煤矿带压开采安全技术措施

煤矿带压开采安全技术措施煤矿带压开采安全技术措施 一 矿井地质及水文地质概况 1 矿井地质概况 告成井田位于颖阳 芦店向斜的南翼东段 处在北西向的 嵩山与五指岭平移断层之间 大部地段受到了芦店 大金店滑动 构造的影响 井田东南部大致以石淙河断层 郜 f1 为界 北部以翟 门断层 郜 f5 为界 东北部始于一 1 煤层露头 告成煤矿主要开采煤层为二叠系山西组二 1 煤层 煤层平 均厚度为 4 86m 煤层顶板大部分为滑动构造 滑动构造上盘 位于朝阳沟背斜的南翼 基本为一单斜构造 以朝阳沟河为界 以东地层呈北东走向 倾向北西 倾角 8 32 与下盘地层产 状基本一致 朝阳沟河以西 地层走向近东西 倾向南偏西 地层倾角 10 49 与下盘地层相对而倾 因受滑动构造影响 告成矿地质构造较为复杂 据勘探资 料显示本井田落差大于 100m 的断层 3 条 50 100m 的 1 条 30 50m 的 1 条 小于 30 m 的 12 条 25 采区目前新发现落差 介于 5 20m 的断层 3 条 对煤层开采影响较大 2 矿井水文地质概况 告成井田位于颖阳 芦店向斜东段登封 告成水文地质区 该单元南北分别以箕山 嵩山两分水岭为界 西部和东北部分 别以颖河与白降河 双洎河分水岭为界 从构造上为一不对称 向斜 南翼地层出露完整 北翼被月湾断层破坏 构成阻水边 界 据现有资料分析 告成煤矿二 1 煤层主要为底板太原组上 段灰岩岩溶充水及二 1 煤层顶板滑体构造破碎带及上覆碎屑岩 类含水层的孔隙 裂隙水 各含水层以缓慢渗入为主 并且动态 补给水量不够充分 随着埋深的增加补给条件变差 富水性变 弱 因此告成煤矿顶 底板含水层虽有一定的补给水源 但补 给条件一般 告成煤矿二 1 煤层底板承压含水层为石炭系太原组 l7 8 灰岩 l1 4 灰岩 l5 6 灰岩不稳定 o2 灰岩含水层 其中 l7 8 灰岩含水层为煤层底板直接充水含水层 厚度 0 23 48m 平均厚度 8 55m 距二 1 煤层平均为 11 4m 岩溶 裂隙发育不均匀 富水性强 联通性差 补给水源不足 易疏 干 对矿井开采影响小 通常是矿井的疏放对象 l1 4 灰岩含水层 厚度 13 51 31 82m 平均厚度 22 09m 该含水层富水 导水性强 为一 1 煤层顶板直接充水 含水层 距二 1 煤层底平均 50 03m 为二 1 煤层底板间接充水 含水层 o2 灰岩含水层最大厚度 48 50m 距二 1 煤层平均为 81 62m 岩溶裂隙发育 富水性好 连通性较好 为矿井间接 充水含水层 是矿井充水主要的补给水源 目前我矿有 3 个 o2 水文观测孔 井 3 不能正常观测 其 中井 1 井 2 水位标高为 168m 159 5m 矿井采掘最低标高 为 600m 远低于 o2 水位 因此属于承压水带压开采 自告成矿建矿以来 建井十年来矿井平均涌水量为 665m3 h 近三年来平均涌水量为 937 6m3 h 最大矿井涌水量 为 1121 7m3 h 原因是由于我矿加强顶板水疏放工作 造成近 三年平均矿井涌水量偏大 涌水水源的构成 从 1999 年建矿前三年主要是 l7 8 灰岩 水 随着人为对顶板水合底板 l7 8 灰岩水的疏放 顶板水所占 比例逐渐增大 2004 年以后顶板水约占 60 l7 8 灰岩水约占 30 l1 4 灰岩水约占 10 据矿井开采资料统计 建井以来底板含水层突水 27 次 最大突水 810 m3 h 2004 