因本矿未做过专门的采空区积水探测工作,本次工作采用《矿井安全手册》中老空区积水量估算公式:
3 Q= mK.M.F co式中:Q——为采空区积水量,(m3); sαK——为采空区的充水系数,采空区充水系数取0.25; M——为采空区的平均煤厚,(m);
F——为采空积水区的水平投影面积,(m2); α——为煤层倾角,(°)。
本井田内的原山西吕梁昌盛煤业有限责任公司开采5、8煤层,原山西成家庄煤矿有限公司开采8号煤层。本次工作所采用的采掘工程平面图均为矿方提供实测图纸。根据采掘现状,5号煤层资源近于枯竭,8号煤层亦有一定的采空区,分析其采空区低凹处有一定的积水。
由上述公式估算可知(详见积水情况一览表): 5号煤层在原山西成家庄煤矿有限公司西南部采空区内积水面积约27.01k(m2),积水量约13218m3;原山西吕梁昌盛煤业有限责任公司西南部采空区内积水面积约113.12k(m2),积水量约88003m3。8号煤层在原山西成家庄煤矿有限公司东北部古空区内积水面积约37.37k(m2),积水量约31374m3;2003年10月—12月采空区内积水面积约0.30k(m2),积水量约226m3;2008年1月—10月采空区内积水面积约0.29k(m2),积水量约174m3;606号钻孔北部2001年采空区内积水面积约23.78k(m2),积水量约17919m3;原山西吕梁昌盛煤业有限责任公司井田东部2001—2004年采空区内积水面积约31.80k(m2),积水量约23724m3;2008年1月—2009年12月采空区内积水面积约4.94k(m2),积水量约3037m3;2005年10月—2007年12月采空区内积水面积约0.41k(m2),积水量约298m3;1997年—1999年采空区内积水面积约0.61k(m2),积水量约375m3。9号煤
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层在原山西成家庄煤矿有限公司东北部古空区内积水面积约86.72k(m2),积水量约32382m3。
山西柳林凌志成家庄煤业有限公司兼并重组前井田内各矿采空区积水情况一览表
煤层号 5 8 山西吕梁昌盛煤业有限责任公司 9 山西成家庄煤矿有限公司 山西成家庄煤矿有限公司 山西吕梁昌盛煤业有限责任公司 山西成家庄煤矿有限公司 东北部古空区 2003年10月—12月采空区 2008年1月—10月采空区 606号孔北部2001年采空区 2001年—2004年采空区 2008年1月—2009年12月采空区 2005年10月—2007年12月采空区 1997—1999年采空区 东北部古空区 4 4 3 3 3 5 5 4 4 3.35 3.00 2.40 3.01 2.98 2.45 2.90 2.45 1.49 37.37 0.30 0.29 23.78 31.80 4.94 0.41 0.61 86.72 840 803 843 837 843 810 700 812 840 西南部采空区 5 3.10 113.12 777 西南部采空区 矿井 名称 积水区 位置 煤层 倾角 (°) 5 煤层 厚度 (m) 1.95 积水 面积 k(m) 27.01 2积水 标高 (m) 843 充水 系数 0.25 积水量 (m) 13218 88003 331374 226 174 17919 23724 3037 298 375 32382 上述采(古)空区积水面积为326.35 k(m2),积水量共计210730 m3,其中5号煤层积水两处,积水量101221m3;8号煤层积水8处,积水量77127 m3;9号煤层积水1处,积水量32382 m3。
4.2 矿井开采水文地质特征 4.2.1 矿井涌水特性 (1)矿井涌水情况
由于本区为降水量小的半干旱区,地表径流条件好,地下水的补给来源较少,该矿目前以煤层顶板裂隙渗水、断层渗水为主,但水量不大,正常排水情况下,不会影响生产。矿井涌水点及涌水量情况(表5-6-1)。
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煤矿涌水点调查情况统计表 表5-6-1
煤层 涌水 点编号 1 8 2 3 涌水量(m3/h) 1.2 0.9 1.5 水温 (℃) 12 12 13 出水 时间 2007 2009 2008 特征 自流 自流 自流 备注 (2)矿井排水情况 山西柳林凌志成家庄煤业有限公司,8号煤层井下排水系统:副井底附近设有中央水泵房,水泵房有主水仓和副水仓和泵房组成。主、副水仓容量为1382.01m3,水泵房安装三台水泵,一台工作,一台备用,一台检修,水泵型号:D85-45×3型。主井井筒安设两趟2×φ159mm水管型排水管,一趟工作,一趟备用。
