主副水仓在承压水条件下生产安全技术措施措施1.docx
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主副水仓在承压水条件下生产安全技术措施措施1
山西柳林鑫飞下山峁煤业有限公司
9#煤层主副水仓承压水条件下生产安全技术措施
随着矿井巷道延伸深度的不断增加,煤层所承受的水头压力愈来愈大,潜在的突水威胁将表现的更为突出,严重威胁着矿井的安全生产和职工的人身生命安全。
因此,根据煤矿安全规程、防治水规定及相关文件要求,结合我矿实际情况,我矿特制定9#煤层主副水仓在承压水条件下生产安全技术保障措施,望认真遵照执行。
一、概况
(一)巷道名称及用途
本措施中掘进的巷道为井下主、副水仓,其主要作用为井下存水、排水的需要。
(二)巷道设计长度及服务年限
巷道设计长度:
322.385m。
服务年限:
11.6年。
(三)预计开、竣工时间
2012年5月10日开工,预计2012年7月10日竣工。
(四)相邻巷道位置关系、开口位置
水仓位于井底车场西部,与主水泵房、井底车场连通,巷道开口底板与井底车场相对标高为-0.937,入口段坡度-13°。
二、井田水文地质条件概况
(一)地表水
区域内河流属黄河水系,以黄河为主干随地形发育,呈树枝状分布,较大河流有湫水河和三川河。
湫水河发源于兴县黑茶山南麓由北向南经临县、三交镇流向西南至碛口镇注入黄河,全长107km,据林家坪水文站资料,河流量历史实测最大值3670m3/s(1967年8月22日),多年平均3.216m3/s,最大月平均54.5m3/s,1986年平均1.01m3/s,1988年7月18日最大1090m3/s,湫水河属季节性河流,雨天河水猛涨,雨后迅速减退,枯水季节流量甚小,7-9月份流量占全年的50%-70%。
三川河由北川河、小东川河、大东川河、南川河等支流,分别自北向南,自东向西,自南向北汇流而成,由东向西经柳林注入黄河。
三川河最大流量2260m3/s,年平均5.34-9.54m3/s。
黄河从本区西缘由北向南流过,河底高程610-700m,据吴堡水文站1952-1977年资料,年平均流量924.4m3/s,最大流量19500m3/s。
(二)含水层
本井田及四邻的含水层自上而下有:
井田内主要含水层为奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层、太原组灰岩岩溶裂隙含水层和石炭系、二叠系的砂岩裂隙含水层、上第三系和第四系松散岩类孔隙含水层。
现分述如下:
(1)奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层
井田内地表未见露头,岩性为石灰岩、泥灰岩。
在峰峰组底部及马家沟组灰岩中,岩溶裂隙较发育,以溶孔、溶洞为主,溶孔呈峰窝状,溶洞直径12—15厘米,洞壁有方解石薄膜附着。
据井田北侧相邻矿井临县新民煤矿(距本井田3km)S4水井(省地矿局第一水文队1985年施工)资料,井深300.60m,揭露奥灰岩厚度194.15m,水位标高811.76m,降深3.90m,出水量为6.01/s,(峰峰组)单位涌水量1.671/s.m,水量丰富。
水质类型为S04—HCO3—Ca水型,矿化度2.05g/l,总硬度62.6德度。
由北侧相邻的临县新民煤矿S4水井揭露奥灰水位标高811.76m,推测本井田内奥灰水水位标高为808.50-810.00m。
(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3号层石灰岩组成,平均总厚度20.25m,岩溶裂隙发育,太原组含水层单位涌水量0.409L/s.m,渗透系数2.111m/d,水质为SO4.HCO3-Na.Mg.Ca型,矿化度0.968g/L,属中等富水性。
(3)二叠系碎屑岩类裂隙含水层
该含水层以中粗粒砂岩为主,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。
据补1孔抽水资料,单位涌水量为0.082L/s.m,渗透系数为0.567m/d,水质为SO4.HCO3-Na.Mg.Ca型,矿化度0.993g/L。
