煤矿带压开采安全技术措施.docx

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煤矿带压开采安全技术措施

煤矿带压开采安全技术措施

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XXX

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XXX

日期：

XXX

煤矿带压开采安全技术措施

1．矿井地质概况

告成井田位于颖阳-芦店向斜的南翼东段，处在北西向的嵩山与五指岭平移断层之间，大部地段受到了芦店-大金店滑动构造的影响。

井田东南部大致以石淙河断层（郜F1）为界，北部以翟门断层（郜F5）为界，东北部始于一1煤层露头。

告成煤矿主要开采煤层为二叠系山西组二1煤层，煤层平均厚度为4.86m。

煤层顶板大部分为滑动构造，滑动构造上盘位于朝阳沟背斜的南翼，基本为一单斜构造。

以朝阳沟河为界，以东地层呈北东走向，倾向北西，倾角8～32°，与下盘地层产状基本一致。

朝阳沟河以西，地层走向近东西，倾向南偏西，地层倾角10～49°，与下盘地层相对而倾。

因受滑动构造影响，告成矿地质构造较为复杂。

据勘探资料显示本井田落差大于100m的断层3条，50～100m的1条，30～50m的1条，小于30m的12条。

25采区目前新发现落差介于5～20m的断层3条，对煤层开采影响较大。

2.矿井水文地质概况

告成井田位于颖阳-芦店向斜东段登封～告成水文地质区。

该单元南北分别以箕山、嵩山两分水岭为界，西部和东北部分别以颖河与白降河、双洎河分水岭为界。

从构造上为一不对称向斜，南翼地层出露完整，北翼被月湾断层破坏，构成阻水边界。

据现有资料分析，告成煤矿二1煤层主要为底板太原组上段灰岩岩溶充水及二1煤层顶板滑体构造破碎带及上覆碎屑岩类含水层的孔隙-裂隙水。

各含水层以缓慢渗入为主，并且动态补给水量不够充分，随着埋深的增加补给条件变差，富水性变弱，因此告成煤矿顶、底板含水层虽有一定的补给水源，但补给条件一般。

告成煤矿二1煤层底板承压含水层为石炭系太原组L7-8灰岩、L1-4灰岩（L5-6灰岩不稳定）、O2灰岩含水层。

其中：

L7-8灰岩含水层为煤层底板直接充水含水层，厚度0～23.48m，平均厚度8.55m，距二1煤层平均为11.4m，岩溶裂隙发育不均匀，富水性强，联通性差，补给水源不足，易疏干，对矿井开采影响小，通常是矿井的疏放对象；

L1-4灰岩含水层，厚度13.51～31.82m，平均厚度22.09m。

该含水层富水、导水性强，为一1煤层顶板直接充水含水层，距二1煤层底平均50.03m，为二1煤层底板间接充水含水层；

O2灰岩含水层最大厚度48.50m，距二1煤层平均为81.62m，岩溶裂隙发育，富水性好，连通性较好，为矿井间接充水含水层，是矿井充水主要的补给水源。

目前我矿有3个O2水文观测孔，井3不能正常观测，其中井1、井2水位标高为+168m、+159.5m，矿井采掘最低标高为-600m，远低于O2水位，因此属于承压水带压开采。

自告成矿建矿以来，建井十年来矿井平均涌水量为665m3/h，近三年来平均涌水量为937.6m3/h，最大矿井涌水量为1121.7m3/h。

原因是由于我矿加强顶板水疏放工作，造成近三年平均矿井涌水量偏大。

涌水水源的构成：

从1999年建矿前三年主要是L7-8灰岩水，随着人为对顶板水合底板L7-8灰岩水的疏放，顶板水所占比例逐渐增大，2004年以后顶板水约占60%，L7-8灰岩水约占30%，L1-4灰岩水约占10%。

