=2.66/140=0.02MPa/mTmax=P/M=3.21/140=0.023MPa/m式中：T 突水系數；P一煤層承受的水壓，最小取 2.66MP&最大取3.21 ;M-底板隔水厚度，取 140米綜上所述：0.02MPa/m< T< 0.023MPa/m據以上計算結果，該區域奧灰水的突水系數 T值遠小于煤礦防

11、治水規 定中的臨界值0.1 MPa/m ,因此在該區開采 3+4#煤，一般沒有突水的威脅，但在地層比較薄弱的地帶（如受陷落柱、斷層等地質構造破壞）可能會造成突 水，因此在掘進過程中，必須嚴格執行“有掘必探，有疑必鉆”的原則。 四、防治水措施根據以上水文地質條件的分析，為了消除1102工作面在掘進、回采過程中受到的水害威脅，故提出以下防治水措施：1）如果在施工過程中出現的頂板淋頭水影響正常生產時，必須停止掘進， 待其自然卸壓，確保安全后方可向前掘進。2）、施工隊組必須不間斷的對相鄰 1104工作面的采空區積水進行排放。3）如果在施工過程中發現底板變潮甚至出現滲水現象時，施工隊組必須立 即向礦調度

12、匯報，根據現場實際情況，有必要時必須撤出受水害威脅區域的所有 人員，待其查明原因后方可向前掘進。4）在掘進過程中施工隊組必須保證排水系統的安裝緊跟工作面，使其排水能力達到50n3/h o的防5）掘進過程中必須嚴格執行集團公司關于“有掘必探，有疑必鉆”治水原則，利用物探、鉆探綜合法積極探查區內的隱伏構造及水患威脅。6）在掘進過程中一旦意外揭露小型構造及陷落柱，必須停止掘進，匯報礦 調度室，查明區內的水文地質情況后方可繼續掘進。7）在施工切割巷前必須通過物探、鉆探等綜合手段探明武家山小煤礦越界 的范圍，確保23409切割巷與其井田保安煤柱符合煤礦防治水的規定，保證 安全后方可向前掘進。五、防治水目

13、的為了消除工作面在地層薄弱地帶受到的太灰水和奧灰水的水患威脅和查清 在掘進區域是否存在影響安全生產的隱伏斷層、陷落柱等地質構造體等，因此巷 道在掘進（回采）過程中必須堅持“有掘（采）必探、有疑必鉆” ，尤其在綜合 分析異常區域，進行重點探測，確保該工作面的順利采掘。六、防治水設計根據山西焦煤提出的“有掘必探、有疑必鉆”的探放水原則，全面推行“物 探先行、提供目標、鉆探驗證、綜合治理”的煤礦水害防治方法，故我礦決定在 1102工作面的掘進和回采過程中先用物探儀器進行探測，如有物探異常區再進 行鉆探驗證。（一）、掘進過程中的防治水設計1、物探設計（1）、物探目的為落實好“有掘必探、先探后掘”和集團

14、公司提出的“無預報揭露地質構造 就是事故”及對地質構造變化全面進行預測預報的總體要求，推行“物探先行、 鉆探驗證”的綜合防治水措施，查明在 1102工作面掘進過程中的地質構造及水 患因素，我礦決定將在掘進和回采過程中用高分辨電法儀對迎頭的含水異常體做 出定性或定量的解釋，從而達到消除水患的目的。（2）、物探設計方案a、掘進過程中的物探設計方案YD32（A）高分辨電法儀將對巷道每掘進 60- 80米進行一次高密度或三極超 前探測掘進頭,M8 M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 A3 A2 A1圖一A1 A2 A3為發射電極（兩相鄰電極之間相距 4米）；M3 M2 M1,為 接收電極（兩相鄰

15、電極之間相距 4米）；B為無窮遠電極（距儀器距離）300米 具體施工時，依據上法布置供電電極，布置好以后，供電電極、無窮遠電極及儀 器均固定不動，測量電極 M、N根據設計的觀測系統由儀器自動切換進行探測。2、鉆探設計物探結束后，為了保證施工安全，根據物探結果，對異常區再進行鉆探驗證。1）、單孔設計參數（1）、本次鉆進鉆機選取SGZLIHB鉆機，以孔徑75mm開口鉆進，鉆進 12-15米時停止鉆進進行安裝孔口管封孔，根據煤礦防治水規定中第九十 七條的規定，本次鉆進鉆孔的終孔孔徑不得大于75mm。（2）、根據煤礦防治水規定第九十八條的規定，本次鉆進必須安裝不得 小于10米、直徑為75mmi勺孔口管

