1、神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院 2007 年 6 月 119第六章 矿井防治水第一节 矿井水文安全条件分析一、矿井水文地质情况（一）水文地质资料1、矿井水文地质类型依据地质报告，井田划分了三个含（隔）水层（段） ，即：第四系冲洪积孔隙潜水强含水层（） 、中侏罗统西山窑组孔隙裂隙承压中等富水含水层（） 、中侏罗统头屯河组弱含水层（） 。本区属中山地形，基岩裸露，第四系覆盖较少，地势总体南高北低，地形有利于自然排水。井田范围内地表无常年流动的地表水。区内气候干燥，蒸发强于降水。井田南部边界之外的白杨沟河及河床孔隙潜水是中侏罗统西山窑组孔
2、隙裂隙承压中等富水含水层（）的主要补给源。由于地层岩石裂隙不甚发育，且泥质充填、夹层较多，加之井田地质构造简单，故地下水的补给不存在直接通道和直接灌入，补给方式是按地层渗透性能进行缓慢补给。地质部门依据地层各含水层的性质(中、粗砂岩)；含水层补给条件（白杨河远距离渗透性补给） ；钻孔抽水试验单位涌水量（q=0.230.247L/s.m） ；渗透系数（k=0.140.324m/d）及矿床充水方式（顶底板直接或间接）和井下涌水量预测，综合评定矿井水文地质条件为中等较强富水的矿床。2、断层、裂隙、陷落柱等构造的导水性井田地层总体形态为一向北倾斜的单斜构造，地层倾角 1018左右。地质勘探没有发现断距
3、大于 20m 的断层及大的裂隙、陷落柱及 其它构造，属地层稳定，构造简单类型。通过在首采及其外围共 2.99km2 的三维地震补充勘探，共发现 14 条断层。其中；落差 05m 的断层 12 条，落差 015m 的断层 1 条（DF2） ，落差 040m 的断层 1 条神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院 2007 年 6 月 120（DF19） 。由断层性质可知，多数断层落差较小，其延展长度有限，根本涉及不到与白沟河或河床冲洪积孔隙潜水强含水层，故断层不导水。目前井下实际已揭露了落差较大的 DF2 和 DF19 断层，证实井下断层不存在
4、导水现象。3、主要含水层水位标高和单位涌水量等参数特性及隔水层分布井田划分了三个含水层（段） ，即：第四系冲洪积孔隙潜水强含水层（） 、中侏罗统西山窑组孔隙、裂隙承压中等富水含水层（） 、中侏罗统头屯河组弱含水层（） 。各含水层（段）特征如下：（1）第四系冲洪积孔隙潜水强含水层（）分布于井田南界之外白杨沟河两岸，由冲洪积砾石、卵石、砂粒组成，分选性差，层厚 418m，地下水以孔隙潜水的形式赋存于冲洪积层中，主要受白杨河水的渗漏补给，次为大气降水补给，水位埋深 0.982.08m，水量丰富。据 新疆呼图壁县白杨沟煤矿详查报告中 QJ1、QJ 2 抽水试验资料：水位降深 0.841.07m ，单位
5、涌水量0.621.42L/sm。（2）中侏罗统西山窑组孔隙裂隙承压中等富水含水层(II)出露于井田中南部，伏于第弱含水层之下。含水层岩性主要由粗砂岩、中粗砂岩、泥质粉砂岩、泥岩及煤组成。其地下水主要受白杨沟河远距离的河床渗漏顺层补给。据 ZK301 孔的混合涌水试验，其地下水位高出地面 14.07m（地面测得水头压力为 0.1407Mpa） 。水位降深（S）13.78m，渗透系数(K)0.143m/d，钻孔单位涌水量（q）0.23L/sm（0.1q1.0L/sm） ；另据 ZK302 孔及 ZK5 孔涌水试验的资料：q 在 0.240.25L/sm 之间，K 在0.140.324m/d 之间，
6、此含水层富水性中等。钻孔平均水位标高+1464.41m。（3）中侏罗统头屯河组弱含水层（）广布于井田北部，由砂岩、泥岩组成，厚度 11.27220.53m ，该岩组出露位置较高，四周裸露地表。此层属弱含水层，对矿区的水文地质影响不大。神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院 2007 年 6 月 1214、第四系含水层、隔水层特征、补给来源和与地表水的联系第四系含水层分布于井田南界外白杨沟河两岸，由冲洪积砾石、卵石、砂粒组成，分选性差，层厚 418m，地下水以孔隙潜水的形式赋存于冲洪积层中，主要受白杨河水的渗漏补给，次为大气降水补给，水位埋深
