【導讀】山西柳林鑫飛毛家莊煤業(yè)有限公司礦井兼并重組整合項目施工組織設計

　　

【正文】 排放廢渣及廢液污染，農(nóng)業(yè)化肥及生 活污水等污染，使得地下水中N0 Cl、 P042含量增高，局部 F含量較高，水質(zhì)較差。 1)太古界、元古界變質(zhì)巖構成寒武、奧陶系碳酸鹽巖巖溶含水巖組的隔水底板。 2)石炭、二疊、三疊系各含水層間較厚且發(fā)育穩(wěn)定的泥質(zhì)巖構成各含水層之間的隔水層。 （二）井田水文地質(zhì)條件 本井田內(nèi)無常年性地表河流通過，溝谷中僅在雨季有短暫性的流水通過，向南匯入三川河，三川河向西南排向黃河。 山西柳林鑫飛毛家莊煤業(yè)有限公司礦井兼并重組整合項目施工組織設計 1）奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層 奧陶系地層在井田內(nèi)全部被覆蓋，據(jù)井田南側原劉家焉頭煤礦水源井抽水試驗，單位涌水量為 ，水位標高 ，水質(zhì)為 型。另據(jù)井田內(nèi)原賈家溝煤礦水源井抽水試驗，單位涌水量為 ，水位標高 ，水質(zhì)類型為 型。由上求得井田附近奧灰水力坡度為 ‰，據(jù)此推測本井田內(nèi)奧灰水位標高約為 。 2）石炭系上統(tǒng)太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層 井田內(nèi)被覆蓋，該含水層由 3～ 5 層石灰?guī)r組成，平均總厚度 20m左右，石灰?guī)r局部巖溶裂隙較發(fā)育，鉆孔鉆至石灰?guī)r時，有時沖洗液消耗 量有一定增加，巖芯中有時見有小溶孔。據(jù)井田南側 75 號水文孔（北距本井田約 1km），抽水試驗結果，太原組含水層單位涌水量，滲透系數(shù) ，水位標高 ，屬弱富水性含水層。 3）二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層 該含水層以中粗粒砂巖為主，平均厚度 11m 左右，含水層裂隙發(fā)育差，富水性較弱，在補給條件較好的地段富水性較好。據(jù)井田內(nèi)26 號水文孔對山西組和上下石盒子組混合抽水資料，單位涌水量為，滲透系數(shù)為 ，水位標高 ，屬弱富水含水層。 4）二疊系上下石盒子組砂巖裂隙含水層 井田西南部有零星出露，含水層主要為中粗粒砂巖，厚度為 14m左右。據(jù)井田內(nèi) 26 號水文孔對山西組和上下石盒子組混合抽水試驗，山西柳林鑫飛毛家莊煤業(yè)有限公司礦井兼并重組整合項目施工組織設計 單位涌水量為 ，滲透系數(shù)為 ，水位標高，屬弱富水含水層。 5）上第三系、第四系孔隙含水層 上第三系上新統(tǒng)在溝谷中有小片出露，含水層主要為砂礫巖，厚度不穩(wěn)定，單井出水量小于 5m3/d，富水性弱。 第四系中上更新統(tǒng)廣泛分布于井田內(nèi)，其含水層補給條件不好，連續(xù)性差，單井出水量小 于 10m3/d，季節(jié)性變化大。 井田奧陶系灰?guī)r水屬區(qū)域巖溶水的逕流區(qū)，巖溶水流經(jīng)井田向南排出邊界，至柳林泉，井田距柳林泉排泄區(qū)較近，水力坡度小。 石炭系和二疊系灰?guī)r、砂巖裂隙含水層在裸露區(qū)接受大氣降水補給后，沿巖層傾斜方向運移，上部石盒子組含水層中以泉的形式排泄，下部含水層中水則順巖層傾向運移，流出井田外，礦坑排水是其主要排泄途徑。 1）山西組隔水層 山西組 5 號煤以下至太原組 L5 灰?guī)r之間是以泥巖為主，砂、泥巖互層的一套地層，厚度 左右，連續(xù)穩(wěn)定，其中 泥巖、粘土巖隔水性好，可視為山西組與太原組之間良好的隔水層。 