1418回石探放水方案设计.docx
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1418回石探放水方案设计
盘县羊场乡松杨煤矿
1418回风石门
探放水方案设计
编制日期二O一一年十二月十三日
目录
第一节矿井水文安全条件分析..............................................................2
一、矿井水文地质情况............................................................................2
二、矿井水文安全条件评价....................................................................4
第二节矿井防治水措施..........................................................................5
一、矿井开拓开采所采取的安全保证措施............................................5
二、防水安全煤岩柱留设........................................................................6
三、降压措施............................................................................................8
四、井下探放水措施................................................................................8
第三节井下防治水安全设施................................................................16
第一节矿井水文安全条件分析
一、矿井水文地质情况
1、地层含、隔水性
主要含水层:
龙潭组由粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、细砂岩、泥岩及煤层组成,浅部含风化裂隙水,浅部含水性弱,一般不含水。
根据调查资料,泉水平均流量0.105升/秒,深部一般不含水。
含煤地层下伏地层峨眉山玄武岩组,以玄武岩、拉辬玄武岩、凝灰岩为主,亦含浅部风化裂隙水,泉水平均流量0.173升/秒,深部含水性极弱。
含煤地层上覆地层飞仙关组下段粉砂岩、细砂岩为主,底部为粉砂质泥岩,细砂岩及泥岩,含风化裂隙水,深部含水弱或不含水。
第四系残坡积物分布范围有限,厚度不大,降大雨时多处出露泉点,雨后干涸。
第四系含水层、补给来源和与地表水的联系:
第四系残坡积物分布范围有限,厚度不大,降大雨时多处出露泉点,雨后有些泉点随之干枯,井田内的小溪水流量主要受大气降水控制,雨季暴涨,枯季流量较小。
大气降水,老窑积水,第四系潜水是矿井充水主要因素,一般沿风化裂隙渗入矿井,裂隙发育地段矿井充水有所增加,随开采深度增加,水量愈来愈小。
矿井主要隔水层:
主要是含煤岩组及上覆地层中的泥岩和粘土岩。
2、断层导水性
断层导水性:
矿区内断层发育,发现断层F28、F11、F3、F2、F8、F1、F13、F68等8条断层,井田边界有F28、F3、F11等三条断层。
根据邻区及整个盘县煤田水文地质测量及水文资料分析,井田内断层带多被充填,并挤压紧密,断层带的富水性及导水性均弱,一般不含水、不导水。
3、水文地质类型
井田内含风化裂隙水,随着垂深增加,风化程度减弱,含水性减小,深部含水甚微,甚至无水。
风化裂隙水以渗流为主,水力联系较差。
本井田水文地质条件属第二类第一型,即以大气降水为主要补给来源的裂隙充水矿床,水文地质条件属简单型。
4、矿井充水因素分析
1)、地表冲沟水:
