三道沟煤矿防治水中长期规划

陕西德源府谷能源有限公司

三道沟煤矿

防治水中长期规划

（2011-2015年）

中国矿业大学资源学院

二○一一年九月

陕西德源府谷能源有限公司三道沟煤矿防治水中长期规划

（2011—2015）

项目负责：许进鹏

参加人员：张玉东许庆清桂辉

报告编写：许进鹏张玉东

报告审核：陈龙

目录

前言 (1)

1 矿井概况 (2)

1.1位臵交通 (2)

1.2自然地理 (2)

1.3生产建设状况 (5)

1.4周边小煤窑概况 (6)

1.5矿井防排水设施现状 (7)

1.6以往地质工作 (7)

2 矿井地质及水文地质 (12)

2.1区域地质 (12)

2.1.1 区域地层 (12)

2.1.2 区域构造 (12)

2.2井田地质 (14)

2.2.1 井田地层 (14)

2.2.2 井田构造 (18)

2.2.3 井田煤层 (20)

2.3水文地质 (24)

2.3.1 含水层 (24)

2.3.2 隔水层 (29)

2.3.3 地下水补径排条件 (29)

3 矿井充水条件 (31)

3.1充水水源 (31)

3.2充水通道 (36)

3.3周边矿井水害情况 (42)

3.4矿井生产遭受水害 (47)

4 矿井水文地质类型 (49)

4.1矿井水文地质类型 (49)

4.2“复杂”类矿井的有关规定 (51)

5 采掘面水害分析 (56)

5.1矿井采掘计划 (56)

5.2采掘面水害分析 (57)

5.3采面外水害分析 (61)

5.4规划期水害综述 (62)

6 矿井防治水工作现状 (63)

6.1防治水工作管理 (63)

6.2防治水技术工作现状 (65)

6.3防治水工作存在问题 (66)

7 矿井防治水总体规划 (67)

7.1水文地质补充勘探 (67)

7.1.1 水文地质钻探 (67)

7.1.2 水文地质试验 (69)

7.1.3 水化学测试 (69)

7.1.4 水文地质物探 (70)

7.1.5 水文自动观测系统 (72)

7.2防治水工程 (73)

7.2.1 掘进头防治水工程 (73)

7.2.2 工作面防治水工程 (74)

7.2.3 采面外防治水工程 (77)

7.3防排水系统 (78)

7.3.1 隔水密闭墙 (79)

7.3.2 排水系统 (79)

7.4专项技术研究及专项工程 (83)

7.4.1 专项技术研究 (83)

7.4.2 专项工程 (85)

7.5防治水技术装备 (86)

7.6日常防治水工作 (88)

7.7防治水配套措施 (91)

7.8小结 (94)

8 进度及费用 (96)

8.1进度 (96)

8.2费用 (97)

9 结语与建议 (101)

9.1结语 (101)

9.2建议 (102)

前言

三道沟煤矿位于陕西省府谷县西北约25km处，矿井主采侏罗系延安组煤层5-2煤（局部分岔为5-2上煤及5-2煤），该矿于2006年6月开工建设，矿井设计年生产能力为900万吨，2011年预计生产原煤约560万吨。

三道沟煤矿虽地处陕北地区，但开采过程中顶板水、老空水等水害曾给矿井生产带来一定影响；周边矿井如冯家塔煤矿、柠条塔煤矿及神东公司锦界煤矿等矿井的水文地质条件复杂，水害问题较突出；加之矿井投产时间不长，未在各种地形地貌下进行过回采工作，因此矿井防治水工作不容忽视。随着矿井开采的逐步进行，矿井防治水的任务将逐渐加重，防治水工作量逐步增大，各开采工作面和掘进巷道均需采取相关的防治水措施，因此迫切需要在整体上对矿井防治水进行中长期规划，以作为三道沟矿开展防治水工作的总体依据。

