坪上煤矿探放水设计及安全措施.docx

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坪上煤矿探放水设计及安全措施

坪上煤矿探放水设计及安全措施

第一节矿井水文地质条件分析

一、地层

矿区内出露地层有第四系（q）、三叠系下统大冶组（tldy）、二叠系上统长兴组（p2ch）、下窑组（p2x）、龙潭组（p2l）、二叠系下统茅口组（p1m）、栖霞组（p1q）。

现将井田地层由新至老分述如下：

1、第四系（q）

岩性主要为黄色亚粘土、亚砂土夹硅质灰岩、灰岩及泥岩碎块，主要分布于井田北西、南东边缘的缓坡部位。

厚0.00～10.00m。

2、三叠系下统大冶组（t1dy）

按岩性组合特征分为三段。

本组地层总厚度>;150m。

①大冶组第三段（t1dy3）：

灰色中厚层状灰岩。

②大冶组第二段（t1dy2）：

粉红色薄～中层状泥灰岩。

③大冶组第一段（t1dyl）：

黄绿色、绿色薄层状钙质页岩。

3、二叠系上统长兴组（p2ch）

按岩性组合特征可分为上、下两段。

①长兴组上段（p2ch2）：

白色～灰白色厚层状白云岩，粗粒结晶结构，风化后表面粗糙。

厚44.0m。

②长兴组下段（p2chl）：

上部为浅灰～灰色中厚层～厚层状含硅质结核灰岩，结核呈不规则的团块状，分布不均匀，微粒结构；下部为浅灰～深灰色中厚层状灰岩类薄层状硅质灰岩条带，微粒结构，风化后表面呈褐红色，底部为灰岩与条带状硅质灰岩互层，且水平层理发育。

厚138.03m。

4、二叠系上统下窑组（p2x）

按岩性组合特征可分为上、下两段。

1下窑组上段（p2x2）：

黑灰色～黑色薄层状白云质、灰质泥岩，泥晶结构，节理较发育，含菊石化石，顶部为炭质页岩，底部夹2～4层薄层状灰岩。

厚14.76m。

②下窑组下段（p2x1）：

上部为灰白色白云岩，微粒结构，厚1.30～3.60m，中部为浅灰色～灰色厚层状含硅质结核灰岩，硅质结核呈不规则团块状；下部为灰～灰黑色生物碎屑泥岩夹1～2层含生物碎屑灰质白云岩。

厚40.65m。

5、二叠系上统龙潭组（p21）

上部为炭质泥岩，厚0.05～0.20m，其下为煤层，厚0.55～1.51m，煤层之下为含黄铁矿炭质泥岩，厚0.10～0.20m，再下部为含黄铁矿高岭石粘土岩。

厚1.3～4.8m。

6、二叠系下统茅口组（p1m）

灰白色、浅灰色厚层状灰岩，含生物碎屑，生物结构，缝合线构造，顶部含有星点状黄铁矿。

厚度>;180m。

7、二叠系下统栖霞组（p1q）

上部为深灰色厚层状瘤状灰岩，瘤状体为有机质钙质，泥质组成，局部夹薄层状炭质灰岩，中部为黑色厚层状灰岩，含少量燧石结核，下部黑色有机质瘤状灰岩与炭质页岩构成互层。

厚度>;97m。

详见图2-1-2煤系地层综合柱状图。

图煤系地层综合柱状图

二、构造

（一）区域地质概况

矿区位于咸丰向斜北西翼、咸丰压扭性断裂破碎带的北西侧，井田内为一残留的次一级向斜构造，向斜南东翼地层被咸丰断裂带所破坏和改造，靠近轴部尚保留一部分地层，向斜北西翼地层为矿区主要赋矿（煤）地层，呈带状北东向分布，地层倾向南东，但由南向北有所变化，地层走向由南东渐转向北东，南部地层产状倾向140°～150°，倾角20°；中部地层产状倾向100°，倾角27°；北部地层产状倾向34°～70°，倾角10°～20°。

区内i号勘探线及其附近处于构造小隆起带，岩层及煤层倾角变大，一般在40°左右。

由于矿区位于咸丰压扭性断裂破碎带北西边缘，断裂构造发育，矿区周围及其内部主要断裂构造共计五条，现分述如下：

①f1断层：

分布在矿区东缘，南起刘家岩，北至大河寨一带，走向北东30°，断距较大，致使二叠系上统及三叠系下统地层与泥盆系上统及志留系上统等老地层直接接触，断层面倾向北西，倾角为65°，为一压扭性断层。