冲沟水沿途接受泉水及小窑水补给,雨季还有较大面积大气降水汇入,水量较大,这些冲沟多位于含煤地层露头地带,冲沟与煤层风化、氧化带直接接触,在溪沟一带开采煤层时,冲沟水可能沿风化裂隙或采矿裂隙渗入或突入矿井,是我矿浅部开采的直接充水水源。
2)、井田内小窑开采历史悠久,分布较广,小窑积水是我矿最大隐患,在采掘施工中必需加强探(放)水工作,新开巷道开拓到老窑下方或侧下方附近时,老窑积水可能会突入矿井,造成矿井大量充水,采掘过程中应特别重视。
3)、大气降水,老窑积水,第四系潜水及滑坡水是矿井充水主要因素。
由于矿区内断层较多,一般沿断层及风化裂隙渗入矿井,裂隙发育地段矿井充水有所增加,采掘作业时应加强防治水工作,以防意外淹井事故发生。
4)、老窑采空区积水:
区内老窑和小煤矿分布广泛,且开采历史悠久,目前已全部封闭。
只能找到部份老窑井口的具体位置,更无法了解井下开采的情况,但老窑大多有积水,是浅部矿井开采的重要充水因素,在浅部煤层采掘作业时,采空区积水易渗入矿井而成为矿井直接充水水源。
5、水患类型及威胁程度
本矿井水文地质条件是以大气降水为主要补给来源的裂隙充水矿床,水文地质条件简单至中等型。
本矿井的井下水害主要是来源于地层含少量的水、风化裂隙水、裂隙水、小煤窑积水和雨季渗水,这些水害对矿井安全生产存在着一定有威胁。
井田附近有九村小溪及井泉水,井泉点流量一般为0.05m3/s。
小冲沟发育,并呈树枝状,井田内有两条较大的冲沟,水流量主要受大气降水控制,北东部的九村小河,属珠江水系北盘江上游支流,流向自西向东,井田内的冲沟水均汇入该小河,河水流量变化幅度较大,雨季暴涨,枯季无水,因此,雨季时水患对矿井的威胁程度较大,枯季时水患对矿井的威胁程度较小。
二、矿井水文安全条件评价
1、对水文地质基础资料来源及可靠性评价
水文地质基础资料来源于贵州省煤田地质勘探公司一二九队1969年提交的《盘县煤田九村井田详查最终报告》和贵州省煤田地质局一五九队2002年5月提交的《贵州省盘县九村井田松杨煤矿勘查地质报告》,该《地质报告》水文勘查工作程度较低。
在以后的补充报告中加以完善。
2、水文勘探程度及存在问题
由于水文勘探程度低,矿区存在的潜在水患,在掘进过程中不能作出准确预测。
必须加强水文地质工作,严格按照水害防治工作的相关要求,严格执行“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则,采取探(放)水措施,高度重视防治水的工作,防止发生井巷(顶板)透水、老窑突水的安全事故。
在掘进中注意收集有关水文地质资料,对矿井的充水因素,补给条件、涌水量进行分析和测定,以便为矿井的建设提供指导,达到安全生产的目的。
3、矿井涌水状况
根据我矿现在实际情况:
矿井正常涌水量:
5m3/h,最大涌水量小于10m3/h,因目前我矿为新建矿井,尚无采空区,与地质资料提供的正常涌水量:
30m3/h,最大涌水量为90m3/h不相符。
三、1418回风石门掘进工作面涌水分析
(一)、工作面的基本情况
巷道相应的地面位置在羊桃箐村后200-400米的大山底下,地面标高+1600—+1525米,区域内无水体和建、构筑物等。
巷道标高+1418-+1420,起点在1418运输石门灭火材料库,距1418运输石门25米处,终点1418运输石门12号煤见煤点离1418运输石门25米处。
全段在岩层中掘进,巷道方位角270°,巷长350米,坡度3‰。
(二)、工作面的涌水情况分析
本工作面在与1418运输石门同一标高,距1418水平距离为25米,该巷经过的区域在1418运输石门掘进时已进行过探放水工作,12、15、16、17、18号揭煤点也向该巷经过区域50米范围内打过防突钻,未发现过任何水窜问题,但区域内可能还有其它有小断层,煤层上部与前也可能有采空区,过断层时可能有断层裂隙水和老空水经断层裂隙渗入工作面,在掘进中,仍要严格执行“预测预报、有掘必探,先探后掘、先治后采”探放水的规定。
第二节1418回风石门掘进工作面防治水措施
