承压含水层带压开采安全技术措施.doc

仅供参考整理安全管理文书承压含水层带压开采安全技术措施 日期：_ 单位：_第 1 页 共 18 页承压含水层带压开采安全技术措施一、概况鹤煤五环分公司（原鹤煤五矿）属安鹤煤田鹤壁矿区，位于鹤壁矿区中部，开采二1煤层，井田范围浅部以二1煤层露头为界，深部以-600m标高二1煤层底板等高线为界，北部以F20断层与三矿为界，南部以F40断层与六矿为界。地层走向大致近南北，倾向东北，总体上呈一近似单斜形态，地面为新近系、第四系所覆盖。1.地层五环分公司位于华北地层区山西分区的太行山小区和华北平原分区的豫北小区。区内地层由老至新依次为太古界登封群，下元古界嵩山群，上元古界熊耳群、汝阳群与前震旦系，下古生界寒武系、奥陶系，上古生界石炭系、二叠系，中生界三叠系以及新生界第三、四系。太古界与元古界多出露于煤田南的淇县境内，寒武系与奥陶系主要出露于煤田西及西南部山区，石炭-二叠系含煤地层在煤田均有赋存，三叠系仅隐伏于煤田北深部，新生界广泛覆盖在上述各地层之上。2.煤层五环分公司井田含煤地层为石炭-二叠系，煤系地层为石炭系上统太原组、二叠系下统山西组与下石盒子组，含煤地层总厚度517m，共含煤14层，煤层总厚度13.4m，含煤系数2.59%。其中二叠系下石盒子组仅含煤线，含煤性较差；下二叠统山西组和上石炭统太原组含可采煤层，含煤性较好，是本区主要含煤地层，发育可采煤层1层（二1煤层），可采煤层总厚7.41m，可采系数为1.43%。二1煤层（俗称大煤）为本区主要可采煤层，位于二叠系下统山西组的下部，层位稳定。其顶板为黑色泥岩或砂质泥岩，老顶为灰色细中粒砂岩，为本区良好标志层；煤层底板为泥岩或砂质泥岩，老底为灰色细中粒长石石英砂岩。二1煤层最大厚度10.12m（井下揭露），最小厚度2.23m（罗采孔），平均厚度7.41m，煤厚变异系数为28.21，煤层可采性指数为100，属稳定煤层（d）。3.构造五环分公司位于太行构造亚区之太行断隆的中部，整体构造形态为一轴向北东45、向北东倾伏的向斜构造形态，两翼基本对称，北西翼地层倾角1525，南东翼地层倾角1025。井田内构造以断层为主，依方向大致可分为NE、NNE两组。据统计落差20m的断层8条，局部落差20m的断层较发育，多成组出现，断层均属于正断层。矿井局部发育陷落柱，无见岩浆岩。该煤矿构造复杂程度为中等。五环分公司主体构造为一倾伏向斜构造，向斜轴走向为N3055E。南北两翼地层基本对称，北西翼地层倾角1525，南东翼地层倾角1025。向斜形态浅、中部由巷道证实，深部由钻孔控制，控制可靠。井田特征以断层为主。据不完全统计，全井田落差在0.8m以上的断层发育有98条，其中落差大于20m的大中型断层8条，全部为NE或NNE向的正断层，为扭性、压扭性断层。五环分公司断层发育南北翼差异较大，南翼断层相对发育，断层条数多，延深距离远。如F01、F02、F03及F41、F40、F401均发育在南翼，且其间发育有落差小于10m的正断层数十条，影响了工作面的合理划分和正常生产。北翼小断层相对较少，多集中在靠近边界断层的工作面（F20、F201），且落差一般小于5m，延伸长度也较短。本矿小断层规模一般是35m的正断层，展布方向与旁侧主体断层方向平行或呈锐角，一般在大断层两侧部位较为发育，且断层密度不均衡，高密度区一般100m距离内有12条断层出现，低密度区一般200m距离左右出现一条断层。根据上述小断层发育特点，预测本矿未采掘区小断层密度区主要分布地带为沿F41、F401断层，沿上盘走向1200m范围内；沿F20断层下盘走向1000m范围内。