7、 0.982.08m ，水量丰富。据新疆呼图壁县白杨沟煤矿详查报告中 QJ1、QJ 2 抽水试验资料：水位降深 0.841.07m ，单位涌水量 0.621.42L/sm。井田范围内第四系覆盖较少，地形高差变化大有利于自然排放大气降水。井田地表无常年流动的地表水。区内气候干燥，蒸发强于降水。（二）矿井正常涌水量及最大涌水量地质勘探采用大井法对矿井（精查区）+1250m 水平以浅进行了涌水量预算，预算结果涌水量为 15204.37m3/d（633.5 m 3/h） 。设计时矿井的涌水量应按一水平（+1255m）的涌水量进行考虑，故设计引用地质报告中的计算方法和水位标高、含水层厚度等参数对矿井一水
8、平的涌水量进行了预算，预算结果为一水平（+1255m）正常涌水量为 1043m3/h，最大涌水量 1471m3/h。（三）地表水体井田范围内无地表水系，沟谷平时干涸无水，雨雪融化时有暂时性泻流。井田南部边界之外 11.6km 处的白杨沟河发源于天山雪峰，从井田南部边界之外由西向东横贯汇入井田东部边界之外 12km 处的呼图壁河。白杨沟河常年有水，其出口处距季节变化流量为 30m3/s0.27m 3/s，月平均迳流量 4.346.44m 3/s。呼图壁河为一常年性河流，流量变化在 72.10m3/s1.46m 3/s，月平均迳流量 33.83 m3/s50.46m 3/s。（四）老窑及老空区积水
9、本矿井为一在建的新建工程项目，井田范围内无老窑和采空区，井田南部边界之外煤层浅部先后有 12 个生产小井开采煤炭资源，这些小煤矿产量一般在 39 万 t/a，开采煤层为 B1、B 2、B 41 三层煤，其中 B1 煤层开采较多，B 0、B 3、B 42、B 5、B 6 煤层尚未开采。由于这些小窑位于井田南部边界之外，由对浅部小窑调查（见表 111）可知，神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院 2007 年 6 月 122小窑目前与本矿井尚有一定的距离，地方小井的开采对本矿井今后的生产没有影响。但在今后的生产过程中，仍应加强监测，防止小窑越界
10、开采，其采空区与本矿井井巷连通，造成水患事故。矿区内未见火烧现象，据各勘探线控制的情况，矿区南部边界距煤层露头火烧区较远（3001000m） ，对矿井生产不会产生影响， 井田边界之外浅部煤层火烧下限见表124。二、水患类型及危害程度据地质勘探报告分析研究，矿井水患类型及危害程度如下所述：1、矿井地质构造简单，不存在构造出水、突水现象；2、井田地表无水体，大气降水因地表坡度大、出露基岩经风化后柔软不透水且以陡坎状存在对地下补给甚微，不足以影响井下开采；3、主煤段由中粗砂岩组成的含水层（） ，该砂岩类岩石虽具备坚硬、裂隙不发育之特点，但其露头在井田之外沿白杨沟河北岸展布受河水侧向和垂向渗露补给，富
11、水性较强，对煤系地层及主煤段可直接充水，是井下开采的主涌水源。该含水层的水以渗透方式补给井下，虽不会造成突发性水害，但因其渗透水量较大会对生产造成一定影响，或因排水设施能力不足或出现故障时，可能造成矿井水灾。4、随着矿井开采，地面产生的塌陷有可能出现裂缝勾通地表与采空区，不及时处理会使地表暂时性大气水灌入井下。5、井田浅部边界之外有地方生产矿井和老窑，据目前掌握资料，小窑距井田尚有一定距离，设计在井田边界处留有足够的防水煤柱，但今年内后生产其间要随时了解掌握小窑开采情况，保持井田境界煤柱的完整性，若境界煤柱被破坏将可能出现小窑采空区的透水事故发生。三、矿井水文质及安全条件评价1、由地质勘探抽水
