太原组灰岩含水层(组)接受泥灰岩“天窗区”的渗透补给及奥陶系的越流补给,补给充沛。倾角大于55°的煤层,实行每米底板隔水层(组)承压0.5MPa的安全水头值带压开采,倾角小于55°的煤层,实行疏干底板移动角以上的灰岩水。灰岩水也是目前矿井涌水的主要构成部分,灰岩水可能通过裂隙或断层导通进入采掘工作面,进而影响安全开采。 5、老空水
李嘴孜煤矿经历了近50年的开采历史,采空区及老巷众多,虽然采空区位置清楚,但是部分采空区积水量不清楚。当采掘工作面附近存在老空时,一旦经裂隙或断层导通,将直接涌入工作面,对矿井安全生产造成威胁,特别是对急倾斜煤层威胁更大。
李嘴孜开采范围内虽只有一个小煤窑,但是其开采下限距离李嘴孜矿开采上限仅40m,小煤窑一旦发生出(突)水事故,其出(突)水量可能通过采动裂隙或断层导通,进而威胁矿井的安全生产。
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第五章 矿井涌水量及出(突)水分析
5.1 矿井涌水量分析
5.1.1 实际涌水量
目前,矿井现划分为三个生产水平,由于李井(原李咀孜)涌水量于2005年开始并入孔井(原孔集),故2005年以前,涌水量分李咀孜和孔集分别论述。(见表5-1~表5-3)
表5-1 李井历年涌水量汇总表 单位m3/h 年份 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 总涌水量 113.0 126.1 141.5 145.8 146.8 145.8 159.7 178.3 225.6 219.5 211.8 煤系水 灰岩水 年份 总涌水量 101.2 11.8 1994 178.4 106.1 20.0 1995 143.6 121.5 20.0 1996 145.1 125.8 20.7 1997 141.8 126.0 20.8 1998 138.8 125.8 20.0 1999 128.0 139.0 20.7 2000 135.7 153.8 24.5 2001 102.4 191.0 35.4 2002 116.8 194.0 25.6 2003 101.3 184.6 27.1 2004 100.8 总涌水量:Q最大=225.6;Q正常=147.57 煤系水 153.2 119.4 115.2 111.9 109.4 92.9 92.7 70.6 73.5 70.3 70.4 灰岩水 25.3 24.3 30.0 29.9 29.5 35.1 42.8 31.9 43.3 31.0 30.4 表5-2 孔井历年涌水量汇总表 单位m3/h 年份 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 总涌水量 230.3 215.9 208.2 143.4 168.4 185.4 324.7 342.9 330.3 330.3 309.5 煤系水 灰岩水 年份 总涌水量 195 34.7 1994 238.8 181.3 34.7 1995 250.3 176 32.2 1996 212.6 143.4 0 1997 242 168.4 0 1998 247.5 185.4 0 1999 239.7 138.5 186.2 2000 243.4 130.2 212.7 2001 251.8 136.3 194 2002 269.5 139.6 190.7 2003 298.2 143.6 165.9 2004 436.8 总涌水量:Q最大=436.8;Q正常=262.42
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煤系水 132.3 141.6 136 144.8 153.6 151 145.5 141.9 171.3 139.8 130.7 灰岩水 126.4 109.7 76.6 97.2 98.8 88.7 98 109.9 98.2 158.4 306.1
表5-3 李嘴孜历年涌水量汇总表 单位m3/h
年份 2005 2006 2007 2008 2009 平均值 最大值 总涌水量 589.38 560.59 639.49 747.86 757.59 658.98 860.43 煤系水 170.45 223.89 231.96 277.07 221.17 224.91 319.16 灰岩水 418.93 336.70 407.53 470.79 536.41 434.07 634.20