（预测下限开采深度-600m）五环分公司-450m-600m范围内南翼小断层较为发育，北翼相对不发育。对将来煤层开采会有一定影响，煤矿采区设计和生产中应予以足够重视。4.底板承压含水层危险性分析根据我矿情况，属于底板承压含水层的有奥陶系灰岩承压含水层（2m）、太原群第二层碳酸盐岩岩溶裂隙承压含水层（2t2）、太原群第八层碳酸盐岩溶隙裂隙含水层（2t8）奥陶系灰岩承压含水层（02m）该含水层距二1煤间距为148.21163.9m，平均间距157.71m，2014年112月份，实测2m水位标高变化范围在+118.102m+124.452m（平均+121.277m）。五环分公司已进入延深下山采区采煤，煤层赋存标高-450m-600m。依据煤矿防治水规定要求，突水系数公式如下：式中-突水系数(MPa/m)；p-底板隔水层承受的水压(MPa),7.38.8MPa；M-底板隔水层厚度(m),157.71m。经计算突水系数为0.046MPa/m0.056MPa/m，小于0.1MPa/m。正常构造条件下开采活动不会发生2m含水层突水问题，但要预防通过断层或导水的岩溶陷落柱突水。我矿对落差超过30m的断层均按规定留设有断层防水煤柱，同时仍要加强对井田内小断层的探查和控制。太原群第二层碳酸盐岩岩溶裂隙承压含水层（2t2）该含水层距二1煤间距为106.59117.90m，平均间距110.76m，2014年112月份，实测2t2水位标高变化范围在+97.797m+100.427m（平均+99.112m）。五环分公司已进入延深采区采煤，煤层赋存标高-450m-600m。依据煤矿防治水规定要求，突水系数公式如下：式中-突水系数(MPa/m)；p-底板隔水层承受的水压(MPa),6.68.1MPa；M-底板隔水层厚度(m),110.76m。经计算突水系数为0.06MPa/m0.07MPa/m，小于0.1MPa/m。正常构造条件下开采活动一般不会发生2t2含水层突水问题，但要预防通过断层或导水的岩溶陷落柱突水。我矿对落差超过30m的断层均按规定留设有断层防水煤柱，同时仍要加强对井田内小断层的探查和控制。太原群第八层碳酸盐岩溶隙裂隙含水层（2t8）该含水层距二1煤间距为27.80m39.71m，平均间距33.35m，根据前期C2tL8疏放水工程资料分析，现C2tL8含水层水位标高，延深采区南翼在-597m，延深采区北翼在-600m。采掘过程中不会发生2t8突水问题，不会形成影响安全生产的水害。二、编制目的与依据五环分公司开采煤层为石炭-二迭系煤系地层，矿井的采掘工程将受石炭系灰岩和奥陶系灰岩承压水威胁。经计算，五环分公司采掘头面与承压含水层之间隔水层承受的水头值在安全范围之内，属安全带压开采。但为了加强防范，预防承压含水层向矿井充水，造成灾害，根据煤矿防治水规定要求，编制了预防煤系地层含水层水带压开采安全技术措施。三、矿井充水水源及承压含水层1.地表水本区位于太行山东麓，鹤壁煤田中部。海拨标高216.4m144.2m，相对高差72.2m，属低山丘陵区。西部山区地势较高（最大标高763.5m），寒武（）、奥陶（）系地层广泛出露，井田及以东地区地势渐趋低平，被新近系、第四系地层覆盖。地面流经五环分公司矿井的河流有两条，即：汤泉河和罗村河，汤泉河最大洪流量1280m3/s(1980年8月)，最高洪水位145.96m，低于井口标高(主井井口标高为171.1m，副井井口标高为170.8m，元泉风井井口标高为166.3m，东窑头风井井口标高为166.77m)，现流量为422.64m3/h(204年8月7日测)。