巷道带压掘进防治水安全技术措施.docx

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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

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

二O一四年五月二十日

目录

一、旺源煤矿水文地质概况1

㈠井田地表河流1

㈡井田含水层2

㈢井田主要隔水层5

㈣含水层的补给、径流、排泄条件5

㈤矿井充水因素分析与矿井水文地质类型6

二、编制带压开采防治水安全技术措施必要性11

三、探放水设备11

四、建立完善的排水系统11

五、带压开采的主要防治水安全技术措施12

大佛寺旺源煤业

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。

一、旺源煤矿水文地质概况

㈠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1.2km，最高洪水位1025m～985m。

井田东部边界的丁铃沟发源于化家窑村南，延伸程度约7km，井田位于其上游，井田内延伸长度约1.5km，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1085m～990m。

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。

㈡井田含水层

1、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1010m，井深500.97m。

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110m，水位标高900m，出水量12.5L/s，水位降深40m，水质为HCO3.SO4—Ca.Mg型，PH值7.8，矿化度0.4778g/L，总硬度390.3mg/L，总碱度202.7mg/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911.22m，涌水量1.28L/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1-2-8B41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+C3t

77.35

960.21

48.39

13.1005

0.0007329

0.00068

0.033

O2f

103.40

934.16

42.08

37.24

0.00697

0.00662

0.38

O2f+O2s

127.50

910.06

11.98

20.71

0.0269

0.071

1.05

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909m～910m。

2、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1.80m～6.65m，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5.5km处，据其抽水资料，单位涌水量为0.044L/s.m，水质类型为HCO3－Na型，矿化度0.43g/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。

3、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20.00m-33.00m。

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）960.21m，涌水量（Q）0.033L/s，单位涌水量0.00068L/s.m，渗透系数0.0007329m/d。

属弱富水性含水层。

4、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0.046－0.8L/s。

据温家沟ZK10孔抽水资料，单位涌水量0.019L/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80m深度时，出现井口涌水现象，经观测，水头高度2.25m，相当于标高982.64m，涌水量0.075L/s。

在对1-1西北约1km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。

5、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。

㈢井田主要隔水层

1、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。

2、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48.75m，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。

㈣含水层的补给、径流、排泄条件

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909.00m～910.00m。

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。

㈤矿井充水因素分析与矿井水文地质类型

1、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。

⑴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。

⑵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101900m3，5#煤层采（古）空区积水量约72100m3，9#煤层采（古）空区积水量约61800m3，10#煤层采（古）空区积水量约42700m3，11#煤层采（古）空区积水量约411918m3。

井田周边矿井和小煤窑各煤层采（古）空区积水量约690418m3。

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295370m3，11#煤层采（古）空区积水量为762380m3。

⑶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100m3/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150m3/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。

2、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-910.00m。

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。

4、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）960.21m，涌水量（Q）0.033L/s，单位涌水量0.00068L/s.m，渗透系数0.0007329m/d，属弱富水性含水层。

井田奥陶系岩溶水水位标高为910m～908m。

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0.06Mpa/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。

5、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130m3/d，最大涌水量150m3/d；旺源煤业曾开采9#煤层，矿井正常涌水量为240m3/d，最大涌水量为260m3/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900m3/d，正常涌水量785m3/d；9#煤层矿井最大涌水量1800m3/d，正常涌水量1675m3/d；10+11#煤层矿井最大涌水量1800m3/d，正常涌水量1675m3/d。

目前矿井正常涌水量410m3/d，最大涌水量450m3/d。

二、编制带压开采防治水安全技术措施必要性

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。

三、探放水设备

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。

四、建立完善的排水系统

1、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Φ194×6mm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。

2、各掘进工作面排水系统

掘进工作面配备22KW水泵两台，配备Φ127mm排水管，排至轨道巷水沟，由轨道巷水沟排至中央水仓。

五、带压开采的主要防治水安全技术措施

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时安装更换。

6、在正常掘进时钻探队必须严格执行《探放水设计》和《探放水安全技术措施》进行超前探。

7、对查明有突水可能的导水断层及导水，要严格按《煤矿安全规程》及《煤矿防治水规定》，核实隔水层能承受含水层的最大水头压力值，计算突水系数，留设保安煤柱，必要时采取预注浆封堵断层导水通道、导水通道或采取预注浆加固底板。

8、探水队要加强突水时汇报，煤层底板突水之前，都有明显的征兆，对出现的一系列反常现象都应高度重视，应建立班组长负责制，工人发现问题，应及时向班组长汇报，以便查明原因，及时处理，必要时电话向调度指挥部及时汇报，以采取紧急措施。

9、探水队必须加强排水设备、管路的维护，供电的检修、维护，确保排水设备的正常运行。

同时一旦观察到涌水量增大、异常时，必须增开水泵加强排水，及时向矿调度指挥部汇报，并随时观察水位、水量变化。

10、机电部必须加强各排水设备、管路及配套设备的监督、检查，保证排水系统正常运行，负责协调为事故单位提供排水设备及配件，负责通信畅通。

11、物资采供部负责抢险救灾设备及配件的储备工作。

12、一旦发生透水事故，根据情况应立即启动《旺源煤业水灾事故专项应急预案》。

13、施工探水队要对以上措施认真贯彻学习，并要求考试合格方可下井。

六、避水灾路线：

1、掘进工作面→轨道下山（运输下山、回风下山）→运输大巷（轨道大巷、回风大巷）→主斜井（副斜井、回风立井）→地面。

2、工作面发生透水事故后,根据现场情况按照以上避灾路线进行逃生，并按要求汇报调度指挥部和生产技术部、防治水科。

附件：

安全隔水层厚度公式：

式中：

t—安全隔水层厚度，m；

L—巷道底板厚度，m；

r—底板隔水层的平均重度，MN/m3；

Kp—底板隔水层的平均抗拉强度，MPa；

p—底板隔水层承受的水头压力，MPa。

煤巷防水煤柱留设公式：

T=P/M

式中：

T—突水系数，（MPa/m）

P—底板隔水层承受的水压（MPa）

M—底板隔水层厚度，（m）。