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1、赴山东肥城新查庄煤矿防治水考察调研报告经公司领导安排，2010年10月28日，骆驼山煤矿防治水 参观考察团一行12人，在矿长的带领下，赴山东肥城矿业集团 公司新查庄煤矿进行了考察调研。在肥矿集团地测处，地测处副 处长刘贤好介绍了肥城煤田水文地质情况及底板承压水防治水 经验；在新查庄煤矿，矿长刘德平、党委书记梁振溪简要介绍了 矿井的基本情况，副矿长张明带领参观考察团下井参观了中央变 电所、中央泵房、水仓、排水管路、水闸门等防排水系统及设施， 之后参观了防治水工区、注浆站，并到地测科查阅了图纸资料及 防治水管理制度等。通过会议介绍、座谈了解、下井参观、查阅 资料等方式，对肥矿集团及查庄煤矿的水文地
2、质情况和底板承压 水防治情况有了较为详细的了解。一、新查庄煤矿的基本情况查庄煤矿原隶属于肥城矿业集团公司八对生产矿井之一， 2009年3月31日破产改制，成为新查庄煤矿公司。这个矿始建 于1964年，1968年建成投产，设计年产量60万吨/年，是全国 高档普采和矿井质量标准化的发源地。1986年开始矿井改扩建， 设计年产量150万吨/年，截止到2008年，矿井工业储量5246.6 万吨，其中村庄压煤1326.8万吨，受水威胁2154万吨，保护煤 柱769.7万吨，剩余可采储量只有227.6万吨。主导煤种气肥煤。矿井井田面积15.6平方公里，采用立井多水平开拓布局， 上下山开采，地质条件复杂，落
3、差2米以上的断层每平方公里 100条之多，只能采用广种薄收的办法增加产量，采场分散布置 在三个水平、八个采区，四个高档普采队，一个残采队，八个掘 进队，职工5000人，2009年产煤107万吨，生产经营状况比较 困难。二、肥城煤田水文地质情况肥城煤田位于鲁西台背斜肥城断陷盆地内，为第四系覆盖的 全隐蔽式煤田，东西走向长22km,南北倾斜宽27km,面积 98km2，四面环山，中间低洼，是一个较完整的盆地地形。盆地 内受水总面积为1269km2，盆地面积为510km2，盆地内东北高， 西南低，在其西南为地表水及地下水的泄水口。本区地层自下而上有前震旦系、寒武系、奥陶系、石炭系、 二叠系、第三系、
4、第四系。主要含煤地层为石炭系太原组和二叠 系山西组。中石炭统本溪组厚约50m,夹薄层灰岩23层，其中 徐家庄灰岩位于煤系地层底部，为矿井充水的直接含水层。上石 炭统太原组厚约160190m,含薄层灰岩7层，含煤12层，可采 46层，厚约510m；二叠系山西组含煤34层，可采23层， 厚46m。肥城煤田基本上是受肥城大断层控制的单斜构造。煤田内主 要发育有断裂构造，其中落差大于30m的断层有39条，局部还 发育隐伏构造及褶曲构造，使五灰、奥灰水力联系密切，形成了 复杂的水文地质条件。三、查庄煤矿水文地质情况查庄井田位于肥城煤田西端，井田走向长4.25km,倾斜宽 3.67km,面积15.6km2
5、。东、西、北三面被断层包围，为一向北 倾斜的单斜构造，井田内构造较多，落差大于20m断层有16条， 520m之间的小型断层极为发育，到目前证实已有65条之多。 是肥城煤田构造最复杂的井田之一。井田内主要含水层有：第四系砂及砂礓层，山西组砂岩含水 层、太原组石灰岩含水层、本溪组徐家庄灰岩（五灰）及奥陶系 灰岩含水层。其中第四系砂及砂礓层、太原组第一、第二层等石 灰岩含水层对矿井充水影响不大，山西组砂岩含水层为上组煤开 采的主要充水水源，对生产有一定影响。严重威胁下组煤开采的 含水层为：太原组第四层石灰岩（四灰）、本溪组徐家庄石灰岩 和奥陶系石灰岩强含水层。其情况分别为：1四灰：厚3.07.96m
