掘进工作面过陷落柱安全技术措施

1、山西柳林宏盛聚德煤业有限公司掘进工作面过陷落柱探放水方案及安全技术措施聚德煤业排查治理科O一三年三月二十八日掘进工作面过陷落柱探放水方案及安全技术措施第一部分矿井概况第一节矿井水文地质条件简介(-)地表水井田内无常年性河流，和其它地表水体，几条大沟谷呈近东西向展布，以大沟谷为主干，构成羽状形态。雨季时，小沟谷水流汇聚于大沟谷中向西流出井田外，大多情况下，水流途径短持续时间短暂。矿井井口及工业广场均高于该区域洪水位线标|Wjo(二)含水层1、奥陶系灰岩岩溶含水层奥陶系地层在井田内全部被覆盖，岩性为青灰色、灰深灰色石灰岩，裂隙较发育。该组厚度大于100m,单位涌水M最大为0.46L/s.m,渗透系

2、数最大为1.97m/d,含水层富水性中等。本井田内奥灰水水位标高为800m。2、石炭系上统太原组灰岩岩溶裂隙含水层太原组含水层主要由45层石灰岩组成，平均总厚度19.44m,岩溶裂隙发育，含水层单位涌水M0.409L/s.m渗透系数2.111m/d水位标高+816.74m,属中等富水性。3、二瞪系下统山西组砂岩裂隙含水层该含水层以中粗粒砂岩为主，平均厚度12m左右，含水层裂隙发育差，富水性较弱，在补给条件较好的地段富水性较好。4、二瞪系下统下石盒子组砂岩裂隙含水层井田沟谷中有零星出露，含水层主要为中粗粒砂岩，厚度为15m左右，单井出水M小于10m3/d,富水性弱。5、上第三系、第四系孔隙含水层

3、上第三系上新统在沟谷中出露较多，含水层主要为底砾岩，厚度不稳定，单井出水M小于5mVd,富水性弱。第四系中上更新统广泛分布于井田内，其含水尉卜给条件不好，连续性差,单井出水M小于5mVd,富水性弱。（三）地下水的补、径、排井田奥陶系灰岩水属柳林泉域，位于柳林泉域的北部，是区域岩溶水的径流区，补给主要为区域灰岩裸露区接受大气降水补给，岩溶水流经井田向南排向柳林泉。石炭系和二春系裂隙含水层在裸露区接受大气降水补给后，沿岩层倾斜方向运移，上部下石盒子组含水层水往往在沟谷中以泉的形式排泄，下部含水层中水顺岩层倾斜运移，流出井田外，矿井曲E水是其主要排泄途径。（四）隔水层1、山西组隔水层山西组5号煤以下

4、至太原组第一层灰岩之间是以泥岩为主，砂泥岩互层的一套地层,厚度为8m21m,连续稳定，泥岩、粘士岩隔水性较好，可视为山西组与太原组之间良好的隔水层。2、本溪组隔水层本溪组厚22.0038.00m,平均厚度29.62m。岩性主要为泥岩、粘士岩、粉砂岩夹薄层石灰岩，隔水性能好，发育稳定。井田内最下层可采煤层9号煤层至本溪组距离1830m,平均22m,其间以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩及煤层组成。泥岩、砂质泥岩及粉砂岩也可以起到隔水作用。第二节矿井各煤层带压情况及陷落柱分布情况聚德煤田范围内各煤层底板标高大部分低于奥陶系岩溶水水位标高，属带压开采矿床。经计算，4号煤层大部带压，突水系数最大0.022MPa