罗村河现流量为1172.16m3/h(2014年8月7日测)，河水主要来源为矿井的排水，水位亦低于井口标高；罗村水库与罗村河连接，库容量极小，主要用于农田灌溉。由于两河流流量较小，且地表表土层较厚距煤层又有较多隔水层，故对矿井构不成水害威胁。2.含水层根据以往勘探资料（岩性、结构、富水性、赋存特征等）及二1煤层开采以来的生产实践，将矿井范围内含水层划分成五个，分述如下：奥陶系中统马家沟组碳酸盐岩岩溶裂隙承压含水层（2m）其总厚约400m，位于二1煤下148.21163.9m，平均157.71m，矿区西部广泛出露，补给条件好。该层岩性为厚层状、巨厚层状石灰岩及白云质灰岩，岩溶裂隙发育。奥陶系灰岩广泛出露于井田西部，直接受大气降水的补给，形成丰富的地下水，由西向东流入矿区，以岩溶泉的形式集中排泄区外，在区内则通过断层直接或间接补给2t2、2t8灰岩含水层和二1煤顶底板砂岩（9、10）含水层，构成对矿井的严重威胁。1981年5月16日，井田南部的石林矿遇断层曾发生过奥陶系灰岩突水淹井事故，最大突水量13507m3/h。太原群第二层碳酸盐岩岩溶裂隙承压含水层（2t2）2t2灰岩在本区发育良好，分布稳定，厚度4.1910.74m，平均厚度8.02m，岩溶裂隙发育，含岩溶裂隙承压水。该含水层距二1煤间距为106.59117.90m，平均间距110.76m，距2灰岩平均间距38.66m，距2t8灰岩平均间距80.75m。2t2灰岩出露范围和受水面积很小，仅在井田西部有零星出露，一般水量不大，但由于南翼断层的切割（40、41）可与2m灰岩对接发生水力联系，是二1煤充水的间接充水含水层。太原群第八层碳酸盐岩溶隙裂隙含水层（2t8）2t8灰岩在区内发育良好，分布稳定，厚度3.925.23m，平均4.68m，岩溶裂隙较为发育，含岩溶裂隙承压水。该含水层距二1煤间距为27.8039.71m，平均33.35m，并且有西北向东南逐渐缩短的趋势（向斜轴以北接近40m，向南由35m递减为27.8m）。2t8灰岩是开采二1煤的直接充水含水层，因受40、41、01、02、03断层影响，与2t2、2灰岩含水层发生水力联系而得到较大量补给，呈现水量较大，且不容易疏干的含水特征，从而构成对二1煤开采的主要威胁。根据前期2t8疏放水工程资料分析，现2t8含水层水位标高，延深采区南翼在-597m，延深采区北翼在-600m，对三水平延深下山采区已无影响。二1煤顶底板（山西组9、10及11）碎屑岩孔隙裂隙承压含水层该含水层组由中、粗粒砂岩（9、10、11）所组成，发育较好，层位稳定，属二1煤直接顶底板含水层，含孔隙裂隙承压水。砂岩总计厚度2.8560.11m，平均30.41m。其中二1煤上（10、11）厚1.8546.35m，平均21.37m，二1煤下厚（9）1.0013.76m，平均9.04m。本含水岩组裂隙发育不均，含水量不大，一般情况下易于疏干。但其局部得到2m、2t2、2t8灰岩含水层的补给水量相对较大，持续时间较长。该含水层组对矿井生产虽有不利影响，但构不成水害，随采掘工程揭露而逐渐疏放。新近系、第四系洪积、冲积孔隙裂隙含水组该含水岩组由砂、砾岩（层）组成，覆盖于煤系地层之上，接受大气降水补给，含孔隙裂隙承压水（顶部为潜水）。本含水层组距二1煤顶板的隔水层厚约300余米，因隔水层厚度较大，对二1煤开采无直接影响，是主、副井及两风井水量的主要组成部分。3.隔水层与矿井防水煤柱（1）隔水层本溪组隔水层，由铝土质泥岩、砂质泥岩组成，平均厚度29.39m，该层较厚且稳定，是阻隔2m灰岩与上部含水层联系的良好隔水层。