鑫泰煤矿探放水设计及安全措施.doc

郑宏鑫泰（新密）煤业有限公司探放水设计及安全技术措施二O一一年九月第一节 矿井水文地质条件分析一、地层井田煤系地层被第三系及第四系覆盖，含煤地层有石炭系、二叠系，主要开采煤层为二1煤，位于下二叠统山西组内，根据地表出露及本矿井巷道揭露情况，结合该矿井田和临近矿区钻孔资料，现就于煤层有关的地层自下而上（由老至新）的顺序叙述如下：1、奥陶系（O)：矿区内未揭露该地层，据区域资料，本区内缺失上奥陶系（O3）。中下奥陶统岩性为厚层、巨厚层石灰岩，其次为白云质灰岩、泥灰岩及角砾状泥质灰岩等，底部为灰黄色薄层状泥灰岩，该组厚6085m，平均7Om。2、石炭系（C)中石炭统本溪组（C2b），自奥陶系灰岩顶到一1煤底，厚4.8624.75m，平均厚11.48m，为青灰色铝质泥岩，含红色铁质、及菱铁矿结核，具鲡状、豆状结构。极不稳定，属滨海相沉积地层。上石炭统太原组（C3t），自一1煤底至L9石灰岩底厚52.3284.19m，平均67.39m ，由下而上分为三段。（1）下部灰岩段：自一1煤层底至L4灰岩顶、由L1L4四层灰岩和砂质泥岩、细砂岩及一1一4四层煤组成，该段厚13.0136.32m，平均24.84m ，一1煤局部可采。（2）中部砂质岩段：自 L4灰岩顶至 L7灰岩底，厚5.9645.4m ，平均 27.25m ，由灰色、深灰色泥岩、砂质泥岩、细中粒砂岩、L6灰岩及薄煤组成。L5灰岩及一5一7煤不稳定均不可采。（3）上部灰岩层段：自L7灰岩底至 L9灰岩顶，厚7.2921.76m，平均15.96m 。由深灰色隐晶质灰岩、泥岩、砂质泥岩及两层不稳定煤岩组成。L7L9三层灰岩， L7灰岩稳定，厚3.4816.64m ，平均9.27m ，一8、一9两层煤均不可采。3、二叠系（P）山西组（Px）,自L9灰岩顶至大占砂岩顶的含煤和砂岩段：该段厚 80m 左右，下部为砂岩、砂质泥岩，为二1煤层的底板，中部为二1煤层，赋存稳定，全区可采。上部为灰色中细粒砂岩层，层面富含炭质、白云母片及泥质包裹体，钙质胶结，层位稳定，为二1煤的老顶板，是良好的标志层。下石盒子组（PXl)，厚85m左右为非含煤地层，主要由砂岩、泥岩、页岩组成。下中部为砂岩、泥岩，上部为砂质泥岩属远海型陆相沉积。上石盒子组（PS2)，厚度 150m左右。由灰色、灰白色、灰绿色细粒砂岩及灰紫、灰青、深灰色泥岩、砂质泥岩组成。4、第三系（N2)由黄褐色、综红色泥岩及灰色砾岩组成。厚度91.6179.0米,平均124.9m，与下伏地层呈角度不整合接触。5、第四系（ Q )由马兰黄土（ Q3）和类黄土（ Q2）组成。底部含薄层砾石。在山岗地带分布不稳定，厚度0.249.3m 平均 17m左右。二、构造该矿井田内的地质构造主要以断层为主，影响该井田的主要断层有两条。1 、魏寨正断层：该断层为本井田与芦沟煤矿井田的自然边界，该断层伸展方向近 EW 向，区内伸展长度 150Om ，倾向北，倾角 6570，落差大于 200m，区内对该断层控制较严密。2、魏寨南正断层：该断层位于鑫泰井田的南部，伸展方向 NE82，大致与魏寨断层平行，区内伸展长度 2200m ，倾向 S8E ，倾角 6570，落差 200220m ，区内对该断层控制较严密。受两断层的影响，可能会产生派生小断层，生产过程中应加强地质工作。区内无岩浆岩出露。三、水文地质1、主要含水层根据地层时代，岩性及富水程度，矿区内共划分五个含水层组和四个隔水段。（1）奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层；为灰色、浅灰色隐晶质灰岩，据钻孔揭露厚度52.29m，裂隙岩溶不甚发育，且被方解石脉充填。水位标高+176.12m。（2）太原组下段灰岩岩溶裂隙承压含水层：由L1L4灰岩组成，裂隙不发育，局部较破碎，水位标高+186.2m。（3）太原组上段灰岩岩溶裂隙承压含水层：该层为二1煤底板直接充水含水层，由L7L9三层中厚层灰岩组成，层位稳定。水位标高+174.98+178.05m。