矿井掘进施工受水威胁分析

矿井掘进施工受水威胁分析

肥城矿区受到严重的岩石和采矿保护。建设以来，发生了150多起底板裂缝和大型洪水，超过1000m3h的6次，最大洪水流量为33070m3h。其中，两次在道路开挖和施工过程中造成坍塌，严重威胁安全生产。是近些年来多数矿井均由上组煤转入下组煤生产,矿井的开采深度不断增加,受水威胁的状况日趋严重。因此,在巷道掘进施工中,应坚持“有疑必探,先探后掘”和“全方位分析水情,多方向探查水害”的治水方针,采取综合防治水措施,有效防止水害的发生。1灰和奥灰含水层肥城矿区的水文地质条件极其复杂,石炭系太原群的煤层严重受其底部五灰和奥灰承压水的威胁,煤田的构造形态是受落差大于1000m以上的肥城断层控制的单斜构造,岩层走向近东西,向北倾斜,煤田内主要是断层构造,其中落差大于30m的断层就有34条,大的构造中发育着次一级的断层和小褶曲,造成岩石的破碎,是地下水迳流的良好通道。在生产过程中,直接或间接造成水害的有四灰、五灰和奥灰三个含水层。四灰是八层煤的直接顶板,富水性不均匀,在有补给水源的情况下难以疏干,直接对七、八层煤的开采形成威胁。五灰上距九、十层煤间距仅20m左右,其间多有构造或导水裂隙,把五灰引入九、十层煤的底板,使有效隔水层变薄甚至为零,当巷道揭露时就会直接造成水害。五灰水介于九、十层煤与奥灰之间,厚约10m,由于离奥灰间距小,局部地段通过裂隙、断层与奥灰水力联系密切,宏观上与奥灰构成一个含水体。由于奥灰的动静水储量十分丰富,是矿井突水的主要水源。国庄矿-210北大巷揭露落差2.2m的断层时,底板突然突水,水量达32970m3/h,仅6.5小时就将矿井淹没,其水源就是来自煤系底部的五灰和奥灰含水层。自1986年以来,肥城局一直坚持每月一次的防治水排查制度,由局矿总工程师组织地测、技术和安监等部门,根据当月掘进计划进行全方位水情水害分析非查,分析掘进迎头周围是否有水文异常或水害威胁,分析所受水害类型,并由地测部门按规定提出水害预测预报,由公司总工程师组织各有关部门进行集体会审排查,并制订相应的措施。2井检测方法2.1及时打前探水钻孔井下探水坚持以钻探为主、巷探结合的方针,不准对老空水、导水断层、含水断层、陷落柱、导水钻孔、强含水层等直接使用巷探,若工程需要巷探,也必须打超前探水钻孔,防止突水事故。(1)巷道周围水害情况调查单巷掘进时,在巷道两侧分别布置机房进行探查,两侧的工程相加,就控制了巷道周围的水害情况。在大巷、总回风巷探水时,用此法效果较好。(2)单通道入口和单通道入口利用两条平行巷道,一巷超前掘进,迎头作为机房进行探水,另一巷滞后,正常施工不探水,这种方法可以组织快速掘进以确保接续。(3)两条胡同挖，交替寻找水石门或上、下山掘进时,通常采取探水和掘进交叉作业。即主巷掘进时,副巷迎头作为机房进行探水;副巷掘进时,主巷迎头探水。(4)合理利用高层位巷道目前井下采用钻探方法查明中小断层,特别是H=1~5m的小断层难度较大。因此,在构造复杂的水文地质区域施工时,要充分利用煤层群中的高层位巷道作为巷探,因其隔水层厚,不受水威胁,可以准确控制构造位置及形态。在查明构造的情况下,低层位巷道泄水条件好,用其探放水效果好,工程量少。(5)隔层探水探究在煤巷内打钻探水,若水压高、煤层松软、裂隙发育时,水会沿裂隙涌出,甚至淹没施工迎头,这种情况下要采用隔离式探水。其方式主要有三种:(1)探水区附近无可利用的巷道或新开拓的采区,要掘专门的探水巷探放水;(2)隔层探水,在煤层群中以泄水条件好、工程量少的巷道作为探水巷进行探放水;(3)砌筑隔水墙探水。2.2钻井地球物理(1)地质构造研究瑞利波探测方法是基于不同振动的瑞利波沿深度方向衰减的差异,通过测量不同频率成分瑞利波的传播速度来探测不同深度的断层、岩溶等地质构造。该法可在井下岩巷、煤巷、顶板和掘进迎头前方作“全方位”超前探测,探测距离30m,占用场地少、施工简单、效果较好。(2)高频发射电磁此法是一种用于地下介质分布的广谱电磁技术,从介质表面发射高频电磁波,利用其反射测取目的体的几何形态,并解释地质现象,探测距离为50m。3水环境处理3.1排水系统的设计在水平延深设计中,必须考虑防水闸门等隔离设施,确保井底、两翼、水平和上下组煤之间实现隔离。设计水平排水能力不低于3000m3/h,以增强抗灾能力。对于受水威胁的下山采区,在掘进期间设有临时排水系统,回采前建成足够能力的排水系统。水平和采区设有泄水巷,区内回采巷道均按腰线伪倾斜上山布置,以便泄水。3.2探水线探水线对于巷道前方断层、陷落柱或钻孔等构造情况清楚,但导水性不清时,先根据断层落差定出探水警戒线,其宽度为平行防水煤柱线外推20~100m,当巷道进入警戒线后,停头打钻超前探水,在探明断层的位置、产状及导水性后,方可决定防水煤柱留设或采取注浆加固措施过断层。3.3底板加固措施对于构造不清、水文情况复杂的块段,巷道底板实际隔水层厚度小于安全隔水层厚度,或实际水压值大于安全水压值时,在准确探查构造及水文情况后,采取底板加固措施。3.4巷道底板支护对于水文地质异常、水量大、水压高的块段,除了要采取注浆改造加固巷道底板措施外,为防止巷道掘过后的滞后出水,保证掘进安全,要加强巷道的支护,提高巷道底板的支护强度。因此,要积极采用锚杆支护,减少架棚支护下挖腿窝对底板的破坏,并采用反拱封闭底板,提高巷道底板强度。3.5下盘多采用地面调盘、下盘、大跨采煤柱宽度对九、十层及受水威胁的七、八层工作面,断层两盘都要留有足够的防水煤柱,对落差大于1.5m的断层,煤柱宽度上盘不少于20m。下盘不少于15m。对落差在1.5m以下的有导水迹象的断层,其煤柱宽度也不得少于15~20m。在受水威胁的区域,巷道施工一般不破坏七层煤和十层煤底板;在水文地质复杂区域,水压大于0.6MPa,起底超过0.5m或水压小于0.6MPa,施工巷道起底超过1m时,必须经集团公司研究批准。4积极利用新技术,为巷道开采及支护设计提供地质水文资料在水文地质条件复杂区域实施综合探水技术,能够准确、全面、有效地探查水害,查清断层性质、产状及分布规律,探明断层的导水性及含水层的赋水条件,特别是积极采用物探新技术,能够解决钻探难以解决的构造等问题,为巷道布置及支护设计、确定泄排水系统和能力,正