12、试验资料分析，抽水钻孔的位置不同，孔内涌水量大小变化和水的矿化度变化均较悬殊，其规律为由白场沟河自近而远钻孔中的涌水量减小，水的神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院 2007 年 6 月 123矿化度增高。由此说明中粗砂岩组成的含水层（）的地下水在运移过程中，水量逐渐变小、速度变缓，地下水的补给方式是按地层渗透性能进行缓慢补给。2、从建井施工实际分析，矿井已施工完毕主、副、风三条反向斜井、采区轨道上山并进入回采巷道，施工井巷已穿透煤层顶板的全部地层，通过对地层揭露，井巷穿过中粗砂岩组成的含水层（）时出现淋水现象，淋水量的变化规律是先大后小
13、。淋水量先大后小的现象说明中粗砂岩组成的含水层（）中的水量是由两部分组成。其一为该地层经过长期渗透而充满裂隙的静储水量；其二为由白杨河沟水补给通过地层裂隙缓慢渗透的径流运移水量。当井巷初期穿过该地层时二者水量全部涌出，故而淋水量较大。当经过一段时间后井巷淋水量变小并且稳定，说明裂隙中的静储水量已经释放仅剩地层裂隙渗透的径流运移水量。矿井建设期涌水量实测见表 611。由表611 涌水量变化可知，2006 年 110 月，随着井下巷道总进尺量的增加，对含水地层揭露的范围不断扩大，井下涌水量亦呈增大趋势，当含水地层水量释放一段时间后，静储水量得到排放，仅剩裂隙渗透的运移水量，此时虽然井下的井巷工程总
14、进尺不断增加，南明井下涌水量反而会减少。宽沟煤矿井下排水量统计表表 61-12006 年时间 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月平均涌水量（m3/h）124 110 112 167.5 100.5 353.52006 年时间 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月平均涌水量（m3/h）310.5 340.5 300.5 271.5 181 181神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院 2007 年 6 月 1242007 年时间 1 月 2 月 3 月平均涌水量（m3/h）155 145 1663、矿井水文地质类型
15、分析。由含水层的性质分析，西山窑组孔隙裂隙承压含水层()是由中粗砂岩组成的稳定的、无构造影响的、岩石坚硬裂隙不发育的含水层。尽管其露头补给水源充沛，但地层充水方式是通过远距离裂隙缓慢渗透，故含水层性质为水文地质条件中等；由钻孔涌水试验资料分析单位涌水量 q =0.230.247 L/s.m，渗透系数为 K=0.140.324m/d，应属水文地质条件中等类；由地质勘探和设计预算的首采区与一水平水量均大于 150m3/h，应属水文地质条件复杂类。综上条件，地质部门将矿井水文地质条件划为中等较强富水的矿床比较恰当。但从实际施工揭露含水层的情况和基建期间井下涌水变化情况分析，矿井的实际涌水量可能要小于
16、理论计算水量。说明涌水量预算时选取的参数存在一定误差，建议矿井在生产与建设期间不断收集和总结水文地质参数，重新核算矿井涌水量，以便正确指导施工生产。第二节 矿井防治水措施一、矿井开拓、开采所采取的安全保证措施矿井采用斜井开拓，采区巷道实行分组联合与分层布置相结合的混合布置方案。勘探资料证明矿井不存在构造导水威胁，煤系地层无强岩溶承压含水层。井下主要巷道布置不受上述因素影响。本矿井开采是以裂隙含水层为主的直接进水型的充水特征，且含水层的富水性较强。虽井下不会发生突水现象，但因含水层富水性较强，涌水量较大，会给回采工作面生产带来一定影响。神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿
