四 、  地形地貌

井田位于吕梁山西侧，为中低山区的黄土地貌。全井田地表为黄土所覆盖。总体地势东高西低，以黄土梁、峁为主，沟谷较发育。井田内最高点位于东北部山顶上，标高为1175m，最低点位于西部的河谷阶地，标高为940m，相对高差235m。

五、  气象、水文

北川河流经井田西部外围，井田内无河流，但沟谷较发育，雨季时有短暂洪水泄流汇入北川河。北川河在离石区西与东川河、南川河汇集，向西流入黄河，属黄河流域三川河水系。

本区位于晋西黄土高原，属温带大陆性气候，四季分明，昼夜温差大，冬季少雪干旱，春季多风，夏季雨量集中，秋季阴雨天较多。据1997～2007年离石区气象局资料，年最大降水量为646.1mm（2003年），年最小降水量为251.5mm（1999年），平均年降水量457.1mm，降水量多集中在7、8、9三个月。最高气温32.5℃，最低气温-21.7℃，年平均气温8.9℃。年蒸发量为1482～1941mm，蒸发量大于降水量。每年11月份结冰，次年3月份解冻。最大冻土深度0.85m，全年无霜期平均为186d。冬季多西北风，夏季多东南风，平均风速3.1m/s，历年最大风速为27～28 m/s。最大积雪厚度0.50m。

 

六、主要可采煤层

井田内可采煤层为4、6、10号，分述如下：

（1）4号煤层

位于山西组中下部，下距L₅灰岩约30.07m。在井田中东部存在冲刷带, 在井田内10-2、10-1号钻孔4号煤层全部被冲刷掉。本次根据井田内钻孔资料、井下采掘揭露情况结合相邻的永德煤业井下开采情况,圈定了冲刷带边界。在井田西部非冲刷带区煤层厚度0.78～1.97m，平均厚度1.39m,含0～1层夹矸，结构简单，属稳定可采煤层。顶板为中砂岩、泥岩、砂质泥岩，底板为泥岩、粉砂岩。目前井田范围内已基本采空。

（2）6号煤层

位于太原组上部，上距4号煤层31.30～43.02m，平均35.62m。根据井田内钻孔及井峒见煤点煤层厚度统计，煤层厚度0.90～1.53m，平均厚度1.32m，含0～2层夹矸，结构简单，属全井田稳定可采煤层。顶板为泥岩、砂质泥岩，底板为泥岩、砂质泥岩。井田周边ZL4-1厚度达最大为1.53m,在井田外41号钻孔煤层厚度0.15m。

（3）10号煤层

位于太原组中部，上距6号煤层29.35～32.49m，平均30.56m，根据井田内钻孔及井峒见煤点煤层厚度统计，煤层厚度为3.52～5.77m，平均4.18m，发育0～4层夹矸，结构复杂，属全井田稳定可采煤层，顶板为L₁石灰岩,底板为泥岩、砂质泥岩。井田周边ZL4-2厚度达最大为5.77m,在井田内41号钻孔煤层厚度2.39m。

各煤层赋存特征如表2-1-2。

表2-1-2                可采煤层特征表

七．排水系统：

主排水系统设在中央泵房，配备3台MD280－43×3型多级泵，最大排水能力为840m3/h。主水仓容积772m³，副水仓容积468m³。备用排水系统设在回风立井底，配备MD46－30×6型多级泵1台，BQS12.5－140－11型潜水泵2台，BQS50－150－45N型潜水泵1台，BQS80－90－25N型潜水泵1台。最大排水能力为201m3/h。

 

 

八．生产规划

1.发展方针

一要坚持"以人为本，安全发展"的核心理念；二要坚持"安全第一，预防为主，综合治理"的方针，标本兼治，重在治本；三要正确认识煤矿安全工作面临的任务和挑战，坚定信心，攻坚克难；四要紧密结合实际，突出重点，循序渐进，建立煤矿安全长效机制。

1.1）煤矿开采对矿井排水量的影响

煤矿开采初期，揭露的含水层相对较多，各含水层处于自然饱和状态，随着巷道的进展，开采面积的增大，逐步发生顶板冒落，裂隙导水带，煤系顶部含水层中的地下水就会直接渗入矿坑，矿井水的排水量相对较大。开采进入中期以后，由于开采时间的增长，含水层水位不断降低，以矿井为中心的降落漏斗已经稳定，矿井水不再增加，处于补、径、排平衡状态。开采后期部分含水层水位被疏干，导水裂隙带和节理裂隙逐步被充填，矿井排水量逐步衰减。

1.2）煤炭开采对地表及地下水环境的影响

井田范围内目前受工业污染较轻。区域内植被稀少，地表水排泄条件好，但不利于大气降水下渗补给，生态环境比较脆弱，应加强环境保护工作。

本区人烟相对较少，居住分散，受当地地理与经济状况的限制，基本以农业为主，辅于传统的耕作方式生产，且由于水土流失严重、土地贫瘠，农业生产相对落后。

.2  煤层开采规划

永聚煤矿生产规划自2012年至2016年, 规划期间，永聚煤矿主采6^#和10^#煤层，主要生产采区为分别为6号煤一采区和10号煤一采区，装备两个综采工作面、四个掘进工作面来保证矿井设计生产能力和正常生产接替。

  九、井田水文地质

（一）地表水

本地区常年性河流有属于黄河流域的三川河及主要支流北川河(流量1.98m³/s)，东川河(流量0.70m³/s)和南川河(流量0.50m³/s)。北川河、东川河、南川河在离石市交口镇一带汇集于三川河向西流入黄河。本井田位于北川河以东，东川河以北。

（二）含水层

1．变质岩类风化裂隙含水层组

分布于区域西部的王家会背斜轴部及东部广大地区，岩性为前寒武系的混合岩化花岗岩、片麻岩等。其表层15～20m内裂隙发育，在接受大气降水后形成风化裂隙潜水，断层带、褶皱部和风化壳是地下水赋存的有利地段。一般泉流量小于0.5L/s，水质优良，为重碳酸盐—钙型，矿化度0.2～0.5g/l。

2．碳酸盐岩岩溶裂隙含水层组

包括寒武系和奥陶系，本区以奥陶系为主。岩性为石灰岩、豹皮石灰岩、泥灰岩、白云质石灰岩等，总厚360～450m。出露于中阳-离石向斜边缘部位，向斜轴部为埋藏型。水位埋深一般大于100m，水位标高810～829m，单井涌水量一般都大于1000t/d，在径流带富水部位可达12873t/d。水质良好，为重碳酸盐—钙镁型，矿化度0.2～0.5 g/l。

据省勘察院1987-1989年在上安水源地施工的钻孔分析：在垂直方向中，奥陶系上马家沟组岩溶发育，以溶洞为主。钻孔岩芯破碎，富水性强，其次是下马家沟组中上部，岩溶较发育，以溶洞庭湖及网格状岩溶为主，富水性中等；奥陶系峰峰组以峰窝状、网格状岩溶为主，富水性弱。在水平方向上富水性受区域构造的控制，一般补给区富水性较弱，径流区逐步变强，单位涌水量0.083～0.614L/s·m。在断裂带和向斜轴部富水性明显增大，单位涌水量可达1.13～4.00 L/s·m。在离石附近区域水位标高810m左右，高出10号煤层顶板，对10号煤层有顶突补给的可能。值的注意的是：上马家沟组上段有80-100m厚的石灰岩、泥灰岩互层，峰峰组下段有40余米厚的泥灰岩，这些泥灰岩有相对的隔水作用，有可能使岩溶水呈层间水存在，形成上层滞水，使水位高于区域水位，如乔家湾附近的14号孔，在打到上马家沟组上段时，水位标高为864.28m，而终孔到下马家沟组上段时，水位标高为814.61m，水位相差近50m，但上部水量很小，据抽水试验资料；降深115.61m，单位涌水量为0.017 L/s·m，而上下马家沟组含水段，降深3.8m，单位涌水量为0.4 L/s·m。

3．碎屑岩类裂隙含水层组

本含水层组包括了石炭系和二叠系所有的含水层。

①石炭系太原组碎屑夹碳酸岩岩溶裂隙含水层：

岩性为石灰岩(L₅、L₄、L₁)组成，彼此之间隔以泥岩及少量砂岩。单位涌水量0.00026～1.24L/s·m，渗透系数在0.00275～8.53m/d，水位标高874.93～1044.00m，富水性弱—强，水质属重碳酸盐—硫酸盐型，为软的淡水。

②二叠系山西组砂岩裂隙含水层

岩性为砂岩、泥岩、砂质泥岩，富水性弱。单位涌水量0.00012～0.0022L/s·m，渗透系数0.0012～0.012m/d，水位标高881.23～1053.00m，水质属重碳酸盐—氯化物型为硬的淡水。

③二叠系上、下石盒子组砂岩裂隙含水层

岩性主要由砂岩组成，易风化，裂隙发育，富水性弱，在沟谷中泉水出露较多，单位涌水量为0.0025～0.061L/s·m，渗透系数0.0032～0.22m/d。水位标高882.36～1069.35m，为重碳酸盐—硫酸盐，为软的淡水。

4．松散岩类孔隙含水层组

主要是指分布于三川河及其主要支流河谷中的第四系冲洪积砂砾岩层，一般厚度3～5m，局部稍厚，泉流量达18.7L/s，富水地段单井出水量500～1500t/d。

第三系上新统底砾岩，呈半胶结状态，厚度5～10m，主要分布于沟谷中，富水性弱，泉流量一般为0.2～0.4L/s，涌水量0.26～1.8L/s。

5．全新统冲积砾石含水层

分布于三川河河谷中，透水性强，含较丰富的潜水，水位多在10m以内，流量20～35L/s，水质属重碳酸盐—氯化物型，微硬的淡水。

（三）井田主要隔水层

本溪组泥岩、砂质泥岩、铝土均是良好的隔水层。另外，各个含水层之间的泥岩及砂质泥岩等亦是良好的隔水层。

（四）地下水的补、径、排条件

1．奥陶系岩溶水

奥陶系岩溶水属柳林泉域，大气降水和地表水的入渗是其主要补给来源。石灰岩裸露区分布在向斜两翼，裸露面积较大，且节理裂隙发育，入渗条件良好，大气降水通过裸露石灰岩入渗补给岩溶水。地表水的入渗补给，主要是石灰岩作为河床基底时，河谷地表水的入渗补给岩溶水。如：东川河乔家湾以东，南川河朱家店以南，北川河大武至杨会地段等。据1985年省勘察院编写的《山西省离石县城市供水地下水资源调查》报告，在中阳-离石向斜北段“大武杨家会”一带，松散层直接覆盖于奥陶系石灰岩之上，北川河通过松散层下渗补给岩溶水，河水入渗量为0.52L/s，入渗率为25%。

