矿井水灾调查、探水设计及安全技术措施

矿井水灾调查 探水设计及安全技矿井水灾调查 探水设计及安全技 术措施术措施 一 矿井水文安全条件分析 一 矿井水文地质情况 一 含水层 隔水层特征及其与矿床充水的关系 矿区内与开采有关的地层主要有 三叠系下统夜邮组 二 叠系上统大隆组 长兴组 龙潭组 中统茅口组及第四系 各 地层中主要含水岩性有灰岩 泥灰岩及砂岩 泥岩 粉砂岩 泥质粉砂岩以及煤层等一般具隔水作用 分述如下 1 夜郎组 tly 岩溶裂隙含水层 分布于矿区范围东部 岩性主要为浅灰 灰色薄至中厚层状灰岩 白云质灰岩 底部 为钙质粉砂岩 钙质泥岩 厚度 170m 分述如下 该含水岩组岩溶裂隙发育 富水性强 属区域强含水层 但该组底部有泥岩 页岩 钙质粉砂岩等碎屑岩将其与下伏煤 层相隔 对煤层矿井的充水影响较小 2 长兴组 大隆组含水层 呈线状分布在矿区内 出露位 置较高 多位于山脊 岩性主要为深灰色中厚一厚层硅质灰岩 泥晶灰岩 燧石灰岩 生物屑灰岩央灰一深灰色钙质粉砂岩 含碳酸盐溶洞水 富水性强 但因其呈线状分布 接受大气降 水补给差 富水性中等 据三甲勘探区内的 zkl43 zk306 抽水试验结果 单位涌 水量为 0 00445 和 0 0823lsm 渗透系数 0 00655 和 0 1952m d 两个孔试验结果相差较大 表明该组含水的不均 匀性 据水质分析 地下水化学类型浅部为 hc03 ca2 型水 深部为重碳酸盐钠型或钠钙型 但采煤所产生的导水裂隙带最大高度 掘经验公式计算为 51m k6 煤上距长兴组 31m 因此 该岩组所含岩溶水 会成 为 k6 煤层矿井的充水水源 成为 k16 k21 k27 煤层矿井充水 水源的可能性小 3 龙潭组相对隔水岩组 呈线状分布于矿区中部 为矿区内含煤岩系 岩性主要山 薄一中厚层粘土岩 炭质粘土岩 细一粉砂岩 粘土质粉砂岩 煤层 线 等组成 地层厚度约 250m 据三甲勘探区 zkl24 钻 孔抽水试验结果 单位涌水量为 0 0243 0 0329l sm 渗透系数 为 o 086m d 山富水性较弱 可视为相对隔水层 浅部为重碳 酸盐钙型 深部为重碳酸盐钠型或钠钙型 4 茅口组 p2m 岩溶裂隙含水层 出露矿区西部地区 由厚层状及薄层状灰岩 燧石灰岩组 成 厚度大于 200 溶洞 漏斗 落水洞及峰丛洼地等岩溶地 貌发育 据钻孔揭露 岩芯普遍破碎 裂隙发育 常见蜂窝状 晶洞 钻至该层位后 水位会大幅度下降 根据区域水文地质 资料 该层中岩溶裂隙发育较强烈 含水丰富 但分布极不均 匀 该岩组上距 k27 煤层底板 53m 采矿至最低开拓水平时 底板安全隔水厚度 5 98m 其值远小于实际的底扳隔水层厚度 故其所含岩溶水对矿井允水的影响小 5 第四系 q 孔隙含水层 分布于矿区内的地势低洼地带 岩性主要为粘性土 砾 砂等 厚度一般为 0 10m 本次调查过程中 未见泉水点出露 该层具有一定的透水性 其厚度变化较大 只是在局部地 段具弱富水性 地下水不会对矿床的充水构成威胁 6 地下水的补给 径流 排泄条件 根据地下水赋存 水力条件及各地层岩性组合特点 将区 内的地下水分为岩溶水 碎屑岩裂隙水及孔隙水三种类型 1 岩溶水的补给 径流 排泄条件 大气降水是本区岩溶 水的主要补给来源 由于碳酸盐岩分布地区多有斜坡 总体上 接受降水的补给条件差 但区内岩溶发育 大气降水 地表水 体通过碳酸盐岩之间的溶蚀裂隙 溶洞 落水洞等对地下水进 行补给 区内大致以夜郎组和大隆组的的界线为分水岭 可划分为 两大水文地质单元 分水岭以西边为裸结河 以东边为绮陌河 受地形 裂隙 地层等因素的控制 区内岩溶水总体由分水岭 地带向裸结河 绮阳河径流 以泉水形式进行排泄 2 碎屑岩裂隙水的补给 径流 排泄条件 大气降水是本 区碎屑岩裂隙水的主要补给来源 由于碎屑岩分布地区多为斜 坡地带 且岩层的裂隙密度小 张开性差 其接受降水的补给 条件差 区内的碎屑岩裂隙水主要赋存在风化裂隙带之中 其 径流趋势主要决定地势的高低 在重力作用 r 由高处向低处径 流 3 孔隙水的补给 径流 排泄条件 本区孔隙水的补给来 源为大气降水 