煤矿探放水专项安全技术措施VIP

煤矿探放水专项安全技术措施煤矿探放水专项安全技术措施 一 小窑分布及开采情况 乌鲁木齐东南沟顺达煤业有限责任公司煤矿申请变更矿界 内曾建有矿井 3 处 分别开采 3 4 5 号煤层 1 三号斜井 位于煤矿西南部 由原乌鲁木齐县永丰乡永新村煤矿于 1990 年 2 月建成投产 设计生产能力 2 万吨年 主斜井沿 3 号 煤层底板呈 20 倾角开拓 斜长 160m 属混合提升斜井 斜井 东西两侧分别布置有人行走巷与风井 采用仓储式采煤方法 分水平两翼开采 3 号煤层 打眼放炮落煤 人力装运 绞车提 升 中央并列式通风系统 机械抽出式通风 5 5kw 水泵抽水 供电电源来自乌鲁木齐市跃进钢铁厂自备电厂 6kv 高压电 2000 年 10 月 该井因批准的煤炭资源基本采空等原因闭 坑停产 闭坑前 最低开采水平为 2270m 东翼采长 220m 西 翼采长 150m 此采区内的 3 号煤层已经基本采空 该井由于建在冲沟附近 开采下山煤 较易接受地表融雪 水的补给 矿井涌水量较大 每昼夜可达 100m3 以上 5 5kw 水泵每隔两小时就要抽排一次 该井由于开采水平距地表垂高 仅 58m 瓦斯含量很低 煤层顶板为薄层粉砂岩 粉砂岩之上 为厚层状细砂岩 较稳定 不易垮落 底板未见底鼓现象 煤 层较易自燃 煤层露头有火烧痕迹 火烧深度约 30m 闭坑停 产后 采空区残留煤柱发生自燃 至今已熄灭 煤尘有爆炸性 2 四号斜井 位于煤矿中部 由原自强东南沟煤矿于 1985 年 7 月建成投 产 设计井型 2 万吨年 采用斜井向西沿 4 号煤层走向开拓 斜井长 25m 倾角 23 另建有立风井与提升副井 前进式条带 布置巷道 2285m 运输水平 与 2322m 回风水平 两条上 山巷道构成一个采煤条带 自上而下用高落式采煤方法进行开 采 条带上山用刮板运输机或挡瓷溜槽运煤 大巷用矿车运输 斜井用绞车提升 井巷除局部交岔点用木支护和砌碹外 其它 均为裸体 采煤条带内有通至地面的小风井 装有扇风机 实 现矿井机械通风 地面有 6kv 输电线通至井口 下井电压为 110v 地面无筛选储运装置 原煤出井后即翻至地面 由人工 分选装车外运 该矿井向西单翼开采 目前 已采至井田西界断层处 开 采长度 640m 界内 4 号煤层 2285m 水平以上的上山可采储量 已经基本采空 最低开采标高为 2285m 该井采区位于当地最低侵蚀基准面以上 矿井地下水主要 来源于大气降水与基岩裂隙水 涌水量不大 正常生产时期 一般日排水 30 m3 左右 瓦斯含量不高 未发生过瓦斯突出事 故 煤层顶板为细砂岩 整体性一般 护顶煤偶尔放落 小面 积暴露后可维持半个月时间不垮落 底板相对软弱 未见底鼓 现象 井下煤尘不大 2000 年发现采空区塌方 断陷区暴雨灌 入而引发残留煤柱自燃发火 经填埋隔离封堵 明火熄灭 3 五号平硐 位于煤矿东北部 由原自强东南沟煤矿于 1994 年 5 月建成 投产 设计生产能力 3 万吨年 采用平硐开拓 井筒长 120m 内设排水沟及轻便窄轨 井筒进入 5 号煤层后 沿其底板布置 运输平巷 以 3 坡度向西单翼掘进 沿煤层底板布置有运输 巷道 离煤层顶板 3m 处布置有回风井并直通地表 兼作风井 与安全出口 巷柱式放顶煤一次采全高采煤方法 窄轨矿车运 