陕西德源府谷能源有限公司的有关领导和部门对矿井防治水工作十分重视，受到委托，中国矿业大学承担了三道沟煤矿矿井中长期防治水规划。

本规划收集了三道沟煤矿的相关水文地质资料，分析了矿井生产面临的水害问题，针对三道沟煤矿的水文地质特征和防治水工作现状，结合矿井采掘计划，编制了矿井防治水总体规划，全面规划了三道沟煤矿应该进行的各项防治水工作，以期在整体和长远上指导三道沟煤矿开展各项防治水工作，保障矿井安全高效生产。

1

1 矿井概况

1.1 位臵交通

三道沟井田位于陕西省府谷县西北，距县城约25km。行政区划隶属府谷县三道沟、庙沟门、老高川、大昌汗等乡镇管辖。井田范围东以流经沙梁——庙沟门——新庙村的区内主要河流沙梁川为界，南以青龙寺井田、沙沟岔井田的北界及规划的地方小煤矿开采区北界为界，西以郭家湾井田和石窑店井田与本井田之间预留区的东界为界，北以袁家梁井田的南界和陕蒙边界为界（具体位臵见图 1.1），井田面积约176km2。

本区交通条件较好，府（谷）东（胜）公路从井田南部通过，神（木）朔（州）、神（木）包（头）铁路分别从井田南部和西部通过，并与全国铁路网线相连。井田向南距神木北火车站30km，距榆林市180km，向东距府谷县25km，向北距东胜市160km，向西距新街约60km。近年来本区运煤汽车较多，部分公路路段常出现拥堵现象，随着大石线建设与开通，交通条件将进一步改观。

1.2 自然地理

三道沟井田地处陕北黄土高原北部，地形支离破碎，沟壑纵横，为典型的黄土高原地貌，区内植被稀少，水土流失严重，基岩及红土沿沟谷两侧大面积出露，局部沟帮及梁峁之上覆盖第四系黄土或风成沙，风沙覆盖率平均5%。

区内地势总体是中偏西部高，四周低，西南、东南部最低。最高

2

处位于勘探区中部的大伙盘，标高+1397.0m，最低点在东南部的沙梁川与阳湾川交汇处，为+1008.5m。区内一般相对高差100～150m，最大高差388.5m，一般标高在+1200～+1250m之间。

三道沟煤矿

图1.1 三道沟煤矿交通位臵图

3

区内较大河流主要有3条，即沙梁川、大板兔川、阳湾川，均形成树枝状支沟（流）。东部的沙梁川为井田东界，流向自北而南经孤山川流入黄河，在区内主要有苜蓿沟、红石岩沟、凉水沟等支流；西部的大板兔川自北而南流经井田西部，距井田南约30km处与悖牛川汇合经窟野河流入黄河，在区内主要有板墩沟、秦家沟等支流；南部的阳湾川（又称三道沟）流向自西向东，在新庙村并入沙梁川，其主要支流有市沟川、熊洞沟、张明沟、开峁沟等支流。以上这些河流除沙梁川为长年流水外，其它为季节性河流。

本区地处西北内陆，为温带大陆性干旱—半干旱气候，冬季寒冷，夏季炎热，春季风沙频繁，秋季霜早雹多，昼夜温差悬殊，最低气温－26℃，最高气温36.9℃，年平均气温7.3～9.0℃，年平均温差32.5℃。本区降雨量小蒸发量大，年平均降雨量474.6mm，主要集中在7～9月份，降雨量约占年降雨量的60～70％，年平均蒸发量为2022.7mm，年平均相对湿度56.32％，年平均绝对湿度7.65mm，最大冻土深度143cm，无霜期约190天，最大风速19m／s。

榆林地区自明代以来曾发生过 3.5级以上地震8次，其中5.5级以上1次。1621年5月，在本区东南的孤山一带发生过5级地震，烈度6.7度，1738年4月至今200多年再未发生过较大地震。