17、井防治水煤炭工业石家庄设计研究院 2007 年 6 月 125宽沟煤矿井下涌水量相对于疆内其它矿井较大，针对矿井水文地质特征设计结合国内矿井防治水主要技术对宽沟煤矿的防治水措施提出如下观点。目前矿井防治水主要技术措施有疏、堵、截、排，既疏水降压、注浆堵水、帷幕截流和井下排放。设计认为疏水降压、注浆堵水、帷幕截流的防治水措施不适宜于宽沟矿井的实际，主要理由为：1、疏水降压一般分为预疏干、并行疏干和联合疏干三种，预疏干一般采用地面垂直钻孔，潜水泵预先疏干；并行疏干是在井下开拓过程中利用疏干巷道、放水钻孔等；联合疏干是同时采用地面和井下两种疏干方式。疏水降压主要用于构造和岩溶发育含水，以及没有保护层
18、或保护层不够的矿床，以达调节流入矿井采场的水量。本矿井地面地形复杂，水、电、路外部条件有限，若采用地面预先疏干外部条件不具备势必造成投资高不经济。若采用平行疏干在井下设疏干巷道，因本矿是一新建井将导致井巷工程量大、投资高、工期长。最关键的问题是本矿井的水文地质条件不适宜疏水降压条件，其既无导水构造又无保护层。如果说疏干是为了减少煤系地层含水层的水量降低采场涌水，而本矿井井下含水层渗透系数仅为 k=0.140.324m/d，疏干效果肯定不理想。前苏联的经验，采用疏干降水时要求含水层渗透系数最好在 k=5150m/d 之间，欧美一些国家的实践是渗透系数大于 3m/d 时可取得较好效果，与之相比宽沟
19、煤矿渗透系数仅为 0.140.324m/d，故设计不推荐该防治水措施。2、注浆堵水和帷幕截流是我国矿井防治水的主要措施之一，其原理是将配制的浆液注入含、隔水层的空隙或地下水的迳流水口，浆液与围岩固结成不透水或微透水的整体而起到堵塞水源通道或加固隔水岩层强度的作用。该防治水措施主要应用于封堵突水口恢复被淹矿井、截流堵源减少矿井排水量、井巷堵水过含水层或断层带、井筒注浆等堵水工程。对于本矿井而言，若采用注浆堵水帷幕截流，只能说是在地下水迳流的上游拦截白杨沟河及河床冲洪积孔隙潜水向地下的渗漏补给，堵塞补给水源。经分析认为白杨沟河在井田南部边界之外为一顺层河流，河流走向与井田几何形状的长轴方向基本一致
20、，说明补给源的宽度泛围很大。若为减少井下涌水而花费巨资采用长距离帷幕截流，对于本矿井将是得不偿失。再则，从本矿井的含水层岩性分析，地层构造简单，岩石裂隙不发育，即便注浆截流，浆液扩散受限，注堵效果不会明显。故设计不推荐该防治水措施。 神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院 2007 年 6 月 126鉴于宽沟煤矿地下水的补给方式是按地层渗透性能进行缓慢补给，不存在直接通道和直接灌入。预算井下正常涌水量正常涌水量为 1043m3/h， （排水高度 230m） ，设计采用井下直排的防治水安全措施。与内地一些矿井相比：邢台东厐矿设计正常涌水量26
21、00m3/h， （排水高度 600m） ，邯郸陶二矿设计排水量 1470m3/h， （排水高度 830m） ，开滦钱营矿设计正常涌水量 1600m3/h， （排水高度 660m） 。宽沟煤矿采用设计正常涌水量 1043m3/h， （排水高度 230m）采用井下直排的防治水措施是完全可行的。 在井下开采布置时设计总结开滦钱家营矿井的生产经验，遇煤层顶底板含水量较大时将首采工作面安排在采区的最下一个区段，通过最下区段工作面的生产和采空区顶板垮落对地层水的释放，可减少上部其它工作面的涌水量。故设计采区布置时将首采工作面安排在最上部 B42 煤层的最下区段中。B 42 煤层最下一区段采完后，其它区段实
22、行下行式顺序开采。矿井生产时的采掘工作，必须遵照“先探后掘、探后再采”的原则，并应有专门的防水作业规程，并制定发生水灾时应采取的治水措施和避灾路线。在回采（掘进）工作面接近钻孔前，应严格检查封孔质量，对于未完全封闭或封闭不合格钻孔，应采取相应措施防止通过钻孔导水涌入井下。在接近井田浅部边界对老窑采空区范围或积水情况不明时，或对井下构造有可疑时必须按照矿井水文地质规程，采用钻探、物探等或其它方法确切掌握水文地质情况，为防治水提供科学依据，做到有针对性的防治。设计配备了 MYZ-150 型探水钻机。及时密闭废弃的巷道，在有积水巷道的密闭墙上留设反流水孔，以便排出采空区积水，避免采空区及废弃的巷道中