一、1418回风石门掘进工作面采取的防治水安全保证措施
1、掘进时所采取的防治水措施
(1)、收集、调查和核巷与相本矿区域废弃的老窑情况,并在井上、下对照图和采掘工程平面图上标出该巷和老窖开采范围、开采年限、积水情况等。
(2)、针对本煤层建立地下水动态观测系统,进行地下水动态观测、水害预报,并制定相应的“疏、防、堵、截、排”综合防治水措施。
(3)、在掘进过程中必须先探后掘,掌握前方与上方水文情况,若发现有透水预兆时,应及时采取防护措施,待确认安全后方可向前掘进,并将出水点位置标于井上下对照图或采掘工程图上。
井巷揭露的主要出水点或地段,必须进行水温、水量、水质等地下水动态和松散含水层涌水含砂量综合观测和分析,防止滞后突水。
(4)、作业地点发现有挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底版鼓起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等突出预兆时,必须停止作业,采取措施,立即报告调度室,发出警报,撤出所有受水害威胁地点的人员。
(5)、井下和地面排水设施保证完好,所设沉淀池、水沟要及时清理,每星期必须清理一次。
并储备足够的防洪抢险物资。
(6)、在掘进过程中坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则。
(7)、查明矿区和矿井的水文地质条件,把该巷的防治水工作纳入中长期防治水规划和年度防治水计划,并组织实施。
做到水文地质条件可靠。
2、地面防治水措施
查清矿区及其附近地面水流系统的汇水、渗漏情况,与水力有关的水利工程,掌握当地历年降水量和最高洪水水位资料,建立疏水、防水和排水系统,杜绝其它水源无计划进入该工作面。
二、1418回风石门掘进工作面防水安全煤(岩)柱留设
1、防水煤(岩)柱的留设原则
(1)、如有突水威胁但又不宜疏放的地段掘进时,必须留设防水煤(岩)柱。
(2)、防水煤柱一般不能再利用,要在安全可靠的基础上把煤柱的宽度或高度降低到最低限度,以提高资源利用率。
(3)、留设防水煤(岩)柱必须与该地段的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩的物理力学性质、煤层的组合结构方式等自然因素密切结合,与采煤方法、开采强度、支护形式等人为因素相适应。
(4)、防水煤(岩)柱应该应与开采方式和井巷布局,必须与各种煤柱的留设相适应,否则会给以后煤柱的留设造成极大的困难,甚至无法留设。
(5)、煤柱的设留必须与上下煤层的防水煤(岩)柱统一考虑确定,以免某一煤层的开采破坏另一煤(岩)柱致使整个防水煤柱失效。
(6)、在同一地点有两种或两种以上留设煤(岩)柱的条件时,所留设的煤(岩)柱必须满足各个留设煤(岩)柱的条件。
(7)、对防水留设煤(岩)柱的维护条件要特别严格,因为煤(岩)的任何一处被破坏,必将造成整个煤(岩)柱无效。
防水煤(岩)柱一经留设即不得破坏,巷道必须穿过煤(岩)柱时,必须采取加固巷道、修建防水闸门和其它防水设施,保护煤(岩)柱的完整性。
(8)、留设防水煤(岩(柱)所需的数据必须在本区域内取得。
邻区或外地的数据只能参考。
(9)、防水煤(岩)柱中必须有一定厚度的粘土质隔水岩层或裂隙不发育、含水性弱的岩层,否则防水岩柱将无隔水作用。
2、防水煤(岩)柱的种类
根据防水煤(岩)柱所处的位置,可以分成不同的种类。
根据本工作面的实际情况,如需要留设留防水煤(岩)柱,可设为以下两种。
(1)、断层防水煤(岩)柱
在导水或含水断层两侧,为防止断层水溃入工作面而留设的防水煤柱;当断层使煤层与含水层接近时,为防止含水层溃入工作面而留设的防水煤柱。
(2)、巷道防空区水煤柱。
3、防水煤柱的留设
(1)、断层防水煤(岩)柱的留设
断层破坏了岩层的完整性,常常成为含水层间的联系通道。
断层的某一区段是否导水,导水强弱等情况取决于两侧岩层的接触关系、含水层的水压以及掘进对断层的重复破坏作用。