4

5

图1.2 三道沟井田及周边井田位臵图

1.3 生产建设状况

三道沟煤矿主采侏罗系延安组5-2煤层，该煤层在井田内有分岔及合并现象。矿井设计生产能力为9.00Mt/a ，目前矿井生产能力尚

未达到设计能力。

矿井采用平硐开拓方式，以主平硐、副平硐和回风斜井开拓全井田，主平硐为矿井进风井和安全出口，副平硐承担全矿井人员、物料及设备运输任务，为矿井进风井和安全出口，朴牛圪塔回风斜井承担矿井回风任务兼安全出口。

矿井为单水平开拓，主要运输大巷沿5-2煤层底板布臵。井田范围内各煤层为近水平煤层，无较大地质构造，采用单水平盘区式开采，根据5-2煤层分岔线及上部各个煤层可采边界，将井田按东西方向划分为14个盘区。

三道沟煤矿井下煤炭运输采用带式输送机，通风采用中央边界式通风。矿井现有二个盘区，分别为三盘区和八盘区。按照矿井初设，三盘区、八盘区为首盘区。

1.4 周边小煤窑概况

三道沟煤矿一带是府谷县重要的煤层开采地段，井田平面范围内曾有香柏林沟、东风联办、炭窑渠、凉水河等30个小煤矿进行开采活动，开采煤层有2-2、3-1、3-2、3-3、4-3、4-4、5-2上等，其中以开采2-2、3-3号煤层的煤矿最多。

以上井田平面范围内的小煤矿，大多建于上世纪80年代末90年代初，初期各矿多采用平硐开采，个别采用斜井生产。采煤方法多以房柱式及人工打眼放炮开采，采用简单机械运输，自然通风、排水，电灯或矿灯照明，煤柱支护，设备简陋，技术落后。由于生产能力有

限，各矿年产量多在6万吨以下。本世纪初，随着煤炭市场的好转，

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多数小煤矿进行了改扩建，产能多在6~15万吨之间。

本区构造简单，岩层稳定性较好，各矿的矿井涌水量最大为130m3/d，煤层顶、底板稳固，瓦斯含量低。据调查，各煤矿均未发生过煤尘、瓦斯爆炸及矿井突水、冒顶事故。

1.5 矿井防排水设施现状

三道沟煤矿主排水系统主要由中央水泵房及相关管路及地面污水处理站组成，中央水泵房位于朴牛疙瘩回风斜井井底。中央水泵房将井下各处来水经回风斜井排至地面，排水高度233m，管路长度700m。

中央水泵房水仓容积1020m3，安装3台MD155—30X10的水泵（排量155m3/h，扬程300m，功率220kw），1用1备1检修。水泵排水管为?159㎜，在泵房形成环形管路，实现3台泵出水管路相互切换。回风斜井井筒内安装2趟?159㎜排水管道至地面污水处理站。泵房设计引水采用两台水环式真空泵（1运行1备用）形成自吸上水并具有完整的射流抽真空系统。泵房控制闸阀采用电动闸阀控制，控制开关装臵采用矿井自动排水装臵可与自动化系统相结合达到自动化控制和信息上传，可调度室相连可实现无人值守控制。

1.6 以往地质工作

三道沟井田位于新民勘探区的北部，近二十年来，不同单位以不同目的在区内进行过不同程度的地质勘探工作，概述如下：

1、1978～1980年中国人民解放军00928部队，按照国家规范要

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求，开展了《榆林幅》和《神木幅》1/20万区域水文地质普查，共施工钻孔45个，并进行了相应的抽水试验，水质分析等工作。

2、1982年～1993年，陕西省煤田地质局186队、131队，先后在新民区开展了找煤普查勘探和详查勘探，共施工各类钻孔13个，进尺3493.31m。

3、1985～1987年，131队在井田内施工钻孔22个，钻探进尺6688.45m，取各类样品250个。1991年131队提交了新民区普查地质工作总结报告，同期131队及省煤炭工业学校共同完成了新民区1：50000的地质及水文地质测绘各350km2。