输 机械抽出式分区通风 6kv 输电线路供电至井口 井口建 有孔径 25mm 斜坡筛 筛选后由漏斗分别装入运煤车辆 目前 5 号煤层向西开采长度 405m 2274m 标高 运输水 平 2290m 标高 回风水平 之间的可采储量基本采空 该平硐位于当地最低侵蚀基准面以上 开采上山煤 井中 涌水量较小 正常情况下 30m3 的水仓每星期抽排一次 平均 日排水量 5m3 左右 目前停产 基本无水 瓦斯含量不高 煤 层顶板为粉砂岩类 裂隙发育且破碎 小面积暴露几天就自行 垮落 底板未见鼓底现象 开采面煤尘较大 煤的自燃发火期 3 4 个月 较易自燃 此外 煤矿北东边界外 5 号煤层浅部曾有小煤窑于 60 年代 末期开采 现早已废弃 煤矿南界外 2km 处有乌鲁木齐市跃进 钢铁厂二井田煤矿开采向斜南翼各可采煤层 二 矿区水文地质概况 后峡二井田地处中高山区 西南高而北东低 南部沿沟谷 分布有地表暂时性径流 其来源于西南部侏罗系与石炭系接触 处的断层带 接受融雪水 泉水和大气降水的补给 地表径流 由南向北经二井田中部转为近东西向流入乌鲁木齐河上游大西 沟 并沿途补给第四系和侏罗系基岩含水层 流量变化受气温 与降水量控制明显 5 月冰雪消融 山洪暴发 水流混浊 据 洪水痕迹推算 洪水量最大可达 746 升秒 实测为 96 80 升秒 但洪水期短暂 6 8 月降水量集中 地表径流最大流量 90 100 升秒 水流清澈 持续时间长 9 月霜冻出现 水量渐 小 10 月开始结冰 直至次年 3 月均为枯水期 该区年最高气温为 20 24 最低气温为 22 26 年降雨量为 240 320mm 10 月底至 11 月初降雪 次年 3 月下 旬融雪 降雪量与积雪量均不大 最大冻结深度约 1m 后峡二井田区内地下水按含水介质划分为松散岩类孔隙潜 水与碎屑岩类孔隙 裂隙承压水 前者主要赋存在沟谷低洼处的 第四系冲洪积砂砾石中 接受暂时性径流与大气降水的渗透补 给 后者赋存于侏罗系西山窑组砂岩层段中 由于地层倾斜 地下水位之上为透水层 水位之下为透水而弱含水层 富水性 与孔隙 裂隙发育程度及连通情况有关 该区地下水的流向大 致与地表水一致 由西向东 地表沿沟谷与断层处多有基岩裂 隙泉与断层泉等溢出 其最大流量介于 0 23 6 66ls 之间 降 水对泉水有一定补给 雨后流量增加 0 38 0 78ls 泉水最大水 量比地表水最大水流时间晚约 15d 1 地表水与泉水 乌鲁木齐东南沟顺达煤业有限责任公司煤矿及其附近无常 年地表径流 只在春季融雪与夏季降雨汇入煤矿东部沟谷中形 成暂时性水流 由西南向北东方向流至界外 其余时间基本枯 竭 地表发现泉眼两处 泉 8 泉 9 泉 8 位于煤矿南界附近 的第四系砂砾石中 属下降泉 流量 0 15 0 71ls 水温 2 5 水质属 hco3 so4 ca mg 型 泉 9 位于煤矿东界矿部 附近 含水层为侏罗系西山窑组 5 号煤层顶板砂岩层 属基岩 裂隙泉 流量 0 151 0 372ls 水质类型亦属 hco3 so4 cl ca na mg 型 该泉已成为煤矿生活用水主要来源 2 含隔水层划分 1 松散岩类透水不含水层 遍布全矿 由第四系全新统 q4eol dl 松散砂砾与砂土组成 成因属洪积与残坡积物 厚度不大 一般 0 16m 