副斜井探放水设计及安全技术措施.doc

普定县雷家桥煤矿副斜井探放水设计及安全技术措施编 制：生产矿长：机电矿长：安全矿长：总工程师：矿 长：编制日期：二0一一年二月二十六日第一节 矿井水文安全条件分析一.地形地貌矿区地貌属侵蚀、溶蚀低中山，地势总体上东部高，西部低，海拔标高为1423.31295.0m，最大相对高差为128.3m，岩体部分裸露，地形坡角525，一般815，有利于地表水排泄。矿区内地表无大的河流及水体，仅有二条季节性小溪沟，流量随季节及降水变化，有时暴涨，有时断流。二.矿区地层含、隔水性现对矿区各地层富水性简述如下（由下至上）： a.二叠系上统峨嵋山组（P3）弱含水层位于煤系底部，出露于井田南部外围，形成裸露及半裸露的中山，为绿灰色、深灰色玄武岩玄武质火山角砾岩，夹少量灰岩、燧石灰岩、砂岩、页岩。地下局部发育裂隙，大气降水容易通过地表渗入裂隙中,但随深度加深，裂隙减弱，因此属基岩裂隙含水层，含水性较弱。 b.二叠系上统龙潭组(P3l) 弱含水层地层出露于整个矿区，岩性以细砂岩、粉砂岩、石灰岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩等为主，夹数层煤层。该组平均厚度约350m。龙潭组以碎屑岩为主，岩石含泥质成分多，抗风化能力弱，露头区有较厚的强中风化带，易渗入大量大气降水，含浅层风化裂隙潜水，越往深部，岩石裂隙发育程度减弱，岩石含水性相应降低，仅含微弱基岩风化裂隙水和构造裂隙水，为相对隔水层，富水性弱。在龙潭组地层中共发现4处泉井，流量2.5 m3/h5.0m3/h。 c.二叠系上统长兴大隆组(P3c+d)中等含水层岩性以燧石灰岩、灰岩为主，上部为砂质泥岩及灰岩透镜体，全组厚约3035m，岩溶裂隙发育，含较丰富的岩溶裂隙水，但出露于矿区西部，出露面积小，为中等含水层。d.三叠系下统夜郎组（T1y）中等含水层为灰、灰白色薄至中厚层隐晶质灰岩夹鲕状及角砾状灰岩、泥灰岩泥质粉砂岩、粉砂岩及杂色页岩和砂质页岩，分布在矿区北西。中、下部地层灰岩遭受风化作用和岩溶作用较强烈，岩溶裂隙发育，含较丰富的岩溶裂隙水，为中等含水层。上部及底部富水性弱，为相对隔水层，出露矿区西北及东北地区。e.第四系(Q)弱含水层以坡积、冲积、残积物为主，分布于沟谷及缓坡平台之上，主要为风化的粘土、亚粘土、砂土及碎石等，仅含微弱孔隙潜水。总体上该层为孔隙弱含水层。三. 矿井充水因素 A.充水水源1) 地表水矿区内地表有二条溪流，其流量受降雨量控制，雨季流量暴涨，旱季流量较小，有时甚至断流，溪流最低标高+1291m采矿到此溪流时，溪流水将沿着采动裂隙或断裂渗入矿井，对矿井涌水有较大影响。为矿井开采的直接充水水源。 2) 龙潭组基岩裂隙含水层该组主要为碎屑岩，富水性总体弱，由于矿井断层较多，在构造裂隙带及应力破坏影响的地段，含水量相对会较大，矿床开采到这些地段，矿井出水量会比正常出水量增大。该组为煤矿床开采的直接充水水源。3) 采空区积水雷家桥煤矿已经过10余年的开采，已形成一定规模的采空区。由于龙潭组以砂、泥岩为主，深部风化裂隙弱，起一定的隔水作用，使采空区易形成积水。4)长兴组+大隆组（P3c+P3）含水层水矿区煤层顶板有长兴、大隆灰岩含水层水，可由采矿冒落裂隙导入矿井，尽管其出露面积小，但仍为煤矿床开采的直接充水水源。但矿区未出露，对矿井无影响。 5）峨嵋山组（P3）含水层水峨嵋山组（P3）玄武岩为基岩裂隙含水层水，由于距离开采煤层较远，涌入矿井的的可能性小。6)夜郎组（T1y）含水层水该含水层位于长兴组+大隆组（P3c+P3）含水层水之上，地下水类型中下部以溶隙水为主，上部及底部富水性弱，为相对隔水层，可通过裂隙或断裂涌入矿井，成为矿井的充水水源。由于距煤层较远，对矿井的充水影响小。B.充水通道1）岩石天然节理裂隙矿区内的直接充水的龙潭组含煤地层在接近地表附近，岩石风化节理、裂隙很发育，而深部发育成岩或构造节理、裂隙，它们是地下水活动的通道，并沟通上覆含水层与含煤地层的水力联系。2）人为采矿冒落裂隙采煤活动产生大量的采矿裂隙，可采煤层的顶板和底板均为软弱岩组，矿井及采空区易坍塌，地压对围岩破坏严重，易诱发突水通道。3）老窑采空区矿区内老采空区，其废弃采面或巷道会成为老窑水、采空区积水、部分地表水进入矿井的通道。