4、2001年，131煤田地质队与西安地质矿产勘查开发院、陕西省地矿局物化探队通过中标，共同对井田进行了详查（Ⅰ期勘探）。

本次勘探在原Ⅰ期的勘查区内施工钻孔21个，进尺3785.81m，其中水文孔1个计197.98m，抽水试验1层次，观测泉点及河流点5个；并完成了全井田控制测量、地形地物修测、1:25000地质填图、1:25000水文地质填图及工程地质环境地质调查工作，选择三道沟、大板兔川实测了地质剖面，在南部较大沟谷中实施了3条地震剖面，利用地面磁测圈定了5-2煤层自燃边界，取各类样品379个。

5、2002年，陕西省地矿局西安地质矿产勘查开发院、中国煤炭地质总局物测队、陕西省地矿局物化探队、陕西省煤田地质局194队及陕西省煤田地质局131队共同承担了三道沟井田Ⅱ期勘探工作。该工作野外部分于2002结束，并于同年提交了勘探报告。

本次勘探共施工钻孔45个，进尺8470.70m，其中水文孔1个，

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进尺156.88m，进行抽水2层次，机（民）井简易抽水试验5次，完成1:10000地质及水文地质图修测260km2，完成实测剖面2条32.27km，完成小窑调查53个，完成地震测线16条74.16km（物理点3390个，试验点42个，低速带点256个），实施瞬变电磁2154个物理点，进行高密度电法排列32条16km，取各类样品417个。

6、2008年，山西省煤炭地质物探测绘院对三道沟煤矿首采区进行三维地震勘探，勘探工作野外部分于6月12日开始，8月7日结束，10月份提交了《陕西德源府谷能源有限公司三道沟煤矿首采区三维地震勘探报告》。

本次地震勘探面积为3.47km2，施工采用8线8炮束状观测系统，完成生产物理点 3795 个，试验点74个，总计完成物理点 3869 个。本次勘探查明了5-2、5-2上煤层底板的构造形态及其埋藏深度，编制了等高距为2m的煤层底板等高线图，查出了幅度大于10m的褶曲2个；解释出断层5条，其中落差等于5m的断层1条，落差小于5m的断层4条；查出了长轴直径大于20m、短轴直径大于15m的陷落柱3个；查出了勘探区内5-2、5-2上煤层采空区的范围19处，共计面积约2.46 km2 ；查出了5-2、5-2上煤层合并区范围1处，预测了5-2、5-2上煤层厚度变化趋势。

7、2009年，陕西煤田地质局185队对三道沟煤矿进行了补充地质勘探，共施工钻孔3个，进尺483.62m，其中施工水文地质孔1个，进尺273.12m，完成抽水试验1层次，取水样1个。

8、2010年，陕西煤田地质局185队对三道沟首采区采空区进行

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钻探验证工作，野外勘探工作于7月10日开始，8月10日结束，8月底提交了《陕西德源府谷能源有限公司三道沟煤矿采空区验证工作总结》。

本次验证工作共完成钻探验证钻孔16个，钻探进尺2246.19m，定测钻孔16个，参与采空区验证的煤层主要为5-2上、5-2煤层。 16个验证钻孔全部穿过5-2上煤层，其中11个钻孔穿过5-2煤层。在本次验证工作中，有6个钻孔处见到3-3煤层采空区，有2个钻孔处见到5-2上煤层采空，钻孔揭露5-2煤层未见采空区。本次验证工作中对3-3煤层采空区进行了水位测量，发现3-3煤层采空区中有积水，另在调查中发现火赖沟一小煤窑中有积水。

9、2011年 12月~2012年4月，陕西省煤田地质局物探测量队对三道沟煤矿三采区南部进行了瞬变电磁勘探，共完成瞬变电磁测线101条，总长71.4km，物理点9110 个，并于2012年6月完成了《陕西德源府谷能源有限公司三道沟煤矿三采区南部瞬变电磁法勘探报告》的编制工作。