该层主要接受大气降水与地表暂时径 流下渗补给 2 碎屑岩类孔隙 裂隙含水层 主要由侏罗系西山窑组 中的细砂岩 粗砂岩层组成 主要有 4 层 单层厚度一般 15 30m 较稳定分布于各可采煤层之间 前人进行地质勘查 工作时 曾分别在 2 1 孔与 3 2 孔对 3 5 号煤层之间含水层段 进行了一次最大降深混合提筒抽水试验 可知该类含水层单位 涌水量 0 0053 ls m 0 00169ls m 渗透系数 0 00161 0 00732 富水性较弱 该类含水层主要接受大气降水 的渗入 此外 接受松散透水不含水层 采空区与火烧区积水 的间接渗透补给 混合提筒抽水试验成果表 表 1 3 1 钻孔编号 含水层厚度 m 水位 m 水位埋深 m 顶板隔水层埋深 m 涌水量 ls 单位 涌水量 lsm 钻孔水柱厚度 m 引用 k 值 影响半径 m 渗透 系数 2 1 69 86 2289 28 32 78 48 79 0 133 0 0053 221 06 0 00732 63 70 0 00732 3 2 101 54 2303 33 19 62 21 90 0 089 0 0017 265 12 0 01616 69 00 0 00161 3 隔水层主要由侏罗系西山窑组各含水层之间的泥岩 炭 质泥岩 粉砂岩与煤层组成 矿界内该类隔水层厚度较薄 一 般不足 20m 经采矿等因素加大裂隙发育程度后 隔水性能应 有所降低 综上所述 煤矿直接充水含水层主要接受融雪水与大气降 水补给 含水性较弱 应属水文地质条件简单的孔隙 裂隙充水 矿床 3 充水因素分析 1 生产矿井涌水情况 乌鲁木齐东南沟顺达煤业有限责任公司煤矿现建有四号斜 井与五号平洞 分别开采 4 号与 5 号煤层上山煤 四号斜井生 产规模 2 万吨年 于 2285m 标高沿煤层底板向西布设运输巷道 沿 2322m 标高布置回风巷 开采长度 640m 开采垂高 37m 大部分煤层已经采空或无法继续回采 2000 年夏季 由于采空 区塌方引起地面塌陷与产生裂缝 暴雨贯入而引起残留煤柱自 燃 采空区现已封闭 该井地下水水位标高约在 2295m 左右 经对该矿井未封闭的排水巷道及水仓观测 目前 该矿井采用 5 5kw 水泵 每天抽水 4h 排水 28 8m3 即可保持水仓平衡 五号平硐生产规模 3 万吨年 沿 2274m 标高向西布设运输 巷道 沿 2290m 标高布设回风巷 采长 405m 开采垂高 16m 该采区上山煤现已基本采空 该井沿运输水平设有专门 排水沟槽 并建有约 30m3 的蓄水池 据调查 该井地下水水 位高于运输水平 20m 左右 即 2295m 标高 正常生产过程中 5 5kw 的水泵每星期抽水 3 4h 即可将池水排干 目前 该矿 井停产改建 井下基本无水 无需排水 废弃的原永丰乡永新 村东南沟煤矿 三号井 开采 3 号煤层下山煤 生产规模 2 万 吨年 最低开采水平为 2270m 东西两翼采长分别为 220m 与 150m 据该矿编制的 地质概况及开采简要说明 该矿井初 采水平涌水量较大 每昼夜可达 100m3 以上 5 5kw 的水泵每 隔两小时就要抽水一次 由上可知 四 五号矿井开采上山煤 地下水主要接受大气 降水补给 井下涌水相对较小 其中四号矿井开采规模较大 地表塌陷裂隙较发育 与五号矿井相比 