巷道带压掘进防治水安全技术措施

巷道带压掘进防治水安全技术措施巷道带压掘进防治水安全技术措施 山西介休大佛寺旺源煤业有限公司煤矿巷道掘进 受奥陶纪灰岩水的压力影响 为带压掘进 为了确保巷道安全掘进 特制定了巷道掘进安全技术措施 井田地表河流 井田整体属基岩半掩盖区 南部基岩出露较为连续 沿沟谷两侧出露 北部基 本为掩盖区 仅在部分沟谷底部有基岩零星出露 井田位处太岳山北端中低山丘陵区 植被稀疏 为半干旱大陆性气候 井田内无常年性河流 樊王河属季节性河流 其上游位于井田西部 是区内最 大的河谷 仅在雨季遇较为持续的降雨时沟谷内有短时的地表径流 自南向北 穿过矿区西部 最终汇入汾河 井田内长度约 1 2 km 最高洪水位 1025 m 985 m 井田东部边界的丁铃沟发源于化家窑村南 延伸程度约 7 km 井田位于其上游 井田内延伸长度约 1 5 km 走向 s n 属季节性河谷 平时仅有少量矿坑排水 最高洪水位 1085 m 990 m 矿井工业广场位于北坡村 地形为次级沟谷顶端 距主要沟谷丁铃沟较远 汇 水面积小 雨季遇集中降雨时 往往以面流为主 历史上未发生过较大的洪水 区内各主要含水层之补给来源主要为大气降水 其特点是受气候变化及地理环 境影响很大 在雨季 当大气降水渗入地下而成地下径流后 往往顺岩层倾斜 方向流动 在被切割深处以泉的形式出露 其余即潜向地层深部 奥陶系中统碳酸盐岩岩溶裂隙含水层段 本组为煤系地层之基底 岩性为厚层状海相石灰岩 主要成分为碳酸钙 因其 易为水侵蚀溶解 在深部溶洞 裂隙十分发育 甚至使上部岩层塌陷而成柱状 陷落 从区域特征来看 本层段是主要的地下含水层段 2009 年 9 月 4 日 1010 年 1 月 16 日 原沟底煤业在井田施工水源井一口 井 口坐标 x 4102954 67 y 19600403 02 井口标高 1010 m 井深 500 97 m 据 鑫峪沟煤业提供的资料 取水层段为奥陶系中统上马家沟组 静止水位埋深 110 m 水位标高 900 m 出水量 12 5 l s 水位降深 40 m 水质为 hco3 so4 ca mg 型 ph 值 7 8 矿化度 0 4778 g l 总硬度 390 3 mg l 总 碱度 202 7 mg l 据鑫峪沟煤业井田加 9 号钻孔抽水试验结果 在加 9 号钻孔处奥陶系 o2f o2s 岩溶水水位埋深 59 50 标高为 911 22 m 涌水量 1 28 l s 本次在井田东部施工的 b41 号钻孔进行了 p1s c3t o2f 和 o2f o2s 等三个含水 层段的抽水试验 抽水试验成果见表 1 2 8 表 1 2 8 b41b41 钻孔抽水试验成果一览表钻孔抽水试验成果一览表 成果 指标 水位 埋深 m 水位 标高 m 降深 m 影响 半径 r m 渗透系数 k m d 单位 涌水量 q l s m 涌水量 q l s p1s c3t77 35960 2148 3913 10050 00073290 000680 033 o2f103 40934 1642 0837 240 006970 006620 38 o2f o2s127 50910 0611 9820 710 02690 0711 05 从以上叙述可以看出 井田施工的 b41 号钻孔抽水试验成果符合区域地下水水 文地质规律 据此推断 井田奥陶系岩溶水水位标高为 909 m 910 m 