另外，在大武-杨家会一带，在河谷同—含水层中上游潜水水位明显低于下游水位，可见松散层孔隙水通过与石灰岩接触面补给岩溶水。

岩溶水的径流主要受边界条件和地质构造的控制，在接受大气降水和地表水补给后，从向斜两翼顺层流向向斜轴部，进而沿主迳流带即向斜轴倾伏方向运动，从南北两个方向汇集于金罗一带后，绕过王家会背斜末端向排泄区-柳林泉排泄。

2．石炭系、二叠系裂隙水

该含水层组的补给主要是来自大气降水和河流及河谷松散层的有限下渗补给。地下水一般顺地层沿倾向方向运移，在沟谷切割深处以泉的形式排出地表。另外，煤矿的人工开采是又一排泄途径。

3．第四系及第三系孔隙水

主要是大气降水和地表水的入渗补给，河谷松散层孔隙水与地表水联系密切。第三系含水层经短距离的迳流后，一般以泉的形式排泄于沟谷中，另外则是人工开采排泄。

本井田位于中阳—离石向斜中段东侧，北川河以东，东川河以北，奥陶系岩溶水的径流区。

（五）矿井充水因素分析

1、地表水对矿井开采的影响

井田内无地表水，在井田外西侧有北川河通过，河床基底为二叠系下石盒子组，岩性为砂岩、泥岩互层，现河床已用水泥硬化，渗透性较差，正常情况下对煤层开采不会造成直接的补给。

井田内无河流，但沟谷较发育，雨季时有短暂洪水泄流均汇入北川河，沟谷中季节性水流情况不详，建议矿方及时与当地水文部门沟通，获取详细资料以保证矿井工业场地的安全性。

2、构造对煤层开采的影响

井田内未发现大的断裂构造，在井田西南部有一个轴向北西的背斜，井田西部遇到两条落差2～3m的正断层及1个陷落柱，均未发现突然涌水现象，但断层、陷落柱均有可能沟通各含水层之间的水力联系，特别是今后煤层开采的进一步破坏，更有利于这种沟通的实现，在今后的建井及生产中一定要重视对断层及陷落柱的发现和研究，防止淹矿事故的发生。

3、采空区水对煤层开采的影响

1）井田内采空区水对煤层开采的影响

①山西吕梁离石泰宁煤业有限公司

原名为王家沟煤矿，该矿1972年计划开采10号煤，打了一竖井，当井筒穿过太原组第二层石灰岩(L₄)后，因涌水量过大而停工，当时井筒涌水量达3840m³/d。1981年在开采4号煤过程中，由于与该竖井沟通，使原矿坑涌水量大增，用4台3寸泵集中排水也无济于事，因而被迫停采九年，1989年水量突然减小，水位降低，立井涌水量仅200m³/d，水位埋深由原28m降至70余m。2008年10号煤层掘进巷道正常矿井涌水量500m³/d，最大涌水量600m³/d。4号煤的矿坑涌水量也相应减小，1990年后又重新恢复生产，兼并前矿井涌水量为30～50m³/d。井田内采（古）空区在西南角与永德煤业采（古）空区相连，其采空区积水由永德煤业排出，现采空区内无积水。井峒东侧1994-1996年采空区内有积水,积水量6243m³,北部1998-1999年及1999-2000年采空区内有积水, 积水量24009m³；1998-2000年采空区内有积水, 积水量29177m³；2002-2004年采空区内有积水, 积水量43142m³。

②山西恒安益煤业有限公司

现开采4号煤层，矿坑水主要来自主立井井筒中松散层与基岩的接触部位。正常生产中，开采工作面一般干燥无水，矿井涌水量为8～10m³/d。有四处采空区内有积水，积水量约21585m³。

③山西吕梁离石菁蒿焉煤业有限公司

兼并前开采4号煤层，矿坑水主要来自井筒中松散层与基岩的接触部位。正常生产中，开采工作面一般干燥无水，矿井涌水量为4～8m³/d。有二处采空区内有积水，积水量约3878m³。

兼并重组各矿井采空区积水情况详见表2-1-11。

综上所述，4号煤层现有积水约128034m³，井田内4号煤层还分布有大量采空区，多数已密闭，密闭时采空区内未发现积水，由于导水裂隙带沟通上部含水层或上部采空区，随着时间的推移，采空区内会积聚一定量的水，建议该矿在采空区附近及下部煤层开采时，一定要提前进行探测和疏排，坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则，密切注视井下水文地质条件变化和隐伏断层等构造现象的出现，对井下逐日排水量作好观测、记录，若发现异常，立即采取有效措施，防止水害发生。

                      4号煤层积水量计算表

煤矿名称	积水区 编号	积水位置	积水 面积 S(m2)	采厚 M(m)	煤层 倾角 α(°)	充水系数 K	积水量 Q(m3)	积水范围 确定依据
菁蒿焉煤业	Ⅰ	2005年 采空区	10151	1.00	16	0.25	2643	采空区低洼处
	Ⅱ	2003年 采空区	4741	1.00	16	0.25	1235	采空区低洼处
恒安益煤业	Ⅲ	2006年 采空区	32773	1.36	11	0.25	11370	采空区低洼处
	Ⅳ	2008年6-7月 采空区	5591	1.82	5	0.25	2544	采空区低洼处
	Ⅴ	2008年3-5月 采空区	7004	1.82	5	0.25	3187	采空区低洼处
	Ⅵ	1999年 采空区	14348	1.25	4	0.25	4484	采空区低洼处
泰宁煤业	Ⅶ	1998-2000年采空区	61750	1.89	3	0.25	29177	采空区低洼处
	Ⅷ	1998-1999年、1999-2000采空区	51911	1.85	3	0.25	24009	采空区低洼处
	Ⅸ	1994-1996年 采空区	24237	1.02	8	0.25	6243	采空区低洼处
	Ⅹ	2002-2004年采空区	123980	1.39	3	0.25	43142	采空区低洼处
小计			336486				128034
计算公式Q=K*S*M/COSα

2）相邻矿井采空区水对本矿煤层开采的影响

本矿南部与山西吕梁离石永德煤业有限公司相邻，东部、北部、西部均无相邻矿。

山西吕梁离石永德煤业有限公司采空区积水情况叙述如下：

井田内4号煤层已大面积采空, 该矿西北部古空区与永聚煤业采空区相通，该矿1999年针对本矿北部采空区积水进行了排放，排放量大约10万m³，并在井田北部采空区主水仓北部留有排水孔，排水量为2～5m³/h，总回风大巷排水量为3～5m³/h，东北部采空区排水量为3～4m³/h，南部1986～1990年采空区在低洼地带有积水，积水面积约67279m²，积水量约12785m³。1997-1999年采空区内有积水，积水面积约24067m²，积水量约2542m³。东部2006年采空区积水面积约15070m²，积水量约4825m³。2007-2008年采空区积水面积约13366m²，积水量约4280m³。

综上， 4号煤层现有积水约24432m³，其采空区均位于永聚煤业井田的下山部位，其积水对永聚煤业影响较小。

4、奥灰岩溶水

奥灰水位标高805m-811m，低于井田内6号煤层底板标高，奥灰水对井田内6煤层开采无影响。

井田内10号煤层井田西部边界处最低底板标高800m，低于奥灰岩溶水水位标高(805m)5m，属带压开采煤层，带压范围极小，10号煤层与奥陶系灰岩之间厚度为76.14m，现利用突水系数来计算井田内10号煤层最低点的突水系数：

突水系数计算公式:Ts=P/M

式中：Ts——突水系数  MPa/m；

P——底板隔水层承受的水头压力  MPa/m；

M——底板隔水层厚度  m。

10号煤层突水系数：

Ts=(805-800+76.14)×9.8×10^-3/76.14=0.010(MPa/m)

井田内10号煤层最低点突水系数小于正常块段内临界突水系数0.15MPa/m，也小于构造破坏临界突水系数0.06MPa/m。

5、井田内各层间含水层水对煤层开采的影响

井田内第四系松散层含有一定量孔隙水，其孔隙水量、水位虽季节变化明显。下石盒子组、山西组、太原组中均含有层间砂岩裂隙水，除太原组L₄灰岩含水层富水性中等外，其余各含水层富水性弱。

现根据《煤矿防治水规定》导水裂隙带公式计算6、10号煤层开采所产生的导水裂隙带高度。

6、10号煤层顶板属坚硬岩石，计算公式为：

H=

式中：H——导水裂隙带高度m；

M—— 煤层厚度m。

按上述公式计算时，采用的M数据如下：

6号煤层厚度0.90～1.53m，导水裂隙带为38.46～47.11m。

10号煤层厚度3.52～5.77m，导水裂隙带高度为66.28～82.06m。

井田内沟谷较发育，西部边界靠近北川河，4号煤层距地表较近，导水裂隙带局部可达地表，在今后开采中一定不能轻视地表水对煤层开采的影响，煤层巷道开采到此处时，要注意煤层顶板裂隙渗水情况的变化，避免地表水直接渗入井下影响煤层开采，由此为确保安全按要求预留煤层保安煤柱。

6号煤层与4号煤层之间的间距为31.30～43.02m， 6号煤层开采后的导水裂隙带将延伸到4号煤层,4号煤层采空区积水及上覆含水层中的水均会对6号煤层的开采造成影响。

10号煤层与4号煤层间距52.80～70.25m,故10号煤层开采后的导水裂隙带会沟通10号煤层以上的含水层及4号煤层的采空区、古空区,因此4号煤层采空区、古空区积水是开采10号煤层一大隐患,建议该矿在开采10号煤层前对4号煤层采空区、古空区积水进行探放。另外，对 10号煤层以上的含水层富水性进一步探查，确保生产安全。

（六）矿井水文地质类型

井田内4号煤层直接充水含水层为山西组砂岩裂隙含水层组，属弱富水性含水层。据兼并前井田内各矿井开采情况，矿井涌水量均不大，现保留矿井恒安益煤业4号煤层实际生产能力为9万t/a，矿井正常涌水量8m³/d，雨季最大约10m³/d。4号煤层采空区共有积水128034m³。

井田内10号煤层直接充水含水层为太原组灰岩岩溶裂隙含水层组，属弱富水性含水层。

井田内泰宁煤业回风立井掘至10号煤层下5m，现排水500～600m³/d，井田北部菁蒿焉煤业10号煤层井下巷道已贯通，现井下无水。

井田外南部开采10号煤层的七里滩村煤矿，实际生产能力9万t/a，现矿坑正常涌水量为43m³/d，最大涌水量为113m³/d。

10号煤层开采后的导水裂隙带会沟通10号煤层以上的含水层及4号煤层的采空区、古空区积水。

关于奥灰水，井田内6号煤层最低底板标高高于奥灰岩溶水水位标高，6号煤层不受奥灰岩溶水的影响。10号煤层在井田西部边界处属带压开采煤层。

综上分析，6、10号煤层矿井水文地质类型为中等类型。

（七）水害防治措施

矿井生产开采以来，尚未发生水害事故。随着开采面积的扩大，向深部延伸，以及降水量等自然因素变化的影响，可能使矿井涌水量增大，特别是近年来，我省降水量普遍增加，各处水害事故时有发生,煤矿在井下生产的同时，加强采空区及邻近矿井采空区及老窑水的防范意识，并对现采矿井采空区积水也应注意，并建议做好以下防范水害的工作。