本次勘探探查了勘探区内3-3号煤层采空异常区8块，分别为A、B、C、D、E、F、G、H异常区，总面积约0.373 Km2，主要分布在勘探区的北部和中部，除G、H采空异常区不积水外，其余均有一定程度的积水。探查了5-2上煤层采空异常区5块，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ异常区，总面积约0.339 Km2，主要分布在测区的东南部和西南部，其中不积水采空区2块（Ⅰ号和Ⅱ号异常区），其面积约0.092 Km2，其余均有一定程度的积水。

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通过以上所述可以看出，目前为止三道沟煤矿所进行的地质勘探工作基本上以资源勘探为主，勘探工作为矿井建设和生产提供了许多宝贵的地质资料。但除了2011~2012年三采区南部瞬变电磁勘探外，其他专门针对水文地质开展的勘探工作较少，在矿井水文地质方面取得的有关资料也相对较少。

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2 矿井地质及水文地质

2.1 区域地质

2.1.1 区域地层

本区域地层区划属华北地层区鄂尔多斯盆地分区东胜—环县小区，区内绝大部分被新生界松散—半固结沉积物所覆盖，基岩沿河谷两岸出露，出露的地层由老至新依次为中生界三叠系、侏罗系、白垩系、新生界第三系、第四系等，区域地层系统详见表2.1。