（4）二1煤层顶板砂岩孔隙裂隙承压含水层：砂岩为细粒砂岩，系指二1煤以上60m范围内的灰色中细粒或中粗粒砂岩，局部裂隙发育，被方解石脉充填，为二1煤层顶板直接充水含水层，是弱的裂隙承压含水层，正常情况下，对开采二1煤层影响不大。（5）第三、第四系砂、砾孔隙含水层：第三系为白色、浅灰色泥灰岩，裂隙不发育，局部有溶洞，地表蜂窝状空洞发育。第四系为黄土状亚粘土和黄土状亚沙土，底部含钙质结核与透镜状碎石层，与第三系水有直接联系。2、隔水层（1）本溪组铝质泥岩隔水层，位于奥陶系灰岩含水层之上，主要为灰白色铝质泥岩，厚4.8624.7m，平均11.48m，隔水性好。（2）太原组中部砂泥岩隔水层：系指L4L7之间的泥岩、砂质泥岩，厚5.9645.4m，平均24.55m，该层位于太原组上、下段灰岩含水层之间，隔水性能良好。（3）二1煤底板隔水层；系指二1煤底板至L8灰岩顶的泥岩、砂质泥岩，细、粉砂岩等。一般厚10m左右。须指出的是，该层局部较薄或被断层切割，隔水性差，因此开采二1煤层时要特别注意其造成的水患。（4）二叠系中、上段砂泥岩隔水层：系指二1煤上60m起到上部基岩剥蚀面的二叠系上、下石盒子组。主要包括泥岩、砂质泥岩、细砂岩等，能有效隔阻地表水、浅层地下水进入矿井。3、矿床充水因素分析（1）目前矿井水主要充水来源于大气降水和地下水。-150m以浅主要为顶板水，-150m以深主要为底板水，水量较大。二1煤层为以底板岩溶裂隙充水含水层为主，单位涌水量虽然小于0.11L/s.m，但断层发育，断层导水性不清，水文地质条件应为中等。矿区水文地质勘查类型属三类二亚类二型，即以底板岩溶裂隙充水含水层为主的水文地质条件中等类型的矿床。（2）充水通道：矿区内的断层、裂隙和封孔质量差的钻孔都有可能成为矿井涌水通道，断层为主要涌水通道；其次当二1煤层底板水压力增大，隔水层较薄时，会引起底鼓突水；在裂隙发育处，突水事故发生的可能性就会增大。（3）矿井涌水量鑫泰矿位于任岗井田北部，本井田内主要含水层为顶板砂岩弱含水层、石炭系上段薄层灰岩含水层、石炭系下段薄层灰岩含水层、奥陶系厚层灰岩强含水层。其中与煤层相近的石炭系上段薄层灰岩含水层水位标高在1984年为+174+178m，到2005年降为+105m，任岗矿与鑫泰矿在矿井开拓工程中发现石炭系上段薄层灰岩在本区几乎不含水。鑫泰矿一九九七年投产至今，对计算区块有影响的采空区面积为19800m2，采空区高程为-95150m，矿井涌水量为每小时40m3，水量稳定，跟大气降雨和底板岩溶水无发现有相关性，主要充水水源为 顶板砂岩水。相邻的任岗矿十多年生产情况与鑫泰矿情况相一致，采空区面积为506400m2，采空区高程为-50-260m，矿井涌水量为每小时135m2，水量稳定，与大气降水及底板岩溶水无相关性，该矿井充水水源为顶板砂岩水。根据以上矿井水文地质情况，河南省煤炭地质勘察研究院用比拟法进行预算，这次技改设计，设计开采水平-230m水平开采区块正常涌水量为129.2m3/h，最大涌水量为207m3/h。第二节探放水设计及安全措施根据“有掘必探，先探后掘，先治后采”的原则，制定本安全技术措施。一、探放水原则及出水预兆1、探放水原则“有掘必探、先探后掘，先治后采”是防治水害的基本原则。凡是新开拓的区域和受水害威胁的地区，都必须坚持这一原则。遇到下列情况都必须探水掘进。矿井新开拓区域或新布置的巷道。接近含、导水断层、溶洞和导水陷落柱时。打开隔离煤柱放水时。接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等连通的断裂构造带时。接近有出水可能的钻孔时。接近有水的灌浆区时。受底板强承压含水层威胁的采煤工作面。接近其它可能出水（突水）地点时。2、工作面出水预兆煤壁挂汗：温度下降，空气变冷，雾气产生；煤层发潮、暗沉沉有害气体增高，呼吸困难，头痛；顶、地压加大，底板鼓起并有渗水、淋水；出现压力水流并有“嘶、嘶”水叫声；巷道挂红，有异味等出水预兆情况，必须立即向矿调度室汇报撤出人员等候处理。二、探水钻孔设计1、因运输下山、清仓平巷及轨道下山均布置在岩层中，故主要预防顶板砂岩水及底板的砂岩水，因而布置三组钻孔，每组钻孔2个，共计6个钻孔。