6、平均5.5m,为8层煤直接顶板，上 距7层煤14.5125.98m，平均20.6m。下距五灰2543.38m, 般为3436m。-50m水平以上，裂隙溶洞较发育，富水性较强， -50m以下，岩溶不发育，富水性也逐渐减弱，且不均一，单位 涌水量为0.000930.464L/sm。开采-250m水平以下的7层煤时， 多个工作面发生底板出水，且个别工作面出水量较大。局部存在 着五灰的垂向或侧向补给，使四灰含水层部分区域水文地质条件 复杂化。四灰水属重碳酸氯化物钙水。2本溪组徐家庄石灰岩含水层（简称五灰）厚5.510.58m，平均8.7m,上距8层煤22.543.18m，平均 3234m;距9层煤16
7、.933.02m, 般24m;上距10层煤1437m, 一般1620m;下距奥灰1.4114.54m, 般10m左右，为灰色 质纯致密厚层状细粒结晶灰岩，岩溶裂隙发育，单位涌水量 q=0.001716.12L/sm,富水性较强，水质类型属重碳酸氯化物钙 镁水。因迳流条件、构造等因素的影响，富水性不均一，具有 明显的块段性和垂直分带性，靠近井田东西边界五灰富水性相对 中部强，倾向上，一般向深部五灰岩溶发育趋于减弱，富水性亦 呈浅大深小，但个别地段仍存在富水区。由于五灰和奥灰间距小， 受断裂构造发育的影响，水力联系十分密切，水质、水位动态与 奥灰基本相同，为煤系底盘主要含水层。随着开采标高的降低，
8、 水压增大，矿压对底板破坏深度加大，更易发生底板突水，直 接威胁着本矿7、8、9、10层煤的开采。根据五灰富水性、地质构造及探明情况，本井田大致划分三 个水文地质块段：第I块段为F40、CF3、F25和F42断层之间 的块段，该块段五灰与奥灰间距3.912.25m,局部变薄带具有接 受奥灰垂向补给的可能性，受此影响五灰富水性极不均一，五灰 钻孔水量0350m3/h,由于受F25-1局部导水断层的影响，五灰富 水性呈东强西弱之势；该块段五灰岩溶发育，单位降深疏放水量 2.05m3/hm,且影响范围较大，五灰含水层本身连通性好。第II 块段为F40断层与F5-1和F27断层之间的块段，地质构造与第
9、 I块段相比相对简单，该块段五灰钻孔水量0.5250m3/h,五灰 富水性西强东弱，单位降深疏放水量0.92m3/hm,补给条件差。 第III块段位于井田深部，该块段水文勘探程度低，水文资料少， 需进一步进行水文补勘。3奥陶系石灰岩（简称奥灰）含水层该层灰岩系煤系地层底盘含水层，层厚约800m,岩溶发育 不均匀，具有成层性。根据岩性、化学成分、岩石结构、可溶性 及富水性，并结合沉积特征，可将奥灰划分为8个含水层段，其 中最上一个含水层段含水量最为丰富，直接与矿井充水有关。从 井田内奥灰水文孔统计资料看，奥灰顶部30m左右岩溶裂隙不 发育，仅在局部地段顶部岩溶裂隙发育。单位涌水量 0.01716
10、.203L/s.m,井下1号水源井进入奥灰16.69m时，涌水 量达450m3/h,为矿区涌水量最大的奥灰孔。奥灰原始水位+64m, 2006年1月5日测奥灰水位+51.28m,水质属于重碳酸氯化物钙 镁水。由于地表出露广泛，直接接受大气降水的补给，动水量 十分丰富，平均为2.8万m3/h。奥灰与五灰间距10m左右，由于 构造作用，奥灰极易以水平或垂直方式补给五灰，二者水力联系 极为密切，为主要补给含水层。四、肥城矿区及查庄煤矿底板突水情况1肥城矿区底板突水情况自1965年开采太原组煤层，至2006年底，共发生底板出、 突水255次，突水类型以底板破坏型突水为主，占53.9%，掘进 沟通断层型
11、突水占27.8%，回采影响断层型占18.3%。其中，五 灰和奥灰突水160次，占突水次数的62.7%。其中大型突水（6001800m3/h ） 15次，特大型突水（大于1800m3/h ） 5次，最 大突水量32970m3/h,造成淹井三次，淹水平一次，淹采区四次。2查庄煤矿底板突水情况查庄煤矿自建矿以来共发生35起突水水量大于10m3/h的水 害事故，均为底板承压水害。其中，发生一灰突水1起，四灰突 水3起；五灰突水30起；奥灰突水1起。从突水量来看，水量 小于100m3/h的突水17起；大于100的突水18起；最大水量 1430m3/h。从出水点标高看，150m以上发生突水事故2起；-15