4）断层破碎带矿区内断层发育，由于断层的破坏，使各含水层间产生水力联系，加之采动影响，使之成为矿井水的充水通道。C.充水方式由于矿井直接含水层接受大气降水补给不强，为中等弱含水层，充水通道主要以岩石原生和采矿节理、裂隙为主，规模一般较大，少量为老窑、采空区巷道、断层破碎带，岩溶管道导水，因此目前矿井充水方式主要以渗水、滴水、淋水为主，但若遇岩石裂隙或断裂与矿区内地表溪流导通，溪流水有沿裂隙或断裂突入矿井的可能性，另外，在原老空区附近及其下开采煤层时，存在采空区积水及岩溶水突水的可能。D.地表水、地下水动态变化本矿缺少水文地质资料的积累，难以作出较准确的地表水、地下水动态变化预测，经调查访问，矿井涌水量明显受大气降水的影响，雨季矿井涌水量明显增大，但有滞后特点，本矿一般降雨后2-4日矿井涌水量有明显增加，增加的幅度和降雨强度和时间有关，地下水受地表降雨及溪流的影响明显。四.水文地质类型综上所述，开采区位于本区侵蚀基准面之上，直接充水水源为龙潭组、峨嵋山组玄武岩基岩裂隙水和长兴大隆组岩溶裂隙水及地表溪沟水，本矿区属于裂隙-岩溶充水矿床，水文地质条件中等。五.涌水量预计由于雷家桥煤矿无专职地质工作人员，矿井水文地质资料积累较少，未收集到系统的矿井涌水量资料。据雷家桥煤矿提供的涌水量资料，现矿井最大涌水量15m3/h，正常涌水量8m3/h，矿井已开采面积约为252324m2。采用水文地质比拟法，根据公式Q预=Q0预测矿井涌水量。式中：Q预：预测涌水量(m3/h)；Q0：现矿井最大或正常涌水量(m3/h)；S0：现开采平面积(m2)S1：预测范围的面积(m2) (各水平充分采动后的最大平面积)+950m水平涌水量预计：最大涌水量：Q预最1 =Q0=15=34.1(m3/h)正常涌水量：Q预正1=Q0=8=18.2(m3/h)全矿井最大涌水量Q预最为34.1(m3/h)，正常涌水量Q预正18.2(m3/h)。六. 矿山开采中可能发生的主要水文地质问题 由于岩溶含水层及原老空区的存在，矿山开采过程中存在岩溶含水层及老空区突水的可能。 由于矿区煤层埋深小于安全深度，煤层顶板冒落裂隙带可能扩展到地面，或者地应力场、地下水流场的改变使断层破碎带导水性增强，使地表水、地下水与矿坑沟通，未来矿井开采可能引起水塘、沟溪渗漏甚至疏干水塘水、沟溪水，也可能引起局部地下水位下降，造成井、泉流量减小甚至疏干。矿区内地表有二条溪流流量随降水的大小而变化，目前开采情况来看，矿井开采对溪流未造成影响，但随着开采深度的下降，存在溪流水沿裂隙或隐伏断裂涌入矿井造成突水的可能性。第二节 副斜井探放水设计及安全技术措施1、探放水原则1）必须坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘，先治后采”的十六字方针，还必须做到“有疑必停”的探放水原则。接近积水地区掘进或排放被淹井巷和积水前，必须编制探放水设计，并采取防止瓦斯和其它有害气体危害等安全措施。副斜井开口布置在K15号煤层露头，沿K15号煤层底板掘进，该斜井距离老系统K16号煤层采空区较近，为防止测量与图纸误差，副斜井在掘进过程中必须做到“有掘必探”。探水眼的稀密布置和超前距离，应根据水头高低、煤（岩）层厚度和硬度以及安全措施等在探放水设计中具体规定。2）掘进工作面遇到下列情况之时，必须确定探放水线进行探水：（1）接近水淹或可能积水的井巷、老空区或相邻煤矿时，井巷出水点位置，有积水井巷及采空区的积水范围、标高和积水量，必须绘制在采掘工程平面图上。在水淹区域应标出探水线的位置。掘到探水线位置时，必须探水前进。（2）有与溶洞、含水层及与之有水力联系的导水断层、裂隙（带）、陷落柱时，必须查出其位置，并按规定留设防水煤柱。巷道必须穿过上述构造时，必须探水前进。如果前方有水，应超前预注浆封堵加固，必要时预先建筑防水闸门或采取其他防治措施。3）探放水注意事项：安装钻机探水前，要遵守下列规定：a加强钻场附近的巷道支护，并在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板。b.清理巷道，挖好排水沟。探水钻孔位于巷道低洼处时，必须配备与探放水量相适应的排水设备。c.在打钻地点或附近安设专用电话。