1．现井口位置高于西部河谷历年最高洪水位，洪水对井口影响较小。

2．树立防水意识，重视防水工作，对工人进行有关水害知识的教育和有关出水征兆的识别。加强对矿井涌水量和地表塌陷区的观测，及时掌握有关涌水量的变化情况，对突然增大的涌水量，要查明水源及水量变化情况，分析其原因，采取有效措施，制止水害事故发生。

3．必须经常检查矿区地表是否存在导水裂隙或其它导水通道，发现裂隙及其它导水通道，应及时将其回填密实。

4．必须经常了解相邻矿井开采情况，掌握其采空范围、涌(积)水情况，防止越界开采，造成巷道相互贯通，采空区、古空区积水涌入矿井，造成涌(突)水事故的发生。

5．在巷道掘进接近采空区、古空区、强含水层或煤层受顶底板含水层威胁及出现出水征兆时，要进行探放水工作，坚持“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的原则。尤其在开采10号煤层时对上组煤层采空区、古空区积水、积气进行探测排放。

6．探测隐伏断层、陷落柱的存在，并注意其导水性的研究。

7．在井下保证排水设备的正常运转，一台备用，一台运行，一台检修。

十、矿井防治水原则与依据

1、总体思路和技术路线

本次矿井的防治水规划总体思路为：收集资料，通过对区域地质、水文地质、开采煤层主要影响因素和目前掌握的资料收集整理，分析永宁煤业水文地质条件，总结出影响矿井安全生产中存在的主要水害问题，根据煤矿开采规划，结合矿井水害特征和充水因素，选择对应的探查方法，采用针对性防治水措施，排除矿井水害威胁，实现煤矿企业的安全生产。

(1) 基本防治水规划思路

根据目前掌握的资料，通过对区域地质、水文地质、影响煤层开采主要因素的分析，得出矿区的基本防治水规划思路为：

a．加强4号煤采空区、周边老窑及小窑、井田构造的探查；

b．加强水文地质调查与勘探，查明矿区地下水水文地质条件及各含水层之间的水力联系；

c．加强煤层顶、底板水的富水性探查与疏放；

d．加强排水系统的建立和完善；

e．建立地下水观测系统，观测水位动态变化，加强水害预警系统研究；

f．建立各含水层及其水化学资料库。

(2) 具体实施技术路线

a．通过水文地质调查查明井田地下水补迳排条件及水体分布情况。

b．通过水文地质补充勘探查明地下水的水文地质条件，预测矿井涌水量，并对带压开采进行危险性评价。

c．通过总结调查与勘探资料，矿井以往地质－水文地质勘查资料，获得煤层充水含水层水位标高、富水性、水化学等参数，建立矿井充水含水层资料库，建立突水源判别系统。

d．开展采区地面物探手段，查明富水性地带及构造破坏地带分布情况，尤其加强规划期内离石——中阳向斜、西部次生隐伏断层的导水性的探查。

e．按照山西省相关部门规定，对构造导水体和相对富水地段进行有掘必探，加强邻近采空区积水探测和顶板砂岩裂隙含水层及石炭系薄层灰岩含水层富水性探查及疏放。

f．根据物探成果，对探测采空区积水和煤层顶板富水区采取超前探放。

g．随着规划期开采煤层的加深，加强排水系统的建立和完善工作。

本规划不仅对已经投产工作面面临的水害问题提出了相应的防治水方针策略，而且兼顾了矿井中长期的采掘衔接计划，规划了与五年采煤规划相配套的防治水工作。规划中针对采掘的4号 、6号、10号煤层水害问题，提出首先进行4号 、6号、10号煤顶板实测探查，判断上覆含水层在煤层采动影响下导通的可能性，然后采取防治水措施，做到确保矿井安全生产；其次需要对下覆煤系地层中含水层实施抽（放）水试验。在基本查清矿区及采区水文地质条件的基础上，在井田中西部进行带压开采方案的可行性研究论证，采取疏排降压、注浆加固等相应措施和方法，以求得带压开采的可行性方案。

本次矿井防治水规划按照顶底板防治水技术、工作面防治水技术、老空区防治水技术、构造体防治水技术等方面进行。本规划把矿区和采区水文地质条件分析和工作面条件探查相结合，根据井田内断裂构造，特别是离石---中阳向斜轴部裂隙发育的特点，应以工作面的防治水工作为重点，采取工作面勘探的方法，着重探查垂向导水构造和构造破碎带。在具体工程中要执行一工程一设计，一工程一措施的制度，井下探放水前进行专项设计，并认真执行相应的技术规范、技术措施和标准。

 

 

 

图5-1   技术路线流程图

2、防治水规划的依据

(1) 防治水规划原则

坚持以“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的十六字原则和“防、堵、疏、排、截”五项综合治理措施，坚持安全第一，以实事求是的态度，对永宁煤业的矿井防治水规划治理工程从水文地质调查及补充勘探入手，应用钻探、物探、水文地球化学等多种方法相互验证。根据各采区的水文地质条件和水文地质探查成果，针对不同地质条件下的煤层开采问题采取不同的研究方法，达到合理可靠评估，措施先进可行，以新技术、成熟技术为主，获得满意的勘查结果，为矿井防治水提供可靠的依据。

本次矿井防治水中长期规划报告适用期为2012年至2016年。

(2) 防治水规划依据

1) 《煤矿安全规程》 国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局（2011年2月）；

2) 《煤矿安全规程释义》(防治水部分)  国家煤矿安全监察局（2011年3月）；

3) 《煤矿防治水规定》 国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局（2009年11月）；

4) 《煤矿防治水规定释义》 国家煤矿安全监察局（2009年12月）；

5) 《矿区水文地质工程地质勘探规范》 国家技术监督局（1991年2月）；

6) 《矿井探放水技术规范》 煤炭工业部（1996年12月）；

7) 《矿井地质工作手册》 柴凳榜主编  煤炭工业出版社（1984年10月）；

8) 《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》 煤炭工业部（2000年5月）。

(3) 参考文献

1)《山西吕梁离石永宁煤业有限公司4号、6号、10号煤年度生产规划》；

2)《山西吕梁离石永宁煤业有限公司兼并重组整合矿井地质报告》2010.7山西地宝能源有限公司；

3）《山西吕梁离石永宁煤业有限公司水文地质类型划分报告》2010.10山西地宝能源有限公司；

4）《山西吕梁离石永宁煤业有限公司永宁水井竣工报告》临汾市尧都区抗旱服务队，2010.04。

十一．防治水工程技术方案

根据前面条件的分析，永宁煤业矿井突水的直接灾害水源为山西组上部砂岩含水层、石炭系薄层灰岩含水层和老空水，次为局部可能存在间接的奥灰水灾害水源。导水通道主要为构造破碎带及采动冒裂带，次为封闭不良钻孔和陷落柱。所以永聚煤业规划防治水工程需达到的主要目标有四个方面：

(1) 查明井田内构造、陷落柱、富水异常区等；

(2) 探测老空及小窑地带附近对于矿井涌水的影响；

(3) 掌握井田内开采煤层充水含水层的动态；

(4) 采空积水区的探测与排水。

在规划过程中，从区域内水文地质、专门水文地质研究，以及日常的矿井水文地质工作管理入手。分析永宁聚煤业的水文地质条件，主要从水文地质调查基础开始，继而进行水文地质补充勘探，分以下八个方面进行防治水工程规划。

(1) 水文地质调查；

(2) 水文地质补充勘探；

(3) 顶底板水的防治；

(4) 小窑、老空水及采空区积水防治；

(5) 构造水害防治；

(6) 开拓掘进巷道阶段防治水；

(7) 回采工作面阶段防治水；

(8) 日常防治水技术与管理。

1、水文地质补充调查

永聚煤业虽然以往做了一些水文地质工作，但是矿井水文地质条件具有动态特性，随着煤层采动下，水文地质资料对煤层开采存在一些不足。矿方应当针对存在的水文地质问题进行专项水文地质补充调查。

(1) 水文地质补充调查范围应当覆盖整个井田的补给、径流、排泄条件所涉及的范围，并建立动态资料。

(2) 水文地质补充调查，应当包括下列主要内容：

①资料收集。收集降水量、蒸发量、气温、气压、相对湿度、风向、风速及其历年月平均值和两极值等气象资料。收集调查区内以往勘查研究成果，动态观测资料，勘探钻孔、供水井钻探及抽水试验资料。

②地貌地质情况。调查收集由开采或地下水活动诱发的崩塌、滑坡、人工湖等地貌变化、各种岩溶地貌形态。对第四系松散覆盖层，查明其时代、岩性、厚度、富水性及与地下水的补排方式等情况，并划分含水层或相对隔水层，尤其分析底部与基岩接触段的隔水性能。初步分析研究其对矿井开采的影响。

③地表水体情况。在雨季对可能渗漏补给地下水的地段应当进行详细调查，并进行渗漏量监测，估算地下水得到的补给量。

④周边矿井情况。调查周边矿井的位置、范围、开采层位、充水情况、地质构造、采煤方法、采出煤量、隔离煤柱以及与相邻矿井的空间关系，和本井田的水力联系。

2、水文地质补充勘探

为获得6号、10号煤开采所需要的相关水文地质条件，有必要在井田范围内展开针对性的水文地质补充勘探工作，主要手段采用物探和钻探。补充勘探的具体目的包括：

(1) 查明构造、陷落柱等地质异常体的位置、大小、分布范围和赋水情况，以及查明老窑分布及积水情况。

(2) 查明太原组含水层、奥灰含水层的水文地质条件和相互之间的发育情况；

(3) 查明煤层底板以下隔水层岩性、岩石力学指标、厚度、稳定性，阻隔水性能、构造破碎带对隔水层的破坏程度等；

(4) 查明煤系砂岩裂隙含水层、太原组薄层灰岩含水层和奥灰含水层的厚度、岩性、富水性、水位和水文地质参数；

(5) 初步查明各含水层水的水化学及同位素特征；

(6) 建立含水层地下水位长期动态观测网。

3、水文地质物探

根据矿区的水文地质条件，以及各种物探手段的应用成熟程度，本规划选用瞬变电磁法，大地电磁岩性探测法、直流电法和音频电穿透法四种水文地质物探方法，探测和确定断层、陷落柱和裂隙密集带等地质异常体的位置、大小、分布范围和赋水情况，查明老窑分布及积水情况。