据矿井开采资料统计，建井以来底板含水层突水27次，最大突水810m3/h（2004年10月9日），2007～2009年矿井突水4次，全部为顶板突水。

二、二1煤层“带压开采”可行性计算

根据上述对矿井水文地质条件分析，依据《煤矿防治水规定》下面对L1-4灰岩含水层进行带压开采评价。

（一）安全隔水层厚度和突水系数计算公式：

1、安全隔水层厚度计算公式：

（该公式适用于掘进工作面）①

式中：

 -安全隔水层厚度，m；

-底板隔水层的平均抗拉强度，MPa。

取4MPa；

L-巷道底板宽度，m；

γ-底板隔水层的平均重度，MN/m3。

取值为0.0265（MN/m3）；

p-底板隔水层承受的水头压力，MPa。

根据《煤矿防治水规定》之规定，以上式计算出的安全隔水层厚度，与矿井实际隔水层厚度比较：

（1）实际的底板隔水层厚度大于安全隔水层厚度，则可认为是安全的，一般可正常采掘；但在岩石破碎地段，要采取一定的安全措施；

（2）实际的底板隔水层厚度小于安全隔水层厚度，则可认为是不安全的，要保证安全生产，必须采取安全措施。

2、突水系数计算公式：

式中：

T-突水系数，MPa/m；

P-底板隔水层承受的水头压力，MPa；

M-底板隔水层厚度，m。

计算实际突水系数值T与本矿区临界突水系数值T临进行比较。

根据《煤矿防治水规定》，在具有构造破坏的地段临界突水系数值T临取0.06MPa/m，正常块段T临取0.01MPa/m。

（二）根据以上公式分别计算t、T

（1）参数确定

二1煤底板以下主要隔水岩性多为泥岩、砂质泥岩及砂岩，结合现有开采情况，依据《告成煤矿地质报告》公式中主要参数分别为：

t实：

实际隔水层厚度为50.03m（取本矿区隔水层平均厚度）；Kp：

煤层底板隔水层平均抗拉强度0.4Mpa；

L：

分别为5.0m（巷道宽度）；

H实：

取600+50.03+168）=8.18MPa（矿井最低开采标高为-600m）；

：

取底板隔水层岩石平均容重0.0265MN/m3。

M：

底板隔水层实际厚度（m），同t实。

1、掘进巷道t计算：

（1）安全隔水层厚度计算

①当在二1煤层中掘进时，L取5.0m，H实取8.18Mpa，t实=50.03m代入公式

（1）计算得:

t=5.02m＜t实（50.03m）

②当在L7-8灰岩中掘进时，L取5.0m，H实取8.18Mpa，t实=32m代入公式

（1）计算得:

t=5.02m＜t实（32m）

符合第⑴种情况，即巷道掘进是安全的。

2、采煤工作面：

突水系数T计算

矿井二1煤开采最低标高为-600m，P取8.18Mpa，M=50.03m，代入公式二计算得:

T=0.164MPa/m

根据《煤矿防治水规定》和郑州矿区实际生产经验，该系数大于0.1MPa/m，存在突水危险。

再根据公式二进行反算，结果如下：

①当T=0.06MPa/m时，P=3.002MPa，根据《煤矿防治水规定》，即开采-82.17m标高以上的二1煤层，比较安全，基本不受底板水的威胁。

②当T=0.1MPa/m时，P=5.003MPa，根据《煤矿防治水规定》，即开采-282m标高以上的二1煤层时，存在突水危险；在-282～-82.17m标高之间的正常块段开采二1煤层时，受突水威胁不严重。

③当T＞0.1MPa/m时，P＞5.003MPa，开采-282m标高以下二1煤层时，严重受水害威胁。

三、结论

通过以上论述和计算结果，结合L1-4灰岩和O2灰岩的水文地质特征、结合我矿水文地质类型等区域水文地质条件，按照《煤矿安全规程》第269、270、271、272条以及《煤矿防治水规定》第72、73、74、75、76、77、78、79条的规定，综合分析后认为：

1、对L7－8灰岩，在采掘过程中采取施工疏水巷及疏水钻孔，尽快疏放L7－8灰水；

2、对L1－4灰岩和O2灰岩强含水层，由于水头较高，水压较大，因此治理时应以堵为主，即通过底板超前预注浆改造来充填构造和岩溶裂隙、增加隔水层的厚度和抗压强度，从而达到防治底板突水的目的。

