矿井防突水措施.docx

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矿井防突水措施

矿井防突水措施

三下山扩区运输巷位于矿井二采区西北部，开口位置位于7#皮带机尾以西40米处，工作面沿主采2#煤层倾向布置，属采区准备巷道。

地面相对位置为黄土覆盖山梁，黄土覆盖厚度29070米。

地面无任何建筑物及村庄。

开采标高1180050m；根据地测资料分析开采最低标高为1050米，高于本区域奥灰水位标高755米，但为了防止水害事故发生，防患于未然，确保矿井安全生产，特制定以下防突水专项安全措施。

一、矿井区域水文地质条件

（一）地表水

井田内无大的河流，井田南部的北东-南西向展布的山梁形成了一条天然分水岭，其南西侧冲沟水汇集于乡宁县鄂河后向西注入黄河。

北东侧冲沟水汇入台头沟，向东至乡宁县光华镇汇入豁都峪河，然后向南东出境至襄汾县汇入汾河。

井田西部的马泉、蒿地沟两大沟均有泉水溢出，但流量很小，小于0.001L/s，遇暴雨时节沟内可见时有洪水汇流，但数小时后即减弱为小细流。

几于后完全断流。

由于天然分水岭近矿区展布，其两侧山坡沟谷径流距离短，基本上常年无水，均为季节性河流。

本区水系属黄河流域汾河水系。

（二）主要含水层描述

矿区位于区域龙子祠岩溶泉域的补给区。

矿区主要含水层按成因及岩性可划分为四类，现分述之:

1、奥陶系岩溶裂隙水含水岩组

奥灰水是影响煤系地层开采的主要含水层，位于本系组底部。

据山西省第五地质工程勘察院《乡宁县沙坪（吉县）煤炭有限责任公司矿井水文地质调查报告》，矿区周边共施工奥灰水供水井3处，现分述之：

⑴该矿于2003年6月在台头镇西北约2.5km处（及井田工业广场附近）施工一深水井，井深750m，揭露奥灰岩层474m，寒武系白云岩层50m，水位埋深230m，水位标高1010m，出水量288m3/d。

据该孔资料，岩溶裂隙较发育，富水性较强。

⑵台头镇政府供水井，位于台头镇东南，距本矿2000m，2004年建井，井深871.3m，井口高程1040m，水位埋深415m，水位标高650m，涌水量600m3/d；

⑶麦积峪老坑口，距本矿500m，2001年建井，井深650.0m，井口高程1295m，水位埋深540m，水位标高755m，涌水量456m3/d；

据区域岩溶水资料，矿区一带岩溶水水位标高推测750-780m之间，查区域地层资料，对应的地层位置应是奥陶系上马家沟灰岩地层（距本溪组底部290）。

岩溶水标高与麦积峪老坑口水井相近，且麦积峪老坑口水井在三个供水井中，离矿区中心地带仅有1200m，距离矿区南界仅500m。

与其它二个供水井相比，更具代表性，故此次核查计算采用麦积峪老坑口水井资料，此井中岩溶水水位标高755m。

2、碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙溶隙含水岩组

含水层主要包括砂岩（K1）和三层灰岩（K2、K3、K4），为区内主要含水层。

K2灰岩为主要含水层，厚度8.16m左右，是9号煤层顶板直接充水含水层，岩溶裂隙不发育，据井田内606号水文孔抽水试验，用空压机抽干，单位涌水量＜0.001L/sqm，水位标高1304.81m，故K2石灰岩为极弱富水性岩层。

K3石灰岩厚6.25m，K4石灰岩厚1.45m，岩溶裂隙均不发育，钻孔冲洗液消耗量0.8-14.5m3/h，均为极弱富水性岩层。

底部K1砂岩为细粒砂岩，裂隙不发育，为极弱富水性岩层。

3、碎屑岩类裂隙含水岩组

主要由K7、K8、K9、K10、K12及K13等砂岩组成，K8砂岩相对富水，为2号煤层的直接充水含水层，砂岩层厚3.93m，裂隙较发育，据606号孔抽水试验，水位标高为1397.73m，单位涌水量＜0.001L/sqm，属极弱含水层。