23、的积水给矿井生产造成安全隐患。每次降大到暴雨时和降雨后，及时观测井下水文条件变化情况，并及时向矿主管安全的领导报告。二、防水安全煤柱留设与计算结果1、地表水体煤柱井田范围内地表没有水体，矿井煤层埋藏较深地表大部基岩出露，故不涉及留设地表水体和冲积层防水煤柱。2、断层煤柱神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院 2007 年 6 月 127井田地质勘探未发现断裂构造，只有在首采区内进行三维补勘发现二条较大断层为 DF2 落差 015m ，DF19 落差 040m，其它小断层落差均 05m。DF2、DF19 断层均已揭露并证实断层带无水，设计对其
24、仅留设 20m 的构造煤柱。其它断层由于落差较小，回采工作面采煤时，机组可直接割顶、割底过断层，故不留设断层煤柱。3、井田境界煤柱井田南部边界之外有地方小窑和白杨沟河，井田东部边界之外有呼图壁河及拟建的呼图壁石门子水库。因此，井田东部边界煤柱留设时需考虑东部井下开采后地层移动不波及到石门子水库；南部边界煤柱留设时必须留设足够的防水煤柱，以防白杨河向小窑老空区渗透而对本矿井造成水患威胁。经自治区国土资源厅协调，宽沟煤矿与井田东部 106 团煤矿的矿界煤柱，为两矿均在各自井田内侧留设 50m 防水、防火保安煤柱。（1）井田东部边界煤柱准备拟建的呼图壁河石门子水库位于井田东部边界之外 500m820
25、m 处，石门子水库与井田东部边界煤层空间关系见表 621。石门子水库与井田东部边界煤层空间关系表表 621井田东部边界煤层 边界煤层与水库空间位置拐点编号 最低标高(m)石门子水库水面标高(m) 水平距离 相对高差（m ）2 +550 +1247.5 820 697.53 +890 +1247.5 500 357.5从井下开采有角度分析，井田东部边界处煤层开采时地表石门子水库的水不得通过导水裂隙带进入井下；从保护水库堤坝的角度分析，必须考虑井下煤层开采引起的地表沉陷范围不能波及到石门子水库堤坝。一般侏罗系地层基岩走向移动角与上山移动角为：=73，下山移动角为：=730.6。据此，按作图法计算出
26、的井田东部边界煤层开采时，在井田东侧向石门子水库方向地表波的及边界范围与石门子水库堤坝之间相隔水平距离为 380590m神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院 2007 年 6 月 128可参见插图 621。由上述计算结果可知，井田东部边界处煤层开采后，地表沉陷波及边界线与石门子水库还有相当的安全距离，井下开采不会对石门子水库产生影响，亦说明了石门子水库东界煤柱 621神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院 2007 年 6 月 129水体不会给井田开采带来威胁。为进一步增加预防水库水患
27、的安全可靠性，设计在井田东部边界内侧留设 50m 境界煤柱。（2）井田南部边界煤柱井田南部边界煤柱留设时须考虑如下因素：a、白杨沟河水：白杨沟河距本井田南部边界水平距离一般在 6001200m 以上，由地质勘探资料可知，白杨沟河河床与井田之间无构造沟通，白杨沟河是按地层侧向缓慢渗透补给矿井地下水。b、浅部火烧区：地质勘探通过对生产井调查和地面磁法扫描工作，掌握了井田边界之外浅部煤层火烧下限，见表 622。由表 622 各煤层火烧区的下限推算出火烧区边界距本井田南部边界对应煤层的在 3 勘线一带水平距离为 400m 以上，在东南部水平距离为 150m，在西南部水平距离为 1000m。按目前资料分
28、析，火烧区及火烧区积水对本矿井南部开采不会产生影响。c、地方小窑采空区积水：井田浅部边界之外存有地方小窑开采，其中白石联营煤矿开采相对接近井田东南部边界。该矿采用斜井开拓，主采 B0、B 1煤层，其井口标高+1432m，开采下限+1364m（见表 111） 。综上各方面的因素，设计必须在井田南部边界留设足够的防水煤柱，以防白杨河向小窑老空区渗透积水而对本矿井造成水患威胁。设计根据采矿工程设计手册 、建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程有关规定和计算方法进行煤柱留设计算。导水裂隙带高度计算及与煤层层间距的比较因各煤层顶板基本属于中硬类型，故选择 Hli=100M/（1.6M+3.6