2）本溪組隔水層 本溪組平均厚 ，巖性主要為泥巖、鋁土巖、粉砂巖和砂巖，該組有時夾薄層石灰?guī)r或薄煤層，其中泥質(zhì)巖隔水性能好，在區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定，是良好的隔水層。 山西柳林鑫飛毛家莊煤業(yè)有限公司礦井兼并重組整合項目施工組織設計 1）大氣降水和地表水體 本區(qū)年降水量為 — ，屬于干旱地區(qū)，本井田內(nèi)無常年性地表河流，僅兩季溝谷中有短暫洪水排泄，井田地形坡度較陡，植被不發(fā)育，有利于自然排水，入滲補給地下水條件差，只在基巖露頭的溝谷中有少量的入滲，對于山西組砂巖含水層， 由于其上有較多隔水層分布，接受大氣降水的直接補給很少?？傊?，大氣降水和地表水體對礦井充水影響微小。 2）頂板裂隙水 本礦批采 4— 10 號煤層，其中 5 號煤層直接充水含水層是山西組砂巖裂隙含水層， 10 號煤層直接充水含水層為原組巖溶裂隙含水層，均厚弱富水含水層，根據(jù)整合前各煤礦開采情況，井下頂板淋水均很小，頂板裂隙水對礦井生產(chǎn)影響不大。 3）深部奧灰水 本礦批采的 10 號煤層底板大部地段位于奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層水位之下，根據(jù)奧灰突水系數(shù)公式來計算奧灰?guī)r溶水對井田最下部 10 號煤層的影響。 突水系數(shù)計算公式： Ts= MP P=（ H0H1+M）179。 式中： Ts—— 突水系數(shù)， MPa/m； P—— 隔水層底板所能承受的最大靜水壓力， MPa； M—— 底板隔水層厚度， m； H1—— 煤層底板最低標高； 山西柳林鑫飛毛家莊煤業(yè)有限公司礦井兼并重組整合項目施工組織設計 H0—— 奧灰?guī)r溶水水位標高。 10 號煤層底板最低處為井田西界處（ M14 號孔西側）， 10 號煤層距奧灰頂面（ M） ；煤層底板最低標高（ H1） 545m；該地段奧灰?guī)r溶水水位標高（ H0） 798m。 求得 10 號煤層突水系數(shù)： Ts＝ 根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》中規(guī)定，具有構造破壞的地區(qū)，安全突水系數(shù)為 （ MPa/m），無構造破壞的地區(qū)，安全突水系數(shù)為 （ MPa/m）。本井田為無構造破壞地區(qū)， 10 號煤層突水系數(shù)小于臨界突水系數(shù) ，故推測奧陶系灰?guī)r巖溶水對井田內(nèi)各可采煤層突水的可能性小。 4）采空區(qū)、古空區(qū)積水 井田內(nèi) 8號煤層均分布多處采空，井田東部還分布有 8 號煤層古空區(qū)，由于大都位于傾斜煤層的東部高處，其積水對井田中西部相對低處的煤層開采存在充水影響。據(jù)整合前各煤礦開采情況，井下涌水主要為采空區(qū)滲水 ，水量 40147m3/d 不等，對礦井生產(chǎn)帶來一定影響。 另外，井田周邊分布有三個生產(chǎn)煤礦和一個關閉礦井，均分布有不同面積的采空區(qū)和積水區(qū)。由于本井田總體為 — 單斜構造，煤層向西南傾斜，因此鄰礦采空區(qū)積水對本井田煤層開采影響大的主要為井田東側以關閉的后毛家莊煤礦和北部的柳林煤礦，本次將來在井田東部和北部開采時應加防范。 5）主要水害威脅 本井田主要水害是采空區(qū)古空區(qū)積水，整合前各煤礦分別對 山西柳林鑫飛毛家莊煤業(yè)有限公司礦井兼并重組整合項目施工組織設計 8 號煤層進行了開采，已分布多處采空區(qū)，而在井田東部淺埋區(qū)，還分布有大片 8 號煤層古空區(qū)，在古空區(qū)和采空區(qū)低洼處有 一定積水。