4、第四系砂砾石层孔隙含水层

区内黄土层一般为透水层，不含水，分布于山顶及山坡。

砂砾石层接受大气降水和地表水补给，分布于山区现代河谷下部，涌水量一般介于0.001.05L/s.m之间，仅可充做一般生活用水水源。

（三）井田主要隔水层

主要由本溪组铝质泥岩、泥岩及K1石英砂岩组成，隔水层全厚约76m左右，隔水性能良好，构成奥灰含水层的直接顶板。

切断了奥灰水与煤系地层含水层之间的水力联系。

各标志层沉积稳定，其间所夹的泥岩、页岩层致密，沉积稳定，构造裂隙不发育，构成各含水层间良好的隔水层。

受其控制煤系地层间含水层均为层状产出。

（四）构造对水文地质条件的影响

井田内总体为一单斜构造，局部发育有向、背斜构造，井田北部发育有F1、F2两条落差较小的断层，均为地表调查及井巷开拓揭露，据本矿开采2号煤层井下调查，断层带无导水现象，故构造对煤层开采影响不大较小。

（五）地下水补、迳、排条件

井田内地下水主要为石炭系上统太原组砂岩裂隙含水岩组、灰岩岩浴水含水岩组及奥陶系灰岩岩溶水含水岩组，井田处于地下水补给区。

迳流方式多由岩层倾向方向流动，排泄方式一是于地形低凹处以泉的形式排泄，另一方面由人工开采形式排泄。

综上所述，井田内2、3号煤层西部区赋存在区域侵蚀基准面之下，但矿区批采标高849.99m，高于奥灰水水位755m，区内以大气降水为矿井充水的主要来源，坡陡、沟多，大气降水大部分迅速排出区内，井田总体为倾向北西的单斜构造，不利于地下水的聚积，不排除局部聚水构造存在。

本矿现开采2号煤层，矿井充水主要来自井硐及煤层顶板之上含水层，2、3号煤层西北方向底板最低标高低于奥灰水水位，但不在批采范围，故矿区内开采2、3号煤层现阶段矿井水文地质仍属以裂隙充水为主、水文地质条件简单类型。

总体分析，矿井突水事故对采掘影响不大。

二、目的和要求

1、目的：

为了解决奥灰水对三水平下山采区的施工威胁，对该区进行水文地质调查与研究，获得相关技术参数，为科学的指导该区安全生产提供依据，防止该区域的奥灰水突然涌出造成水患。

2、要求：

按照《煤矿安全规程》、《矿井水文地质规程》、《矿井防治水条例》及公司文件要求进行编制。

三、突水因素分析

　　采掘过程中，造成底板突水的因素是多方面的，是多种因素综合作用的结果．根据现场实际观测及有关理论分析，认为影响底板突水的因素主要有以下几个方面．

1.矿压

　　采矿过程中的矿山压力，对工作面底板具有严重的破坏作用，产生新裂隙，并“活化”原有断裂，导致底板突水．

　　随着采煤工作面的推进，底板任一断面总是经历超前支撑压力压缩破坏、采后悬顶卸压膨胀破坏、采空区周边剪切破坏、最后顶板冒落压实的再受压过程．其中采空区卸压膨胀及其周边剪切对底板破坏最严重，产生的裂隙最多．

　　矿压对底板的破坏程度是不一样的．根据现场观测，工作面初压及周期来压时顶板悬顶面积最大，工作面周围煤体的支撑压力及煤壁处的剪切力达到最大值，煤层底板最易造成破坏，底板最易突水。

矿压对底板的破坏作用与工作面顶板岩性有关．工作面顶板岩层越不易冒落，矿压对底板的破坏作用越明显，工作面越易出水．矿压的破坏作用不显着，与底板出水不明显．所以对顶板不易冒落的工作面要及时采取措施，减少矿压的破坏作用．

2.断裂

　　断裂构造是突水的主要因素之一，综合分析其作用主要有：

（1）断裂构造的存在破坏了底板完整性，降低了底板的强度．

（2）断层上下两盘错动的结果，缩短了煤层与含水层的距离，甚至使煤层与含水层直接对口．

　　（3）断裂带破碎、软弱，易形成导水通道．

　　（4）断层带充水成为充水带，更使水文地质条件复杂化．

　　　一般情况下，在断层交叉复合部位、尖灭端、拐弯处、向斜轴部、转折端及隐伏裂隙存在的工作面因应力集中，易造成底板破坏突水，是预防的重点．

3.隔水层

　　隔水层对突水起阻挡作用，其阻水能力是由其厚度、岩性组合及力学强度决定的．厚度越大，越不易出水．其岩性组合及力学强度是控制底板岩层受采动影响的重要因素．当煤层底板岩层软硬相间时，不易形成裂隙；当底板岩层自近（煤层）而远，强度由弱到强时，岩层间易形成采动裂隙。