(1) 瞬变电磁法

瞬变电磁法属于时间域电磁感应法，它利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲场，在一次脉冲场间歇期间利用回线或电偶极接收感应二次场，该二次场是由地下良导地质体受激励引起的涡流所产生的非稳电磁场，通过观测随时间变化的二次场信号的变化，就可以判断出地下地层的电性变化及不均匀地质体的分布情况。该方法的主要用途为：

① 井田内富水区域探测；

② 井田内构造的存在及平面分布范围探测；

③ 井田内老窑、陷落柱的存在及平面分布范围探测。

本规划选用这种方法在地面探测井田内隐伏含水构造，破坏带、陷落柱及采空区积水空间位置及其赋水性变化。

(2) 大地电磁岩性探测法

大地电磁岩性(CYT)探测技术是利用太阳风形成的电磁波作为激发场源，用探测仪点频记录方式，在地面分别接收来自不同深度电磁波的反射信息，根据接收的电磁波速度和幅度（合称为综合能量—CYT）、转换的类自然电位（CYP）及视电阻率判断不同深度下岩性、储层性质的变化，实现对测量区的探测与评价。该方法的主要用途为：

① 井田内不同含水层富水区域及埋藏深度探测；

② 井田内构造导水性探测；

③ 井田内老窑、陷落柱深度及富水性探测；

④ 井田内确定水文孔位置的探测。

本规划选用这种方法在地面探测井田内不同含水层埋藏深度，厚度，隐伏含水构造的导水性，破坏带和陷落柱空间位置及其赋水性变化，确定水文孔施工位置。

(3) 音频电穿透法

音频电穿透法是利用电磁波在介质中传播时，其电流强度随介质层电阻率的大小而有规律变化的特征，进而计算出穿透各点的视电阻率相对关系，做出反映探测区域富水性强的等视电阻率平面等值线图，并可结合具体水文地质条件推断出顶底板含水体的性质，富水性大小，空间形态及分布范围，为防治水工作提供依据。该方法的主要用途为：

① 采煤工作面底板下100m内富水区域探测；

② 采煤工作面顶板100m内富水范围探测；

③ 工作面内老窑、陷落柱的存在及平面分布范围探测；

④ 注浆效果检查。

本规划选用这种方法探测井下工作面隐伏含水断层，破坏带和陷落柱空间位置及其赋水性变化。

(4) 井下直流电法

井下直流电法主要用于开拓巷道顶底板、工作面顶板探查和掘进迎头超前探测。主要解决以下问题：

1）巷道顶底板探查

① 利用现有的巷道工作，探查深度可达100m，可探测含水层赋存部位，局部富水体深度范围，导升高度及沿巷道方向分布宽度；

② 提供沿巷道方向垂向电阻率切片剖面，用于解释工作面巷道底板100m深度内的含水、导水体，潜在的突水通道、底板隔水厚度、含水层厚度、含水层原始导升高度；

③ 要求巷道内无大范围积水。

2）工作面顶底板探查

改变工作方法，利用巷道侧壁可以探测工作面内的隐伏含水构造；

利用多条巷道（上巷、下巷、切眼等）的数据进行立体成图——对工作面底板不同深度进行类似“CT”成像的断面、平面切片，分离出电法含水异常区域，得到视电阻率异常断面图、平面图，进行立体解释。

3）掘进堵头超前探查

① 利用巷道超前探测使用三极空间交汇探测法，可以预测堵头前方60m范围内存在的导、含水构造（断层、陷落柱、裂隙破碎带、老空巷道），提供前方60m范围内岩石的视电阻率变化信息

   井下超前探测施工装置示意图

② 异常为相对异常，可以肯定解释异常区不会存在突水或出水的危险，解释的异常区不能肯定一定出水；

③ 预测堵头的后方必须有不小于前方探测深度的施工空间；

④ 智能化资料处理，容易掌握使用。

概括地说，本规划共选取了四种水文物探方法，其中瞬变电磁和大地电磁岩性探测技术在地面应用，音频电穿透法用于采煤工作探测，直流电法用于工作面或掘进巷道探查。虽然这些方法在应用中解决了不少实际问题，但由于物探结果的多解性，无论应用哪种方法，所得结果都必须通过钻探加以验证。

4、地面水文地质钻探

(1) 水文地质钻探的目的和任务

针对本井田石炭系煤层开采规划，水文地质钻探主要针对石炭系6号、10号煤层开采进行，查明永聚井田石炭系6号、10号煤的矿井水文地质条件，为制定科学合理的防治水方案，消除水患威胁，确保安全开采提供技术依据。

水文地质钻探的具体任务有：

①6号、10号煤层至奥灰之间隔水层厚度、岩性、岩石的力学性质指标及阻水性能；

②太原组灰岩、奥陶系中统的岩性结构、厚度及分布、富水性；

③奥陶系中统含水层水位及与石炭系含水层水位，各含水层间的水力联系；

④预测区内6号、10号煤层的矿井正常涌水量及最大涌水量；

⑤评价井田承压水突水危险性分区。

(2) 水文地质钻探的方法

水文地质钻探的目的就是通过钻探试验、验证水文地质参数，简单的有验证某处的富水性，了解含水层某处的水位，同时也可做为简单抽水试验的观测孔，也可在试验之后做为长期观测孔保留下来，长期监测水位。

本矿区的水文地质钻探的目的有两个；一是建立太灰、奥灰水观测网，做突水监测，二是利用太灰孔进行疏放水，降低井下涌水量。

在本区建立地下水动态观测网的目的：掌握地下水动态变化规律，采集动态资料，编制不同时期太灰、奥灰含水层地下水位等值线图，进一步查明井田水文地质条件，为矿井防治水方法研究，特别是带压开采计算提供资料和依据。也为矿井事故处理，快速查清突水通道位置做前期准备，也是建立现代化矿井的要求。

水文地质观测网中的观测孔的布置原则应遵循“一孔多用”的原则，观测孔在整体上控制采区，局部控制构造部位、边界，重点监控地段上加强，以查明区域内的水力联系，形成观测孔长期动态观测网。

 

1）布孔目的

① 探查6号煤底板以下至奥灰顶隔水层的厚度和岩性；

② 探查太灰岩溶的发育程度，L₅～L₁灰岩的厚度及含水性；

③ 探查太灰和奥灰含水层之水位关系，以及太灰、奥灰含水层的流场变化规律；

④ 抽水试验时，观测并分析含水层的水位及流场变化规律，以及各含水层间水力联系情况；

⑤ 建立矿井水文地质观测网。

2）工程布置原则

为取得系统水文地质资料，采取井上、下立体勘探相结合；探明构造与含水层间的相互关系相结合；重点地段与一般地段相结合；钻孔单一勘探目的与综合利用目的相结合；钻探与物探相结合的原则。以探查L₅～L₁灰岩与奥灰水文地质特征为重点，以探查导水构造为目的，尽可能利用现有勘探孔，并按照一孔多用的布孔原则进行工程布置。

3）钻孔施工技术要求

地面钻孔要求下泵段不小于219mm，终孔口径不小于108mm，涉及到的主要含水层都要做抽水试验。三孔都要取芯，取芯段为：太灰孔4号底板至本溪组顶界，奥灰孔4号煤底板至奥灰顶界；井下钻孔开孔不小于168mm，终孔不小于89mm。需封闭止水段采用42.5#纯水泥浆严格封闭止水。施工过程中严格按《矿井水文地质工程地质勘探规范》（GB12719-1991）执行，并做好水文地质编录。钻孔施工完成后，孔口安装水位自记装置，做好长期观测。

(3) 水文地质钻孔孔内探测与试验

① 岩石力学测试

对上述长期观测孔和抽水孔在钻进施工过程中，分别获取4号煤底板至奥灰间不同岩层的岩样，进行底板岩石的物理力学性质试验，岩石物理性质主要包括：岩石的比重、容重、硬度等；岩石的力学性质主要指岩石的变形性质，如弹性、塑性、脆性、韧性、蜕变性和不同方向受力状态下的强度，如抗压、抗拉、抗剪强度的大小。岩石力学性质对评价煤层的开采条件具有实用价值。要求在4号煤底板至奥灰终孔连续取芯，包括泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细粒砂岩、灰岩等，地面3个孔取岩石力学样，每孔10组，共30组；井下一孔取10组。共计40组。

②煤层底板隔水性能测试

煤层底板隔水性能的测试是在钻孔钻进过程中分段进行“三量”观测，即对钻孔中水压、流量和温度进行分段原位测试。通过钻孔中煤层底板隔水层不同深度水压值的测试，计算出底板隔水层单位厚度能够承受水压的能力，通过分段压水，分段测量水压和流量，按下述公式计算各段阻水系数：

式中：Dwi—分段阻水系数（KPa）；

      Pwi—第i次测得的水压值（KPa）；

      h—原始孔深（米）；

 h_i—第i次测得孔深（m）；

α_i—岩芯轴与层面的夹角度数。

处理后可以得出底板隔水层综合阻水系数，即单位底板隔水层厚度所能承受的静水压力值；为评价适合本区的底板带压安全临界水头值提供资料依据。对煤层底板隔水性能的测试在煤底板中进行，即在孔中进行。

    (4) 底板突水危险性评价

为合理评价太灰、奥灰对开采下组煤的突水危险性，拟采用突水系数法和脆弱性指数法。通过两种方法的相互对比验证，最终采用可靠的评价结果。

①突水系数法

其含义是每米隔水层所承受的水压值，当超过临界水压值时就易发生突水。计算公式为：

       T＝P/M

 式中：T——突水系数（MPa/m）；

       P——底板隔水层承受水头压力（MPa）；

       M——底板隔水层厚度（m）；

a、底板隔水层厚度

根据本次勘探孔及以往钻孔资料确定。

b、底板隔水层承受水头压力

从隔水层底板起算，太灰、奥灰静水压根据本次水位观测资料计算。

c、突水危险性评价

隔水层底板太灰、奥灰突水系数对采煤威胁性相对大小，分为五个区，Ⅰ区：正常块段T≤0.06MPa/m，突水威胁性小；Ⅱ区：正常块段Ts＝0.06～0.10MPa/m，突水威胁性较小；Ⅲ区：正常块段Ts＝0.10～0.15MPa/m，突水威胁性中等；Ⅳ区：正常块段Ts＝0.15～0.20MPa/m，突水威胁性较大；Ⅴ区：主要为落差大于20m的断层带地区，Ts>0.20 MPa/m，突水威胁性大。

