矿井防突水安全技术措施

矿井防突水安全技术措施矿井防突水安全技术措施 三下山扩区运输巷位于矿井二采区西北部 开口位置位于 7 皮带机尾以西 40 米处 工作面沿主采 2 煤层倾向布置 属 采区准备巷道 地面相对位置为黄土覆盖山梁 黄土覆盖厚度 290 370 米 地面无任何建筑物及村庄 开采标高 1180 1050m 根据地测资料分析开采最低标高为 1050 米 高于本区域奥灰水 位标高 755 米 但为了防止水害事故发生 防患于未然 确保 矿井安全生产 特制定以下防突水专项安全措施 一 矿井区域水文地质条件 一 地表水 井田内无大的河流 井田南部的北东 南西向展布的山梁 形成了一条天然分水岭 其南西侧冲沟水汇集于乡宁县鄂河后 向西注入黄河 北东侧冲沟水汇入台头沟 向东至乡宁县光华 镇汇入豁都峪河 然后向南东出境至襄汾县汇入汾河 井田西部的马泉 蒿地沟两大沟均有泉水溢出 但流量很 小 小于 0 001l s 遇暴雨时节沟内可见时有洪水汇流 但数 小时后即减弱为小细流 几于后完全断流 由于天然分水岭近矿区展布 其两侧山坡沟谷径流距离短 基本上常年无水 均为季节性河流 本区水系属黄河流域汾河水系 二 主要含水层描述 矿区位于区域龙子祠岩溶泉域的补给区 矿区主要含水层按成因及岩性可划分为四类 现分述之 1 奥陶系岩溶裂隙水含水岩组 奥灰水是影响煤系地层开采的主要含水层 位于本系组底 部 据山西省第五地质工程勘察院 乡宁县沙坪 吉县 煤炭有限 责任公司矿井水文地质调查报告 矿区周边共施工奥灰水供 水井 3 处 现分述之 该矿于 2003 年 6 月在台头镇西北约 2 5km 处 及井田工 业广场附近 施工一深水井 井深 750m 揭露奥灰岩层 474m 寒武系白云岩层 50m 水位埋深 230m 水位标高 1010m 出 水量 288m3 d 据该孔资料 岩溶裂隙较发育 富水性较强 台头镇政府供水井 位于台头镇东南 距本矿 2000m 2004 年建井 井深 871 3m 井口高程 1040m 水位埋 深 415m 水位标高 650m 涌水量 600m3 d 麦积峪老坑口 距本矿 500m 2001 年建井 井深 650 0m 井口高程 1295m 水位埋深 540m 水位标高 755m 涌水量 456m3 d 据区域岩溶水资料 矿区一带岩溶水水位标高推测 750 780m 之间 查区域地层资料 对应的地层位置应是奥陶系上马 家沟灰岩地层 距本溪组底部 290 岩溶水标高与麦积峪老坑口 水井相近 且麦积峪老坑口水井在三个供水井中 离矿区中心 地带仅有 1200m 距离矿区南界仅 500m 与其它二个供水井相 比 更具代表性 故此次核查计算采用麦积峪老坑口水井资料 此井中岩溶水水位标高 755m 2 碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙溶隙含水岩组 含水层主要包括砂岩 k1 和三层灰岩 k2 k3 k4 为区 内主要含水层 k2 灰岩为主要含水层 厚度 8 16m 左右 是 9 号煤层顶板 直接充水含水层 岩溶裂隙不发育 据井田内 606 号水文孔抽 水试验 用空压机抽干 单位涌水量 0 001l s m 水位标高 1304 81m 故 k2 石灰岩为极弱富水性岩层 k3 石灰岩厚 6 25m k4 石灰岩厚 1 45m 岩溶裂隙均不发育 钻孔冲洗液消 耗量 0 8 14 