（详见钻孔布置图）2、每个钻孔的套管长度不小于10m。3、预计前方有带水压的含水层时，探水孔必须安设套管。孔口套管必须用封孔剂固孔，而且必须进行耐压试验，耐压试验不小于4MPa，稳定时间不小于30分钟。4、对水压高于1 MPa且水量较大的积水或强含水层进行探放水时，孔口应安设防喷逆止阀。5、探得水压高于2MPa、水量大于60m3h，需长期保留时，孔口应使用双水门，下门备用。三、钻机安装规定：1、加强钻场附近的巷道支护，并在工作面迎头打好坚固立柱和挡板。2、清理巷道挖好排水沟，探水钻孔位于巷道低洼处时，必须配备与探放水相适应的排水设备。3、在打钻地点或附近安设专用电话。4、测量和探放水人员必须亲临现场，依据设计，确定主要探水孔的位置、方位、角度以及钻孔数目。四、探放水施工中的技术要求（一）探水技术要求1、钻进时应准确判别煤、岩层厚度并记录换层深度。2、钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等现象时，必须立即停钻，记录其孔深并同时将钻杆固定。要立即向矿调度室汇报，及时采取措施，进行处理。3、钻进中发现有害气体喷出时，应立即停止钻进、切断电源，将人员撤到有新鲜风流的地点。立即报告矿调度室，采取措施。4、钻孔内水压过大或喷高压水时，应采用反压和防喷装置的方法钻进，应有防止孔口管和煤(岩)壁突然鼓出的措施：5、背紧工作面，在拦板外面加设顶柱或木垛，必要时还应在顶、底板坚固地点砌筑防水墙，之后方可放水。6、对于水压大于2MPa，中间要穿过煤层的探断层水钻孔，在打穿断层或含水层前，还应下第二层孔口管并超过煤层1 m以上。7、在探水孔施工中，见到含水层、断层、陷落柱和积水区之前，应停止钻进，安好水门后再继续钻进。8、遇高压水顶钻杆时，可用立轴卡瓦和逆止阀交替控制钻杆，使其慢慢地顶出孔口，操作时禁止人员直对钻杆站立。9、应做到交接班时不停钻。10、探放断层水的探水孔终孔后，孔内有水应进行放水试验。孔内无水时应选择一个孔进行压水试验，检验断层隔水性能；压力一般应略大于断层所承受的静水压力。11、探放水钻孔，完成探测任务后必须全孔注浆封闭，并做好封孔记录。（二） 放水的技术要求1、钻孔探到水后，要观测水压、水质、水量和估计积水量或补给量。根据矿井排水能力及水仓容量，决定是注浆堵水还是放水。控制放水孔的流量或调整排水能力，并清理水仓、水沟等。2、煤层顶板有含水层和水体存在时，应当观测“三带”发育高度。当导水裂隙带范围内的含水层或老空积水影响安全开采时，必须超前探放水并建立疏排水系统。3、加强放水地点的通风，增加有害气体的观测次数。4、必须监视放水全过程，放水结束后，应立即核算放水量与预计积水量的误差，查明原因。四、探放水安全技术措施1、探水前的安全准备工作 （1）、探水前对排水设备进行彻底检查，探水过程中要有专人维护、保证正常排水。（2）、探水前对水沟、沉淀池进行彻底清理，保持水流畅通。（3）、要有专人对钻场附近的顶板进行检查维护，避免发生冒顶事故。（4）、探水钻场后方必须有安全躲避峒室。（5）、保证钻场的正常通风，并制定专项检查措施。（6）、钻场附近要安装电话，并保持通讯畅通。（7）、明确水害避灾路线，并认真贯彻至施工人员。2、钻机运输、安装的安全措施（1）、运输、安装钻机人员，要互相配合好，防止钻机反倒伤人和挤伤手脚事故发生。（2）、钻场在稳钻前，应清净浮煤。钻场巷道支护要符合质量要求，禁止有空帮、空顶现象。钻机要稳牢、稳平，底座垫上底木梁，钻机稳固在底木梁上，四角要大好四根立柱，并用铁丝联在一起。将钻机稳定牢固后，方准开钻。（3）钻具应统一放在钻场内，禁止在巷道内乱放。3、钻机操作的安全措施。（1）、钻工上岗前，必须经过培训，学习作业规程并持证上岗。（2）、钻孔必须严格按设计的方位、角度、深度施工，严禁私自变更钻孔参数。（3）、钻孔施工期间，必须有专职瓦斯检查员随时检查钻孔、钻场瓦斯，若瓦斯达到1 %，应立即通知停钻撤人。 （4）、操作钻机人员，要由班组长或有经验的工人担任，另一人跟前监护。钻机操作按扭，应设在距司机工作处不超过0.5m的地方,确保能及时停送电。 （5）每班开钻前，钻机要先试正、反转