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1、第一章 绪 论我矿生产能力60万ta，始建于1958年，1960年10月投产。建有一对竖井和一对斜风井，设计开采二1、二3煤层。目前主要在-200m水平开采二1煤层。我公司于2008年初受矿方委托对12061工作面进行底板注浆改造，一阶段工程已经结束，根据实际钻探情况发现，该工作面水量大水压高，矿压大，水文地质情况极复杂，对安全回采影响极大。2008年12月工作面回采出水，由于矿方排水能力不足，且涌水夹杂着煤淤塞泵房，再次降低排水能力，导致工作面被淹，矿方经过注浆堵水以后，重新开拓新机巷、新切巷，准备注浆加固后继续回采。本次设计根据以往注浆改造情况及时调整，利用新开拓机运巷重新布置钻场、钻孔，
2、对新切眼、中切眼之间已有施工钻孔进行补充设计，对中切眼以外钻孔重新布置。第一节 矿井地质概况一、地层 我矿位于华北地层区豫西分区的嵩萁小区，绝大部分地区的基岩被新生界第四系地层覆盖，仅在矿区西部出露小面积新第三系地层。井田内钻孔揭露地层自老到新依次有：早古生界寒武系上统崮山组(3g)、长山组(3C)、凤山组(3f)，奥陶系中统下马家沟组(O2x)，晚古生界石炭系上统太原组(C3t)，二迭系下统山西组(Pls)、下石盒子组(P1x)、上统上石盒子组(P2s)、石千峰组(P2sh)，新生界第四系(Q)。除石千峰组的平顶山砂岩在大武庄零星出露外，基岩皆被第四系掩盖。 二、构 造 我矿位于荟萃山风后岭
3、背斜南西翼的中段。构造形念为单斜，地层走向11002900，倾向2000，地层倾角浅部100150，深部250左右，东南部局部大于400。区内地质构造以高角度正断层为主，主要发育北西向、北东向两组断层。北西向断层主要有：魏序正断层(F5)、关庄正断层(F4)、连堂正断层(F19-1)、张堂北正断层(F19-2)、F27、F16、陈庄逆断层(F12)、肖庄证断层(R)、岳庄正断层(h)和黑水河正断层(F2)；北东向断层主要有：龙屯正断层(F14)和桐树张正断层(F7)。此外还发育一组近东西向断层，主要有：F20、殿池李正断层F11)、F26、马厂正断层(F30)和小王庄正断层(F6)。沿地层走向
4、还有小的缓波状起伏。1断裂构造主要特征 断层发育特征：在井田范围内，由钻探、物探及井巷工程控制、揭露的不同规模的断层共发育北西向、北东向和近东西向三组，其中北西向和北东向两组最为发育。断层活动特征：魏庄断层南北两侧分别派生了徐庄背斜、石龙王向斜两个拖褶皱，从裙皱枢纽与断层走向之夹角关系，表明断层北东盘的运动方向系由南东向西北，反映断层具有序行平移的性质，这与区域煤田边界断层襄郏断层平移性质一致，应为同一应力场、同期构造运动的结果。研究区受喜山期伸展应力场作用，褶皱不发育，断层活动表现为强烈的引张，断层带宽，断层角砾岩角砾棱角明显，断层附近地层挤压、揉皱等形迹少见。断层的空间分布特征：在平面上沿
5、主干线断层走向常见分叉现象，发育一系列低序次断层，如魏庄断层(F5)下盘，伴生有F4、F19等次一级断层，伴生断层靠近主干断层处断距较大，离开主干断层即迅速尖灭。断层的分叉现象在剖面上也常出现。2层间滑动区内层问滑动比较强烈，在井巷工程和钻孔岩芯中可见二1煤层和其顶底板附近，滑面、擦痕普遍发育，煤的原生结构遭到破坏，呈粉状、鳞片状，具褶曲流变现象，煤层厚度也遭受不同秤度改造。另外，受派生小型断层和不协调褶曲的控制，局部出现薄煤带或厚煤带。第二节 二1煤层底板主要充水含水层与隔水层一、主要含水层1）、上寒武系白云质灰岩岩溶裂隙承压含水层 该含水层上距主采煤层二1煤层78m，是二l煤层底板间接充水