經(jīng)本次調(diào)查，井田內(nèi) 4號煤層分布采空、古空積水區(qū) 3 處，總積水量約 15649m3，分布 5號煤層古空積水區(qū) 1處，積水量為 12210m3。分布 8 號煤層古空積水區(qū) 1 處，積水量約 9925 m3。合計采礦（古空）區(qū)共 37784m3。具體積水量情況詳見下表。 采空區(qū)積水量預測表 積水區(qū)位置 煤層號 積水區(qū)面積 (m2) 預測積水量 （ m3） 原后山垣煤礦西南部采空區(qū) 4 5100 3021 原賈家溝煤礦南部采空區(qū) 4 2910 1726 原賈家溝煤礦東部古空區(qū) 4 23000 10902 小計 15649 5 25000 12210 原屈家溝煤礦南部古空區(qū) 8 21100 9925 小計 37784 開采下部 5 號、 8 煤層，全部冒落管理頂板時，根據(jù)《三下采煤規(guī)程》冒裂帶最大高度計算公式得出，冒落帶（ H1）、導水裂隙帶（ H2）的高度可用下式計算： H1=A1177。 H2=A2177。 式中， A1=100∑ m/(∑ m+)， A2=100∑ m/(∑ m+),∑m 為開采煤層累積厚度，本礦 5 號煤層采空高度為 ， 8 號煤層采空高度為 。 求得開采 5 號煤 層頂板冒落帶高度 ，導水裂隙帶最大高度 m； 5 號煤層間距為 ～ ，平均 。因此，對上部 4 號煤層采空區(qū)積水如不及時探放，會全部貫入下部 5山西柳林鑫飛毛家莊煤業(yè)有限公司礦井兼并重組整合項目施工組織設計 號煤層采空區(qū)，形成災害。 求得開采 8 號煤層頂板冒落帶高度為 ，導水裂隙帶最大高度為 。 8 號煤層間距為 ，平均。因此開采 8號煤層的頂板導水裂隙在部分地段將會延伸到上部 5 號煤層采空區(qū)，所以將來開采 8 號煤層時也應對上部 5 號為煤層采空區(qū)積 水進行探放，確保安全生產(chǎn) 該礦批采 10 號煤層，井田內(nèi) 5 號煤層充水含水層為山西組砂巖裂隙含水層， 10 號煤層充水含水層為太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層，富水性弱，補給條件差。 另外根據(jù)礦方提供的資料，整合前開采 4 號煤層的礦井涌水量，賈家溝礦為 147240m3/d 左右，后山垣礦為 4060m3/d。開采 8 號煤層的屈家溝礦礦井涌水量為 6080m3/d，涌水量均不大，主要為采空區(qū)滲水和井筒滲水及頂板裂隙水。另外奧灰水對煤層開采影響不大，但井田內(nèi)采空區(qū)分布多處積水，綜合分析，該礦 礦井水文地質(zhì)類型為中等型。 1）開采 5 號煤層 據(jù)礦方提供的資料，整合前賈家溝煤礦開采 4 號煤層，礦井正常涌水量 147m3/d 左右，最大涌水量 240m3/d。由于井田水文地質(zhì)條件簡單，而且有多年的開采歷史，礦井涌水量與產(chǎn)量有一定的相關性，因此，可用類比法預計礦井涌水量。 礦井涌水量預計公式： 山西柳林鑫飛毛家莊煤業(yè)有限公司礦井兼并重組整合項目施工組織設計 Q=Kp179。 P Kp=Qo/Po Qo—— 礦井涌水量 （ m3/d）； Kp含水系數(shù)（ m3/t）； Po—— 產(chǎn)量（萬 t/a）； Q—— 礦井預算涌水量； P—— 設計生產(chǎn)能力。 整合 前賈家莊煤礦生產(chǎn)能力 160kt/a。年工作日按 330 d 計算，日產(chǎn)原煤 485t 計算，富水系數(shù)為 。 