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
姓名:
XXX
部门:
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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