年 10 月 9 日 2007 2009 年矿井 突水 4 次 全部为顶板突水 二 二 1 煤层 带压开采 可行性计算 根据上述对矿井水文地质条件分析 依据 煤矿防治水规 定 下面对 l1 4 灰岩含水层进行带压开采评价 一 安全隔水层厚度和突水系数计算公式 1 安全隔水层厚度计算公式 该公式适用于掘进工作面 式中 安全隔水层厚度 m 底板隔水层的平均抗拉强度 mpa 取 4mpa l 巷道底板宽度 m 底板隔水层的平均重度 mn m3 取值为 0 0265 mn m3 p 底板隔水层承受的水头压力 mpa 根据 煤矿防治水规定 之规定 以上式计算出的安全隔 水层厚度 与矿井实际隔水层厚度比较 1 实际的底板隔水层厚度大于安全隔水层厚度 则可 认为是安全的 一般可正常采掘 但在岩石破碎地段 要采取 一定的安全措施 2 实际的底板隔水层厚度小于安全隔水层厚度 则可 认为是不安全的 要保证安全生产 必须采取安全措施 2 突水系数计算公式 式中 t 突水系数 mpa m p 底板隔水层承受的水头压力 mpa m 底板隔水层厚度 m 计算实际突水系数值 t 与本矿区临界突水系数值 t 临进行 比较 根据 煤矿防治水规定 在具有构造破坏的地段临界 突水系数值 t 临取 0 06 mpa m 正常块段 t 临取 0 01 mpa m 二 根据以上公式分别计算 t t 1 参数确定 二 1 煤底板以下主要隔水岩性多为泥岩 砂质泥岩及砂岩 结合现有开采情况 依据 告成煤矿地质报告 公式中主要参 数分别为 t 实 实际隔水层厚度为 50 03m 取本矿区隔水层平均厚 度 kp 煤层底板隔水层平均抗拉强度 0 4mpa l 分别为 5 0m 巷道宽度 h 实 取 600 50 03 168 8 18mpa 矿井最低开采标高 为 600m 取底板隔水层岩石平均容重 0 0265mn m3 m 底板隔水层实际厚度 m 同 t 实 1 掘进巷道 t 计算 1 安全隔水层厚度计算 当在二 1 煤层中掘进时 l 取 5 0m h 实取 8 18mpa t 实 50 03m 代入公式 1 计算得 t 5 02m t 实 50 03m 当在 l7 8 灰岩中掘进时 l 取 5 0m h 实取 8 18mpa t 实 32m 代入公式 1 计算得 t 5 02m t 实 32m 符合第 种情况 即巷道掘进是安全的 2 采煤工作面 突水系数 t 计算 矿井二 1 煤开采最低标高为 600m p 取 8 18mpa m 50 03m 代入公式二计算得 t 0 164 mpa m 根据 煤矿防治水规定 和郑州矿区实际生产经验 该系 数大于 0 1mpa m 存在突水危险 再根据公式二进行反算 结果如下 当 t 0 06mpa m 时 p 3 002 mpa 根据 煤矿防治 水规定 即开采 82 17m 标高以上的二 1 煤层 比较安全 基 本不受底板水的威胁 当 t 0 1mpa m 时 p 5 003mpa 根据 煤矿防治水 规定 即开采 282m 标高以上的二 1 煤层时 存在突水危险 在 282 82 17m 标高之间的正常块段开采二 1 煤层时 受突水 威胁不严重 当 t 0 1mpa m 时 p 5 003mpa 开采 282m 标高以 下二 1 煤层时 严重受水害威胁 三 结论 通过以上论述和计算结果 结合 l1 4 灰岩和 o2 灰岩的水 文地质特征 结合我矿水文地质类型等区域水文地质条件 按 照 煤矿安全规程 第 269 