石炭系上统太原组的碳酸盐岩岩溶裂隙含水层段 本层段仅在井田南部有小面积出露 以 3 4 层石灰岩夹泥岩 砂岩及煤层为主 其中最下一层 k2 石灰岩厚 1 80 m 6 65 m 岩溶较为发育 富水性较好 其余三层石灰岩 k2 上 k3 和 k4 富水性稍差 温家沟 zk10 号孔位于井田以 东 5 5 km 处 据其抽水资料 单位涌水量为 0 044 l s m 水质类型为 hco3 na 型 矿化度 0 43 g l 属弱富水性含水层 该含水层段是 9 10 和 11 煤层的直接充水含水层 二叠系下统山西组裂隙含水层段 含水层以细 中粒砂岩为主 是 2 3 和 5 煤层的直接充水含水层 含水层厚 度一般 20 00 m 33 00 m 本次勘查 在 b41 号钻孔中进行了 c3t p1s 段混合抽水试验 实测结果为混合 水位标高 h 960 21 m 涌水量 q 0 033 l s 单位涌水量 0 00068 l s m 渗透系数 0 0007329 m d 属弱富水性含水层 二叠系上 下石盒子组砂岩裂隙含水层段 岩性以泥岩 砂岩互层或泥质岩类夹砂岩为主 由于遭风化剥蚀 风化裂隙发 育 为大气降水的入渗补给创造了条件 大部分季节泉都出露于该地层中 据 区域水文地质资料 单泉流量 0 046 0 8 l s 据温家沟 zk10 孔抽水资料 单位涌水量 0 019 l s m 属弱富水性含水层 另据井田北部 1 1 号钻孔和北侧外围钻孔简易水文观测资料 井田北部钻孔有 地下水自流现象 1 1 钻孔钻至 80 m 深度时 出现井口涌水现象 经观测 水 头高度 2 25 m 相当于标高 982 64 m 涌水量 0 075 l s 在对 1 1 西北约 1 km 左右的钻孔调查时 也有类似情况 其涌水量较 1 1 号钻孔大 因种种原因 未能了解到该钻孔编号 用途和具体水文资料 根据对井田北部地质构造的分析 可以初步得出这样的结论 一是井田北部赋 存上石盒子组和石千峰组 砂岩和泥岩地层呈层叠置 地下水往往顺层径流 二是井田北部地层倾角在 14 20 该含水层段存在承压现象 且由于岩层 倾角大 水头压力和水力梯度较大 三是因靠近 f1 正断层 岩层节理裂隙发育 各砂岩含水层间沟通便利 四是 s1 背斜轴部可能存在一定的地下水分流作用 第四系松散层类孔隙含水层段 第四系中更新统地层广泛分布于井田内的梁 峁地段 第四系全新统主要分布 于樊王河河谷中 含水层岩性主要为砂 砾石层 纵向上较为连续 补给条件 较好 但多为透水不含水岩层 仅局部地段含水 含水微弱 二叠系上 下石盒子组泥岩隔水层 二叠系石盒子组地层为一套泥岩 砂岩交互沉积地层 泥岩厚度大 且连续稳 定 隔水性能好 是浅层地下水与煤系地层之间较好的隔水层 本溪组泥岩隔水层 本组岩性以铝土质泥岩 砂质泥岩 灰白色细粒砂岩及深灰色石灰岩组成 据 b41 号钻孔资料 组厚 48 75 m 无明显含水层存在 为煤系含水层段与奥陶系 岩溶含水层段间的重要隔水层 1 岩溶水 井田位于洪山泉域北西段北部边界 南部位于化家窑地垒内 主要通过断裂带 接受大气降水与地表水的入渗补给 井田内水位标高 909 00 m 910 00 m 地 下水接受补给后 沿层面裂隙顺层径流 向西加入区域地下水循环 在沟谷切 割深处以泉的形式排出地表 补给松散岩类孔隙水 2 碎屑岩类裂隙水 碎屑岩类裂隙水的补给主要来自裸露区大气降水和上覆松散层的入渗补给 受 区域构造控制 