在松散堆积物中下渗 无明显排泄点 二 构造断裂及其对矿床充水的影响 矿区仅在矿界边界发育 f28 和 f32 两条断层 断层分布在 矿界的外围 且深部远离矿界 加之断层为逆断层 隔水性较 好 对矿床的充水影响较小 三 地表水及其对矿床充水的影响 区内无地表水体 仅有季节性溪流 故地表水对矿床充水 的影响小 四 生产坑道水文地质 矿区内仅有民问小煤窑 通过访问了解 一般老窑的开采 深度都小于 80m 开采规模不大 巷道基本上都在风氧化带内 掘进 大多数坑道内涌水量较小 据调查 巷道内的主要出水 方式为渗水 浸水及淋水 未出现老窑突水现象 五 充水因素分析 1 地下水 将来矿山的开采过程中 直接充水含水层 p21 虽然富水性 弱 大面积开采揭露后 其地下水将直接进入矿坑 tly p2d p2c 间接顶扳含水层 补给条件好 富水性强 采空 塌陷形成的导水和裂隙带将导致该层地下水进入矿坑 它将成 为矿床充水主要因素 2 老窑积水 根据调查 煤层露头线附近有老窑存在 开采斜深大多在 35 80m 以内 矿井必须进一步对煤层露头线附近的老窑进行详 细调查 并全部测量上图 留足保安煤柱 生产中如遇到邻近 老窑采空区时 应注意老窑积水情况 做到 有疑必探 先探后 掘 严防水害发生 3 大气降水 区内大气降水是地下水的唯一补给源 矿区东部大面积出 露的 t1y 含水层是矿床顶扳间接充水含水层 补给条件好 当 采空塌陷产生的导水裂隙带触及到该层时 其地下水将进入矿 坑 而大气降水特别是雨季对含水层的补给量增大 且具有突 发性 此时 大气降水就成为矿坑充水的重要因素 4 地表水 区内无地表水体 仅有季节性溪流 故地表水对矿床充水 的影响小 六 矿床水文地质勘查类型的划分 根据现行 煤 泥炭地质勘台规范 矿床位于当地最低 侵蚀基准面以上 无地表水体 矿床水文地质勘查类型划分为 水文地质条件简单的岩溶充水矿床 但矿床顶板间接充水含水层 tly p2c 岩溶发育 富水性 中等 强 在采空塌作用下 其地下水将间接进入矿井 对矿 床充水造成较大影响 若考虑间接充水含水层的影响 水文地 质条件可划为中等 七 矿井涌水量预测 兴荣矿井正常涌水量为 15m3 h 最大涌水量为 50m3 h 二 水患类型及威胁程度 1 矿井水害类型 根据绮陌兴荣煤矿水文地质条件为简单类型 矿井水害类 型主要有采空区和老巷积 水 顶板裂隙水 地表水 2 突水水源与地下水导水通道 1 突水水源 突水水源主要为采空区和老巷积水 2 地下水导水通道 绮陌兴荣煤矿各含水层之间一般无水联系 如出现断层时 含水层会通过断层裂隙导入井下 在生产过程中应留中隔水煤 柱 避免因开采隔离煤柱 造成采动影响 使地 面水及各含水层水通过采动裂隙窜入井下 二 井下防治水安全设施 一 排水设施 兴荣煤矿正常涌水量 15m3 h 最大涌水量为 50m3 h 排水垂高 52m 按设计在 1322 底 k21 煤层底板布 水泵房 在 1316 设正 副水仓 选用 df25 30x3 型高心泵 3 台 其中 1 台工作 1 台备用 1 台检修 配置 15kw 防爆 电机 沿主斜安装两趟中 80mm 排水管 其中 一趟备用 待 最大涌水量两趟同时使用 为便于水仓清理 设置内 外水仓 其容量为 172m3 二 防水设施 1 在煤层风氧化带 小窑采空区 断裂破碎带周围留设 防水安全煤柱 2 巷道掘进时必须探水前进 3 采 掘工作面或其它地点发现有挂红 挂汗 空气变 冷 出现雾气 水叫 顶板淋水加大 顶板来压 底板鼓起或 产生裂隙出现渗水 水色发浑 有臭味等突水预兆时 必须停 止作业 采取措施 立即报告矿调度室 发出警报 撤出所有 受水威胁地点 的人员 4 矿井必须随时保证井下主要排水通道的畅通 防止排 水沟其它巷道受阻 5 其它防水设施 主要有防水闸门硐室及水闸墙等 其 主要作用是在发生水患时 能很快形成分区隔离 缩小灾情影 响范围 控制水势 确保矿井安全 该设施是在水患发生时 利用其附近所保留足够的防水煤 岩 柱与防水闸门硐室及水闸墙 的共同作用 使矿井形成分翼 分水平或分采区隔离开采 由 于本矿为一小型矿井 井下涌水较小 