5、/m;5号煤层可采范围内约60%面积带压，突水系数最大0.022MPa/m;8号煤层大部带压，突水系数最大0.047MPa/m;9号煤层大部带压，突水系数最大0.059MPa/mo各煤层的最大突水系数值均小于受构造破坏块段突水的临界值0.06MPa/mo煤层底板抗、隔水能力较强，可以满足带压开采的要求，发生底板奥陶系岩溶水突水的可能性较小。聚德煤业已开拓的大巷(5号及8号)集中轨道巷、集中运输卷、集中回风巷,未揭露有陷落柱，大东庄煤矿开采4号煤时揭露的一个陷落柱(XII不排除继续掘进过程中出现隐伏构造的可能性。第三节陷落柱突水特点及规律(一)陷落柱突水特点(1) 突水M大，来势凶猛，常冲破煤壁

6、，溃入巷道，淹没矿井(2) 突出物M大，常淤堵巷道，并有一定的分布规律。(3) 突出物的岩性混杂，大小悬殊，特征显著。(4) 突水常引起周围的奥陶系石灰岩水位大幅度下降，以及发生地面塌陷。(5) 突水时在突水区的奥陶系石灰岩水温有增高现象。(二)陷落柱突水规律(1) 突水岩溶陷落柱均属强导水型岩溶陷落柱，涌水M大小十分悬殊，一般在2m3/min以上。(2) 岩溶陷落柱发生突水时，一般是先突出黄泥水后突出黄泥和塌陷物，在塌陷物被带出过程中，一般是煤系碎屑在先，奥陶系石灰岩碎块在后。(3) 岩溶陷落柱发生突水有三种不同的方式和三种不同类型的通道：岩溶陷落柱宜接突水，通过与岩溶陷落柱连通的小断层突水

7、，通过与岩溶陷落柱连通的裂隙带突水。(4) 位于富水区的岩溶地下水强径流带和位于现代岩溶泉域的排泄区附近及其地下水径流带上的岩溶陷落柱，突水机率最高。(5) 井田深部的岩溶陷落柱比井田浅部的岩溶陷落柱突水机率相对要大.(6) 正在发育主长中的岩溶陷落柱和复活了的岩溶陷落柱，其导水能力强,发生突水的可能性最大。第四节掘进工作面过陷落柱钻探工程设计根据矿井的资料，南部为已开拓的大巷(5号及8号)集中轨道巷、集中运输卷、集中回风巷，未揭露有陷落柱，西部大东庄煤矿开采4号煤时揭露的一个陷落柱(XI)。对陷落柱的探查，应该先物探后钻探，根据物探探查结果，针对异常区布置导水陷落柱的钻探探测工程，防止山于陷

8、落柱导通含水层后地下水涌入矿井造成生产安全事故。(-)目的和任务水文地质钻探是实现带压开采水文地质条件探测、充水因素试验研究、带压开采技术配套的基本工具手段，对于采用物探方法初步确定边界和含导水性特征的陷落柱,还需要采用钻探手段对其进行验证。其U的和任务主要包括以下儿个方面：1、 通过对陷落柱进行物探探查，总体掌握该陷落柱在平面上与剖面上的分布特征和富水性特征，物探部分在前面已经进行了论述，在此不再赘述。2、 通过对陷落柱进行水文地质钻探，进一步确定该陷落柱规模，验证物探探查结果；掌握该陷落柱的地质和水文地质特征，其中包括：(1) 陷落柱的结构和岩性；(2) 陷落柱充填物及充填程度和胶结物及胶

9、结程度；(3) 陷落柱伴(或派)生构造及其导水性、富水性等；(4) 陷落柱孔隙裂隙发育惜况、导水性、富水性以及水压、水温、水化学等相关水文地质参数。（2） 岩溶陷落柱对矿井水文地质条件的影响山于导水陷落柱的存在，使莫些处于上覆地层本来没有贯穿煤系底板强含水层的中、小型断层或一些张裂隙，成为水源充沛、强富水的突水薄弱带，一旦被揭穿，将引起突水。若导水陷落柱宜接突水，后果更加严重。从现有资料来看，导水陷落柱对矿井水文地质条件有下列影响：1、使不同地段井巷涌水M大小相差悬殊。在导水陷落柱附近，涌水一般比较集中，水M长期稳定；2、山于陷落柱的补给，煤层顶底板含水层往往出现局部高水位的异常区；3、曲于导