因此在没有掌握断层各区段的导水性时,应把整个断层作为导水断层对待。
煤层直接和富含水层、导水断层接触,顶底板无突水可能,即煤柱主要是顺层受压时,以下叙公式计算煤柱宽度:
L=0.5kM
式中:
L-顺层防水煤柱宽度(m)
M-煤层厚度或宽度(m)取最大高度取2m;
Kp-煤层的抗张强度(kgf/cm2)Kp取10kgf/cm2;
P-水力压头(kgf/cm2),P=120Kg/cm2;
K-安全系数,一般取2-5,本次设计取5
则:
L=0.5×5×2
=30
根据上式计算,故断层两侧各留30m防水煤柱。
(2)、如遇水时1102回风平巷防水煤柱留设
L=0.5kM
式中:
L—顺层防水煤柱宽(m)
M—煤层厚度(m)取最大高度M=2m
kp—煤层的抗张强度(kg/cm2)kp取10kp/cm2;
P—水头压力(kg/cm2),P=50kgf/cm2;
K—安全系数,一般取2-5,本次设计取4
则:
L=0.5×4×2
=15m
根据上述计算,并结合实际情况,故该巷两侧各留设不小于15m防水煤柱。
该巷规定为20米。
三、降压措施
该巷如发现承压含水层,要采取以下降压措施。
通过对1418回风石门顶底板岩性特征及底板沙岩的含水性分析,结合以往治水的工作经验,可对煤层顶底板承压水采取“超前预测、以疏为主、探放结合、综合治理的治理措施”。
1、分析地质勘探资料,计算安全水头值,编制疏水压降工程设计。
顶底板承压水的突出是由于隔水层的天然强度(岩性的性质、结构、厚度等)所体现出的“抗破坏能力”与含水层的静水压力(承压水头值)和矿山压力所组成的“破坏力”之间相互作用的结果。
当“破坏力”大于“抗破坏力”时,即发生突水。
为了保证1418回风石门工作面掘进过程中不发生突水事故,在采掘作业时要认真搜集、分析区域水文地质资料,计算掘进过程中隔水层所能承受的最大静水压力,通过分析计算,如发现实际水压超过计算水头压力,则需要编制专门的疏水压降压工程设计,进行疏水降压。
2、利用疏水钻孔降低水头压力。
根据疏水降压工程设计,在工作面巷道掘进期间,在适当的位置施工疏水降压钻孔,钻孔一般施工在设计疏放安全水压线与设计疏水巷道中间部位,从煤层开孔钻进至顶底板以下10米的沙岩终孔,贯串整个含水层,钻孔施工完毕后,即可对承压水层进行疏水降压,同时定期进行涌水量、水压观测,检查验证疏水降压效果,大部份工作面经过钻孔疏水降压,即可把含水层水位降到安全水头值以下。
3、施工专门的疏水巷道
对于水压大,含水丰富的含水层,只通过疏水降压钻孔难以达到疏水降压效果,为保证疏水降压的目的,需要在工作面前下方施工专门的疏水巷道,巷道从1418回风石门工作面穿过含水层进入另一煤层底板以下5-8米的沙岩中,在疏水巷安装排水设施,对沙岩水进行疏排降压,同时要在疏水钻孔是进行水压观测,验证疏水降压效果。
4、在掘进过程中,加强巷道支护质量,控制巷道变形,防止岩层蠕动,保持岩层的原始抗拉强度,
(1)、如底板水压效大时,可采用支护较高的全圆料石碹,其料石、沙浆、充填材料等材质,强度要符合设计要求,壁后充填要饱满填实,碹体无重隙,瞎隙、干隙,保证支护质量和支护强度,降低巷道变形量。
(2)、疏水巷的施工和设计,要合理选择层位,减少破底量,减低对巷道底板的破坏程度,保证其原始平衡状态只受到最不的影响。
(3)、如遇软岩,支护是关键,在掘进过程中,要加强工程用水和岩层裂隙水的排放管理,减小水对岩层底板的浸泡,减小巷道底鼓量。
四、1418回风石门掘进工作面探放水措施
(一)、探放水原则
必须按“有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则进行。
(二)、探放水设备选择
探放水设备型号:
采用ZDY1200S(MK—4)22KW钻机一台。
ZDY-750钻机一台。
其中,一台使用,一台备用。
(三)、井下钻工上岗条件
1、井下钻探工需要熟悉以下知识:
2、必须熟悉《煤矿安全规程》和井下工作的一般安全知识,经专门技术培训,考核合格后,方可上岗。