29、 ）+5.6 公式计神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院 2007 年 6 月 130算各煤层导水裂隙带高度，经计算结果见表 623。由上表可知，井田内相邻煤层层间距均小于下邻层导水裂隙带，因此根据采矿工程设计手册对多煤层综合防水煤（岩）柱的留设原则， “上、下两层煤的层间距小于下层煤开采后的导水裂隙带高度时，下层煤的防水煤柱应根据采动塌陷角和煤层间井田外浅部煤层火烧深度下限表表 622确定火烧深度和标高（m）测量方法 观 测煤 层斜 深 垂 深 下限标高物探磁法 B4B 0 53100 11-21B4 100 12 1594B3 87
30、18 1583白杨沟详查成果生产井调查B2 5395 11-20 15761569物探磁法 B42B 0 300500 140(线) 210(线) 1514(线) 1390(线)B2 156 40 1495B1 40152 10-39 15361478本次勘查成果 生产井调查B0 40220 10-58 15181402煤层厚度、煤层层间距与导水裂隙带高度表表 623间距（m）煤 层编 号 煤层厚度 极小极大平均导水裂隙带高度（m）B42 1.403.632.48 38.379.30B41 2.854.994.16 46.16 3.8319.8411.22B3 0.973.221.90 34.
31、212.9838.1417.51B2 5.0514.589.50 79.803.9337.9125.78B1 4.449.006.68 16.7226.1422.1852.35神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院 2007 年 6 月 131B0 0.871.661.19 27.22距，从上层煤煤柱边界向下推算” 。最上层煤即 B42 煤层防水煤柱宽度以经验公式计算如下：L=MA =23.6(m)；PK/3式中：L煤柱宽度，m；MB42 煤层厚度， 2.48m；A安全系数，取 5；Kp煤的抗张强度，0.5MPa；P隔水煤柱所承受的水压，0
32、.605Mpa。根据地质报告供资料， ZK301 孔、ZK302 及 ZK502 孔水位标高分别为+1510.54m、 +1440.53m、 +1442.16m，以最高水位+1510.54m 作为承压水头基准高度（此值高于白石联营煤矿井口标高+1432m；高于 3 勘线对应的白杨沟河水位+1463m） ，按 B42 煤层在井田浅部开采标高为+1450m，计算的隔水煤柱所承受的水压为0.605MPa。经计算 B42 煤层煤柱为 23.6m，设计取 30m，并按上山基岩地层移动角 73推算下覆各煤层边界（防水）煤柱宽度，结果为设计在本井田南部边界内侧留设煤柱见表624、图 622。设计南部井田边界
33、内侧留设的煤柱已完全满足对浅部老窑采空区的积水防范，加之井田外侧地方矿井留设的矿界煤柱更进一步增加了防水要求的可靠性。井 田 南 部 边 界 防 水 煤 柱 宽 度 表表 624煤层编号 B42 B41 B3 B2 B1 B0煤柱宽度（m） 30 31 40 50 56 60神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院 2007 年 6 月 132（3）井田西界煤柱井田西部境界煤柱与井田东侧的矿界煤柱留设宽度相同，即在宽沟井田内侧留设50m 矿界煤柱。4、其它煤柱其它煤柱主要包括工业场地与风井场地煤柱、主要井巷保护煤柱、采区边界煤柱。对井田内工业