因此矿井设计中考虑防水闸门硐室及水闸墙等防水设施 三 矿井防治水措施 一 矿井开拓 开采所采取的安全保证措施 1 矿井开拓工程布置 主斜井位于 k21 煤层底板穿层至顶板中 回风斜井位于 k16 煤层 底板穿层至 k14 煤层顶板 本设计各采 准巷道亦 位于各煤层中 2 采掘工程所采取的防治水措施 1 定期收集 调查和核对相邻煤矿和废弃的老窑情况 并 在井上 下对照图上标出其位置 开采范围 开采年限 积水 情况等 2 针对主要含水层 段 建立地下水动态观测系统 进行地下 水动态观测 水害预 并制定相应的 探 防 堵 截 排 综 合防治措施 3 井巷在掘井过程中必须边探边掘 掌握前方水文情况 若发现有水患时 应及时采取措施 待确定安全后再向前掘进 并将出水点位置标于井上下对照图或采掘工程图上 井巷揭露 的主要出水点或地段 必须进行水温 水量 水质等地下水动 态和松散含水层涌水含砂量综合观测和分析 防止滞后突水 4 在采掘工作面或其他地点发现有挂红 挂汗 空气变冷 出现雾气 水叫 顶板淋水加大 顶板来压 底板鼓起或产生 裂隙出现渗水 水色发浑 有臭味等突水预兆时 必须停止作 业 采取措施 立即报告矿调度室 发出警报 撤出所有受水 威胁地点的人员 5 井下和地面排水设施保证完好 井下主 副水仓 沉淀 池 水沟要及时进行清理 每年雨季前矿井防治水工作进行一 次全面检查 成立防洪抢险防伍 并储备足够的防洪抢险物资 6 应加强对地面小窑 老窑的调查并标注在实测的采掘工 程图中 划定其探放水红线 在接近探放水线时 必须采取探 放水措施 7 必须先查清矿区及其附近地面水流系统的汇水 渗漏情 况 掌握当地历年降水量和最高洪水水位资料 建立疏水 防 水和排水系统 8 工业场地内建筑物 必须修筑防洪沟渠或采取其它防 排水措施 9 鉴于井口附近及塌陷区内的地表水体有可能溃入井下 因此 应遵守下列规定 严禁开采煤层露头线的防水煤柱 容易积水的地点应修筑沟渠排泄积水 修筑沟渠时 应 避开露头 裂隙和导水岩层 特别是低洼地点不能修筑沟渠排 水时 应填平压实 防止积水进入井下 排到地面的矿井水 必须妥善处理 避免再次渗入井下 对漏水的排洪沟 应及时堵漏 地面裂缝和塌陷必须填 塞 填塞工作必须有安全措施 防止人员陷入塌陷坑内 二 防水安全煤柱留设 在受水害威胁的地方 预留一定宽度和高度的煤层不采 使工作面和水体保持一定的距离 以防止地下水或其它 水源溃 入工作面 所留的煤 岩 柱就叫防水煤 岩 柱 防水煤 岩 柱的种类 根据防水煤 岩 柱所处的位置 可以分成不同的种类 根 据该矿井的实际情况 需留设以下防水煤 岩 柱 1 断层防水煤 岩 柱 在导水或含水断层两侧 为防止断层水溃入井下而留设的 煤柱 当断层使煤层与强含水层接触或接近时 为防止含水层 溃入井下而留设的煤柱 2 导水钻孔防水煤柱 勘探阶段施工的钻孔 往往能贯穿若干含水层 若封孔质 量不好 则人为地沟通了本来没有水力联系的含水层 使煤层 开采的充水条件复杂化 为防止上覆含水层中的水溃入井下而 留设的煤柱称为钻孔防水煤柱 3 相邻水平或采区边界防水煤 岩 柱 防水煤 岩 柱的留设 1 断层防水煤 岩 柱的留设 断层破坏了岩层的完整性 常常成为含水层间的联系通道 断层的某 区段是否导水 导水性强弱等情况取决于两侧岩层的 接触关系 含水层的水压以及采矿活动对断层的重复破坏作用 因此 在没有掌握断层各区段的导水性时 应把整个断层作为 导水断层对待 煤层直接和富含水层 导水断层接触 顶底板 无突水可能 即煤柱主要是顺层受压时 常以下述计算公式计 算煤柱宽度 l 0 5km 式中 l 顺层防水煤柱宽度 m m 煤厚或采高 m k6 k16 k21 k27 煤层分别为 1 97m 1 5m 1 45m 1 38m kp 煤的抗张强度 kgf cm2 kp 取 10kgf cm2 p 水头压力 kgf cm2 p 50kgf cm2 k 安全系数 一般取 2 5 本设计取 5 则 k6 煤层开采时 l 0 5 5 1 9 19 1 m k16 煤层开采时 l 0 5 5 1 5 14 5 m k16 煤层开采时 l 0 5 5 1 