太原组中部隔水层，位于2t2和2t8灰岩含水层之间，由泥岩、砂质泥岩、薄层砂岩、薄层灰岩及薄煤层组成，厚约70m，对阻隔2t2和2t8灰岩之间的水力联系起重要作用。二1煤底部隔水层，由2t8灰岩至9砂岩间的泥岩、砂质泥岩组成，厚约25m，对阻隔2t8灰岩向9砂岩及二1煤充水起一定的隔水作用。二1煤顶部隔水层，由10顶面至第三、四系含水层间的泥岩、砂质泥岩、砂岩组成，厚度超过300m，对防止新近系、第四系含水层向矿井充水起良好的隔水作用。（2）矿井防水煤柱目前矿井主要采掘头面集中在三水平延深采区，F40-1断层位于采区南部，落差140200m，F20断层位于采区北部，落差75110m，两条断层均属于导水断层，严重威胁我矿下山采区安全生产，鹤煤科便200681号文对F20、F40-1矿井断层进行防水煤柱批复，确认防水煤柱留设。由于F01、F02、F03断层落差较大，自然将马庄采区分割成三个块段，为了确保安全生产，鹤煤科便200630号文对F41、F01、F02、F03防水煤柱进行了批复。4.矿井充水因素（1）充水水源大气降水大气降水对矿井涌水量有一定影响，但影响幅度不大，一般不影响矿井的正常生产，且随着矿井开采深度的加大，大气降水对矿井的充水强度将逐渐减弱。地表水本矿井位于太行山东麓，鹤壁矿区中部，海拨标高212.9144.2m，相对高差68.7m，属低山丘陵区。区内的汤河由矿井西部自北而南流过，流量1033.2m3/h（2000年6月28日），东部有罗村河自北向南流过，并形成一小型水库，罗村河最大流量1317.6m3/h（2001年3月9日），2014年五环分公司测量其流量为1140.76m3/h。罗村水库库容量小，河床基底为5080m的新近系粘土，阻水性能较强，使得地表水与基岩地下水不发生水力联系，对矿床开发无影响。地下水依据矿井内突水资料，二1煤顶、底板砂岩（S9、S10、S11）裂隙水和C2tL8灰岩岩溶裂隙水是开采二1煤的直接充水含水层，该含水层地下水可通过构造裂隙、井下放水孔，地面封闭不良钻孔等通道充入矿井。二1煤顶底板砂岩水一般在单元采空区初次放顶后，通过回采工作面或井巷工程揭露构造破碎带及裂隙进入井巷，一般水量不大，且补给量小，容易疏干。C2tL8灰岩水主要通过巷道直接揭露构造裂隙（断层为主）涌出，突水时，初期出水量较大，水压较高，但水量、水压衰减很快。C2tL8灰岩突水点大部分布在南翼地区，且水量较大，而北翼水量相对较小，显示出C2tL8富水的不均一性，且随开采深度延深有下部发生突水时，上部出水点显示出被逐渐疏干的特点。C2tL8灰岩水经长期疏放，水位已降至-600m，现对矿井无威胁。老空水该矿井南翼二水平下部F41断层附近原来的石林矿于1981年5月16日发生大突水（13507m3/h）淹井，估算其附近老空区集水约612966m3，对本矿井F01、F02断层与F41大断层交叉附近开采有一定影响。而本矿井在采掘过程中也形成了一些小范围积水，这些积水区随着矿井开采情况而出现动态变化。老空水是影响本矿井安全的一个重要因素。对于原石林矿形成的有稳定补给水源的老空积水区要按规定留设防水煤柱，严禁进入防水煤柱进行采掘活动。对于本矿采掘过程中形成的积水，必须严格按照“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的基本原则做好探放水工作。（2）充水通道裂隙通道：能够向矿井充水的裂隙包括构造裂隙、人工裂隙和风化裂隙。