34、场地、中央风井、西风井和东风井场地保护煤柱留设按 I 级保护级别围护，围护带范围取 20m，保护煤柱留设参数暂按表土层移动角 50，基岩移动角按南界煤柱 622神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院 2007 年 6 月 133=73，=730.6（准确数值待实测后确定）计算保护煤柱范围。主要井巷指主、副井筒、三个风井、井底车场、大巷、石门及上、下山等，其煤柱留设按主要井巷两侧各留设 30m 保护煤柱，下伏各煤层按 =73，=730.6 移动角计算保护煤柱范围。采区边界煤柱按沿采区边界两侧各留设 10m 共计 20m 煤柱为采区隔离煤柱。三
35、、井下探放水措施（一）探放水原则在回采（掘进）工作面接近未完全封闭或封闭不合格钻孔、接近井田浅部边界老窑采空区范围或积水情况不明和可能出水地区时，必须进行先探后掘的探放水原则。（二）探放水的步骤与方法1、探放水前应注意的事项1）检查排水系统，准备好水沟、水仓及排水管路，检查排水泵及电机使之正常运转并达到设计的最大排水能力。2）在探水地点准备堵水材料，如坑木、麻袋、木塞、木板、黄泥、棉线、锯、斧等，以便出水及来水时能及时处理。3）检查瓦斯保证通风，空气中瓦斯含量符合规定要求。神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院 2007 年 6 月 134
36、4）检查巷道，保证支护可靠。5）检查煤壁，发现松软或膨胀现象时，要及时处理，使其闭紧填实，必要时打上木垛防止水流冲垮煤壁。6）检查安全退路，保证避灾路线畅通无阻。7）制定通讯联络方法保证通讯工具性能可靠。2、探放水起点矿井生产后期采掘工程靠近井田边之前要收集小窑采空区的范围，确定积水线的边界。探水线根据积水区的位置、范围、地质及水文地质条件、采空区和巷道受矿山压力破坏情况等因素确定。设计考虑到浅部地方矿井开采技术管理水平有限，资料的可靠性可能受到影响，要求生产期间探水线至推断的积水区边界的最小距离不得小于60m。沿探水线外推 60m 为警戒线（指倾斜距离） 。3、小窑老空积水量估算小窑老空积水
37、量估算可采用如下公式：W=（KMah）sin式中 W小窑老空积水量，m 3；M采厚，m；a小窑老空走向长度，m；h小窑老空垂高，m；煤层倾角， （） ；K老窑老空充水系数，一般采空区 0.4，煤巷 0.6，岩巷 0.9。4、探放水钻孔布置探放水钻孔布置以不漏掉“老空”保证安全生产而工作量又最小为原则。1）探放水钻孔的超前距、帮距、密度和允许掘进距离确定探放水钻孔的超前距、帮距按如下公式计算：a=0.5AL PK/3神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院 2007 年 6 月 135式中：a超前距，m；A安全系数 25；L巷道跨度（宽或高取最
38、大者 m；P隔水煤柱所承受的水压，椐小窑位置及工作地点取，Mpa；Kp煤的抗张强度，MPa；钻孔密度，系指到允许掘进距离的终点横剖面处的探水钻孔之间距，按有关规定不小于 3m。允许掘进距离为经探水后证实无水害威胁，可以安全掘进的长度2）探放水钻孔布置方式由于本矿井探放水主要对象是井田浅部边界之外的小窑及老空区，主要方向为煤层的上山方向，故探放水钻孔布置方式在巷道前方呈扇形布置。3）孔口安全装置孔口安全装置主要由孔口管、泄水测压三通、孔口水门和钻杆逆止阀等组成，具体施工程序如下：开孔冲孔下套管固定孔口管安装水压表、水门、三通等打防喷立柱固定防喷板和逆止闸固定盘架钻。孔径 42mm、54mm 均可
39、，一般不超过 60mm。（三）探放水设备选择根据探放水钻孔的超前距、帮距和允许掘进距离，设计选择 MYZ-100 型探水钻机，用于巷道掘进、采煤工作面等需要超前探放水的需要。四、地表水防治措施矿井工业场地东部 4km 之外为呼图壁河，南侧 2km 处有白杨沟河，均为常年性河流。受高山山体阻隔，不致对场区造成洪水危害；场址北距宽沟 2km，该沟为季节性沟谷，谷底标高较工业场地低 90110m，且处于下游，为场区排水提供了有利条件。据现场调查，对工业场地颇具威胁的主要是来自上游山洪和两侧山坡下泻雨水和融雪。神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院