地下水在重力作用下沿岩层裂隙顺层运动 补给岩溶含水层 在沟谷切割深处以泉的形式排出地表 或补给第四系松散岩类孔隙水 另外 主要排泄方式还包括生产矿井的矿坑排水和人工开采 从钻孔简易水文观测资 料看 井田中部的 s1 背斜可能具备一定的分流作用 3 松散岩类孔隙水 松散岩类孔隙水除大气降水的垂直入渗补给外 还有地表水入渗补给和基岩裂 隙水的侧向补给 地下水的流向一般与地表水的流向大致相似 排泄方式除蒸 发外 主要是人工开采或补给深层基岩裂隙水 矿井充水因素 根据井田水文地质条件分析 矿坑充水通道主要为岩 土 层孔隙 裂隙 岩 溶 顶板裂隙带和井田内原有各矿井生产系统和采空区等 大气降水 大气降水通过岩层节理裂隙 构造破碎带和采空区上方地表形变形成的裂缝渗 漏 补给地下含水层 向矿坑充水 是矿井充水因素之一 其特点一是受季节 变化影响明显 二是随着煤矿开采活动延续造成的地表形变加剧 其影响将不 断加强 采 古 空区积水 井田周边矿井及小窑曾开采 2 5 9 10 和 11 煤层 2 煤层采 古 空区 积水量约 101900 m3 5 煤层采 古 空区积水量约 72100 m3 9 煤层采 古 空区积水量约 61800 m3 10 煤层采 古 空区积水量约 42700 m3 11 煤层采 古 空区积水量约 411918 m3 井田周边矿井和小煤窑各煤层采 古 空区 积水量约 690418 m3 井田内原有各矿井采 古 空区积水 井田内原有锦源煤业和旺源煤业两座矿井 原旺源煤业主要开采 5 和 9 煤层 锦源煤业主要开采 5 煤层 井田南部为连续的采 古 空区 各煤层均已采空 以下将各矿井采空区分布和积水特征简述如下 目前 井田面积最大的积水区域位于井田南部 为历史上各种规模的小煤窑和 矿井采空形成 井田中部存在不连续的 5 煤层采空区 5 煤层采 古 空区积水量为 295370 m3 11 煤层采 古 空区积水量为 762380 m3 煤层顶底板充水条件 本井田批准开采 1 11 煤层 其中 2 和 3 煤层位于山西组中下部 2 3 煤 层不稳定零星可采 5 煤层位于太原组顶部 全区稳定可采 7 煤层位于太原 组中部 不稳定零星可采 9 10 和 11 煤层位于太原组下部 11 煤层稳定 全区可采 9 和 10 煤层稳定大部可采 主要可采煤层中 5 煤层以顶板充水为主 因其顶底板为泥岩 或砂质泥岩 充水方式以构造裂隙和破碎带涌水为主 井田内原各矿井开采 5 煤层时 矿井 正常涌水量 100 m3 d 9 煤层顶板为 k2 石灰岩 11 煤层顶板以泥质岩为主 对邻近地段煤矿调查的情况表明 9 10 和 11 煤层矿井充水以构造裂隙 破 碎带和顶板淋水为主 正常涌水量一般不超过 150 m3 d 矿井充水因素的不确定性表现在三个方面 一是因岩溶裂隙发育不均衡 9 煤 层顶板石灰岩充水条件在不同地段必然存在一定的差异 二是井田内各煤层采 空区不同程度地存在积水现象 井田南部甚至存在连续的大面积采 古 空区 三是井田中部 各煤层均属带压开采 且断裂构造较为发育 存在承压水顺断 层破碎带涌出的可能 另外 井田内原有各矿井采掘系统充水及其连通作用也是未来矿井不可忽视的 充水因素 构造对井田水文地质条件的影响 井田构造复杂程度表现为北部简单 南部属中等的特征 北部位 f1 正断层 中 部为 s1 背斜 南部依次为 f2 f3 f4 f5 f6 f7 和 f8 正断层 其中规 模较大的如 