构造裂隙：这里主要指构造运动过程中生成的断裂裂隙和褶曲轴部的张性裂隙，其中在断层转折部位、断层尖灭端以及褶曲扬起端轴部的裂隙比较发育，往往形成向矿井充水的溃入性通道，它可把不同层理的地下水导入矿井，对矿井安全生产构成较大威胁。人工裂隙：主要指采空区顶板陷落后在其上形成的导水裂隙带，它可把二1煤层顶板岩砂含水层的地下水导入矿井；其次为回采过程中在煤层底板隔水层中形成的扰动破坏裂隙。人工裂隙一般为渗入性通道，充水强度较低，一般不影响安全生产。风化裂隙：该种裂隙对于浅部煤层有一定充水作用，一般将上覆的新生界孔隙水导入矿井。封闭不良钻孔：本区历经多次生产地质勘探，区内施工钻孔多达82个。而封闭不良钻孔有2个，属于溃入性通道，往往对安全生产造成很大威胁。今后在采掘过程中应谨防封闭不良或未封闭钻孔作为导水通道向矿井突水，采掘活动接近封闭不良的钻孔时，首先对其进行注浆加固后，方可进行采掘活动。陷落柱：目前，在矿井范围共揭露陷落柱6处，其中3号陷落柱位于向斜轴东南侧，长50m宽25m，标高-120m；4号陷落柱位于向斜轴西北侧，长50m宽20m，标高-240-260m；5号陷落柱位于向斜轴西北侧，近圆形半径约27m，标高-340m；6号陷落柱位于向斜轴部，长80m寛60m，标高-380m；另外，1、2号陷落柱位于矿井外浅部。陷落柱被上部地层密实充填，无透水现象。-450m-600m勘探钻孔未发现陷落柱，但不能排除其存在的可能性，在开采中应注意探索。四、水害威胁分析1.断层导水性评价井田内以向压性、压扭性正断层为主，落差大于20m的有条。由8485年补勘的29个钻孔统计，钻孔见断层36次，岩芯破碎，冲洗液消耗量除584-12孔为1.35m3h外，其余见断层点消耗量均小于0.3m3h，说明在正常情况下，区内小断层的导水性是微弱的，但在开采过程中，由于矿压及水头压力的作用，可使原不导水的断层转变为导水断层（如二水平南翼中间下山12号突水点）。井田东部40、41使2m与2t2、2t8，2t2与2t8接近或对接，并使其发生水力联系，构成矿井东南部补给边界。但在其间向矿井流通过程中，由于多处受断层切割而受到阻碍，使泾流条件变差，从而出现2t8灰岩含水层突水点水量稳定且不大的情况。矿区北部20、20-1断层导水性较差，钻孔漏失量小（如584-16、584-17孔等），切断了2t8与外界的水力联系，构成井田北部相对隔水边界。另外，受构造控制，井田南部断层发育，二1煤层距2t8灰岩含水层间距相对较小，岩溶裂隙发育，加之2t8通过断层与2t2灰岩对接，充水条件较北翼复杂，给开采带来较大威胁。2.周边小煤矿五环分公司井田内和周边现不存在生产小煤窑。井田内有一个废弃小煤窑为石林煤矿，周边有一个废弃小煤窑为山城煤矿。原山城煤矿于2007年3月已报废回填，回填前该矿经查无水；2007年12月20日对井筒进行了再次回填平整；该矿的采空区与五环分公司相连，经查无水，该关闭废弃小煤窑对五环分公司无水害威胁。按鹤煤五环分公司2006年取得的最新采矿许可证划定的边界，原石林煤矿现位于五环分公司井田之内，该矿于1981年5月16日突水淹井，至今没有恢复，积水量达612966m3。我矿23采区与原石林矿积水区之间留设有防隔水煤柱（批复文件“鹤煤科便200630号文”）。我矿严格执行煤矿防治水规定，现在防水煤柱内无一切采掘活动。3.矿井历年突水概况五环分公司自建井以来，先后发生18次突水，较大的突水有10次（突水量60m3/h），其中2m灰岩一次（邻近的石林矿），2t8灰岩8次，二1煤层顶板砂岩一次。