本次重組整合后，新礦井擬定生產(chǎn)能力 ，工作日按 330 d計算，日產(chǎn)原煤 3636t，預計礦井正常涌水量 1091m3/d（ m3/h），最大涌水量 1818m3/d（ ）。 井田范圍內(nèi) 4 號煤層已基本采空， 5 號煤層間距較小，考慮 4號煤層采空區(qū)積水影響，設計時礦井涌水量乘以 安全系數(shù)，則礦井礦井正常涌水量 ，最大涌水量 。 2）開采 8 號煤層 井田內(nèi)，整合前原屈家溝煤礦開采 8 號煤層：礦井正常涌水量60m3/d，最大涌水量 80 m3/d，礦井生產(chǎn)能力 15 萬 t/a，年工作日按330d 計算，日產(chǎn)原煤 456t，富水系數(shù)為 m3/d。采用上述公式求得將來開采 8號煤層生產(chǎn)能力達到 為 473 m3/d，最大涌水量為 654 m3/d。 比較上述 8 號煤層礦井涌水量預算結果，開采 4 號煤層礦井涌水量明顯高于開采 8號煤層礦井涌水量。其原因主要是開采 4 號煤層的賈家溝煤礦位于井田中西部。分布有大片 采空區(qū)和古空區(qū)，井下山西柳林鑫飛毛家莊煤業(yè)有限公司礦井兼并重組整合項目施工組織設計 涌水量受采空區(qū)、古空區(qū)積水影響較大。而開采 8 號煤層的屈家溝煤礦因位于井田東部，處于傾斜煤層的相對高處，井下涌水受采空區(qū)、古空區(qū)積水影響較小，故礦井涌水量偏小。根據(jù)井田開采 4 號煤層情況推測，若將來在井田中西部開采 8號煤層時，礦井涌水量可能會大幅增加，上述預算的 8 號煤層礦井涌水量可能偏小，僅供參改。 八、頂?shù)装逄卣? 4 號煤層直接頂板為泥巖或砂質(zhì)泥巖，局部為細砂巖，厚 ～，質(zhì)地較堅硬，節(jié)理不發(fā)育，老頂中砂巖節(jié)理較發(fā)育，有時直接覆蓋于煤層之上。屬Ⅱ Ⅲ類頂板。底板大部為泥巖、砂 質(zhì)泥巖，局部為細砂巖。 5 號煤層直接頂板大部為泥巖，局部為砂質(zhì)泥巖，厚 ～ 左右，巖性破碎，較易冒落，屬Ⅱ類頂板。底板大部為泥巖，局部為砂質(zhì)泥巖。 8 號煤層直接頂板石灰?guī)r，厚 ～ 左右，易管理，屬Ⅰ類頂板。有時含薄層泥巖偽頂。底板大部為泥巖。局部為炭質(zhì)泥巖、鋁質(zhì)泥巖。 10 號煤層直接頂板為中細砂巖，厚 ，局部為泥巖。底板為泥巖。 據(jù)《山西省河東煤田離柳礦區(qū)沙曲井田勘探（精查）地質(zhì)報告》及相鄰柳林煤礦井下采樣進行煤層頂?shù)装鍘r石力學性質(zhì)試驗，各可采煤層頂?shù)装鍘r石物 理力學性質(zhì)試驗結果見表 217，灰?guī)r強度最大，其次為中、細砂巖、砂質(zhì)泥巖，泥巖、炭質(zhì)泥巖強度最小。 表 217 各可采煤層頂?shù)装鍘r石物理力學性質(zhì)試驗成果表 山西柳林鑫飛毛家莊煤業(yè)有限公司礦井兼并重組整合項目施工組織設計 煤層 巖性 單項抗壓強度 (MPa) 單項抗拉強度 (MPa) 抗剪強度 (MPa) 4 頂板 泥巖、砂質(zhì)泥巖， 粉砂巖 2062 底板 泥巖、細砂巖 5 頂板 泥巖、細砂巖 底板 泥 巖、中砂巖 8 頂板 石灰?guī)r 底板 泥巖、中砂巖 九、瓦斯、煤塵和煤的自燃傾向性 （一）礦井瓦斯 整合前，井田內(nèi)原賈家溝煤礦和后山垣煤礦開采 4 號煤層，屈家溝煤礦開采 8 號煤層。根據(jù)山西省煤炭工業(yè)局晉煤安發(fā) [20xx]88 號文件和呂梁市煤炭工業(yè)局呂煤安字 [20xx］ 540 號文件批復，各煤礦 20xx年礦井瓦斯等級鑒定結果見表 218。 表 218 20xx年礦井瓦斯瓦斯等級鑒定結果表 煤礦 開采煤層 瓦斯 二氧化碳 鑒定 等級 絕對涌出量(m3/min) 相對涌出量(m3/t) 絕對涌出量(m3/min) 相對涌出量(m3/t) 賈家溝