12、0m 至-200m发生10起；-200m至-250m发生7起；-250m以下发生 16起。五、底板突水的主要因素1地质构造复杂，隐伏断裂的存在为底板突水提供了有力 的通道。实践证明，85%的突水都是由于断层和隐伏裂隙造成的， 生产过程中尽管采取了一些物探、超前钻探等措施，经过采矿扰 动后，断层带活化充水，裂隙的裂开度加大，沟通含水层，在高 压水的作用下顺裂隙或断层涌入采掘工作面，便发生工作面突 水。2含水层的富水性强，补给充足，为底板突水提供物质基 础。由于奥灰含水层在地表有广泛的出露，面积约260km2,直 接接受大气降水的补给，动储量丰富（2.8万m3/h）,是五灰的直 接补给水源层，由于
13、五灰和奥灰的间距小，通过断层或裂隙极易 勾通，五灰和奥灰可视为同一水体，一旦五灰突水，就有可能导 致奥灰突水，对矿井的威胁极大。3. 隔水层的厚度小，承受和抵挡不住采矿破坏和高承压水 的“双重”作用，在构造薄弱带承压水涌出。4五灰、奥灰水压大，突水系数超过煤矿防治水工作条 例的规定。用突水系数用这个概念来衡量受水威胁的程度尽管 存在某些缺陷，但目前的开采情况看，近三年采场五灰 0.2Mpa/m,最大0.35Mpa/m,突水系数都达到了 0.1Mpa/m以上， 因此，只要有采矿活动，随时都有突水的危险。5随着采深增大，底板的采动破坏效应深度越大。井下探 测表明，8层煤-350m水平局部地点采动破
14、坏效应深度达到 36.5m, 9层煤-3OOm水平局部地点采动破坏效应深度达到14.2m。6含水层的裂隙发育及富水性、导水性极不均一，过去普 遍认为存在浅大深小的规律，即-150水底板突水几率最大，但通 过对近年底板突水案例分析，-300水平以下突水几率、突水量反 而更大，因而对矿井安全危害更为严重。六、地质构造是底板突水的主要诱导因素断层、陷落柱等地质构造带是矿井突水的主因及控制因素， 以断层构造为例，诱发底板突水的原因有以下几点：1.断层带岩体的阻水强度一般比正常岩体小310倍。充填 物越软，强度就越低。断层带附近地应力值也低，因此阻水能力 也较低。有关室内相似材料模拟研究证实：断层处的应
15、力及软弱 充填物的强度降低到最小值的1/2左右；2断层的存在改变了地应力场的方向与大小。当煤层底板 有断层带时，断层带附近最大主应力方向，在区域地质构造作用 与调控下，随着断层带产状的不同，与区域构造场的最大主应力 方向有着不同程度的偏离，而断层带附近的三个主应力的大小， 也随着断层性质与产状的不同，与区域构造场的主应力值的大小 有所不同，正是由于断裂带中原岩应力值的降低，使得承压水的 压力有可能大于最小主应力而使裂隙带的裂隙开裂，承压水沿其 向上导升而突水。3断层带的存在，提供了突水途径。断层带内裂隙比较发 育，岩体破碎，给承压水的导升和断层构造带内的裂隙开裂制造 了空间。此外，断层带中的充
16、填物多为胶结不紧密的泥质、炭质 胶结，在承压水的长期作用下被软化、掏空和溶蚀，降低了有效 隔水层的厚度，给突水造成了有利条件；4. 地应力释放，使隔水岩层阻水能力下降。采矿活动不仅 造成围岩破坏，同时使部分地应力释放，使岩体渗透性增加。5. 回采工作面底板岩体中存在断层时，底板的采动破坏深 度增大。6. 断层上、下盘错动，缩短了煤层底板与含水层之间的距 离，造成断层一盘的煤层与另一盘的含水层对口接触，使工作面 更易发生突水；7. 断层受到矿山压力的作用，断层活化程度增大，断面延 展性增大，断层两盘作剪切错动，断层带再扩展，破碎带的导水 性增强，尤其是当断层倾角同最大膨胀线相吻合时，突水最容易 发生。七、底板承压水主要防治措施1建立完善的水动态观测系统。奥灰观测孔5个，其中地 面2个，井下3个；五灰观测孔6个，均布置在井下，及