5m3 h 均为极弱富水性岩层 底部 k1 砂岩为细粒 砂岩 裂隙不发育 为极弱富水性岩层 3 碎屑岩类裂隙含水岩组 主要由 k7 k8 k9 k10 k12 及 k13 等砂岩组成 k8 砂 岩相对富水 为 2 号煤层的直接充水含水层 砂岩层厚 3 93m 裂隙较发育 据 606 号孔抽水试验 水位标高为 1397 73m 单位涌水量 0 001l s m 属极弱含水层 4 第四系砂砾石层孔隙含水层 区内黄土层一般为透水层 不含水 分布于山顶及山坡 砂砾石层接受大气降水和地表水补给 分布于山区现代河谷下 部 涌水量一般介于 0 001 0 05l s m 之间 仅可充做一般生活 用水水源 三 井田主要隔水层 主要由本溪组铝质泥岩 泥岩及 k1 石英砂岩组成 隔水 层全厚约 76m 左右 隔水性能良好 构成奥灰含水层的直接顶 板 切断了奥灰水与煤系地层含水层之间的水力联系 各标志层沉积稳定 其间所夹的泥岩 页岩层致密 沉积 稳定 构造裂隙不发育 构成各含水层间良好的隔水层 受其 控制煤系地层间含水层均为层状产出 四 构造对水文地质条件的影响 井田内总体为一单斜构造 局部发育有向 背斜构造 井 田北部发育有 f1 f2 两条落差较小的断层 均为地表调查及井 巷开拓揭露 据本矿开采 2 号煤层井下调查 断层带无导水现 象 故构造对煤层开采影响不大较小 五 地下水补 迳 排条件 井田内地下水主要为石炭系上统太原组砂岩裂隙含水岩组 灰岩岩浴水含水岩组及奥陶系灰岩岩溶水含水岩组 井田处于 地下水补给区 迳流方式多由岩层倾向方向流动 排泄方式一 是于地形低凹处以泉的形式排泄 另一方面由人工开采形式排 泄 综上所述 井田内 2 3 号煤层西部区赋存在区域侵蚀基 准面之下 但矿区批采标高 849 99m 高于奥灰水水位 755m 区内以大气降水为矿井充水的主要来源 坡陡 沟多 大气降 水大部分迅速排出区内 井田总体为倾向北西的单斜构造 不 利于地下水的聚积 不排除局部聚水构造存在 本矿现开采 2 号煤层 矿井充水主要来自井硐及煤层顶板之上含水层 2 3 号煤层西北方向底板最低标高低于奥灰水水位 但不在批采范 围 故矿区内开采 2 3 号煤层现阶段矿井水文地质仍属以裂隙 充水为主 水文地质条件简单类型 总体分析 矿井突水事故 对采掘影响不大 二 目的和要求 1 目的 为了解决奥灰水对三水平下山采区的施工威胁 对该区进行水文地质调查与研究 获得相关技术参数 为科学 的指导该区安全生产提供依据 防止该区域的奥灰水突然涌出 造成水患 2 要求 按照 煤矿安全规程 矿井水文地质规程 矿井防治水条例 及公司文件要求进行编制 三 突水因素分析 采掘过程中 造成底板突水的因素是多方面的 是多种因 素综合作用的结果 根据现场实际观测及有关理论分析 认为影 响底板突水的因素主要有以下几个方面 1 矿压 采矿过程中的矿山压力 对工作面底板具有严重的破坏作 用 产生新裂隙 并 活化 原有断裂 导致底板突水 随着采煤工作面的推进 底板任一断面总是经历超前支撑 压力压缩破坏 采后悬顶卸压膨胀破坏 采空区周边剪切破坏 最后顶板冒落压实的再受压过程 其中采空区卸压膨胀及其周边 剪切对底板破坏最严重 产生的裂隙最多 矿压对底板的破坏程度是不一样的 根据现场观测 工作 面初压及周期来压时顶板悬顶面积最大 工作面周围煤体的支 撑压力及煤壁处的剪切力达到最大值 煤层底板最易造成破坏 底板最易突水 