煤层到底板含水层之间的距离由采矿破坏深度、有效隔水层厚度及导高三部分组成（导高是承压水沿煤层底板导水裂隙上升的高度）．起阻水作用的主要是有效隔水层厚度．如果矿压对底板破坏深度大，导高又大，则有效隔水层厚度相对减小，工作面底板就容易出水．因而我们只有采取防治水措施，减少矿压对底板的破坏深度，减小导高，才能增加有效隔水层厚度，预防出水。

4.含水层

　　含水层的富水性及水压对工作面底板突水具有重要作用。

含水层的富水性是突水大小的物质基础，它决定着突水后水害的规模及对矿井的威胁程度．富水性与其岩溶裂隙发育程度、迳流条件、构造发育情况及埋藏深度等因素有关。

　　含水层的水压是工作面底板突水的动力，表现为静水压力及动水压力两种形式．未突水前表现为静水压力，静水压力对隔水层裂隙具有顶劈扩大作用，水压愈高，作用愈显着；出水后承压水头降低，含水层的水位能转化为动能，这是以动水压力为主．其作用主要表现在出水后，裂隙被冲刷扩大，充填物质不断被带走，通道越来越畅通，出水量越来越大。

　　　综上所述，造成工作面底板突水的因素很多，但概括起来主要有矿压、断裂、隔水层、含水层4个方面．针对以上突水因素，因地制宜，采取相应的防治水措施，就能有效地预防出水．

五、　工作面底板突水防治

　　根据以上分析，结合矿区实际，我们认为搞好底板突水防治主要从以下几个方面入手．

1.采取措施，减少矿压对底板的破坏作用

　　缩短工作面斜长．工作面斜长对底板的影响，实际上是矿压对底板的破坏深度问题．工作面斜长越大，压力越大，底板采动破坏深度增加，工作面底板越易出水．据有关资料推导，工作面斜长与底板破坏深度可用如下关系式表示

　　　　　　　　H=0.5L0.7

式中：

　　H采矿破坏深度，m；　　　L工作面斜长，m．

　根据我煤矿工作面斜长与突水关系，我们认为在不影响产量、回收率等问题的基础上，受徐灰、奥灰水威胁的工作面斜长应不超过500m．

2.　注浆改造是预防工作面突水的有效措施

　　该技术通过地面注浆站集中造浆、注浆，井下施工注浆孔向介于煤层和奥灰强含水层之间的薄层灰岩（即徐灰）注浆，是预防突水的综合防治水技术，注浆改造作用及特点表现在以下几个方面：

（1）改变了含水层的富水性．在注浆压力作用下，浆液沿裂隙扩散、沉析、结石，使奥灰岩溶裂隙基本上为粘土水泥浆充填，富水性大大减弱，甚至不含水．

（2）切断奥灰与徐灰的补给通道．注浆过程中，在注浆压力作用下，浆液沿徐灰与奥灰的联系通道向下扩散、沉析、缩小或堵塞通道断面，减少或切断了奥灰对徐灰的补给通道．

　　（3）加固了底板隔水层，提高其强度．

　　（4）注浆改造可消除导高，增加有效隔水层厚度．通过注浆改造，浆液能有效地充填含水层至隔水层的导水裂隙，消除导高，使原来含水、导水的裂隙带变成纯隔水层，增加了有效隔水层厚度，对预防出水极为有利．