40、 2007 年 6 月 136由于工业场地系改造自然地形，挖山填沟而成，势必将北部自然山洪拦腰截断。为此矿方已在场区中部沿原冲沟走向敷设了直径为 1m 的泄洪砼涵管。设计参照中国科学院新疆生态与地理研究所为该矿编制的环境影响报告书中山谷上游 2.2km2 汇水面积，按天山北坡区经验公式推算，求得百年一遇设计流量为 3.35m3/s，据此验算，可满足泄洪要求，同时矿方反映 2005 年暴雨季节，=1m 涵管内水位仅有 1/3，与设计推算 =0.7m 亦较吻合。为稳妥起见，设计要求在场区北端结合风井、火药库公路施工，选择适当位置修筑集水池，设置检查孔和钢制铁篦，确保上游山洪沿泄洪涵管顺畅排至场外，
41、引入宽沟。为确保场区安全，设计拟采用场地四周临山坡一侧修筑截洪渠，场内路旁，挡墙上下砌设排水明沟（局部加盖板）有计划地组织场内外洪、雨、雪水引至天然水系或排入宽沟。设计矿井地面工业场地截洪沟 1800m，规格为 600600mm 浆砌片石。另设石砌护堤 2700m3，石砌护坡 18700m3。第三节 井下防治水安全设施一、排水设施1、排水设施设计依据井下中央水泵房设在+1255m 水平井底车场， 排水管路沿主斜井井筒敷设至地面沉淀池。主斜井井口标高+1451.4m，井底车场标高+1255m，主斜井总长 731m，井口到沉淀池高 50m，正常涌水量 1043m3/h，最大涌水量 1471m3/h
42、。2、排水系统方案选择根据矿井深度、开拓方式和涌水量的大小，采用在井底车场内设置水仓、主排水泵房，利用排水设施将井下涌水经管子道、主斜井井筒排至地面矿井水处理站的直接排水系统。3、主要水仓的主、副水仓布置及容量在井底车场设有主、副水仓，水仓入口与轨道石门道相通，水仓总长度为 797m，神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院 2007 年 6 月 137净断面积 10.66m2，总容积 8500m3，其中，主仓容量为 5500m3，副仓容量为 3000m3，矿井一水平涌水量为 1043m3/h，矿井 8h 水量总计 8344m3，水仓容量符合
43、煤矿安全规程第二百八十条规定。水仓为内外环式、两端闭合方式布置，当一个水仓清理时，另一个水仓可正常使用，符合煤矿安全规程规定。4、主要水泵的选择根据排水能力、排水高度的要求，并计入管路淤积所增加的阻力，选用 7 台MD450605 型水泵。正常及最大涌水时 3 台工作，3 台备用，1 台检修。每台水泵配YKK5004 型防爆电动机（额定功率 630kW，额定电压 10kV，额定转速 1450r/min，额定效率 94.4%） 。工况点参数为： 正常涌水时（三台泵两趟管）Qm1=470m3/hHm1=287.6m m1=80%。最大涌水时（四台泵三趟管）Qm2=495m3/hHm2=285m m
44、2=80%。 （详见插图 631 水泵曲线特征表）正常涌水时电动机的轴功率：N=483.1Kw ，最大涌水时电动机的轴功率：N=555Kw；管路未淤积（一台泵一趟管最不利）电动机的轴功率：N=528.6Kw；正常涌水时日工作时间 17.75h；最大涌水时日工作时间 17.83h。泵房内管路采用法兰连接，主斜井井筒中的排水管路选用无缝钢管，均采用快速管接头连接。为便于设备安装和检修，在泵房内设有固定起重梁。神华新疆能源有限责任公司宽沟煤矿初步设计安全专篇 第六章 矿井防治水煤炭工业石家庄设计研究院 2007 年 6 月 138为实现井下主排水系统无人值守自动化运行并减轻工人劳动强度，设计采用防爆电动闸阀。水泵采用无底阀排水，操作简单，便于实现自动化，并减少了由于底阀而产生的各种故障。开泵前采用 ZPBG 型气、水两用射流泵抽