10、水陷落柱的存在，煤层顶底板含水层水质差异不明显，基本属于同一类型；4、矿井涌水M和突水M跳跃式猛增。（3） 钻探工程布置原则对导水陷落柱的钻探探查和治理，可以采用地面钻探工程，也可以采用井下钻探工程，本矿井主要可采用井下钻探工程。1、井下钻探工程布置原则（1）煤层底板水压较大的陷落柱探查孔原则上不沿煤层布设，而应该布设在岩层中，因为沿煤层埋设的孔口安全止水套管，很可能被高庄水突破，但是在特殊的环境下可以通过增加孔口管的长度的方式解决此问题；但根据LI前的资料，本矿井带压不大，可以通过加固孔口装置防止水压的突破；但要注意底板高压水异常区的存在，要防止高压异常区的突水危险；表11-1沿岩层探断层、

11、陷落柱或强含水层安全距离起探距离（即探水线的圈定）水压(MPa)超前距（m）止水套管长度（m）说明条件距离（m）水平方向垂直方向资料可靠，据水压大小20-50301S202020（2）必须使钻孔在一定的安全深度揭露陷落柱，山孔口至陷落柱之间的岩壁厚度应能在关闭孔口阀门时足以抗衡水压的破坏；（3）孔口管的长度，超前距离、探陷落柱的起始点距离应该符合表11-1的要求;(4)以探查陷落柱涌水为LI的，兼顾相邻采面防治水方案论证；(5)探查孔兼具疏放、注浆治理功能；(6)场地适宜施工操作，便于较长时间保留。(四)井下钻孔结构1、设计原则(1)揭露陷落柱时，钻孔应采用小孔径，同时采用助骨钻头，以控制孔内

12、涌水M和防止高压水使钻杆射出；(2)必须在孔口安装完整的孔口安全装置。钻孔钻具应该使用“防喷接头”；(3)应简易水文地质观测的需要，应该在孔口管上安装水压表、水门、三通和泄水短管等；(4)对水压较高且水M较大的陷落柱进行探放水时，孔口应该安设防喷逆止阀，以避免高压水顶出钻杆、喷出碎石伤人；(5)要提高岩芯采取率，及时进行岩芯鉴定，做好断层破碎带和陷落柱的分辨工作，编制好水文地质图表；(6)监测并记录孔内水压、水M和水质的变化情况，发现异常应加密或加深钻孔，争取宜接探到陷落柱；(7)探到陷落柱无水或水M很小时，要用泵进行略大于区域静水压力的压水试验，检验其导水性；(8)钻孔探测后必须注浆封孔，并

13、做好封孔记录，注浆结束压力应大于区域静水压力的2.5倍。2、钻孔结构井下钻孔一般为斜孔，裸孔段穿过陷落柱，详见图：井下钻孔结构示意图第五节掘进工作面过陷落柱探放水安全技术措施1、 明确陷落柱探放距离，达到位置时停止掘进，组织探放施工。2、 施工过程中发现钻孔出水且水M较大时，立即停止钻探，切断电源，严禁拔出钻杆，汇报矿调度室。3、 钻孔出水较大、危及人身安全时，撤出作业地点，留两人远距离高处观察水情，并通知附近其他工作人员撤离受威胁地区，并汇报矿调度室。4、 水情观测人员认真填写放水记录，包括出水时间、水M变化、颜色、温度、气味等变化情况。观测人员必须携带便携式中烷报警仪，发现瓦斯超限或其他异常，立即撤离现场，并向矿调度室汇报。5、 根据排水能力及临时水仓容控制放水孔的流M或调整排水能力，如不能排除钻孔出水时，可用长木楔缠上麻、棉纱，用榔头堵塞出水口，用木楔向孔内槿击，控制出水M并增加排水泵能力，待水情稳定后在起钻，利用孔口管闸阀控制钻孔出水6、 放水过程中，