②脆弱性指数法

    为合理评价太灰、奥灰对开采下组煤的突水危险性，应用新理论、新技术、新方法的工作指导思想，在评价奥灰对开采下组煤的突水危险性中，采用中国矿业大学（北京）武强教授所提出的新型煤层底板突水脆弱性评价方法——脆弱性指数法进行综合计算，并通过与传统的突水系数法进行对比分析，最终确定出奥灰水对开采下组煤的危险性评价分区，并对矿井底板防治水提出指导性建议，进而科学指导永宁井田在带压情况下的安全生产。

a、主要指导思想

煤层底板突水是一种受控于多因素影响且具有非常复杂的非线性动力特征的水文地质与采矿复合动态现象。由于传统的突水系数法所能考虑的突水控制因素为充水含水层水压和煤层底板隔水岩段厚度两个因素，无法确定多个控制因素的权重比例系数，不能反映底板突水的非线性动力过程。为此“脆弱性指数法”考虑了影响底板突水的多种主要控制因素，有着一套完整的主控指标体系。在建立主控指标体系后，运用层析分析法、人工神经网络法、证据权法及加权逻辑回归法等确定出各个主控指标在突水中的权重贡献，利用GIS实现各主控因素的融合，建立煤层底板突水脆弱性评价模型，并通过模型识别检验确定出合理的底板突水脆弱性评价模型。利用统计直方图确定评价分区阈值，生成研究区煤层底板突水脆弱性评价分区图。

b、主要研究内容

为了保证永宁煤业下组煤层能够安全开采，本次主要根据勘探取得的资料（勘探区概况，地质背景，水文地质条件），在定性与定量相结合的思想指导下，运用煤层底板突水的新型评价方法——脆弱性指数法，对所研究区域进行煤矿底板突水脆弱性评价，并进行脆弱性评价分区，最终针对不同底板突水脆弱区提出相应的防治措施。具体的工作内容有如下几个方面：

研究矿井底板突水规律，包括突水灾害的征兆、突水灾害的时空特征和突水量的变化特征；

通过突水规律的研究，分析所开采煤层底板突水特征，并确定出影响煤层底板突水的主要控制因素，主要包括地质构造、煤层底板隔水层岩层组合及强度特征、承压含水层的富水性及作用于隔水层底板的水头压力、开采方式和矿压等方面。

利用地理信息系统（GIS）的数据采集功能将收集到的相关资料进行量化，形成电子地图，建立空间数据库。对控制底板突水的主要因素进行分析，建立突水主控因素专题图。

应用脆弱性指数法对勘探区进行煤层底板突水脆弱性评价预测，即应用地理信息系统（GIS）与层次分析法（AHP）/ 人工神经网络（ANN）/ 模糊证据权法/ 加权逻辑回归融合集成技术，确定各主控因素的相对影响权重，建立突水脆弱性评价模型。而后根据模型计算各区突水脆弱性指数，通过脆弱性指数统计直方图，分析确定底板突水脆弱性分区阈值，确定分区阀值，最终提出煤层底板突水脆弱性区划方案，得出煤层底板突水脆弱性评价图。

提交最终成果并对成果进行分析，提出相应的防治措施。

c、技术路线

根据永宁煤矿的具体的水文地质条件、煤层开采现状等，利用煤层底板突水评价的“脆弱性指数法”对该区受底板威胁的煤层进行评价预测。为更加科学合理地进行底板水评价预测，主要采用基于地理信息系统的层次分析法型脆弱性指数法进行评价。技术路线如图11—2所示。

图11—2   底板突水脆弱性评价技术路线图

主要技术路线如下：

①底板突水因素数据采集

系统采集矿区的勘探成果及有关地质构造，水文地质条件和煤矿开采、突水情况的相关资料（文字、数据、图纸等），利用基础的地质方法，进行分析研究。

②突水主要控制因素的确定

通过对以上数据资料的分析，从充水水源特征、底板突水机理、突水资料、底板水压力和隔水层厚度等方面分析，确定出影响底板突水的主控因素，为下一步模型的准确建立及评价分析奠定基础。

③突水因素专题图的建立

利用地理信息系统（GIS）的数据采集功能将收集到的相关资料进行量化，形成电子地图建立空间数据库。将地质实体的属性数据，如地名、坐标、高程值、底层岩性等输入到计算机中生成属性数据库，并建立图形与属性数据库之间的关系。对控制底板突水的主要因素进行分析，最终建立突水因素专题图。

为了消除主控因素不同量纲的数据对评价结果的影响，需要对数据进行归一化处理，归一化的目的是相对化，使数据具有可比性、有统计意义，便于系统分析。单因素数据经过归一化处理后，建立各单因素属性数据库，运用GIS处理归一化数据，建立底板隔水层厚度、隔水层中脆性岩厚度、含水层水压、含水层富水性、隔水层底板断层分布密度、隔水层底板断层交点端点分布密度、断层规模指数、陷落柱分布密度及陷落柱相交区分布密度各单因素归一化专题图。

④利用层次分析法确定权重

通过对影响突水主要控制因素的分析，并征求专家的意见，对同一层次的各个因素的重要性进行两两比较，采用1～9标度法使各因子的相对重要性量化，构造出判断矩阵。根据判断矩阵计算出各个因素相对于突水脆弱性性的权重大小。

⑤多源信息复合叠加集成

利用地理信息系统（GIS）的空间复合叠加功能，对生成的归一化专题图进行复合叠加集成处理，生成新的包括所有主控因素的信息存储层，这里复合叠加集成处理实质上就是把多个图形配准合成一个新的图形并重建拓扑形成新的拓扑关系属性表。

⑥模型的建立

在利用GIS生成专题图，并进行多源信息复合叠加后，通过层次分析法（AHP）确定出各个主控因素的权重。然后，引入脆弱性指数VI（Vulnerability Index）的初始模型（式1.1）来对煤层底板突水脆弱性进行评价。

…………………………（1.1）

其中，为脆弱性指数；为影响因素权重；为单因素影响值函数；为地理坐标；为影响因素的个数。

初始模型建立后，对各个专题层进行地图运算，用频率模块分布直方图进行分组，找出阈值（分组临界值）。然后利用分类操作模块对叠加图进行底板突水的脆弱性分区。

   5、井下水文地质钻探

(1) 水文地质探查孔

水文地质探查孔的目的是为了探查地质异常体的富水性，必要时施工放水孔，对局部异常区进行疏放水。不同地点对孔口、钻孔布置有不同的要求：

①单孔结构设计

单个探查孔由孔口管（Ф127）、止水套管（Ф108）、裸孔出水段（Ф75）组成。裸孔出水段长度和探放水孔倾角及孔口管长度在符合相关规程的基础上，因钻孔位置、物探异常区范围以及初见水量大小而不同。因此，终孔标志为深入断层破碎带对盘。钻孔结构参见图

低阻异常区钻探验证单孔结构设计示意图

②钻孔布置

低阻异常区探查孔的布置关键在于探水线的选择，探查孔起探距离岩巷不小于25 m ，煤巷不小于60 m，一般情况下钻孔倾角在10~20°为宜，根据物探异常区与待掘巷道的位置关系选择钻孔方位。

低阻异常区探查孔布置示意图

③钻窝设计

为了节省工程量，原则上不需要另掘钻窝，钻孔直接布置在掘进头。但考虑到钻探工程可能影响掘进工程进度和施工安全等因素，可以施工钻窝。

钻窝位置在巷道侧帮靠近工作面一侧。钻窝施工应选择岩体完整的部位，钻窝底部应该与巷道底部齐平或略高于巷道底部，以利于排水自流。

钻窝采用锚喷支护。具体尺寸详见钻窝工程设计图（图6-5）

 钻窝工程设计图

④钻孔附加装置

a、孔口管：用于钻探导向和水阀门安装。

探水孔孔口管用Ф108无缝钢管焊接4寸法兰盘加工而成。

b、孔口安全装置；孔口安全装置设计为盘根密封防喷器，其安装使用如图6-6所示。

c、水压表：选用4MPa量程。

 

 孔口安全装置图

⑤排水设施

根据工作面所处区域的具体位置，布置适宜的转排水系统，将涌水排至地表。

⑥钻探技术要求

a、开孔方位及俯角误差≤1°。

b、孔口管固结：孔口管除导向作用，还是防止煤岩壁渗水及陷落柱涌水带压溃破的最后屏障，必须固壁牢靠。

固壁方法是正循环压浆自孔底返出管外。

浆液成分：水灰比0.75：1，掺入5%水玻璃(42Be)，在环境温度不低于20℃条件下，凝固48小时，即可扫孔。

孔口管固结检验：耐压2Mpa，时间不少于10min。

孔口管装置设计如下图（图6-7）所示。

 

 孔口管装置图

c、钻探取芯：为了提高钻探速度，各孔均采用无芯钻进；

d、冲洗液：钻探进入破碎带内，可使用泥浆；完整地层一律清水钻进。

e、孔口装置：遇钻孔涌水，孔口带安全装置钻进。

f、按简易水文地质观测要求记录回次冲洗液消耗量、孔中水位（水压）、涌水量、水温。

g、钻探结束进行清孔。清孔方法视孔内情况采用压风、压水措施。清孔完毕测量钻孔流量、水位（水压）、水温，并取2×1000mL水样做水质全分析。

h、探查结束后将探查验证孔兼作注浆加固孔使用，对巷道底板（构造破碎带）进行超前注浆加固与改造。

  6、（放）水试验

(1) 抽（放）水实验目的

进行抽（放）水实验的主要目的求取含水层水文地质参数（包括渗透系数、储水系数、越流系数、导水系数等），为计算矿井涌水量作准备。

通过抽（放）水试验确定煤层顶底板的富水性，对采煤工作面疏干的可能性进行论证，计算工作面正常涌水量。

(2) 抽（放）水试验类型

1）稳定流抽（放）水试验

稳定流抽（放）水试验是指抽水时水位和流量的变化幅度在一定范围内的抽水试验，即：

①水位降深大于5m时，主孔水位变化幅度不大于5％，小于5m时，主孔水位变化小于5cm，观测孔水位变化小于2cm。

②流量变化幅度；q≥0.01时，不大于3％，q ＜0.01时，不大于5％。

③稳定时间内水位降低和流量变化幅度为观测值与平均值的最大差距与平均值之比。

若水位与流量的差值虽然符合要求，但是呈单一方向持续下降或上升时，抽水试验时间应在延长8h以上。同时还应保证：

a在抽（放）水试验前作试验抽（放）水。

b正式抽（放）水，降深不少于3次，每次降距不小于3m。第一次稳定时间不少于24h，各点稳定时间必须达到8h，最远观测孔稳定时间不少于2h，水位降深先深后浅。观测时间开始一般可按1、2、2、3、3、4、5、7、8、10、15分钟的间隔观测，以后每隔30分钟观测一次，观测孔应和主孔同一时间观测。

c符合下列条件之一的方可停止观测，连续3h水位无变化、水位呈单向变化，连续4h内每小时降深不超过1 cm、水位呈锯齿状变化，连续4h内升降最大差值不超过5 cm、采用压力表观测时，连续8h指针不动。