6、含水层。岩性为灰白色白云质灰岩和白云岩夹薄层泥岩。区内3个钻孔揭露厚度达120.08m1 37.01 m，其余揭露钻孔揭露厚度较小。由于勘探阶段该层段未发生漏水，且位于田外一公里处冉垌村的井2，揭露寒武系20m，水位标高135.35m，水量极小，故推断该含水层段岩溶和裂隙不发育。但是，若遇断层、裂隙，使得多层相互贯通，水量将数十倍增加，是造成矿井灾难性水患的主要因素。2）、上石炭系太原组石灰岩岩溶裂隙承压含水层 根据其对二1煤层充水条件的差异，可分为上、下两个含水层段：下部石灰岩含水层段：由L1一L6石灰岩组成，L6上距二l煤层42 m，是二l煤层底板间接充水含水层。 上部石灰岩含水层段：包括
7、L7一L1l石灰岩，其中的L9石灰岩距二1煤层12 m16 m，是二1底板直接充水含水层。二、主要隔水层1）、太原组铝质泥岩 位于太原组底部，是寒武系白云质灰岩含水层段与太原下部石灰岩含水层段间的隔水层。9个钻孔揭露该层，厚度6.63m17.83m；岩性和厚度都比较稳定，隔水性能良好。2）、太原组中部砂泥岩段由泥岩、砂岩和煤层组成，厚10 m 15 m，层位稳定。是太原组上部和下部石灰岩含水层段间的隔水层。3）、二迭系含煤地层中的泥岩和粉砂岩段均具有一定的厚度，隔水性良好，因此，二迭系砂岩含水层间一般无水力联系。综上所述，我矿地下水为大气成因；垂向主要接受大气降水、地表水和上覆含水层水的渗漏补
8、给，补给量不足；横向主要通过矿区西北部灰岩裸露区接受大气降水或地表水的补给，具近源补给特点，补给量不甚稳定、不甚充足。开二1煤层的主要充水因素是太原组石灰岩富水性弱的裂隙一岩溶承压水，决定矿井突水危险的是寒武系灰岩富水性弱一强的岩溶一裂隙承压水，其中张夏组和崮山组的富水性最强，当寒武系灰岩水和太原组下段灰岩水联合为害时威胁最大。老空区水在局部也是主要矿井充水因素。第三节 矿井充水通道表1-2 平禹集团我矿矿井涌（突）水点导水通道及出水特征统计分析我矿历次矿井涌(突)水的导水通道，列出表1-2。由表中资料可以知道我矿矿井涌(突)水的导水通道具有下述规律：区域地质构造上，我矿位于荟萃山一风后岭背斜
9、南翼，属山前第四系掩盖区。纵观井田以西的地下水径流区，断裂比较发育，尤以西北的浅井附近为最。使得本来互不相关的若干个含水层发生了水力联系，从而促进了岩溶一裂隙的发育，为地下水的释流和储存提供了良好的空间。如白沙水库西，崮山组中发育有深达百余米的溶洞，浅井一带的落水洞呈串珠状出现，揭露寒武系钻孔，多数出现严重漏水。矿井水患频发，如浅井和长庄煤矿先后被淹。因此，本区导致矿井突水的主要途径是断层、裂隙。因为含水层的富水性受断层、裂隙发育程度的控制，所以，各段的富水性和突水性存在较大差异。第二章 12061新工作面概况我矿二1煤层12061新工作面位于三采区下山东翼第五个工作面，东部200米处为原12
10、061采面采空区，下部为未采动区域，上部13071工作面经底板预注浆改造后安全回采。该新采面机巷位于原12061机巷向上8米处，煤层底板标高在-284.3m-240m之间；12061新风巷扒修原12061风巷，扒修长度为735米，新风巷煤层底板标高在-230.4m-200m之间，新采面走向长697m，倾斜宽126m，倾角1725左右，二1煤层平均厚度4.75m，采用走向长壁后退式采煤法。上风道揭露一落差1.5m高角度断层，其余地段未见有断层构造存在。根据13061工作面底板注浆孔水文资料，上段L7-8灰岩含水层水压0.2-0.8Mpa; 下段灰岩含水层水压1.8-2.4Mpa（水位-40m）；
11、寒灰水位+130m，水压3.6-4.1Mpa。二1煤至L1-3灰岩距离53 m，至寒灰距离在78 m左右。通过对我矿地层和水文地质概况的分析，得出如下基本情况：1、二1煤下灰岩含水层承压水位标高分别为：寒武系静止水位标高：+129m（2010年元月水位记录）；根据13061工作面底板注浆孔水文资料，上段L7-8灰岩含水层水压0.2-0.8Mpa; 下段灰岩含水层水压1.8-2.4Mpa（水位-40m），高水压对回采威胁大。2、从矿务局顶、底板水对二1煤层开采影响的研究中对二1煤底板含水层历次突水水源、通道类型的统计及结论可以看出，区内断层和裂隙是导致底板突水的主要原因（参看表1-2）而且底板裂