涌水量显著增加 三 号矿井开采下山煤 地下水与融雪水关系较密切 水量较丰富 井下涌水量相对较大 2 充水因素分析 据前人对后峡二井田地质勘查资料与本次对乌鲁木齐东南 沟顺达煤业有限责任公司煤矿生产矿井调查成果 可知该矿直 接充水含水层 西山窑组含煤地层中的碎屑岩类孔隙 裂隙含 水层主要接受融雪水与大气降水补给 自身富水性较弱 但受 区域性构造因素与开采因素等的影响 含水层之间相对较薄的 隔水岩层局部受到破坏后 裂隙连通情况变好 岩层的富水性 也随之在不同区段呈现出一定的差异 富水程度高的部位 往 往与采空区积水 火烧区积水或接受地表暂时性径流补给的第 四系砂砾石含水层有较密切的水力联系 融雪水与大气降水沿 地表塌陷裂隙及烧变岩孔隙裂隙贯入采空区与火烧区 继而沿 煤层顶底板裂隙涌入巷道 是煤矿主要充水因素 此外 融雪 水 大气降水 地下水露头汇集而成的暂时性地表径流 在运 移过程中下渗补给第四系砂砾石含水层 进一步下渗至含煤层 段 是煤矿另一重要的充水因素 乌鲁木齐东南沟顺达煤业有限责任公司煤矿经多年开采 4 5 号煤层采空区地表已经出现较明显的塌陷裂隙 废三号矿 井 3 号煤层采空区地表不仅产生塌陷坑 而且有火烧区存在 5 号煤层东部地表露头也曾发生自燃 形成烧变岩 位于煤矿 东部的北东 南西向沟谷是暂时性径流的必经之路 所有这些都 将与矿井地下水产生水力联系 进而影响矿井涌水量 同时 矿井改扩建后 采区将全部低于当地最低侵蚀基准面之下 位 于地下水水位标高以下 前述各充水因素对煤矿地下水的影响 更不可低估 超前探水工作对于煤矿开采来讲 事关重大 此 外 该区常以暴雨形式集中降水 易形成洪水 应预防其对矿 井产生突发性充水 三 矿井涌水量预测 据地质报告提供的资料及生产矿井的实际情况 矿井 2230m 水平 矿坑正常涌水量计算结果为 540 577m3d 根 据目前矿井涌水量分析 最大涌水量为 800 m3d 四 地面泄洪措施 原乌鲁木齐县自强个体独资后峡东南沟煤矿 4 号煤层井附 近的塌陷坑汇水量大 成为井下老空积水的主要补给水源 为 有效拦截洪水 沿采坑南部山脚顺地势由西向东挖掘一条泄洪 沟 避免大气降水大量汇集于采坑渗入井下采空区 现泄洪沟 已完工 煤矿目前矿井废水均沿泄洪沟自然排放 由于矿井水属不 能饮用的微咸水 应避免其与可饮用的泉水混溶 五 井下探放水方案 探水钻孔布置及主要参数设计 本矿顺槽掘进有 3 个头 即 2256 上区段顶分层运输顺槽 2256 上区段底分层运输顺槽及 2274 上区段顶分层回风顺槽 2256 上区段分层运输顺槽及 2256 底分层运输顺槽受断层水威 胁 2274 上区段顶分层回风顺槽不仅受断层水威胁 还受到 老空水巷的威胁 因此 3 个掘进头都必须进行探放水工作 现 以 2274 上区段顶分层回风顺槽探放水设计为例 2274 上区段顶分层回风顺槽待掘长度 370m 左右 探放水 设备采用金刚牌 zl 150 型钻机 钻孔角度范围 0 90 使用直 径 42mm 钻杆 最大钻孔深度 75 150m 开孔直径 80mm 终 孔直径不小于 42mm 额定扭矩 150nm 由于 2274 上区段顶分层回风顺槽掘进巷道时有遭遇断层 及老空水巷的危险 而且预计其水量不明 因此探放水采用搜 索性探水 钻孔布置方式采用深孔探放浅孔掩护 