2）非稳定流抽（放）水试验

非稳定流抽（放）水试验分为定流量抽（放）水与定降深抽（放）水。定流量抽（放）水试验要求，流量的变化幅度一般不大于3％。定降深抽（放）水试验，水位的变化幅度一般不超过1％，一般采用深井泵或潜水泵。同时还应该保证：

 ①水位降深应尽设备能力作一次最大降深，一般不应小于9m。

②水位、流量的观测一般应按1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、220、240、260、280、300分钟的时间间隔进行，以后每隔30分钟观测一次。

③因故中断抽（放）水时，应观测恢复水位，待水位达到稳定后再重新抽（放）水。

④抽（放）水时的流量、水位、静止水位、恢复水位及其观测内容、观测方法与要求，可参照稳定流抽（放）水试验的有关规定。

  7、水文地球化学场研究

(1) 水文地球化学场研究的目的

水文地球化学场研究主要包括水化学成份的分析和研究，同位素组成分析研究和示踪试验研究三部分。在煤矿区进行这些研究的主要目的是：

进一步查明地下水的补给、径流和排泄条件。地下水本质上是一种溶液，这种溶液的特征很大程度上反映了地下水的环境状况或其他水文地质条件。

判别矿井突水水源，为制定岩溶矿井防治水措施提供依据。寻找能代表每个含水层地下水特征的标型组份是进行突水水源判别的关键。

查明断层或断层带的导水性、含水层之间或地表水与含水层之间的水力联系。

(2) 典型水样获取及其分析指标

1）矿区各种水体水化学成份分析

收集矿井各含水层水化学资料，采取水样，测试Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺＋Na⁺、Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-、HCO₃^- 、PH值，TDS等9个指标，并将测试结果汇集成表6-2格式。

          矿区各种水体水化学成份分析表（mg/l）               表11-2

2）矿区各种水体同位素组成分析

测试的主要指标为δD、T、δO₁₈。测试结果应汇集成表6-3的形式。

3）地下水示踪试验

 一般的示踪试验，是将已选好的示踪剂投放到一定层位的地下水中或某一投放点的水体中，让其随地下水共同运动，然后在预定的接收地点，取样检测。从示踪物的异常发生时间，了解地下水之间的水力联系。示踪剂的种类很多，常用的示踪剂有食盐、亚硝酸钠、碘化钾、荧光粉、乙醇和放射性同位素¹³¹I和³H等。对常兴煤业而言，示踪试验主要是在抽、放水试验时应用。示踪点的选取与水文地质条件等因素密切相关，因此在实际试验前应编写专门设计。

        矿区各水体的同位素组份分析表                    表11-3

样品编号	取样层位	取样地点	δD	T	δO18
1	奥陶系含水层	钻 孔
2	L1	钻 孔
3	K2	钻 孔
4	L5	钻 孔
5	K4	钻 孔
6	风化壳含水层
7	第四系含水层

8、矿区水样分析结果的研究方法

 1）水化学成份分析结果的研究方法

由于地下水活动的差异性，不同含水层之间的水力联系或其他因素的影响，会造成在某个含水层所取样品不能代表该含水层的真正组份，这就需要对此进行鉴别，以便获得可靠数据，解决上述问题一般用系统聚类法。

 2）同位素组成分析结果的研究

主要是建立井田的雨水线方程，识别地下水的年龄，补给高程及其它的补、径、排条件等。

9、老空水及地表水防治技术

根据国家煤矿安全监查局统计，在2005年的48起重特大水害事故当中，属采空区突水的有42起，占到总突水比例的87.5％。目前，老空水是煤矿的主要水害之一，必须予以高度重视。永宁煤业是作为保留矿井整合而成，并且4号煤即将采完，周边又有小煤窑，老空水是防治水的重中之重。

（1）老空水防治技术

老空突水是指突水水源为老空区积水的突水。老空积水主要是指矿床体开采结束后，封存于采矿空间的地下水。近年来由于小煤窑开采区、关闭矿井、越界开采以及浅埋煤层采空区的迅速增加，许多正在生产的矿井周边及邻近地区，往往分布有很多废弃和关闭的小煤窑或矿井，而这些矿井由于采矿形成地下积水空间，排水停止积存了大量地下水。这些水通过一些途径一旦进入生产矿井，便成了老空积水突水的充水水源，特别是一些非法开采的小煤窑，由于缺乏合理的设计和准确的测量资料，其井下巷道的分布形态往往不清楚，很容易和生产矿井沟通形成水害。

传统意义上的老空区积水一般封存的“死水”属静储量，但具有一定的静水压力，所以其充水特点是突发性强，来势猛，持续时间短，有害气体含量高，对人体和设备伤害较大。但近年来频繁发生的小煤窑和相邻废弃矿井突水，除具有上述特征外，由于废弃矿井或小煤窑往往于地表水或某种地下含水层水沟通并接受补给，所以一旦发生突水，也可持续较长时间，并且很难疏干。

老空区突水防治的主要难点是：①小窑开采历史不清，就是说目前开采与关闭情况如何、采掘边界在那里、是否有越层开采的情况。②采空区在开采过程中的涌水情况和停采后的充水情况不明。老空区突水的主要原因是缺乏第一手的现场资料，即对以上提到的内容不清楚，所以老空水的预防主要是最大限度的掌握以上情况，做到心中有数，就可采取适当措施进行治理。

措施（技术路线）：

 

 

                                                           

 

 

                        探查技术路线图

治理措施：

永聚煤业老窑分布比较多，据井田及周边采（古）空区积水、积气及火区调查资料，井田内4号煤层积水区有14处，总积水量估算有128034m³；具体治理措施：钻孔疏放。

规划期内采空区积水疏放技术

（1）认真分析老窑积水的调查资料

老窑和地方小煤矿开采的积水范围，由于缺乏准确的测绘资料，是老窑水防治难度大且易于发生水害的主要原因。即使是自采自掘有准确测绘资料的国有矿山的老塘废巷积水，也存在巷道长度记录不准、漏记小盲洞、意外冒顶阻水、下层采动沉陷重新积水等情况。因此，对老窑积水调查资料的系统分析和正确使用，是防治这类水害事故的一个重要关键环节。

对老窑积水和小煤窑资料的调查，一定要严肃认真，深入细致，确切地加以记录，并且要反复分析核实，判别可靠程度，指出疑点和问题。最后，必须依据资料的可靠程度，本着“留有余地，以防万一”的原则，在有关图纸上圈出积水线，并划定探水线，采掘工程进入探水线必须超前探水，对于大片积水区，必要时还要在探水线外划出警戒线。这是防止小窑突水的重要保证。

（2）制订合理有效的防治对策

矿井采掘前应充分了解和掌握本矿井周围的老窑积水分布情况、各片积水与本矿井备采区之间的隔离情况。要组织有关人员编制有关图件，全盘安排开拓部署和采掘工程。老窑积水的主要防治方法就是“探放”，根据具体不同情况采取不同的探放手段，要有具体的探放设计及审批手续等，严格把关，确保矿井安全。

（3）严密组织探水掘进

老窑积水有分散、孤立和隐蔽的特点，水体的空间分布几何形态非常复杂，往往很不确切。防治它们的唯一有效手段就是探水掘进。在有足够帮距、超前距和控制密度的钻孔掩护下，掘进巷道逐步接近它，最后达到发现之的目的。然后利用钻孔将老窑积水放出来。

根据积水层的赋存条件和采掘巷道的相互关系，探水钻孔必须在巷道的前方、两帮和顶、底都有布置，保证有足够的掩护距离和密度，防止从探水钻孔之间漏过老窑。

（4）先物探，后钻探验证、

老窑水的探放，工作量很大，尤其是探水掘进，确实耗工耗时，应该积极采用物探手段，帮助圈定积水区，减少超前探水的工作量，开展探水孔顶端的孔间透视，以减少钻孔密度。但是，钻、物探结合，必须要以钻探为主，物探资料要有钻孔验证。

老空水防治要采取以下技术措施：

① 准确划定积水线

老窑和地方小煤矿开采的积水范围缺乏准确的测绘资料，是老窑水防治难度大且易发生水害的主要原因，即使是自采自掘有准确测绘资料的老塘废巷积水，也存在巷道长度记录不准、漏记小盲洞、意外冒顶阻水、下层采动沉陷重新积水等情况，因此，应积极采用物探方法帮助圈定积水区，在自采自掘的采空区上部和下部适当位置选择巷道进行井下直流电法探测，物探资料发现异常要经过钻探验证，根据这些资料详细核实4^#煤自采自掘形成的采空区积水范围。对于小煤窑遗弃的废旧井巷，更要认真分析老窑积水的相关资料，分析核实后圈出“积水线”，根据我国煤炭行业标准“井下探抽水技术规范”（MT/T632—1996）的规定“积水线”外推60~150m划定“探水线”，采掘工程进入探水线必须超前探水，对于大片积水必要时还要沿探水线外推60m作为“警戒线”，采掘工程进入“警戒线”必须向不同方向打警戒线性探孔，对于采空区积水量进行估算，积水范围需通过水文物探方法，如音频电穿透法测出水体平面分布范围，积水体的深度，再根据巷道底板起伏形状的测量资料估算出积水量的大小，并确定探抽水方案。

② 探水孔布置原则

探水掘进要在足够的帮距，超前距和控制密度的钻孔掩护下接近积水区。探水钻孔的布置原则是：

在巷道的两帮、顶底板都要布置（不包括已有资料依据的自采自掘采空区）保证足够密度，以防从探水钻孔之间漏掉老空位置。在探水过程中可在扇形探水孔终端进行物探“孔间透视”以减少钻孔密度；

探水钻孔最小超前距、帮距不得小于10~20m；

探水钻孔应以扇形布置在巷道正前和上帮，终孔间距在平面上不得大于3m；剖面上不大于1.5m；

为不漏过老窑可适当加密探水孔，应尽量打探孔；

探水工程施工前要对探放工程施工方法，钻探工艺进行专门设计。设计要求依据“井下探抽水技术规范”进行。

根据以往防治老窑积水的经验和教训，对这类水害的主要防治对策就是要严格执行探抽水制度，以根除水患。在特定条件下可先隔后放，留待矿井后期处理。但隔离煤柱留设必须绝对可靠，并要注意沿煤层顶、底板岩层的裂隙水绕流问题。

（5) 积水区探查与防治水措施

井田开采6^#和10^#煤层。规划期内（2012-2016年），6#煤回采受4#采空区潜在积水区的威胁，应加强积水区的探查与放水工作。

根据煤层开采冒裂带计算，6^#煤层采动冒裂带高度平均为31.45m，6#煤层与4^#煤层间距为23.18—38.43m，考虑4^#煤层采动底板破坏深度，6^#煤开采会导通上部4^#煤工作面积水，加强探放水工作。