3、熟悉钻机的工作原理。
掌握各种钻机的操作要领,维护保养及排除故障的技术知识。
4、掌握瓦斯抽放、煤层注水、注浆、防灭火、防突等各种钻孔的封孔和施工方式。
5、掌握《煤矿安全规程》对瓦斯抽放、煤层注水、注浆、防突等的有关规定。
6、了解有关煤矿瓦斯、煤尘爆炸的知识。
7、熟悉预防灾害的措施和矿井避灾路线。
8、掌握井下打钻、注浆、封孔、煤层注水、防灭火、瓦斯抽放、防突等各种钻孔的施工方法。
(四)、安全技术规定
1、安装钻机前,必须遵守下列规定:
⑴、加强钻场附近的巷道支护,并在工作面迎头打好坚固的立柱和挡板。
⑵、清理巷道,挖好排水沟。
⑶、在打钻地点或附近安设专用电话。
⑷、测量和防探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、深度及钻孔数目。
2、钻机运往作业地点后,应仔细检查:
⑴、检查所有紧固件是否牢固,检查操作手轮柄是否灵活可靠,检查齿轮咬合情况。
主轴转动是否灵活,皮带松紧是否适宜。
皮带可通过调整螺丝进行调整,电机的接线一定要专职电工操作,并检查电机及防爆开关是否符合要求,并注意电机的旋转方向(钻机主轴应顺时针方向旋转),一定按箭头的方向旋转。
先空机运转,待正常后,再正式钻机。
⑵、检查机油、液压油油量并加足。
3、钻机固定安装
在井下可借机座用摩擦支柱与巷道顶板或梁撑紧。
同时对底座的左、右、前、后部也应支撑,防止机体左右摆动和钻机受力后前后移动,钻机安装必须平稳、牢固。
4、钻探操作
1)钻进规定
(1)、打钻人员必须对钻机的结构原理了解清楚,详细看懂说明书,严禁盲目开钻。
(2)、开钻前不要锁紧钻杆,先试旋转方向(主轴应顺时针方向),待方向正确后,才能锁紧钻杆。
严禁开反车!
以防钻杆、岩芯管、钻
头在钻孔中脱扣(落),造成事故和损失。
(3)、钻机工作时,通过给进装置驱动,实现主轴和钻杆一体前进。
在钻机钻进一个行程后,松开主轴卡环将给进手柄扳至回程,主轴后退,退回主轴后。
再用卡瓦夹紧钻杆,进行二次给进。
如此往复实现钻进,在需添加钻杆时,须先关掉电源、水源,将前一根钻杆后的给水器取下,所加钻杆接在前钻杆末端,并用两把600㎜管子钳夹住钻杆将其拧紧,然后再接上给水器,便可继续钻进。
钻进结束后,将钻杆从钻孔拖出,拖出的每根钻杆应及时松下,避免由于取出的钻杆过长而对钻杆部分的螺纹造成损坏。
(4)、按地测技术人员所标定的孔位及施工措施中规定的方位、角度施工,不经地质技术人员同意,不得擅自改动。
(5)、钻探工人穿戴要整齐、利落,衣襟、袖口、裤脚必须束紧。
(6)、启闭开关时,注意力要集中,做到手不离按钮,眼不离钻机,随时观察和听从司机命令,准确、及时、迅速地启动和关闭开关。
(7)、禁止用手、脚直接制动机械运转部分;禁止将工具和其他物品放在钻机、电机保护罩上。
(8)、司机要站在钻机后外侧,不得紧靠钻机;钻机后面和前面的给进范围内,不准站人,给压要均匀,根据孔内情况及时调整钻速及压力。
(9)、尽量采用清水钻进,要保证有足够的水量,不准打干钻。
(10)、钻进过程中,一旦发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中的水压、水量突然增大,以及有顶钻等异状时,必须停止钻进,但不得退出钻杆,现场负责人员应立即向矿调度室报告,并派人监测水情。
如果发现情况危急时,必须立即撤出所有受水威胁地区的人员,然后采取措施,进行处理。
(11)、探放老空水前,首先要分析查明老空水体的空间位置、积水量和水压,老空积水区高于探放水地点位置时,只准用钻机探放水。
探放水孔必须打中老空水体,并要监视放水全过程,核对放水量,直到老空水放完为止。
钻空接近老空,预计可能有瓦斯或其他有害气体涌出时,必须有瓦斯检测工或矿山救护队员在现场值班,检查空气成分。
如果瓦斯或其他有害气体浓度超过规定时,必须立即停止钻进,切断电源,撤出人员,并报告调度室,及时处理。