f3 f4 f5 f6 f7 和 f8 正断层 s1 背斜轴部碎屑岩裂隙发育 一定程度上利于大气降水和上覆含水层向深部入 渗补给 从前述的井田北部 1 1 号钻孔孔口涌水的情况看 该背斜可能为井田 内的地下水分水岭 受断裂构造影响 井田内岩层节理裂隙十分发育 尤以泥质岩类为明显 钻孔 中岩芯一般较为破碎 矿井下泥质岩类井壁往往出现冒顶 片帮甚至底鼓现象 断层的发育造成岩层节理裂隙发育 局部地段甚至极为破碎 加之断层带胶结 差 往往成为良好的地下水通道 二是由于井田北部各煤层均存在不同程度的 奥陶系岩溶水带压现象 一但揭露断层 便可能造成奥陶系岩溶水顺断层带突 出 综上所述 井田内断层带及其两侧破碎带富水性好 是沟通各地下含水层 的良好通道 3 煤层奥陶系岩溶水突水系数计算 根据区域水文资料 奥陶系中统峰峰组含水性较弱 但岩溶较为发育 隔水性 不稳定 故奥陶系岩溶水突水系数计算不采用其水位 而采用奥陶系中统上马 家沟组和峰峰组混合水位 根据加 b41 号钻孔抽水试验成果和洪山泉域水力特 征推断 井田内奥陶系岩溶水水位标高 909m 910m 各煤层底板突水系计算采用国家安全生产监督管理局第 28 号令公布施行的 煤 矿防治水规定 附录 4 公式 10 和 11 煤层按一层煤层考虑 t p m 式中 t 突水系数 mpa m p 底板隔水层承受的水压 mpa 奥陶系岩溶水水位 909 00m 910 00 m m 底板隔水层厚度 m 5 煤层突水系数最大值 p m 7 3 138 0 053 mpa m 9 煤层突水系数最大值 p m 7 3 78 0 093 mpa m 10 11 煤层突水系数最大值 p m 7 3 68 0 107 mpa m 由以上计算结果及叙述可以看出 井田北部 5 煤层属带压开采 奥陶系岩溶水 最大突水系数为 0 053 带压区全部位于奥陶系岩溶水突水系数安全区 井田 中部 北部 9 煤层属带压开采 其中 f1 正断层上盘以南属奥陶系岩溶水突水 性安全区 井田中部 北部 10 11 煤层属带压开采 其中 f1 正断层上盘以北 至北部边界属底板突水性危险区 矿井掘进巷道均位于 f1 正断层上盘以南奥陶系岩溶水突水性安全区 矿井水文地质类型 5 9 煤层为已采煤层 矿井排水系统仍在运行 井田南部各煤层均已采空 为连续的采 古 空区 存在较大面积的积水区 采 古 空区积水对矿井充 水具有一定的影响 5 煤层直接充水含水层为山西组砂岩含水层组 间接充水含水层为下石盒子组 砂岩裂隙含水层组 据 b41 号钻孔 c3t p1s 段抽水试验结果 该含水层段混合 水位标高 h 960 21 m 涌水量 q 0 033 l s 单位涌水量 0 00068 l s m 渗透系数 0 0007329 m d 属弱富水性含水层 井田奥陶系岩溶水水位标高为 910 m 908 m 井田北部各煤层及中部的 9 10 11 煤层均属带压开采 其中 f1 正断层以南突水系数均小于 0 06 mpa m 仅 f1 正断层以北 10 11 煤层属岩溶水突水性危险区 根据 2009 年 9 月 21 日国家安全生产监督管理总局令第 28 号公布施行的 煤矿 防治水规定 相关条款 井田内 5 9 煤层矿井水文地质条件属中等类型 f1 断层以南 10 11 煤层矿井水文地质类型属中等类型 f1 断层以北 10 11 煤层属复杂类型 井田矿井水文地质条件总体属中等 复杂类型 