45 14 0 m k16 煤层开采时 l 0 5 5 1 38 13 4 m 根据上述计算 并考虑到该矿断层落差均小于 30m 故开 采断层两侧煤层时各留 20m 防水煤柱 2 导水钻孔防水煤柱的留设 在该矿区域内暂无导水钻孔存在 当发现导水钻孔 即按 下列方法留设防水柱水煤柱 当导水钻孔的位置比较确切 有测斜资料可以定位 但地 面启封和井下探查处理都有困难时 按下述公式留设防水煤柱 l 0 5kb 式中 l 防水煤柱宽度 m b 巷道的跨度 宽或高取其大者 m b 3m kp 煤的抗张强度 kgf cm2 kp 10kgf cm2 p 水头压力 kgf cm2 p 50kgf cm2 k 安全系数 一般取 2 5 本设计取 4 则 l 0 5 4 3 23 2 m 用上式计算后 再用下式计算结果进行校正 取其大值为 半径 以钻孔中心点为圆心 所得圆面积即为导水钻孔的防水 煤柱 l 二 hcos f 式中 l 导水钻孔防水煤柱厚度 m h 导水裂隙带高度 m 岩层塌陷角 f 钻孔偏离系数 3 相邻水平或采区边界防水煤 岩 柱的留设水文地质条件 简单到中等型的矿井 可用下述公式计算煤柱宽度 l 0 5km 式中 l 顺层防水煤柱宽度 m m 煤厚或采高 m k6 k16 k21 k27 煤层分别为 1 97m 1 5m 1 45m 1 38m kp 煤的抗张强度 kgf cm2 kp 10kgf cm2 p 水头压力 kgf cm2 p 50kgf cm2 k 安全系数 本设计取 5 则 k6 煤层开采时 l 0 5 5 1 97 19 1 m k16 煤层开采时 l 0 5 5 1 5 14 5 m k16 煤层开采时 l 0 5 5 1 45 14 0 m k16 煤层丌采时 l 0 5 5 1 38 13 4 m 根据上述公式 经计算并结合实际情况确定 相邻水平或 采区边界留 20m 煤柱 三 疏水降压措施 疏水降压是指煤层顶板或煤层含水层的疏干 以及煤层底 板含水层的降压 使底板含水层水压降低至采煤安全时的水压 根据该矿井的水文地质条件 矿井建设和生产中不需采用 疏水降压措施 四 井下探放水措施 一 探放水原则 必须做好水害分析报告 坚持 有疑必探 先探后掘 的探 放水原则 o 接近积水地区掘进前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 探水眼韵布置和超前距离 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 探放水设计包含以下方面 1 探水起点的确定 为了确保采掘工作和人生安全 将 水淹区的积水范围 水位标高 积水量等资料填绘在采掘工程 图上 经过分析划出三条界线 1 积水线 积水边界线 小窑采空区范围 其深部界线应根 据小窑或老空的最深下山划定 2 探水线 根据积水区的位置 范围 地质及水文地质条 件及其资料可靠程度 采空区和巷道受矿山压力破坏情况等因 素确定 具体规定如下 a 对采掘工作造成的老空 老巷 硐室等积水区 如边界 准确 水压不超过 10kpa 时 探水线至积水区的最小距离 煤 层中不得小于 30m 岩层中小于 20m b 对虽有图纸资料 但不能确定积水区边界位置的积水区 探水线至推断积水区边界的最小距离不得小于 60m c 对有图纸资料的小窑 探水线至积水区边界的最小距离 不得小于 60m 对没有图纸资料可查的小窑 必须坚持 有疑必 探 先探后掘 的原则 防止发生透水事故 d 掘进巷道附近有断层或陷落柱时 探水线至最大摆动范 围预计煤柱线时的最 j 星巨离不得 j 于 60m e 石门揭开含水层前 探水线至含水层的最小距离不得小 于 20m 3 警戒线 沿探水线外推 50 150m 在上山掘进时指倾斜距离 即为警 戒线 探放水钻孔布置方式 一般倾斜煤层平巷和上山巷道探水钻孔的布置方式为半扇 形布置在巷道上帮 一般布置 3 组钻孔 每组 1 2 孔 钻孔夹 角分大夹角与小夹角两种 前者钻孔夹角 7 15 后者 l 一 3 视小窑老空的规模而定 老空规模大取大夹角 规模小取小夹 角 