(12)、钻孔放水前,必须估计积水量,根据矿井排水能力和水仓容量,控制排放水流量,放水时,必须设专人监测钻孔出水情况,测定水量、水压,做好记录。
若水量突然变化,必须及时处理,并立即报告矿调度室。
(13)、透老空后,需经瓦检员检查有无有害气体溢出,并严格按作业规程要求对钻孔进行处理。
2)、探水钻孔必须保持一定的超前距、帮距和密度,见附图,探水工作采用“探水~掘进~探水”方式进行,探水孔为掘进巷道掘进探明一段安全距离后,巷道允许掘进一段距离,然后再探再掘,确保掘进安全。
(1)、超前距:
为探水钻孔终孔位置应始终超前掘进工作面的一段距离,取30米。
(2)、允许掘进距离:
为经探水60米以上证实无水害威胁,可安全掘进的长度,取30米。
(3)、帮距:
为使巷道的两帮与可能存在的水体之间保持一定的安全距离,即成扇形布置的最外则探水孔所控制的范围与巷道帮的距离,其值与超前距相同,取30米。
(4)、钻孔密度(孔间距):
指允许掘进距离终点横剖面上,探水钻孔之间的距离,一般不超过3米,以免漏掉积水区。
(5)、煤层平巷钻孔布置:
主要是探巷道上帮小窑老空水,钻孔成扇形布置在巷道上帮,薄煤层一般布置二组,每组11个孔,钻孔之间的夹角为8.50。
附1101运输平巷探水孔布置图
4、遇到水灾时避灾路线:
如下图
第三节井下防治水安全设施
一、排水设施
1、排水设施
考虑工作面突水后流到+1350m标高水仓的排水需要,排水垂高155m,前期我矿矿井涌水量很小,最大涌水量不足10m3/h,考虑到将来有采空区后水量会加大,本矿涌水量按开采设计方案和地质资料,参照周边矿井的开采设计方案的涌水量,按下列参数计算:
1)、矿井正常涌水量:
QB=30m3/h
2)、矿井最大涌水量:
QB=90m3/h
3)、排水垂高:
HP=150m
2、水泵选型
1)、水泵参数计算
①、所需水泵最小流量
QB=24×QB/20=24×30/20=36(m3/h)
②、所需水泵最大流量
QBm=24×Qmax/20=24×90/20=108(m3/h)
③水泵扬程
HP=(HP+HZ)/η=(150+6)/0.77=202(m)
2)水泵型号及台数的确定
根据上述计算的QB和HP值,选用三台MD85-45×4型多级矿用离心泵,一台工作,一台备用,一台检修,其流量为Q=75m3/h,扬程为H=210m,电机功率:
N=75kw,电压380V/660V。
3、排水管选择
D排=
=
=0.098m=98mm
式中:
Q额:
所选水泵的额定流量,m3/h;
V排:
最有利管径的流速,取2.0m/s;
经查表选择管径为100mm,壁厚4mm的无缝钢管。
根据《煤矿安全规程》规定,必须有工作水泵、备用和检修水泵,备用和检修水泵的能力不小于工作水泵能力的70%,并且工作和备用水泵的总能力应能在20h内排完矿井24h的最大涌水量。
检修水泵的能力不小于工作水泵能力的25%。
因此,选用MD85-45×4型同功率多级离心泵三台,一台作为备用水泵,另一台作检修水泵,能满足矿井排水要求。
从副井铺设两路排水管路至井底水仓,水泵的吸、水管道管径φ=125mm。
排水管道一路管径选125mm,另一路按水城煤监分局的要求选管径为不少于150mm的159mm的管道。
矿井主水仓布置在+1350m标高。
实掘矿井主水仓容量为547m3,副水仓容量为418m3,合计水仓容量为965m3,超过设计要求,满足矿井排水要求。
4、1418回风石门及底部水仓防水设施
1)、在采空区、断层破碎带周围,留设防水安全煤柱;巷道掘进时,必须探水掘进。
2)、在采空区等有突水危险的地区设置防水闸门。
防水闸门要设在巷道穿过有足够强度隔水层的地段上。
3)、在掘进工作中发现有挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底板鼓起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等突水预兆时,必须停止作业,发出警报,撤出所有受水威胁地点的人