现矿井正常涌水量1440m3/d,最大矿井涌水量1920m3/d。工作泵排水能力85m3/h,20小时排水量为1700m3,大于该矿24小时正常涌水量(1440m3/d)。工作泵和备用泵的排水能力为170 m3/h, 24小时排水量为4080m3,远大于该矿24小时最大涌水量(1920m3/d)。
主、副水仓容量为1382.01 m3,大于矿井8 h正常涌水量为480m3。 综上所述,该矿的排水设施和排水能力符合《煤矿防治水规定》要求,完全满足矿井实际需要。
据矿方提供的资料,矿井4、8号煤层排水系统见表5-6-2。
矿井名称 成家庄煤业 昌盛煤业 煤矿排水情况调查统计表 表5-6-2 容量m3 300 200 水泵数 3 3 水泵流量 m3/h 25 25 管路排水量 m3/h 水泵型号 D25-30×5型 D25-25×5型 水仓位置 副井底 副井底 (3)矿井涌水量预算 成家庄煤业有限公司开采8号煤层,该矿目前开采8号煤层,实际
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生产能力为15万t/a,现调查井下涌水量最大200m3/d,正常为150m3/d。山西吕梁昌盛煤业有限责任公司开采8号煤层,生产能力21万t/a,井下正常涌水量150 m3/d,最大为200m3/d。 现根据本矿富水系数比拟法预算当矿井生产能力达到设计生产能力90万t/a时的矿井涌水量:
计算公式为:Q=P/P0×Q0
式中:P0——为现矿井生产能力,万t;
Q0——为现矿井涌水量,m3/ h; P——为兼并重组后的生产能力,万t; Q——为兼并重组后的涌水量,m3/d。
原成家庄煤业有限公司开采8号煤层,每年按330个生产日计算,该矿目前矿井日产量为455t/d,其富水系数(K)为0.3297~0.4396m/t,如果将来扩大生产能力为90万t/a时,矿井正常涌水量900m/d,最大涌水量1200m/d。
原山西吕梁昌盛煤业有限责任公司开采8号煤层,每年按330个生产日计算,该矿目前矿井日产量为636t/d,其富水系数(K)为0.2358~0.31456m/t,如果将来扩大生产能力为90万t/a时,矿井正常涌水量643m/d,最大涌水量857m/d。
综合分析,取原成家庄煤业有限公司预算的矿井涌水量作为全矿井的预算涌水量。将来扩大生产能力为90万t/a时,矿井正常涌水量900m/d,最大涌水量1200m/d。
4.2.2 矿井充水水源及其特征 (1)大气降水和地表水
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大气降水作为矿井充水水源,其水量是有限的,由于该矿处于北温带大陆性季风气候区,干燥多风沙,无霜期短。雨季多集中在7、8、9三个月,平均年降水量为464.3 m m,为全年降水量的60%以上。
井田内河流不发育,只发育季节性排洪支叉冲沟,平时干涸无水,雨季分别汇集分叉冲沟,向西经各大沟谷流入黄河。本区属黄河流域。
(2)上第三系、第四系孔隙含水层
上第三系上新统地层广泛出露于本区内沟谷两侧,含水层为底部的半胶结状砾石层,由于其不整合于基岩面之上,与基岩风化裂隙构成较好的含水层,但由于其连续性较差,补给条件差,且厚度不稳定,故富水性差异较大,一般单井出水量10m3/d,属弱富水含水层。
(3)二叠系下统山西组及下石盒子组砂岩裂隙含水层
根据三交详查资料,单位涌水量q=0.005-0.1L/s.m,渗透系数K=0.0007-0.5m/d,矿化度大于1g/L,富水性弱。
(4)石炭系太原组灰岩岩溶裂隙含水层
据三交详查区资料,太原组混合抽水试验:本含水层静止水位标高816.74m,单位涌水量q=0.409L/s.m,渗透系数K=2.11m/d,矿化度0.968g/L。属中等富水性含水层。
(5)奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层
本井田内由芮城县联合凿井队施工一水井(X=4158009.840 Y=19489004.319 Z=853.071),于2009年9月10日开工,2009年12月1日终孔,完成钻探工作600m,取水层位为奥陶系中统峰峰组及马家沟组,经抽水试验,出水量达50m3/h,静止水位60m,水位标高793.071m。为强富水性含水层。
(6)老空区积水:因本井田位于山西柳林凌志柳家庄煤业有限公司和原山西柳林聚财煤业有限公司的上山部位,故其采空积水不会流
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