综上所述，虽然L1－4+O2灰岩底板高承压含水层均存在突水可能，但按照“物探先行，钻探验证，先探后掘，先治后采”的原则进行治理，只要设计合理，措施得当，切实贯彻落实到位，不仅能满足安全生产的需要，又比较符合目前阶段开采的经济技术政策。

四、安全技术措施

根据《煤矿安全规程》、《煤矿防治水规定》，现制定如下安全技术措施：

1、成立“带压开采”领导小组

组 长：

周振东

副组长：

石玉波 王世贤 高国栋 王志军 陈世强

韩荣军

成 员：

地测部负责人及专职水文地质人员。

办公室设在地测部，地测部技术人员每年初将当年生产采区及接替采区的“带压开采”存在的问题上报“带压开采”领导小组，研究制定相应的治理方案及安全措施。

2、认真制订并落实每年度的防治水工作计划

每年度按照矿井中长期防治水规划的要求，结合矿井中长期采掘接替计划，在总结上年度防治水工作的同时，认真编写本年度防治水工作计划，进一步完善防治水安全技术措施，安排防治水专项工程，报集团公司审批后严格落实。

3、做好地质及水文地质基础工作

了解、掌握本区域的断层等地质构造的分布和导水性能、隔水层的含隔水性、含水层的富水性、导水性、承压水的径流规律，承压水的补给通道等情况。

4、井上下水位实时监测系统

建立和完善完善井上下水位实时监测系统，根据需要及时增加观测孔，建立水位动态监测管理制度，设专人及时收集、整理水位观测资料，加强对L1-4+O2灰岩水位的动态实时监测，掌握水位水量变化情况。

5、严格贯彻落实《煤矿防治水规定》

在采掘过程中，严格落实“预测预报，有疑必探，先掘后探，先治后采”的防治水原则。

⑴、在掘进过程中：

①、对已知的断裂构造，要先治后掘；②、在掘进过程中，要采用物探和钻探相结合的办法，先探后掘，既先用物探进行超前探测，一旦发现低阻异常区要进行钻探验证，经验证无疑问后方可掘进；若经钻探验证发现发育有断层等导水构造时，就对其进行超前预注浆，先治后掘；③严格按设计施工，不得擅自破坏断层煤柱、防隔水煤柱、不得擅自改变设计方位、坡度，误揭深部含水层。

⑵、在回采过程中：

①、对回采工作面，回采前全部进行直流电法物探。

对于突水系数在0.06～0.1的区段显示的物探低阻异常区，构造发育地段，进行钻探验证、预注浆改造达到要求后方可回采；对突水系数大于0.1的区段，无论阻值高低，要全面进行底板预注浆加固改造；②、凡经过底板预注浆加固的区段，必须有验证孔，验证结果必须达到要求；③、超前预注浆加固的距离距回采切巷不得小于100m.

⑶、所有采掘工作面，在施工前都要按规定进行水害评价，只有通过评价并报经集团公司批准后，严格按整改措施落实，方可开工生产。

⑷、对采掘过程中查出的水害安全隐患，严格按集团公司有关规定，划分等级，实行闭环管理。

6、加强矿井防排水系统管理

日常加强对排水设备、设施的管理，使排水设备、设施始终处于完好状态，按规定组织水泵联合试运转，确保矿井抗灾能力。

7、在排水能力允许的情况下，利用主要巷道系统对底板含水层进行疏水降压。

8、在进行水平设计时，严格把下山巷道揭露的最低层位控制在L7－8灰岩内，严禁误揭深部强含水层或破坏完整的隔水层。

根据告成煤矿断层多，水大的特征，要充分运用三维地震、直流电法、瞬变电磁等物探手段，结合钻探等手段查明井田内落差大于5m的断层具体位置、含水性、导水性等水文地质条件，并按《规程》规定留设防水煤（岩）性。

9、改革采区巷道布置：

减少过断层，减少巷道交叉点数目，缩小巷道交叉点面积，巷道交叉点和采煤工作面上下出口要尽量避开小断层，无法避开时要对小断层进行加固。

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