d.测量和防突人员必须亲临现场，依据设计，确定主要探水孔的位置、方位、角度、深度以及钻孔数目。（2）预计水压较大的地区，探水钻进之前，必须先安好孔口管和控制闸阀，进行耐压试验，达到设计承受的水压后，方准继续钻进，特别危险的地区，应有躲避场所，并规定避灾路线。（3）钻孔内水压过大时，采用反压和有防喷装置的方法钻进，并有防止孔口管和煤（岩）壁突然鼓出的措施。（4）钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中的水压，水量突然增大，以及有顶钻等异状时，必须停止钻进，但不得拔出钻杆，现场负责人员应立即向调度室报告，并派人监测水情，如果发现情况危急时，必须立即撤出所有受水威胁地区的人员然后采取措施，进行处理。（5）探放老空水前，首先要分析查明老空水体的空间位置、积水量和水压。老空积水区高于探放水点位置时，只准用钻机探放水，探放水孔必须打中老空水体，并要监视放水全过程，核对放水量，直到老空水放完为止。钻孔接近老空，预计可能有瓦斯或其他有害气体涌出时，必须有瓦检查员或矿山救护队员在现场值班，检查空气成分。如果瓦斯或其他有害气体浓度超过规程规定时，必须立即停止钻进，切断电源，撤出人员，并报告矿调度室，及时处理。（6）钻孔放水前，必须估计积水量，根据矿进排水能力和水仓容量，控制放水流量；放水时，必须设专人监测钻孔出水情况，测定水量、水压、做好记录。若水量突然变化，必须及时处理，并立即报告矿调度室。（7）排除下山的积水以及恢复被淹井巷前，必须有矿山救护队检查水面上的空气成分，发现有害气体，必须及时处理。排水过程中，如有被水封住的有害气体突然涌出的可能，必须制定安全措施。2、探放水设计、探水钻孔应保持适当的超前距、帮距和密度。探水工作采用“探水掘进探水”方式进行，探水钻孔为巷道掘进探明一段安全距离后，巷道允许掘进一段距离，然后再探再掘，确保掘进安全。a.超前距：为探水钻孔终孔位置应始终超前掘进工作面的一段距离，一般采用20mb.钻孔密度（孔间距）：指允许掘进距离终点横剖面上，探水钻孔之间的间距，一般不超过3m，以免漏掉积水区，本矿可取2m。C.帮距：为使巷道两帮与可能存在的水体之间保持一定的安全距离，即呈扇形布置的最外侧探水孔所控控制的范围与巷道帮的距离，其值与超前距相同，取20m。D.煤层平巷钻孔布置：主要是探巷道上帮小窑老空水，钻孔呈半扇形布置在巷道上帮。薄煤层一般布置3组，每组布置12个孔；厚煤层一般布置3组，每组不少于3个孔。由于本矿属于中厚煤层，故钻孔布置3组，每组3个孔，钻孔之间的夹角为8.5。、倾斜煤层下山巷道钻孔布置：钻孔呈扇形布置在巷道前方，薄煤层一般布置5组，每组1-2个孔。厚煤层一般布置5组，每组不少于3个孔，且每组钻孔至少有一孔见顶或底。本矿属于中厚煤层，故钻孔布置5组，每组3个孔，钻孔水平及倾斜之间的夹角为8.5。、副斜井钻孔布置成扇形，每组3个，超前距控制20m，循环进行。3、探放水设备型号及数量配备ZDY650煤矿用坑道钻机、KHYD140煤矿岩石钻机各一台。4、探水措施1）探水起点若本矿井造成的水灾清楚，压力不小于1MPA时，探水线至积水区的最小距离：煤层中不小于30米，岩层中不小于20米；造成的水灾不清楚时，探水线至推断积水区的距离不小于60米。2） 掘进巷道附近有断层或陷落柱时，探水线至承计煤柱线的距不小于60米。3） 副斜井的掘进控制20m的超前距离。2、钻孔深度及超前距离探水钻孔眼底至掘工作面的距离不得小于20米的超前距离（薄煤层不得小于6米，岩层中不得小于510米），钻孔深度一般在40米左右（如此一次打孔后，可连续采掘2030米）。布置方式见探水钻孔的超前距、帮距和允许掘进距离示意图。3）钻孔直径从既探、排有效，双能防止冲垮煤壁和放水过大的原则出发，孔径不大于70mm为宜。4）钻孔布置与孔数（1）老塘探水：探后掘进停掘处的钻孔眼距不得超过3米，以防漏探。（2）探断层水：开孔位置必须在放水煤柱外和断层应力影响带以外，以防止煤岩破碎出水后，不易控制。（3）钻孔个数以保证必要的密度为原则，一般不得少于3个。4、探放水的安全措施（1）探水前加固探水工作区支架，背好帮顶，以免压力冲垮煤壁和支架。（2）清理巷道，保证安全撤退路线畅通无阻；（3）保证水沟