②f2断层：

分布在矿区北端李家田一带，走向北东，倾向南东，倾角不明，亦为压扭性断层。

③f3断层：

分布在矿区西部老鸦坑一带，走向北东10°，性质不明，此断层位于煤层露头线之外，因此对矿区无影响。

④f4断层：

分布于三号钻孔附近，向南与f1以锐角相交，断层面倾向南西，倾角为80°左右，向北尖灭，长度约为1000m，此断层在一号勘探线上煤层底板垂直断距为29m，在0号勘探线上煤层底板垂直断距为43m。

⑤f5断层：

分布在二号与三号钻孔之间，即大坑一带，向南推断（因浮土掩盖）亦以锐角交于f1之上，断层面倾向北西，倾角为70°左右，向北尖灭，长度为1200m，此断层在i号勘探线上煤层底板垂直断距为15.1m，在o号勘探线上煤层底板垂直距38m左右，致使zk20钻孔之煤层底板提高40m左右。

综上所述，井田内褶皱形态简单，断层f1、f2、f3构成了井田自然边界，断层f1对煤层起了一定的破坏作用，但分布在井田的东缘且长度有限，对上山煤层无影响，f1断层使东侧煤层底板提高40m左右（zk20煤层底板比zk2提高36.15m），为本区增加了部分上山煤，所以区内断裂构造对煤层的破坏作用不大。

综上所述，矿区构造复杂程度应属中等。

水文地质

1、含水层

（1）上二叠统长兴组上段（p2ch2），地表岩溶洼地，岩溶裂隙、落水洞均很发育，地下岩溶裂隙、溶洞发育，岩溶率为0.63～16.89%，含弱岩溶裂隙潜水，水量甚小（小于1公升/秒）。

（2）上叠统下窑组下段（p2x1）为含结核灰岩，地下岩溶裂隙溶洞很发育，岩溶率为1.52～30.39%，含岩溶裂隙溶洞水，地表露头甚少，为侵蚀基准面以上矿坑充水之主要含水层，补给源为汇水区大气降水之渗水，涌水量0.08～3.85公升/秒。

（3）下二叠统茅口～栖霞灰岩组，为矿层底板以下之重要含水层，含丰富的岩溶溶洞水，涌水量9.49～568.97公升/秒。

2、隔水层

主要隔水层有下窑组上段（p2x2）含硅质、灰质薄层状泥岩，在无断裂影响情况下，普遍起隔水作用，次为下窑组下段含生物碎屑泥灰岩，厚3-9米与煤层直接接触；矿层为层状连续分布，为块状粉状煤不含水，底板为高岭石粘土岩，无断裂影响情况下尚能隔水。

3、矿床充水因素分析

矿山范围内无大的地表水体，矿井充水因素主要有五个，一是地表水、二是大气降水、三是含水层、四是老窑积水、五是井下突水。

地表水：

矿区内有的季节性小溪沟，雨季时溪沟水将通过采动裂隙渗入矿井，成为地下水的补给源，同时是矿井水的间接补给源。

大气降水：

大气降水是矿井主要的充水来源，它通过采空塌陷裂隙渗透进入矿井，据该矿多年观测，洪水季节矿井明显增大，在正常涌水量的4倍左右。

含水层：

前已述及，矿区内含水层主要为茅口石灰岩和长兴石灰岩，地下水类型为岩溶裂隙水，石灰岩含水性强，因此岩溶含水层水是矿井重要充水因素之一。

老窑积水：

老窑及采空区水是矿井生产中的主要充水因素，因此，矿井在开采期间，应加强探放水措施，坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，防止老窑穿水事故的发生。

采用湖北省第二地质大队针对矿井涌水量的说明，矿井正常涌水量为258.0m3/h，最大涌水量为645.0m3/h。

。

第二节探放水设计及安全措施

根据“有掘必探，先探后掘，先治后采”的原则，制定本安全技术措施。

一、探放水原则及出水预兆

1、探放水原则

“有掘必探、先探后掘，先治后采”是防治水害的基本原则。

凡是新开拓的区域和受水害威胁的地区，都必须坚持这一原则。

遇到下列情况都必须探水掘进。

⑴矿井新开拓区域或新布置的巷道。

⑵接近含、导水断层、溶洞和导水陷落柱时。

⑶打开隔离煤柱放水时。

⑷接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等连通的断裂构造带时。

⑸接近有出水可能的钻孔时。

⑹接近有水的灌浆区时。

⑺受底板强承压含水层威胁的采煤工作面。

⑻接近其它可能出水（突水）地点时。

2、工作面出水预兆

煤壁挂汗：

温度下降，空气变冷，雾气产生；煤层发潮、暗沉沉有害气体增高，呼吸困难，头痛；顶、地压加大，底板鼓起并有渗水、淋水；出现压力水流并有“嘶、嘶”水叫声；巷道挂红，有异味等出水预兆情况，必须立即向矿调度室汇报撤出人员等候处理。