区域上有侏罗系、三叠系和石炭—二叠系三个含煤岩系，榆林地区主要为侏罗系和石炭—二叠系。

2.1.2 区域构造

图2.1 陕北地区构造分区及构造纲要图

区域地层系统一览表表2.1

地层系统

代号岩性特征厚度（m）系统组

第四系全新

统

Q42eol

Q42al+p1

Q41a1+p1

按成因类型有冲积砂砾石层Q

4

2al+p1、 Q

4

1al+p1、

及风成沙地Q

4

2eol

0～

30 上更

新统

马兰组Q

3

2m 岩性为浅黄色粉砂质亚粘土，疏松5～40 萨拉乌

苏组

Q

3

1s

岩性为浅灰黄色、土黄色粉砂质亚砂土、亚粘

土

0～

90.3 中更

新统

离石组Q

2

l

岩性为浅褐—土黄色砂质粘土夹棕色薄层状

亚粘土，含钙质结核

14～

220

第三系上新

统

静乐组N

2

j

岩性为紫红色至棕红色砂质亚粘土，夹钙质结

核层，呈似层状展布，底部有时见紫色砾岩层

50～

100

白

垩系下统洛河组K

1

l 砖红色、棕红色粗粒砂岩、砂砾岩

0～

148

侏罗系上统

安定组J

2

a

紫红色泥岩与细砂岩为主，夹杂色泥岩、砂质

泥岩、钙质泥岩，局部有粗砾岩及炭质泥岩

0～

100

直罗组J

2

z

以灰、灰绿色中粗砂岩为主，夹细、粉砂岩，

砂质泥岩及细砾岩，底部有灰色粗粒粒砂岩。

0～

250

延安组J

2

y

以灰白色粗粒长石砂岩、细砂岩，深灰色、灰

色粉砂岩、粉砂质泥岩，泥岩为主，夹有炭质

泥岩，煤层

103.71～

394.38

下统富县组J

1

f

岩性为灰色中厚层砂岩，杂色砂质泥岩，顶部

为黑色薄层状炭质泥岩

0～

130.11

三叠系上统

瓦窑堡

组

T

3

w

岩性为灰白色浅灰色砂岩、粉砂岩、泥岩、黑

色页岩夹煤线

0～

228

永坪组T

3

y

岩性为灰白色巨厚层状中细粒砂岩夹薄层状

泥岩，具大型楔形交错层理

95～

200 胡家村

组

T

3

h

浅灰、灰绿色细粒砂岩，夹砂质泥岩，顶部为

泥岩、细砂岩的韵律层

210～

325

铜川组T

3

t

下部以中-粗粒砂岩为主，上部以页岩，油页

岩为主，含油气，动物化石

447.0～

1010

中统纸坊组T

2

z

下部为砂质泥岩及砾岩透镜体,上部岩性为紫

红色,淡红色粉砂岩互层

0～

395.87 下统

和尚沟

组

T

1

h

以浅紫红色泥岩，粉砂质泥岩为主，夹砂岩和

钙质结核层。含动植物化石

42.39～

182.98 刘家沟

组

T

1

l

为紫、浅紫色中厚层状细砂岩，粉砂岩，夹薄

层状泥岩，中下部夹砾石

90～

400

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本区处于鄂尔多斯盆地次级构造单元陕北斜坡北部，陕北斜坡被

围于西部天环坳陷、北部伊盟隆起、东部晋西挠折等构造体系之中。见图2.1。

该区位于鄂尔多斯向斜东翼，除翼部边沿地带倾斜较陡外，主要发育构造多呈宽缓短轴状背斜，地层倾角1°～3°，岩层倾向北西、北西西。

2.2 井田地质

2.2.1 井田地层

本区地表大部分被第三、第四系沉积物所覆盖，在阳湾川、沙梁川、大板兔川及其支沟沟帮出露基岩。根据填图资料及钻孔揭露，地层由老至新依次有：上三叠统瓦窑堡组（T3w）、下侏罗统富县组（J1f）、中侏罗统延安组（J2y），第三系上新统静乐组（N2j），第四系中更新统离石组（Q2l）、全新统冲积层Q41al+pl、Q42al+pl、风积层Q42eol。

（一）上三叠统（T3）

仅见瓦窑堡组（T3w），出露于井田东南角沙梁川、新庙一带，钻孔揭露厚度10～30.6m，岩性为浅灰—灰绿色中厚层状中细粒长石砂岩夹薄层泥岩。砂岩发育大型板状、槽状、楔状交错层理。该组为一套河流相沉积，在区内未见底。

（二）下侏罗统富县组（J1f）

该组与下伏瓦窑堡组呈平行不整合接触关系，仅在东南部的庙沟门、马厂沟、新庙一带出露。区内普查阶段钻孔中基本见及，但大部

份仅见其上部地层，平均厚10～50m。在三道沟实测剖面上本组全层

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厚度42.48m，岩性以紫红、灰紫及灰绿色泥岩为主，夹透镜状灰白色含砾中粒、粗粒砂岩及薄层粉砂岩。砂岩成分以石英为主，长石次之，分选性及磨圆度差，泥质胶结，局部为钙铁质胶结，砂岩多呈中厚－厚层状和透镜状，板状交错层理及斜层理、层系十分发育。泥岩中含铁质结核、铝质鲕粒及粉砂岩团块，多为块状层理，底部发育不稳定砾岩，顶部有灰白色石英砂岩。

本组沉积于长期遭受风化剥蚀、顶部不平的瓦窑堡组之上，起着填平补齐作用，故其厚度变化较大，为含煤建造之基底。

（三）中侏罗统延安组（J2y）

出露于大板兔川、沙梁川、阳湾川及其支沟沟帮，区内仅出露延安组，厚度63.11～275.47m。

延安组是区内含煤地层，依据岩性组合、沉积旋回结构、含煤性可进一步将其划分为五个段（图2.2），各段特征如下：

第一段（J2y1）

断续出露于井田东部的寺沟川以东大沟及其支沟沟口一带，由两个下粗上细的次级沉积旋回组成。每个次级旋回下部为白色厚层状粗—中粒长石砂岩，中部为浅灰色长石细砂岩，上部为粉砂质泥岩夹煤层（5-2、5-2上煤层）。本段在勘探区中部5-2、5-2上煤层合并。本段厚度16.75～80.54m，整体中部及东部厚度大。

第二段（J2y2）

出露于张家沟—寺沟川以东的广大地区。主要岩性为泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，夹粉砂岩、细砂岩和煤层。厚度18.60～67.72m，

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