16、，在孔口管一端安裝高壓閘閥。在安裝完孔口 管后，利用稠的水泥漿將套管封死，待水泥凝固72小時后，必須進行耐壓試驗，當水壓達到2.5Mpa并穩定30分鐘后，孔口管周圍不漏水時，以孔徑 50mm鉆 頭向前鉆進，否則重新注漿封孔。（見附圖一）（3）、根據煤礦防治水規定第九十八條中的規定，將此次鉆探的超前距 定為30米、幫距定為30米，鉆孔的孔深根據施工隊組的的實際情況而定，但必須保證鉆孔的終孔位置始終超前工作面 30米。（4）打鉆前必須先安裝水閥門后才能鉆進。2）、鉆孔布置對異常區鉆探驗證時，鉆孔根據異常區范圍大小呈組布設，每組 3個鉆孔， 在水平面內呈扇形布置，如果異常區范圍過大則適當加密鉆孔，鉆

17、孔沿巷道掘進 坡度進行施工，鉆孔施工參數根據物探異常區的范圍來確定。3）、探放水鉆孔施工參數（1） 23409運（切割）巷鉆孔參數1#鉆孔1、開孔位置： 迎頭，距煤層底板1.5米；2、鉆孔參數： 鉆探方位為180o (90o);鉆探傾角：沿煤層的偽傾角鉆進； 鉆探長度根據物探異常區范圍來確定。2#鉆孔1、開孔位置： 迎頭，距煤層底板1.5米；2、鉆孔參數：鉆探方位根據物探異常區范圍來確定; 鉆探傾角：沿煤層的偽傾角鉆進； 鉆探長度根據物探異常區范圍來確定。3#鉆孔1、開孔位置： 迎頭，距煤層底板1.5米；2、鉆孔參數：鉆探方位根據物探異常區范圍來確定; 鉆探傾角：沿煤層的偽傾角鉆進； 鉆探長度

18、根據物探異常區范圍來確定。(二)、回采過程中的防治水設計1、物探設計1102工作面形成后利用 WKTE無線電坑透儀進行坑透。本次坑透點布置從切割巷口開始，分別在23409材巷、23409運巷每隔10米布置一個坑透點，直到布置到停采線附近。然后先從一條巷道每隔50米發射一次，另一條巷道每隔10米接收一次，共接收11個接收點，如此交替重復直到 工作面形成。1 3 0 5 材巷、' 彩川燼 / / / /、 “V /1 / / /、1分/v /廣/為7 I八/匕次/ /，&ZI/人力 、/ / / / 於Nl/勿 _Z_Z_LIi_4_ 0AB CD3 0 5 運巷2、鉆探設計坑透結

19、束后，為了保證施工安全，根據坑透結果，對異常區再進行鉆探驗證。1、單孔設計參數(1)、本次鉆進鉆機選取SGZLIHB鉆機，以孔徑75mm開孔鉆進，鉆進 12-15米時停止鉆進進行安裝孔口管封孔，根據煤礦防治水規定中第九十 七條的規定，本次鉆進鉆孔的終孔孔徑不得大于 75mm。(2)、根據煤礦防治水規定第九十八條的規定，本次鉆進必須安裝不得 小于10米、直徑為75mmi勺孔口管，在孔口管一端安裝高壓閘閥。在安裝完孔口 管后，利用稠的水泥漿將套管封死，待水泥凝固 72小時后，必須進行耐壓試驗， 當水壓達到2.5Mpa并穩定30分鐘后，孔口管周圍不漏水時，以孔徑 50mm鉆 頭向前鉆進，否則重新注漿

20、封孔。(見附圖一)(3)、根據煤礦防治水規定第九十八條中的規定，將此次鉆探的超前距 定為30米、幫距定為30米，鉆孔的孔深根據施工隊組的的實際情況而定，但必須保證鉆孔的終孔位置始終超前工作面 30米。(4)打鉆前必須先安裝水閥門后才能鉆進。2、鉆孔布置根據坑透異常區鉆探驗證時，鉆孔根據異常區范圍大小布設，鉆孔垂直于工 作面進行施工，異常區靠近材(運)巷一側，鉆探先將在材(運)巷一側進行， 初步每隔30米布置一個鉆探孔，如相鄰鉆孔中只有一個鉆孔探到異常，則在這 兩孔中間加密一個鉆探孔，孔間距為 15米，以此類推，逐步加密鉆孔，確保探查精度不大于10米。如果在材（運）巷一側達不到鉆探目的，須根據材

21、（運） 巷的實際鉆探情況，再在運（材）巷一側補打鉆孔，從而達到鉆探目的。3、探放水鉆孔施工參數（1） 1102工作面鉆孔參數1#鉆孔1、開孔位置： 材（運）巷，距煤層底板1.5米；2、鉆孔參數： 鉆探方位為270o （90o）;鉆探傾角：沿煤層的偽傾角鉆進；鉆探長度根據物探異常區范圍來確定。2#鉆孔1、開孔位置： 材（運）巷，距煤層底板1.5米，距1#鉆孔30米；2、鉆孔參數： 鉆探方位為270o （90o）;鉆探傾角：沿煤層的偽傾角鉆進；鉆探長度根據物探異常區范圍來確定。3#鉆孔1、開孔位置： 材（運）巷，距煤層底板1.5米，距2#鉆孔30米；2、鉆孔參數： 鉆探方位為270o （90o）;