由表5-1~表5-3中的历年矿井涌水量分别绘制李井、孔井和现李嘴孜矿的历年涌水动态变化图,见图5-1~图5-3。
图5-1 李井历年涌水量动态变化图
图5-2 孔井历年涌水量动态变化图
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图5-3 李嘴孜矿历年涌水量动态变化图
1、李井(原李咀孜矿)涌水量变化规律
由表5-1和图5-1可知,李井总涌水量由煤系涌水量和灰岩涌水量构成,煤系涌水量占主导,所以总涌水量随煤系涌水量变化而变化。煤系涌水量随回采面积增大而增加,回采至一定面积后,煤系涌水量达到极值后,不再随回采面积的增大而增加,并有逐渐衰减趋势。灰岩涌水量随开采水平的延深涌水量缓慢增加。 2、孔井(原孔集矿)涌水量变化规律
由表5-2和图5-2可知,孔井总涌水量由煤系涌水量和灰岩涌水量构成,1989年以后煤系涌水量趋于稳定,处于150m3/h左右。由于之前开采使得煤系砂岩含水层(组)储存量大量消耗,第四系含水层(组)垂向补给,产生了补泄平衡,所以煤系涌水量趋于似稳定状态。因而孔井总涌水量随灰岩涌水量变化波动。由于进行灰岩孔放水,导致2004年孔井灰岩水突然增大。 3、李嘴孜矿涌水量变化规律
由表5-3和图5-3可知,李嘴孜矿总涌水量由煤系涌水量和灰岩涌水量构成。2005年开始,李井涌水量并入孔井,使得李嘴孜矿平均总涌水量增大到658.98m3/h,最大涌水量为860.43m3/h。2008年,因西七-530B11b底板巷B9b顶板砂岩发生出水,所以该年煤系水有所增大;灰岩水随A组产量的增大而增大,2008年开采原孔西八一阶段东翼A组时,A1工作面发生出水,矿井灰岩涌水量继续增大。
矿井总涌水量随着开采深度及开采范围的增加不断增大,特别是灰岩水的疏放水量不断增大。
李嘴孜矿正常排水能力为880m3/h,最大排水能力为1760m3/h。地面-530m水仓容积为7634m3。
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工作和备用水泵的总能力,应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。矿井24h内最大涌水为:Q总1=860.43×24=20650.32m3,工作及备用水泵20h的总排水量为:Q总2=1760×20=35200m3。正常涌水量小于1000m3/h的矿井,主要水仓的有效容量应当能容纳8h的正常涌水量,矿井8h的涌水量:658.98×8=5271.84m3。所以李嘴孜煤矿的排水系统满足当前需求。
5.1.2 预计涌水量
1、灰岩水涌水量预计方法
矿井灰岩水涌水量预计范围分两段:影响段采用水文地质相关因素比拟法(见式5-1~5-3)。相关因素为设计水位降和观测孔水位降,A组煤开采长度(引用平均)和观测孔至放水孔距离;非影响段只预计C3-Ⅰ组灰岩涌水量,采用面积系数比拟法(见式5-4)。
C3-Ⅰ组、C3-Ⅲ组及奥陶系灰岩水涌水量预计采用式5-1和式5-2:
lgQ=0.9859+0.00832lgr+0.1775lgs (5-1) lgQ=0.4737+0.1864lgr+0.2729lgs (5-2) C3-Ⅱ组灰岩水涌水量预计采用式5-3:
lgQ=2.26582-0.00975lgr+0.029951lgs (5-3)
非影响段灰岩水涌水量预计采用式5-4:
Q1/S1=Q2/S2 (5-4) 2、煤系水涌水量预计方法
利用水文地质相关因素比拟法(见式5-5)来预计李嘴孜煤矿未来延深水平的涌水量。根据比拟预计公式,矿井煤系水涌水量与回采面积、降深有如下关系: 式中:Q1————回采水平水量;
Q2————计算水平水量; F1————回采水平面积; F2————计算水平面积; S1————回采水平降深; S2————计算水平降深。
第三水平水位降深为550+20(地面平均高)=550m;第四水平水位降深为680+20(地面平均高)=700m;第五水平水位降深为730+20(地面平均高)=750m。
分采区实际开采面积为A1煤层开采上限至C13煤层已开采下限对应水平投影线;530m水平未开采面积为A1煤层未开采上限(也即已开采下限)至C13煤层未开采下限对应水平投影线;680m水平未开采面积为A1煤层未开采上限(也即已开采下
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Q2F?2?Q1F1S2 (5-5) S1
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