二、探水钻孔设计

1、因三采区+680运输平巷、水泵房（水仓）及轨道下山均布置在岩层中，故主要预防顶板岩溶裂隙水，因而布置三组钻孔，每组钻孔2个，共计6个钻孔。

（详见钻孔布置图）

2、每个钻孔的套管长度不小于10m。

3、预计前方有带水压的含水层时，探水孔必须安设套管。

孔口套管必须用封孔剂固孔，而且必须进行耐压试验，耐压试验不小于4mpa，稳定时间不小于30分钟。

4、对水压高于1mpa且水量较大的积水或强含水层进行探放水时，孔口应安设防喷逆止阀。

5、探得水压高于2mpa、水量大于60m3／h，需长期保留时，孔口应使用双水门，下门备用。

三、钻机安装规定：

1、加强钻场附近的巷道支护，并在工作面迎头打好坚固立柱和挡板。

2、清理巷道挖好排水沟，探水钻孔位于巷道低洼处时，必须配备与探放水相适应的排水设备。

3、在打钻地点或附近安设专用电话。

4、测量和探放水人员必须亲临现场，依据设计，确定主要探水孔的位置、方位、角度以及钻孔数目。

四、探放水施工中的技术要求

（一）探水技术要求

1、钻进时应准确判别煤、岩层厚度并记录换层深度。

2、钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等现象时，必须立即停钻，记录其孔深并同时将钻杆固定。

要立即向矿调度室汇报，及时采取措施，进行处理。

3、钻进中发现有害气体喷出时，应立即停止钻进、切断电源，将人员撤到有新鲜风流的地点。

立即报告矿调度室，采取措施。

4、钻孔内水压过大或喷高压水时，应采用反压和防喷装置的方法钻进，应有防止孔口管和煤（岩）壁突然鼓出的措施：

5、背紧工作面，在拦板外面加设顶柱或木垛，必要时还应在顶、底板坚固地点砌筑防水墙，之后方可放水。

6、对于水压大于2mpa，中间要穿过煤层的探断层水钻孔，在打穿断层或含水层前，还应下第二层孔口管并超过煤层1m以上。

7、在探水孔施工中，见到含水层、断层、陷落柱和积水区之前，应停止钻进，安好水门后再继续钻进。

8、遇高压水顶钻杆时，可用立轴卡瓦和逆止阀交替控制钻杆，使其慢慢地顶出孔口，操作时禁止人员直对钻杆站立。

9、应做到交接班时不停钻。

10、探放断层水的探水孔终孔后，孔内有水应进行放水试验。

孔内无水时应选择一个孔进行压水试验，检验断层隔水性能；压力一般应略大于断层所承受的静水压力。

11、探放水钻孔，完成探测任务后必须全孔注浆封闭，并做好封孔记录。

（二）放水的技术要求

1、钻孔探到水后，要观测水压、水质、水量和估计积水量或补给量。

根据矿井排水能力及水仓容量，决定是注浆堵水还是放水。

控制放水孔的流量或调整排水能力，并清理水仓、水沟等。

2、煤层顶板有含水层和水体存在时，应当观测“三带”发育高度。

当导水裂隙带范围内的含水层或老空积水影响安全开采时，必须超前探放水并建立疏排水系统。

3、加强放水地点的通风，增加有害气体的观测次数。

4、必须监视放水全过程，放水结束后，应立即核算放水量与预计积水量的误差，查明原因。

四、探放水安全技术措施

1、探水前的安全准备工作

（1）、探水前对排水设备进行彻底检查，探水过程中要有专人维护、保证正常排水。

（2）、探水前对水沟、沉淀池进行彻底清理，保持水流畅通。

（3）、要有专人对钻场附近的顶板进行检查维护，避免发生冒顶事故。

（4）、探水钻场后方必须有安全躲避峒室。

（5）、保证钻场的正常通风，并制定专项检查措施。

（6）、钻场附近要安装电话，并保持通讯畅通。

（7）、明确水害避灾路线，并认真贯彻至施工人员。

2、钻机运输、安装的安全措施

（1）、运输、安装钻机人员，要互相配合好，防止钻机反倒伤人和挤伤手脚事故发生。

（2）、钻场在稳钻前，应清净浮煤。

钻场巷道支护要符合质量要求，禁止有空帮、空顶现象。

钻机要稳牢、稳平，底座垫上底木梁，钻机稳固在底木梁上，四角要大好四根立柱，并用铁丝联在一起。

将钻机稳定牢固后，方准开钻。

（3）钻具应统一放在钻场内，禁止在巷道内乱放。