270 271 272 条以及 煤矿防治 水规定 第 72 73 74 75 76 77 78 79 条的规定 综合 分析后认为 1 对 l7 8 灰岩 在采掘过程中采取施工疏水巷及疏水钻 孔 尽快疏放 l7 8 灰水 2 对 l1 4 灰岩和 o2 灰岩强含水层 由于水头较高 水 压较大 因此治理时应以堵为主 即通过底板超前预注浆改造 来充填构造和岩溶裂隙 增加隔水层的厚度和抗压强度 从而 达到防治底板突水的目的 综上所述 虽然 l1 4 o2 灰岩底板高承压含水层均存在 突水可能 但按照 物探先行 钻探验证 先探后掘 先治后采 的原则进行治理 只要设计合理 措施得当 切实贯彻落实到 位 不仅能满足安全生产的需要 又比较符合目前阶段开采的 经济技术政策 四 安全技术措施 根据 煤矿安全规程 煤矿防治水规定 现制定如 下安全技术措施 1 成立 带压开采 领导小组 组 长 周振东 副组长 石玉波 王世贤 高国栋 王志军 陈世强 韩荣军 成 员 地测部负责人及专职水文地质人员 办公室设在地测部 地测部技术人员每年初将当年生产采 区及接替采区的 带压开采 存在的问题上报 带压开采 领导小组 研究制定相应的治理方案及安全措施 2 认真制订并落实每年度的防治水工作计划 每年度按照矿井中长期防治水规划的要求 结合矿井中长 期采掘接替计划 在总结上年度防治水工作的同时 认真编写 本年度防治水工作计划 进一步完善防治水安全技术措施 安 排防治水专项工程 报集团公司审批后严格落实 3 做好地质及水文地质基础工作 了解 掌握本区域的断层等地质构造的分布和导水性能 隔水层的含隔水性 含水层的富水性 导水性 承压水的径流 规律 承压水的补给通道等情况 4 井上下水位实时监测系统 建立和完善完善井上下水位实时监测系统 根据需要及时 增加观测孔 建立水位动态监测管理制度 设专人及时收集 整理水位观测资料 加强对 l1 4 o2 灰岩水位的动态实时监测 掌握水位水量变化情况 5 严格贯彻落实 煤矿防治水规定 在采掘过程中 严格落实 预测预报 有疑必探 先掘后 探 先治后采 的防治水原则 在掘进过程中 对已知的断裂构造 要先治后掘 在掘进过程中 要采用物探和钻探相结合的办法 先探后 掘 既先用物探进行超前探测 一旦发现低阻异常区要进行钻 探验证 经验证无疑问后方可掘进 若经钻探验证发现发育有 断层等导水构造时 就对其进行超前预注浆 先治后掘 严 格按设计施工 不得擅自破坏断层煤柱 防隔水煤柱 不得擅 自改变设计方位 坡度 误揭深部含水层 在回采过程中 对回采工作面 回采前全部进行 直流电法物探 对于突水系数在 0 06 0 1 的区段显示的物探低 阻异常区 构造发育地段 进行钻探验证 预注浆改造达到要 求后方可回采 对突水系数大于 0 1 的区段 无论阻值高低 要全面进行底板预注浆加固改造 凡经过底板预注浆加固 的区段 必须有验证孔 验证结果必须达到要求 超前预 注浆加固的距离距回采切巷不得小于 100m 所有采掘工作面 在施工前都要按规定进行水害评价 只有通过评价并报经集团公司批准后 严格按整改措施落实 方可开工生产 对采掘过程中查出的水害安全隐患 严格按集团公司 有关规定 划分等级 实行闭环管理 6 加强矿井防排水系统管理 日常加强对排水设备 设施的管理 使排水设备 设施始 终处于完好状态 按规定组织水泵联合试运转 确保矿井抗灾 能力 7 在排水能力允许的情况下 利用主要巷道系统对底板 含水层进行疏水降压 8 在进行水平设计时