(4)上第三系、第四系松散岩类孔隙含水层
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,单井出水量小于5m3/d,富水性弱。
第四系中上更新统广泛分布于井田内,其含水层补给条件不好,连续性差,单井出水量小于5m3/d,富水性弱。
第四系全新统在井田北部沟中出露-小部分,富水性弱,单井出水量小于10m3/d,季节性变化大。
(三)隔水层
(1)山西组隔水层
山西组5号煤以下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,连续稳定,泥岩、粘土岩隔水性较好,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32.78m,岩性主要为泥岩、粘土岩、粉砂岩夹薄层石灰岩,隔水性能好,在发育稳定。
井田内最下层可采煤层9号煤层至本溪组之间以泥岩、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。
(3)各煤层底板隔水层变化规律
4号煤层底板到奥陶灰岩顶面的隔水层厚度由北西120m到南东135m逐渐变厚。
8号煤层底板到奥陶灰岩顶面的隔水层厚度由北西70m到南东60m逐渐变薄。
9号煤层底板到奥陶灰岩顶面的隔水层厚度由北西50m到南东45m逐渐变薄。
(四)含水层的补给、径流、排泄条件
井田奥陶系灰岩水属柳林泉域,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,岩溶水流经井田向东南排向柳林泉。
石炭系和二叠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,含水层中水顺岩层倾斜运移,流出井田外,矿井排水是其主要排泄途径。
三、构造水文地质特征
本井田总体为一走向北北东、倾向北西西的单斜构造,倾角2°~9°。
本井田内未发现断层及陷落柱,仅4号煤层采掘过程中在本井田东北部,即原山西柳林森泽煤业有限责任公司井田内发现一冲刷带。
今后生产中应注意隐伏断层和陷落柱,以防透水事故的发生。
四、矿井充水因素分析
(一)地表水体对矿井开采的影响
井田内无常性水流,地表节割严重,沟谷发育,雨季水流来迅速,不利于地下水的补给。
井田内最高洪水位标高于各井口标高,没有地表水威胁。
(二)构造对矿井开采的充水影响
井田为一单斜构造,未有断层和陷落柱,不存在构造破碎带,没有断层等构造导水因素对煤层开采的影响。
(三)采空区积水对煤层开采的影响
井田内4号煤层已形成大面积的采空区,积水处有3处,分别位于井田的西北部、东北部、南部,积水面积分别为6071m2,6473m2,2151m2,积水量分别为315m3,318m3,65m3。
井田内8号煤层未进行开采,无采空区。
井田内东北部即原山西柳林森泽煤业有限责任公司井田范围内,已进行了9号煤层开采,形成大面积采空区,积水处有1处,位于井田的东北部,积水面积分别为7547m2,积水量分别为636m3。
根据导水裂隙带最大高度经验公式:
Hf=100M/(2.4n+2.1)+11.2
式中:
M-累计采煤厚度(m);
n-煤分层层数;
8号煤层导水裂隙带最大高度为:
Hf=100×2.86/(2.4×1+2.1)+11.2=74.76(m)
8号煤层到4号煤层距离平均为61.30m,可见8号煤层导水裂隙最大高度大于8号煤层到4号煤层的距离,但由于积水区离主副水仓距离远,所以4号煤层采空区积水对主副水仓开掘无影响。
无需计算,9号煤层的导水裂隙高度也大于9号到8号煤层的距离。
综上,井田内各下部煤层导水裂隙均沟通上方煤层的采空区,上方煤层采空区积水对主副水仓开掘均无有影响。
(四)含水层对矿井充水影响
1、煤系地层含水层对矿井充水影响
井田内煤系地层含水层主要为山西组砂岩裂隙含水层、太原组灰岩岩溶裂隙含水层。
山西组4号煤层直接充水含水层为其上的砂岩裂隙含水层,其富水性弱,一般情况下,对煤层开采影响较小。