  （2）地表水体防治技术

本矿不存在地表水体，主要是对洪水的防治，一般采用加高井口，防治洪水倒灌进入矿井，或是修建隔水篱笆，防治洪水倒灌进入矿井。加高井口的高度和篱笆的高度一般参照历年最高洪水水位来设计。

10煤层顶板水害防治技术

（1）顶板导水裂隙带高度探测方法

目前确定煤层顶板岩层导水裂隙带的研究方法除传统的经验公式计算导水裂隙带发育高度的方法外，还有地面导水裂隙带高度的钻孔冲洗液漏失量观测方法和井下仰孔注水测漏法探测技术。其中：采用传统的经验公式计算导水裂隙带发育高度，其结果往往存在误差，不能很好的解释矿井涌水现象；井下仰孔注水测漏法探测技术的缺点是在井下，施工和观测都很不方便；地面导水裂隙带高度的钻孔冲洗液漏失量观测方法的优点是在地面施工和观测，比较方便，另外，我国从50年代末期已开始采用钻孔冲洗液漏失量观测方法测定导水裂隙带高度，先后在100多个矿井，数百个工作面测定了上千个钻孔，完成了相关研究课题几十项，是一种较为成熟的方法，下面对地面钻孔冲洗液漏失量观测方法来确定导水裂隙带高度方法做如下说明：

钻孔布置方法如下：在回采工作面上覆地表设计、施工两个钻孔，一个采前孔，一个采后孔，工作面回采前先施工采前孔，采后稳定40天左右，再在采前孔前后距离约10m左右位置施工采后孔。采前孔终孔位置到达煤层底板，采后孔终孔位置穿过“冒裂带”上限，钻孔布置示意图见图6-8。

图 顶板裂隙高度发育测试钻孔布置示意图

 （2）顶板水害防治措施

6号、10号煤顶板层间砂岩、L₅、L₁灰岩水为主要顶板水害，其透水原理和采空区积水透水机理类似，不同点在于水源上有区别，前者的充水水源为太原组煤系地层的若干层碎屑岩夹碳酸盐裂隙含水层，后者的充水水源为采空区积水。对于顶板砂岩、灰岩水应本着先探后放的原则。先探是指对富水区的探测，由于在不同岩石所组成的地质体中，岩石的含水性对其相对电阻率有较大的影响，含水地层具有相对电阻率较低的物性特点，且含水程度的差异与地层电阻率的变化幅度相对应，所以，通常采用电磁探测技术测量地下地质体中的电性分布规律，进而达到探查矿区导含水地质体的分布及导含水条件的目的。后放是指在探测出富水区后，在施工钻孔、疏水巷进行疏放。再根据煤层顶板的岩性组成特点施工不同类型的疏放水钻孔，采取以下方式进行疏放。

1）巷道掘进揭露疏放

当砂岩、灰岩赋存比较稳定，层面裂隙发育，连通性强、临近煤层时，采用巷道开拓掘进揭露即可将裂隙水疏放出来。工作面回采巷道主要疏放顶板裂隙水，采区煤层底板集中大巷对整个采区的煤层底板砂岩裂隙水有良好的疏放效果。

2）巷道掘进与采前钻孔结合疏放

当砂岩、灰岩以构造裂隙为主时，若整层厚度较大，直接接触或临近煤层，且裂隙有一定的连通性，宜采用采前钻孔和巷道揭露结合进行疏放水。采前疏放水钻孔，一般布置在工作面倾斜下方的轨道巷内（无轨道巷可布置在风巷内），钻孔间距在30m左右，待取得经验后，可适当调整间距；钻孔仰角45°左右；孔深能穿越整个砂岩含水层；方向多平行于砂岩的倾向；钻孔在回采前1-2个月打完。

3）采动期间钻孔导流疏放

当砂岩、灰岩含水层由各个薄层组成，裂隙连通性很弱，形成不连续的构造裂隙蓄水块段，主采煤层与含水层之间夹有另一薄煤层或可塑性泥岩时，适合用此法疏放顶板砂岩裂隙水。为了确保采动疏放效果，必须做到如下几点：

a. 施工前了解顶板岩性、结构和含水砂层位置。

b. 开钻位置应布置在蓄水地段下方，如小断层发育处，背斜和向斜的轴部等处。

c. 巷道内有落差较大的断层时，在断层上下盘煤层顶板内均要布置放水孔。

d. 钻孔终孔位置要穿过含水层顶界5m以上。钻孔出水后要及时扩孔，以防疏放钻孔被堵，而增加回采工作面涌水量。

4）采前地面大口径钻孔集中疏放

当砂岩、灰岩以构造裂隙为主时，若整层厚度较大，且裂隙连通性好，宜采用采前地面钻孔集中进行疏放水。采前疏放水地面大口径钻孔，一般布置在地下水径流区，钻孔2-3个为宜，钻孔间距在20m左右。进行地面大流量、大降深疏放水，形成一个大的降落漏斗，使井田范围内承压含水层水头低于煤层底板，保证煤矿的安全生产。钻孔在回采前2个月打完。

以上四种方法必须根据煤层顶板岩层组合形式和砂岩、灰岩含水层的水文地质特征，因地制宜的加以选用，当采用钻探疏放前，要编制专门的探放水安全技术措施。

11、煤层底板水害防治技术

（1）煤层底板破坏深度确定方法

煤层采动压力影响下底板破坏深度可通过实际测定或理论计算来确定，岩石物理力学性质指标是理论计算中不可缺少的参数，如刘天泉1990年提出的底板岩层破坏深度公式：

式中：h—采动影响下工作面底板破坏深度（m）；

      r—底板岩层的平均容重（T/m³）；

      L—工作面斜长（m）；

      Rc—岩体单轴抗压强度（T/m²）。

根据试验获得的岩石物理力学性能指标，利用该公式即可计算出钻孔原位的底板隔水层在采动压力影响下的破坏深度。

（2）底板水害防治措施

在对底板含水层的富水性和底板突水的可能性评价的基础上，一般的防治底板水的措施如下：

（1）预留煤柱；

根据带压开采危险性分区，在危险区构造薄弱部位预留煤柱，保证煤矿的安全生产。

（2）疏水降压；

在地面集中施工抽水孔或井下集中施工抽（放）孔，使井田范围内底板承压含水层水头低于煤层底板，保证煤矿的安全生产。

（3）底板含水层改造、隔水层加固。

矿井底板一旦发生突水灾害，就必须进行底板含水层的注浆改造。注浆堵水分为堵静水和堵动水两种情况，注浆材料早期是单纯用水泥，现在发展为双液浆加骨料。注浆堵水的关键是：准确判断突水点的位置；注浆堵水部位的选择；注浆钻孔的布置。注浆钻孔一般布置在突水点周围破碎带、裂隙带处，钻孔口径89mm，钻孔呈“米”字型布置，间距2-3米为宜。

12、掘进巷道与回采工作面防治水技术

(1) 掘进巷道的主要防治水工程

1) 超前物探

超前物探主要采用直流电法，其有效探测范围最多可达100m（由于电法勘探受介质物理性质参数影响，具体探测有效深度以实际运用效果为准），是发现采掘工作面前方的水体、如老窑水、断层水、溶洞水、等富水异常区的有效手段。方法原理、仪器作用等在前面已有论述，这里就不再复述。

    2) 超前钻探

若探测结果反映前方存在富水区，需进行钻探验证，若不富水或富水性弱，可继续掘进，若富水，须判断富水性质（裂隙、断层、陷落柱），并采取疏放或注浆措施达到安全要求后，继续掘进。

(2) 采煤工作面的主要防治水工程

采煤工作面布置的防治水工程主要是物探、钻探、压水试验等。

当工作面上、下巷形成后，采用音频透视法勘探，目的是探测工作面内部煤层构造和顶、底板富水性。钻探一般在物探结果反映的异常区段进行，目的是验证物探结果，进一步探查底板水情，根据出水量的大小、变化趋势，通过水化学分析等手段来确定涌水水源，判断可能涌水通道，分析对开采的影响。另外，还应结合采煤工作面的地质和水文地质情况，编写出详细的物探和钻探施工设计，并且要求设计符合有关规程和规定。

首采工作面的开采需有专门的开采安全评价。

13、 断层与陷落柱水害防治技术

    1、断层与陷落柱导水性探查

（1）陷落柱导水性探查

当巷道内同一层位不同地段突水量相差悬殊，且水量稳定；底板含水层出现高水位异常区；矿井正常涌水量突然迅速增加；出现上述情况应考虑存在导水陷落柱的可能性。

陷落柱在井田内不太发育，但突水危害不容忽视。在巷道掘进或工作面回采中直接揭露陷落柱是工业基础矿生产中十分常见的现象，坚持在工作面回采前进行地面物探和井下坑透探测，圈定陷落柱范围，并作钻探验证，确定陷落柱的确切位置后，外推30m留设安全煤柱，这种做法对有效防止水害的发生十分有效。

在采掘过程中为防止底板出现灾害性突水，应坚持先探后掘、先探后采和先注浆后回采的技术原则；在探查工作中采取钻探、物探、化探相结合的综合探测手段，并坚持物探先行，钻探验证的技术方法。杜绝掘进和回采中遇到陷落柱直接推进的盲目做法。

存在突水危险的地段，安全畅道的避灾路线是保证不发生人员伤亡的有效途径。同时应具备畅通的通迅联络系统，避灾路线做到出口通畅，路线顺达，路标醒目，警报响亮，通讯清晰，使灾害造成的人员伤亡降至最低。陷落柱与煤层连通时，含水层水体通过通道进入矿井，对陷落柱导水性的研究除采用陷落柱结构特征、形成机理、与围岩接触特征以及与物探和钻探相结合的方法外，并没有给出具体的定性或定量的判据。加之对陷落柱探查的不准，使岩溶陷落柱成为制约煤矿安全生产的瓶颈。

目前根据地质构造图上所示发现的陷落柱有61个，在井田内目前的开采煤层基本都位于浅部，奥灰承压水水头一般在煤层底板以下，陷落柱的存在对开采没有什么影响。但是随着煤层的逐渐变深，煤层底板承受的水压由无至有且逐渐增高，因此对陷落柱的探查研究在此也引起人们的重视。

目前针对导水陷落柱防治方法有注浆封堵和留设防水煤柱，对于已发现的导水陷落柱最多采用注浆封堵治理，根绝隐患，同时根据导水陷落柱所处井田位置，也可考虑留设防水煤柱。 陷落柱防水煤柱留设的宽度目前的安全规程没有明确的说明，可以用突水系数的原理来确定防水煤柱的宽度；陷落柱内的水压力以MPa为单位，用陷落柱内的水压力除以0.06MPa（突水系数安全临界值）就可得到防水煤柱的宽度。