12、隙出水占整个矿井出水次数的48%之多。说明预防底板裂隙出水是工作面安全回采的重要任务。 3、从历次突水水源的统计分析认为，断层和裂隙导水主要水源都是二1煤下伏下部灰岩含水层和寒武系灰岩含水层水，这将是我们注浆改造的重点。第三章 我矿12061面底板注浆改造方案工作面注浆堵水以后，矿方重新开掘切巷，本次改造范围是新切巷以外工作面，新机巷共布置9个钻场，其中前7-9#钻场是对以前施工的补充，1-6#钻场改造中切眼至停采线间工作面。根据我矿提供的12061面以往注浆改造成果可以看出，裂隙发育、含水性较强，注浆量大，个别区段垂直沟通寒武系灰岩岩溶含水层。因此可以分析，整个工作面底板裂隙发育，含水性强，
13、因此只有采取合理布孔，全面覆盖，才能有效地对工作面进行改造，达到较好的效果。一、 注浆改造深度的确定按照煤矿防治水规定，受水威胁的工作面，必须采用钻探、物探等方法，查清其水文地质条件。底板受构造破坏块段突水系数大于0.06MPa/m，正常块段突水系数大于0.1MPa/m的，要采取疏水降压或注浆改造等有效措施后方可回采。计算突水系数（参照煤矿防治水规定（2009年12月版）采用下列公式：TsP/MTs：突水系数（MPa/m）；P：隔水层承受的水压（MPa）；M：隔水层厚度（m）；本区寒武系承压水的水位标高为+129m（2010年元月水位），12061工作面最低标高为-284.3m,二1煤距寒武系
14、间距取78m，受到的寒武系灰岩水的压力为4.1Mpa（实测）。根据13061工作面底板注浆孔水文资料，寒灰水位（Cp）导高5 m。底板破坏深度（Dg）理论计算公式与实际出入较大，故此参照平煤集团公司新峰矿务局一矿顶、底板水对二1煤层开采影响的研究中采动破坏的影响深度（按最大峰值计算）约为8-12m，取平均值10m。在正常块段突水系数临界值取0.1MPa/m，构造破坏块段突水临界系数为0.06 MPa/m计算得 M=P+Ts(Cp+Dg)/Ts M=P+Ts(Cp+Dg)/Ts 即：M=4.1+0.1(10+5)/0.1 M=4.1+0.1(10+5)/0.06 =56 (m) =93 (m)在
15、正常块段隔水层安全厚度为56 m，根据本工作面实际情况，考虑到寒武系灰岩上部有一层厚度大约为7.75m的铝质泥岩，为有效隔水层。因此12061面注浆改造的重点 应穿过L1灰岩底板位置，即进入铝质泥岩2-3m即可。但是从以往改造情况来看，工作面水文地质条件复杂，高水压易沿着薄弱带突水，为保证采面回采期间的安全，对该工作面采取全面覆盖改造，重点加固的改造方案，采用93m的终孔位置，注浆改造钻孔进入寒灰15m终孔。二、 注浆改造钻孔布置根据12061工作面井下底板注浆改造的经验，浆液在目的层内的扩散扩散较好，范围在30m 左右,故同一层钻孔间距为50m，部分地段加密布置，可根据实际揭露情况灵活布置检查孔，故本次设计不列出检查孔参数。由于12061工作面面积较大，为保证底板改造的效果，本设计初步共布置9个钻场，47个钻孔。本设计只是针对以前的注浆改造资料确定，所以必须根据实际钻探资料分析后及时调整，适当增减钻孔，以保证均匀布置。中巷以里至新切眼部位已经改造过，音频物探图上可以看出仍存在一些异常低阻区，所以为提高注浆效果，在新机巷重新布置3个钻场，对原有异常区进行补充探查和加固。钻孔施工中可根据实际钻探情况适当增减钻孔，具体钻孔布置见附图：我矿12061工作面底板注浆改造工程设计图。孔号方位（）倾角