22、鉆探傾角：沿煤層的偽傾角鉆進；鉆探長度根據物探異常區范圍來確定。（三）、注漿設計在物探異常區鉆探或掘進（回采）時，如果施工的鉆孔或揭露的導水地質 體涌水量很大，僅僅靠排水已不可能解決時，則應采取注漿堵水措施，漿堵范圍 根據導水地質體的范圍來確定。1、適用條件在承壓區含水層的富水區，強徑流帶或底板不完整的工作面，采用疏水降壓 和帷幕注漿難度大、經濟不合理時，可通過薄層灰巖含水層注漿改造。煤層底板注漿改造含水層，是沿工作面上下平巷大面積布置注漿鉆孔， 通過 注漿鉆孔注漿來充填底板灰層含水層的巖溶裂隙和導水裂隙， 從而大大減弱含水 層的富水性并切斷水源補給通道， 使受注含水層被改造為不含水或弱含水層

23、， 實 現工作面不突水開采。(1)煤層底板薄層灰巖含水層富水性強，單位降深疏水量大于5m3/hm；突水系數在復雜地段超過0.06MPa/m,在正常地段超過0.1MPa/m。(2)工作面存在構造破裂帶、導水裂隙帶等。2、注漿孔的布設和施工1)鉆孔布設的原則有條件的先要進行物探，再根據物探資設計鉆孔。一般在采煤工作面的運輸 巷每隔60m80m施工一鉆機房，在鉆機房內以不同的傾角、方位分別向工作面 內上、中、下各部位施工24個鉆孔。工作面初壓和周壓段構造發育段(尤其 是斷層交叉部位)、含水層富水段、隔水層變薄區，都要酌情加密，并盡量與裂 隙發育方向垂直或斜交。2)鉆孔結構注漿孔的終孔孔徑不小于73m

24、m,鉆孔要下二級套管，一級管直徑146mm159mm,二級管直徑為89mm108mm。一級套管的底口距煤層面法向深 度不低于5m,二級套管距煤層面法向深度不低于 15m。兩級套管均需注漿、固 結、耐壓試驗，合格的方可繼續鉆進。3)鉆孔施工順序為使注漿鉆孔能有效命中富水地段，減少鉆探工程量，注漿孔要分三個序次 施工，先施工第一序次鉆孔，完成一個注一個，以免用漿，造成廢孔。完成第一 序次后，再施工第二序次孔，全部注漿結束后，視鉆孔水量和進漿情況補打第三 序次的檢查孔。4)鉆孔施工技術要求(1)為確保施工人員人安全，在水壓在于 1.5MPa時必須使用防噴裝置和孔 口鉆桿卡持器。(2)孔口管下好后必須

25、進行耐壓試驗，壓力達到設計注漿終孔壓力，持續 20min以上。(3)孔口要安設與注漿孔壓力相匹配的水門。(4)終孔位置一般要穿過含水層，由于水大、孔深，施工困難時可以不穿 透含水層或換用小徑鉆進，但進入含水層的垂直厚度不得小于含水層的1/2。(5)認真做好現場不班記錄，準確記錄初始涌水量和最大涌水量、巖層層位、換層深度、進入含水層前有無 導高”、進入含水層后巖溶的發育程度等，便于進行資料分析。（四）、物探安全技術措施1、無線電波坑透儀的安全技術措施A、現場探測時，應將天線接到儀器上，然后再打開主機工作，嚴禁空載開機。B、懸掛發射天線時，要盡量使發射框形面積最大，并使天線的軸線平行于 巷道方向；

26、拆卸天線時必須先關機。C、發射機應盡量布設在金屬導體少、巷道中煤層正常地段。工作人員盡可能少活動，以免影響透視效果。D、接受天線要盡量使其處于同一高度，有電纜等干擾因素時，應使環形天線垂直于巷道。E、采用自動記錄時，數據頭鍵入及觀測順序應準確無誤。F、數據采集工作完成后，應聯機及時將數據傳入處理系統處理；儀器放到 儀器保管室保管。2、直流電法儀的安全技術措施A、打電極使用的榔頭必須使用紫銅頭或不銹鋼銅頭，嚴禁使用鐵錘。B、供電工作前，確保人員在接受或供電電極 2米以外，以防觸電，供電時 電線應鋪開，不能盤繞。C、采用有關裝置時，“無窮遠”電極必須有人專門看守。D、探測工作面頂底板及側幫一定深度范圍內富、含水異常體的分布范圍和空間形態，電極要分別布置在巷道頂底板及側幫。E、探測巷道前方100米范圍內的、含水異常體的分布范圍，對異常體的性質進行分析判斷，惦記要布置在后方已有巷道內。F、電極要打結實，接地條件要好，供電電流相對要大，要避開積水區域（或