但井田南边界外的原整合范围开采时巷道煤层顶板出现淋水 滴水 未出现大 的涌水现象 2 4 煤层埋藏浅 地表沿沟出露 采空区 古空区内的积水沿煤 层露头渗出地表 没有积水 5 煤层未开采 矿井涌水量 井田内原锦源煤业实际生产能力 150kt a 曾经开采 5 煤层 矿井正常涌水量 130 m3 d 最大涌水量 150 m3 d 旺源煤业曾开采 9 煤层 矿井正常涌水量为 240 m3 d 最大涌水量为 260 m3 d 因 9 和 10 11 煤层间距小 矿井充水条件基本一致 故 10 11 煤层矿井涌水 量与 9 煤层相同 矿井生产能力将达到 900kt d 根据上述矿井涌水量 采用 富水系数比拟法预算矿井达到 90 万 t d 生产规模时 5 煤层预算矿井最大涌水 量 900 m3 d 正常涌水量 785 m3 d 9 煤层矿井最大涌水量 1800 m3 d 正 常涌水量 1675 m3 d 10 11 煤层矿井最大涌水量 1800 m3 d 正常涌水量 1675 m3 d 目前矿井正常涌水量 410 m3 d 最大涌水量 450 m3 d 本工作面掘进面临来自下覆太原组石灰岩水及奥陶纪灰岩水的威胁 有可能通 过断层等地质构造带涌入矿井 酿成事故 为了保证煤矿安全生产 根据 煤矿安全规程 第 269 条和 煤矿防治水规定 第 77 条规定 承压含水层与开采煤层之间的隔水层能承受的水头值大于实际水 头值时 可以 带压开采 但必须编制带压掘进防治水安全技术措施 目前拥有探放水设备为 1 ytd 400 a 型矿井全方位探测仪一台 2 zyj 400 270 型 18 5kw 液压钻机两台 3 zyj 400 270 型 15kw 液压钻机一台 4 zyd 800 型 18 5kw 液压钻机一台 矿井排水系统 中央水仓容积 1012m3 排水设备为 3 台 md155 67 6 型多级离心水泵 排水能 力 155m3 h 排水管 194 6mm 型无缝钢管 两趟并列布置在副斜井井筒 符 合 煤矿安全规程 要求 各掘进工作面排水系统 掘进工作面配备 22kw 水泵两台 配备 127mm 排水管 排至轨道巷水沟 由轨 道巷水沟排至中央水仓 根据带压开采危害程度分析 防治水的关键是防治导水断层 将底板奥灰水导 入发生突水事故 为此制定如下主要防治水安全技术措施 1 生产技术部 防治水科对此区域有针对性地开展矿井地质和矿井水文地质工 作 建立健全矿井防治水有关的水文地质资料 做好水文地质预测预报工作 做好防探水设计工作 坚持 预测预报 有掘必探 先探后掘 2 生产技术部 防治水科要加强过断层时涌水量观测 分析对比涌水量的变化 原因 对于涌水量异常时必须进行补充预测预报 3 探水队要根据掘进开拓地质说明书中提供的水文地质资料制定掘进过程中防 治水措施 必须配备超过最大涌水量的排水设施 并每班安排专人排水 4 探水队必须保证工作面配备 2 台 22kw 水泵及两趟内径 127 毫米的排水管 其中一台 22kw 水泵和内径 150 毫米的排水管形成系统紧跟工作面 放置于巷 道内支护完好 易于取用的地点 并且配备相应的蛇形管 软管等配套设施若 干 另一台 22kw 水泵和内径 127 毫米的排水管形成系统且处于热备用状态 放 置于距工作面不大于 50m 的地方 沿途根据实际情况在水窝处增设排水点 每 个排水点安装一台 22kw 潜水泵 并在备件处备此型号水泵 配套开关各一台以 便及