每组只少应有一个探水钻孔见底 2 采掘工作面遇下列情况之一时 必须确定探水线进探 水 1 接近水淹或可能积水的井巷 老空或相邻煤矿时 井巷 出水点的位置及其水量 有积水的的井巷及采空区积水范围 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 标出探水线位置 采掘到探水线位置时 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层 裂隙巷 道必须穿过上述构造时 必须探水前进 如 5 接近未封闭又可能突水的钻孔时必须探放水 6 煤层顶板的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水系统 7 采 掘工程接近其它可能突水段时必须探放水 经探水确认无突水危险后 方可向前掘进 每年雨季后 上部采空区的积水情况 都在变化 一定要坚持 有疑必探 先 探后掘 的原则 区内有采煤历史 长期以来 一些地方小煤窑 分布于可采煤层露头附近 形成的采空区较多 但其开采深度 较浅 由于地质资料没有提供小煤窑及老空区开采深度和范围 因此无法确定小煤窑积水探水线的位置 所以在工作中一定要 收集有关资料 确定小煤窑积水位置 以防开采浅部煤层时和 小窑 老窑穿透而产生透水事故 3 探放水注意事项 1 安装钻机探水前 要遵守下列规定 加强钻场附近的支护 并在工作面迎头打好坚固的立柱 和拦板 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 在打钻孔地点或附近安设专用电话 测量和防探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 深度以及钻孑 l 数目 2 预计水压较大的地区 探水钻进之前 必须安好孔口管 和控制闸阀 进行耐压试验 达到设计承受的水压后 方可继 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 避突然鼓出的措施 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 以及有顶钻等异常状况时 必须停止钻进 但 不得拔出钻杆 现场负责人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 瓦斯或其它有害气体涌出时 必须有瓦斯检查员或矿山救护队 员在现场值班 检查空气成分 如果瓦斯或其它有害气体浓度 超过规程规定时 必须立即停止钻进 切断电源厂撤出人员 并报告矿调度室 及时处理 6 钻孔放水前 必须估计积水量 根据矿井排水能力和水 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 排除上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 有害气体有突然涌出的可能 必须制定安全措施 二 探放水设备选择 1 探放水设备选择依据 矿井用一个采煤工作面保证矿井年生产能力 配备两个掘 进工作面 2 探放水设备及数量 配备 txu 75 探水钻 3 台 2 台工作 1 台备用 3 老窑积水的防治 为防止浅部的老窑积水威胁矿井的安全 采面主要留浅部 防老窑水防水安全煤 岩 柱和井田边界煤柱 根据有关规定进行 计算 该矿井防止老窑积水煤柱留设宽度不得小于 20m 边界 防水煤柱的留设宽度为 20m 五 地表水防治措施 1 地表水防治设计依据 1 防洪标准及防洪坝墙设计要求 山于工业场地选择在平缓地带 为保证工业场地和矿井不 受洪水威胁 需在井口上方设置排洪沟 其断面为 0 5mx0 5m 顺主斜井南面的自然冲沟排出场地外 2 地形 水系和汇水面积 矿区地貌主要属碳酸盐岩岩溶地貌 其次为碎屑岩侵蚀切 割地貌 地势中部高 向东 西两侧逐渐降低 最高点为矿界 南端的山峰 海拔标高 1507m 最低点为矿界北西端的谷地 海拔标高 1265m 最大相对高差 242m 左右 一般高差 100 150m 属低山岩溶地貌 区内煤系地层分