2m灰岩最大突水量13507m3/h（石林煤矿），2t2灰岩最大突水量79.8m3/h（2105煤柱顺槽），2t8灰岩最大突水量1210m3/h（二水平南翼中下山），二1煤层顶板砂岩最大突水量80m3/h。五、排水能力矿井必须建立配套的防排水设施，水泵必须有工作、备用、检修三套，工作水泵应能在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量，备用水泵的能力不小于工作水泵能力的70%，检修水泵能力不小于工作水泵能力的25%。水管必须有工作和备用的两套水管，其中工作水管的能力应能配合工作水泵在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。配电设备应同工作、备用和检修水泵相适应，并能同时开动工作和备用水泵。主、副水仓容积符合要求，并要及时清理，但必须保证一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。六、安全技术措施1.矿地测部门对落差超过20m的断层必须留设断层防水煤柱，防水煤柱的设计必须按照矿井防治水规定的要求，并上报公司批准。2.矿地测部门必须严格坚持“预测预报、有疑必探，先探后探，先治后采”的原则，探明前方地质及水文地质情况，防止突水事故发生。3.矿地测部门要按规定定期收集地面钻孔水位，掌握奥灰、二灰水位动态。4.在矿井受水害威胁的区域，进行巷道掘进前，应当采用钻探、物探和化探等方法查清水文地质条件。矿地测部门应当提出水文地质情况分析报告，并提出水害防范措施，经矿井总工程师组织生产、安监和地测等有关单位审查批准后，方可进行施工。施工过程中矿地测部门要利用各种手段探明施工地点附近断层的走向、落差及断层导水情况。5、矿井工作面采煤前，应当采用物探、钻探、巷探和化探等方法查清工作面内断层、陷落柱和含水层（体）富水性等情况。地测机构应当提出专门水文地质情况报告，经矿井总工程师组织生产、安监和地测等有关单位审查批准后，方可进行回采。发现断层、裂隙和陷落柱等构造充水的，应当采取注浆加固或者留设防隔水煤（岩）柱等安全措施。否则，不得回采。6.设计部门在巷道设计时，严格按地测部门提供的地质图纸设计，严禁超越断层防水煤柱线，矿井不得以任何理由在防水煤柱内进行采掘活动。7.编制矿井防治重大水害事故应急救援预案，定期进行预案演习，熟练预案流程，协调各部门组织能力。一旦发生突水事故及时通知调度室，调度室要及时通知各水平泵房进入紧急状态并排水抢险，同时通知井下人员迅速按避灾路线撤出。地测科地质人员要迅速到出水地点，察看出水情况、涌水水源及水量大小，并及时向调度汇报，以便有利于调度指挥，抢险救灾。8.矿井必须建立配套的防排水设施，水泵必须有工作、备用、检修三套，工作水泵应能在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量，备用水泵的能力不小于工作水泵能力的70%，检修水泵能力不小于工作水泵能力的25%。水管必须有工作和备用的两套水管，其中工作水管的能力应能配合工作水泵在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。配电设备应同工作、备用和检修水泵相适应，并能同时开动工作和备用水泵。主、副水仓有效容积符合要求，并要及时清理，但必须保证一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。9.三水平延深采区采掘头面出水后，调度室要及时通知各水平泵房进入紧急状态并排水抢