3.预防断裂出水

　　根据前面分析，断裂是造成工作面底板突水的主要因素之一．“逢突必断”已成为人们的共识．预防断裂出水是矿井防治水工作的主要内容之一．具体内容包括以下几个方面：

（1）全面分析区域构造特征，研究断裂展布规律．根据每个面的巷道揭露情况及钻探资料，查明工作面断裂分布情况，为预防断裂出水提供依据．

（2）按规定留设断层煤柱，特别对于可能导水断层，则需按规定留足防水煤柱．

　　（3）分析断裂性质及力学特点，属于张性导水断裂，在巷道穿过前，要按规定提前探查并进行注浆加固，达到预期效果．否则不能直接揭露．

　　（4）对断层交叉点、尖灭端、褶曲轴部等构造发育地段要重点加固防治，预防工作面在回采过程中出水．

　　（5）巷道穿过断层带时，要加强支护，以防滞后出水．

　　（6）认真研究滑动构造特点，滑动构造易形成“层状”充水带，对底板威胁面大．要及时分析资料，对滑动构造明显的地段要重点防治．

4.疏水降压

　　水压是造成工作面出水的重要因素，通过疏水降压可以降低水头压力，减少水压对底板的“顶劈”作用，预防出水．

四、探放水钻孔设计

一、探水线、钻孔深度、孔径

为了落实好“预测预报，有掘必探，先探后掘、先治后采”的原则，确保安全掘进，确定工作面迎头为探水线，首先采用高分辨电法仪进行超前探测，探测深度不小于90米，根据每次探测结果分析确定重点防治区域，同时利用钻探进行验证，验证无异常时钻孔孔深60米，钻孔超前距30米，帮距为20米，每打一次钻可向前掘进30米。

防治水设备采用高分辨电法仪进行超前探测，推断重点防治水区域。

探水采用ZYJ-380/210架柱式回转钻机，钻杆Φ=79L，孔径为79mm。

二、钻孔数目及布置方案

结合高分辨电法仪超前探测和三下山扩区运输巷掘进情况分析，掘进中每组探水钻进3个探眼。

呈左1、中1、右1扇形布置，探眼距煤层底板1米处水平钻进，探眼钻孔依次为角度依次为为0-20度。

根据电法仪电测结果，特殊情况时进行加密布置探眼。

五、安全措施

1、探水工作必须严格执行“有掘必探，先探后掘”的原则。

技术人员要根据矿图资料进行水情预测预报和充水条件分析。

提出合理有效建议，并且报调度室及有关领导审批。

2、掘进工作面在开工前要备好堵水材料，存放在掘进头码放整齐，并且必须配备一台完好的探水钻和一台多级泵，保证排水管路畅通。

3、为了确切掌握探眼的覆盖面积符合要求，探水工作每班由生产技术科派技术员现场技术指导，班长负责落实，安全员、瓦检员负责监督。

4、每次探水前瓦斯员必须先检查瓦斯和通风情况，安全员检查顶板和煤帮，技术员标定探眼位置，确认一切正常后报当班班长。

5、当班班长接到技术员、安全员和瓦检员通知后，再认真检查巷道行人是否畅通、排水设备及系统是否可靠，确认一切正常后电话汇报调度室，经调度室同意后方可开始探水工作。

6、探水人员在探水过程中要严格执行探放水操作规程。

7、探水钻进必须有一名跟班领导监督执行，遇到问题及时处理。

8、每次探水完毕后，当班技术员必须将探水情况及时汇报矿调度室和探水队队长，同时将探水钻孔布置图交探水队备案存档，探眼由验收员验收合格后方能进行掘进。

9、巷道掘进到允许掘进位置时必须停止掘进，进行探水，安全员要及时向调度室和安全科汇报探眼深度和当班掘进进尺，并认真填写探水记录牌板。

调度室和安全科要对汇报清况记录备案。

10.探水钻进时发现煤岩松软、片帮、来压或者钻眼中水压、水量突然增大和顶钻等透水征兆时，应当立即停止钻进，严禁拔出钻杆。

由跟班领导负责向调度室汇报，调度室召集有关科室及主管领导进行分析并制定方案。

11、安全员、瓦检员要随时检查探眼，随工作面前掘探眼暴露在巷道煤帮时，无异常情况要及时采用水泥、砂浆进行封堵，以防有毒有害气体涌出。

12、所有作业人员包括队长、安全员、瓦检员都必须现场交接班，并将当班存在问题及处理结果记录在交班记录本上。

13、安全员当班队长在交接班时必须把当班掘进长度、剩余掘进长度交接清楚，以保证安全距离不小于30米。

14、在探水点附近要安设电话和报警装置，遇到水情及时向调度室汇报。

15、在探水施工中，遇到含水层、断层、陷落柱和积水区之前，应停止钻进，安好防水闸门后再继续钻进。

16、及时清理好巷道，保证安全撤离路线畅通无阻。

17、根据工作面探水情况，探水钻孔可兼作放水孔。

如探至水量较大或有其他水体时要编制放水措施，进行放水作业。

18、施工地点避灾路线：

三下山扩区运输巷→西大巷进风巷→副平硐运输大巷→地面

2011年3月