太原组含水层主要为灰岩岩溶裂隙含水层,根据钻孔资料,含水层裂隙发育,富水性中等。
8号煤层顶板即为L2灰岩。
所以,太原组灰岩岩溶水对8号煤层并且包括9号煤层开采影响较大,矿井涌水量会增大。
2、奥灰水对矿井充水影响
井田内奥灰水位标高为808.50-810.00m。
4、8、9号煤层最低底板等高线标高分别为570m、520m、500m。
各煤层距奥灰顶面的距离依次128.57m、63.80m和45.75m。
根据奥灰水突水系数计算公式:
K=P/M-Cp
其中:
K—突水系数(MPa/m);
P—底板承受的静水压力(MPa);
M—隔水层有效厚度(m);
Cp—开采破坏厚度(m),采取经验值16m。
4、8、9号煤层的最大突水系数分别为:
K4=(810-570+128.57)×0.0098/(128.57-16)=0.0321(MPa/m)。
K8=(810-520+63.80)×0.0098/(63.80-16)=0.0725(MPa/m)
K9=(810-500+45.75)×0.0098/(45.75-16)=0.1171(MPa/m)
经过计算,4号煤层最大突水系数为0.0321MPa/m,8号煤层的最大突水系数为0.0725MPa/m,9号煤层可采范围最大突水系数为0.1171MPa/m。
上述结果可知,8号、9号煤层的最大突水系数大于受构造破坏块段突水的临界值0.06MPa/m,开采时受奥灰水影响。
4号煤层的突水系数小于受构造破坏块段突水的临界值0.06MPa/m,一般不会受到奥灰水突水威胁。
(五)井田及周边地区老窑水分布情况
(1)周边矿井对本井田煤层开采的影响
井田北与新民二矿、临县苏家坡煤矿相邻、东与山西柳林大庄煤业有限公司相邻、西与中铝碛口煤矿相邻、西南与碾墕煤矿相邻。
经调查,北部的新民二矿、临县苏家坡煤矿采空区存在积水,对本井田有影响。
东部的山西柳林大庄煤业有限公司采空区存在积水,对本井田有影响。
西部的中铝碛口煤矿(未开采)、西南部的碾墕煤矿位于本井田的下山部位,故分析其采空积水不会灌入本井田,对本矿生产无影响。
(2)本矿井采空区积水对矿井充水的影响
井田内4号煤层已形成大面积的采空区,积水处有3处,分别位于井田的西北部、东北部、南部,积水面积分别为2100m2,6500m2,2000m2,积水量分别为600m3,2000m3,400m3。
井田内8号煤层未进行开采,无采空区。
井田内东北部即原山西柳林森泽煤业有限责任公司井田范围内,已进行了9号煤层开采,形成大面积采空区,积水处有1处,位于井田的东北部,积水面积为7500m2,积水量为4000m3。
五、矿井涌水量预算
(一)矿井涌水概况
由于本区为降水量小的半干旱区,地表径流条件好,地下水的补给来源较少,该矿目前以煤层顶板裂隙渗水、断层渗水为主,但水量不大,正常排水情况下,不会影响生产。
矿井涌水点及涌水量情况(表1)。
煤矿涌水点调查情况统计表表1
煤层
涌水
点编号
涌水量(m3/h)
水温
(℃)
出水
时间
特征
备注
4、8、9。
1
0.175
12
2007
自流
2
0.158
12
2008
自流
3
0.075
12
2008
自流
4
0.192
12
2009
自流
4
0.183
12
2009
自流
(二)矿井排水情况
矿井8号煤层现排水系统见表2。
煤矿排水情况调查统计表表2
矿井名称
水仓位置
容量m3
水泵数
水泵流量
m3/h
管路排水量
m3/h
水泵型号
下山峁煤业
8号煤层
主斜井井底
120
3
43
DF43-30×8型
(三)矿井涌水量预算
井田内8、9号煤层充水条件基本相同。
据调查,原山西柳林任家山煤业有限公司矿井开采4号煤层,生产能力为9万t/a,矿井正常涌水量60m3/d,最大涌水量80m3/d。
据调查,原山西柳林大庄煤业有限公司矿井现开采8号煤层,生产能力为45万t/a,矿井正常涌水量480m3/d,最大涌水量720m3/d。
根据比拟法矿井涌水量计算公式:
K=Q0/
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