深孔尽可能 地提前找到老空 放出大量积水 先降低水压 浅孔掩护巷道 掘进 由于受断层的挤压影响 b5 号煤层在首采区范围内的走 向时常有小的变化 因此钻孔长度不宜过长 设计钻孔长度 70m 浅孔长度 20 50m 综合考虑煤的坚固性 水头压力 煤层厚度和探水性质等因素 设计钻孔超前距 20m 钻孔呈扇 面布置 各钻孔走向水平间距 20m 根据探眼情况 b5 煤层厚 度 13 16 15 62 平均 14 27m 考虑煤层倾角 18 23 设计 钻孔最大帮距为巷道每掘进 50m 打一次钻孔 一次钻孔数量 5 个 但是探放老空水最好多放几个 以防老空巷道从钻孔间漏 过 见图 六 探放水原则 工作步骤及排水措施 1 原则 1 积极探放 2 先隔离后探放 3 先降压后探放 4 先堵后探放 2 工作步骤 1 检查排水系统 2 准备堵水材料 3 检查瓦斯 4 检查支护情况 5 检查煤壁 6 检查水沟 7 检查安全撤离路线 3 排水措施 钻孔探到水后 根据每个钻孔的水流量确定排水孔的数量 放水流量不超过 40m3h 将放出的水经排水沟流入井下临时水泵房 利用井下临时 水泵房至地面的一趟直径 50mm 水管 将水排至地面 七 探放水安全技术措施 1 应严格按 有疑必谈 先探后掘 的探放水原则执行 并 由矿值班领导 技术员 安全员 瓦检员及有经验的老工人共 同实施 2 掘进工作面出现淋水或顶板裂隙水 要注意观察 若淋 水小或裂隙水小 并无逐渐增大的现象 可由值班领导 安全 员 瓦检员在征求技术员的同意后 采用探水钻向淋水处或顶 板裂隙处直接打眼探水 同时确保避灾撤退线路畅通 若在探 水时 发现淋水加大或隙裂水增大 产生喷水压力现象 水有 温度 媒质 岩体 松软等情况 不能直接拔出钻杆 则应立 即停止探水工作撤出所有作业人员 并通知井口值班领导 向 矿长汇报 然后制定安全措施 进行处理 3 巷道掘进工作面若靠近采空区 在距采空区 30m 时 必须放慢掘进速度边掘进边观察 如果出现挂汗 挂红 淋水 等现象 要引起高度重视 并根据工作面实际变化 决定探水 孔是否需布置 需要布置时 必须由矿制定探放水方案 再行 实施 4 若巷道掘进前方水量大 水压高 煤岩层松软或裂隙发 育时 直接探水不安全 应采取隔离方式进行探水 在巷道掘 进工作面预先砌筑由混凝土现浇的隔水墙 在墙外探水 5 探放断层水及其它可疑水源 探水钻孔的数目不应超过 4 个 断层水探明后 应根据水源 水压和水量情况 采取放 水疏干 留设防水煤柱或注浆封闭钻孔 6 在安装探水钻和探水作业过程中 应遵守如下安全事项 1 加强钻孔附近的巷道支护 背好顶帮 并在工作面迎头 打好坚固的立柱和拦板 2 清理巷道浮煤和矸石 挖好排水沟 清理巷道内的杂物 保证巷道和撤退路线畅通 在打钻地点或其附近安设专用电话 3 确定主要探水钻孔的位置时 应由测量和负责探水人员 在现场共同确定钻孔方位 角度 钻孔数目及钻进深度 4 钻进时发现煤岩松软 片帮 来压或在钻眼中水压 水 量突然增大等 要停止钻进 但不得拨出钻杆 并派人监测水 情 5 钻眼内水压过大 应采用反压和防喷装置的方法钻进 必要时还应首先砌筑防水墙 然后方可打开钻眼放水 6 钻孔放水时 必须设专人监测钻孔出水情况 测定水量 做好记录 遇有水量突然变化时 必须进行处理 7 加强有害气体检测 防止