矿压对底板的破坏作用与工作面顶板岩性有关 工作面顶板岩层越不易冒落 矿压对底板的破坏作用越明显 工作面越易出水 矿压的破坏作用不显著 与底板出水不明显 所 以对顶板不易冒落的工作面要及时采取措施 减少矿压的破坏 作用 2 断裂 断裂构造是突水的主要因素之一 综合分析其作用主要有 1 断裂构造的存在破坏了底板完整性 降低了底板的强度 2 断层上下两盘错动的结果 缩短了煤层与含水层的距离 甚至使煤层与含水层直接对口 3 断裂带破碎 软弱 易形成导水通道 4 断层带充水成为充水带 更使水文地质条件复杂化 一般情况下 在断层交叉复合部位 尖灭端 拐弯处 向 斜轴部 转折端及隐伏裂隙存在的工作面因应力集中 易造成 底板破坏突水 是预防的重点 3 隔水层 隔水层对突水起阻挡作用 其阻水能力是由其厚度 岩性 组合及力学强度决定的 厚度越大 越不易出水 其岩性组合及力 学强度是控制底板岩层受采动影响的重要因素 当煤层底板岩层 软硬相间时 不易形成裂隙 当底板岩层自近 煤层 而远 强度 由弱到强时 岩层间易形成采动裂隙 煤层到底板含水层之间 的距离由采矿破坏深度 有效隔水层厚度及导高三部分组成 导 高是承压水沿煤层底板导水裂隙上升的高度 起阻水作用的主要 是有效隔水层厚度 如果矿压对底板破坏深度大 导高又大 则 有效隔水层厚度相对减小 工作面底板就容易出水 因而我们只 有采取防治水措施 减少矿压对底板的破坏深度 减小导高 才能增加有效隔水层厚度 预防出水 4 含水层 含水层的富水性及水压对工作面底板突水具有重要作用 含水层的富水性是突水大小的物质基础 它决定着突水后水害 的规模及对矿井的威胁程度 富水性与其岩溶裂隙发育程度 迳 流条件 构造发育情况及埋藏深度等因素有关 含水层的水压是工作面底板突水的动力 表现为静水压力 及动水压力两种形式 未突水前表现为静水压力 静水压力对隔 水层裂隙具有顶劈扩大作用 水压愈高 作用愈显著 出水后承 压水头降低 含水层的水位能转化为动能 这是以动水压力为 主 其作用主要表现在出水后 裂隙被冲刷扩大 充填物质不断 被带走 通道越来越畅通 出水量越来越大 综上所述 造成工作面底板突水的因素很多 但概括起来 主要有矿压 断裂 隔水层 含水层 4 个方面 针对以上突水因 素 因地制宜 采取相应的防治水措施 就能有效地预防出水 四 工作面底板突水防治 根据以上分析 结合矿区实际 我们认为搞好底板突水防 治主要从以下几个方面入手 1 采取措施 减少矿压对底板的破坏作用 缩短工作面斜长 工作面斜长对底板的影响 实际上是矿 压对底板的破坏深度问题 工作面斜长越大 压力越大 底板采 动破坏深度增加 工作面底板越易出水 据有关资料推导 工作 面斜长与底板破坏深度可用如下关系式表示 h 0 5l0 7 式中 h 采矿破坏深度 m l 工作面斜长 m 根据我煤矿工作面斜长与突水关系 我们认为在不影响产 量 回收率等问题的基础上 受徐灰 奥灰水威胁的工作面斜 长应不超过 500 m 2 注浆改造是预防工作面突水的有效措施 该技术通过地面注浆站集中造浆 注浆 井下施工注浆孔 向介于煤层和奥灰强含水层之间的薄层灰岩 即徐灰 注浆 是预 防突水的综合防治水技术 注浆改造作用及特点表现在以下几 个方面 1 改变了含水层的富水性 在注浆压力作用下 浆液沿裂隙 扩散 沉析 结石 使奥灰岩溶裂隙基本上为粘土水泥浆充填 富水性大大减弱 甚至不含水 2 切断奥灰与徐灰的补给通道 