  2、 断层探查

当巷道内同一层位不同地段突水量相差悬殊，且水量稳定；底板含水层出现高水位异常区；矿井正常涌水量突然迅速增加；出现上述情况应考虑存在导水断层的可能性。断层水探查的主要内容:

①断层的位置，产状要素、断层带宽度（包括内、中和外两带）及伴（或派）生构造和其导水性、富水性等；

②断层带的充填物及充填程度和胶结物及胶结程度；断层两盘外带裂隙、岩溶发育情况及其富水性；

③断层两盘对接部位的岩性及其富水性，工作面与强含水层的实际间距（即隔水层的厚度）；

④煤层与其它含（导）水断层或其它水体交切部位及其富水性；

⑤查明并记录探断层水钻孔在不同深度的水压、水量，并确定或判断底板水在隔水层中的导升高度。

为探明以上内容，应先提供断层面等高线图及两盘主要煤层、含水层交切关系图，探测断层预想剖面图。

对于浅部巷道已经揭露不含水也不导水的断层，按照《防治水条例》相关内容的要求，在深部掘进时应该对其进行探测，此外，对于巷道已经揭露的不含（导）水断层，应该对巷道底板进行探查，防止滞后突水。探查孔布置方式见下图（图6-10）所示。

   巷道见断层突水危险性的探查孔布置示意

  导水断层及陷落柱水害治理对策

(1) 注浆封堵

在大巷掘进及工作面回采阶段，物探或超前钻探如遇导水构造或陷落柱即可采取封堵导水通道加以治理。封堵导水通道既是利用注浆工程切断这种过水途径而达到预防或治理矿井水害的目的（图6-11）。因此，注浆封堵导水通道可分为突水前预注浆封堵和突水后水害治理封堵两大方面。

   注浆封堵掘进巷道前方导水构造示意图。

由于导水构造的复杂性和隐蔽性，很难预先查明西南部承压区内所有的导水通道，因此，不排除在巷道掘进及采煤生产过程中,在没有防护条件下直接揭露导水构造而发生矿井突水的可能性。注浆封堵突水通道是快速控制突水水量的有效方法（图11-12）。

    井下封堵突水断层进水口工程示意图

(2) 留设断层或陷落柱防水煤柱

采掘工作面前方或附近有推断性断层或陷落柱存在，但其位置和导、含水性不清，尤其加强断层或陷落柱导水性的探测工作，并做好断层或陷落柱的防隔水煤柱的留设。

本区隐伏断层最大可能存在于永宁煤业西边界，陷落柱集中于井田南部。根据开采计划，主要影响10号煤的开采，而10号煤又带压，为防止该断层或陷落柱导水，需要留设煤柱。按照矿井水文地质规程，可按下面公式计算：

  

 式中：L—煤柱留设宽度，m；

       A—安全系数，一般取2-5；

       M—煤层厚度或采高；

       P—水头压力；

       K_P—煤的抗涨强度。

考虑到永宁煤业水压值不大，断层或陷落柱煤柱宽度不小于30m。为准确掌握断层的位置，应进行补充勘探。

14 日常防治水技术与管理工作

   1、规范管理

(1) 工作面构造探查系统化

永聚煤业采掘规划中安排的煤层回采工作面6号、10号煤在井田大部分部带压开采，因此本规划要求对这些工作面逐一进行水文地质条件精查，运用水文物探方法探查工作面构造及富水性，并对井下直流电法、音频电穿透法、坑透、孔间透视等物探水法获得的资料及时进行地质解释，对于揭露的对采煤有影响的断层、陷落柱应进行钻探验证并分别详细记录归档，必须系统有序的做好各项探查和资料汇总工作。逐面进行水害因素分析，排查水害类型，及时全面准确地采取防治水处理措施，提高水害预测水平。

(2) 地下水动态长期观测制度化

地下水动态长期观测是矿井防治水日常工作的重要内容，矿井目前没有专门水文地质钻孔，没有开展过专门水文地质工作；对开展矿井防治水工作十分不利。为了解地下水动态的窗口，要求按照“地下水动态长期观测技术规范”行业标准，认真、准确、按时进行观测并记录整理成册。地下水动态长期观测资料是含水层赋存条件、运动规律的综合反映，因此必须对地下水长期观测的日常工作给予足够的重视，建立相应规章制度，长期坚持不懈。

(3) 防治水工程规范化

要按照规划的内容按期完成防治水工程，包括地下水动态长期观测系统中观测孔的施工、观测仪器的购置、探抽水工程、工作面局部注浆工程、扩大排水能力等。要保证资金投入，以各工程相应的施工规范为依据保质保量按时完成任务。对于防治水工程设施如水泵、水管、闸阀，排水用的配电设备和输水管路必须经常检查和维护。每年应全面检修一次，并对全部工作水泵和备用水泵进行一次联合排水试验，以确保全部设备平时都处在正常工作状态。水仓、沉淀池和水沟要及时清淤，保证一旦矿井抢险救灾全部防治水工程设备能够正常运转。

(4) 小煤窑协调工作经常化

要观注并加强与地方煤矿的协调工作。要求今后对周边小煤窑的生产现状要随时予以观注，杜绝小煤窑超层越界开采，破坏各种防水煤柱的现象，督促地方煤矿强化防治水措施，提高防治水能力，以免危及本矿安全。

    6.9.2建立建全防治水机构

1）公司日常防治水机构领导：永宁煤业公司总工程师。

2）下设专业防治水专业工作组：由地测部与通风部组成。通风部负责行政管理，地质测量部负责技术管理。

3）专业防治水技术组，共四个组，技术人员12名。

专职防治水技术组：负责水文地质基础资料收集，记录水文地质台帐，制作水文地质基础图件。技术人员1名。

物探组：负责地面物探管理，井下坑探与超前物探工作。技术人员2名。

探放水组：施工探放水孔，探放水人员8名（可外委）。

水质化验室：负责永宁矿日常水质检测，技术人员2名。

  2、技术措施

(1) 地面水文地质观测

本规划确定在井田内奥陶系灰岩含水层、第四纪砂砾石含水层和L₁--L₅灰岩含水层的观测孔最少各有1个，其它含水层的钻孔、周边矿井的钻孔及井泉等，都要定期进行一次水位观测，详细记录、分析、整理归档，并绘制水位变化历时曲线图。

(2) 井下水文地质观测

在开拓主要采区巷道时，应及时进行井下水文地质观测和编录，并绘制实测水文地质剖面图或展开图。

a.当巷道穿过含水层时，应详细描述其产状、厚度、岩性、构造、裂隙或岩溶的发育与充填情况，揭露点的位置及标高、出水形式、涌水量、水温等，并采取水样进行水质分析；

b.对断层和裂隙，应测定其产状、长度、宽度、数量、形状、尖灭情况、充填程度及充填物，观察地下水活动的痕迹，绘制裂隙玫瑰图，并选择有代表性的地段测定岩石的裂隙率；

c.对岩溶应观测其形态、发育情况、分布状况、有无充填物及充填物成分、充水状况等，并绘制岩溶素描图；

d.对褶曲应观测其形态、产状及破碎情况；

e.对突水点应详细观测记录突水的时间、地点、确切位置、出水层位、岩性、厚度、出水形式、围岩破坏情况等，并测定涌水量、水温、水质、含砂量等。同时观测附近的出水点和观测孔涌水量、水位的变化，并分析突水原因。主要突水点可作为动态观测点，并要编制卡片，附平面图和素描图。

(3) 矿井涌水量观测

矿井涌水量观测应分含水层、分采区、分主要出水点观测，每月观测不少于3次；

a.井下新的出水点在涌水量尚未稳定前应每天观测1次；

b.井下疏降孔涌水量和水压在稳定前应每小时观测1次，稳定后正常观测。

(4) 建立水文地质台帐

矿井水文地质基础资料必须认真搜集整理、长期保存。为了使矿井水文地质基础资料系统化，应建立以下各类水文地质台帐：

l        矿井涌水量观测成果台帐；

l        气象资料台帐；

l        地表水文观测成果台帐；

l        钻孔水位及井泉动态观测台帐；

l        抽（放）水试验成果台帐；

l        矿井突水点卡片或台帐；

l        井下水文地质钻孔台帐；

l        水质分析成果台帐；

l        矿区水源井（孔）台帐；

l        封闭不良钻孔台帐；

l        其它专门项目台帐。

(5) 矿井必备的水文地质图纸齐全

包括：

a.矿井充水性图；

b.矿井涌水量与各种相关因素动态曲线图；

c.矿井综合水文地质图；

d.水文地质柱状图；

e.水文地质剖面图；

f.等水位线图等。

(6) 工作面水害预测与防探水

应开展水害因素分析和水害预测工作，根据采掘接续计划，结合水文地质资料，全面分析水害因素，提出水害分析预报表及水害预测图；在采掘工程中对预报表、图进行检查、补充和修订，发现险情，应及时发出水害通知单，并采取预防措施。

a.采前应编制探放水设计，并预计涌水量，涌水量较大可能影响正常生产时，应采取相应措施；

b.防探底板突水：采掘前必须具备勘探或补充勘探资料，水文地质条件基本清楚；对可能发生的水害及其预防措施提出建议；预测有突水可能的危险区；预计最大涌水量；

c.防探断层水：应核准断层产状、位置，分析断层带的富（导）水性，并在平面图和剖面图上确定断层与工作面的空间几何关系；巷道通过导水或可能导水断层前，必须超前探水，并采取相应的防水措施；对与强含水层连通的导水断层，必须按规定留设防水煤柱；

d.为防止钻孔突水，应对采掘范围内穿越煤层顶、底板强含水层的钻孔进行核查，分析判定封孔质量；对封闭不良的钻孔应分别采取相应的预防措施。

(7) 其他防治水措施

为了防治矿井开采过程中发生突水淹井事故，除建立矿井排水系统外还应当考虑以下防治水措施：

在采掘作业规程中制定突水时的避水灾路线，并在避水灾路线上设置路标，定期进行撤退演习。在井下各采掘工作面即主要硐室、大巷等有人员工作的地点按设电话，井下电机车安装载波电话，并加强对通讯系统的维护和管理，保证在发生突水灾害时，可利用通讯系统实施迅速、有效地调度指挥。矿井应安装井下人员定位系统，使地面及时了解井下人员的实际情况。

由于上部煤层开采后期形成采空区，长时间必然形成积水，在下部煤层开采时，一旦通过倒水裂隙带或构造破碎带导通，在瞬时会将老空水导入下部煤巷道。因此，要建立足够大的水仓，完善排水系统。

3、建立应急预案

矿井水害事故应急预案主要包括：目的与原则、机构设置、信息、报告、资源分析、法律法规要求、事故报告程序、保障系统、互助协议、防治水队伍建设等内容。