注浆过程中 在注浆压力作 用下 浆液沿徐灰与奥灰的联系通道向下扩散 沉析 缩小或 堵塞通道断面 减少或切断了奥灰对徐灰的补给通道 3 加固了底板隔水层 提高其强度 4 注浆改造可消除导高 增加有效隔水层厚度 通过注浆改 造 浆液能有效地充填含水层至隔水层的导水裂隙 消除导高 使原来含水 导水的裂隙带变成纯隔水层 增加了有效隔水层 厚度 对预防出水极为有利 3 预防断裂出水 根据前面分析 断裂是造成工作面底板突水的主要因素之 一 逢突必断 已成为人们的共识 预防断裂出水是矿井防治水工 作的主要内容之一 具体内容包括以下几个方面 1 全面分析区域构造特征 研究断裂展布规律 根据每个面 的巷道揭露情况及钻探资料 查明工作面断裂分布情况 为预 防断裂出水提供依据 2 按规定留设断层煤柱 特别对于可能导水断层 则需按 规定留足防水煤柱 3 分析断裂性质及力学特点 属于张性导水断裂 在巷道 穿过前 要按规定提前探查并进行注浆加固 达到预期效果 否 则不能直接揭露 4 对断层交叉点 尖灭端 褶曲轴部等构造发育地段要重 点加固防治 预防工作面在回采过程中出水 5 巷道穿过断层带时 要加强支护 以防滞后出水 6 认真研究滑动构造特点 滑动构造易形成 层状 充水带 对底板威胁面大 要及时分析资料 对滑动构造明显的地段要重 点防治 4 疏水降压 水压是造成工作面出水的重要因素 通过疏水降压可以降 低水头压力 减少水压对底板的 顶劈 作用 预防出水 六 探放水钻孔设计 一 探水线 钻孔深度 孔径 为了落实好 预测预报 有掘必探 先探后掘 先治后采 的原则 确保安全掘进 确定工作面迎头为探水线 首先采用 高分辨电法仪进行超前探测 探测深度不小于 90 米 根据每次 探测结果分析确定重点防治区域 同时利用钻探进行验证 验 证无异常时钻孔孔深 60 米 钻孔超前距 30 米 帮距为 20 米 每打一次钻可向前掘进 30 米 防治水设备采用高分辨电法仪进 行超前探测 推断重点防治水区域 探水采用 zyj 380 210 架柱 式回转钻机 钻杆 79 孔径为 79mm 二 钻孔数目及布置方案 结合高分辨电法仪超前探测和三下山扩区运输巷掘进情况 分析 掘进中每组探水钻进 3 个探眼 呈左 1 中 1 右 1 扇 形布置 探眼距煤层底板 1 米处水平钻进 探眼钻孔依次为角 度依次为为 0 20 度 根据电法仪电测结果 特殊情况时进行加 密布置探眼 七 安全措施 1 探水工作必须严格执行 有掘必探 先探后掘 的原则 技术人员要根据矿图资料进行水情预测预报和充水条件分析 提出合理有效建议 并且报调度室及有关领导审批 2 掘进工作面在开工前要备好堵水材料 存放在掘进头 码放整齐 并且必须配备一台完好的探水钻和一台多级泵 保 证排水管路畅通 3 为了确切掌握探眼的覆盖面积符合要求 探水工作每 班由生产技术科派技术员现场技术指导 班长负责落实 安全 员 瓦检员负责监督 4 每次探水前瓦斯员必须先检查瓦斯和通风情况 安全 员检查顶板和煤帮 技术员标定探眼位置 确认一切正常后报 当班班长 5 当班班长接到技术员 安全员和瓦检员通知后 再认 真检查巷道行人是否畅通 排水设备及系统是否可靠 确认一 切正常后电话汇报调度室 经调度室同意后方可开始探水工作 6 探水人员在探水过程中要严格执行探放水操作规程 7 探水钻进必须有一名跟班领导监督执行 遇到问题及 时处理 8 每次探水完毕后 当