带压开采安全技术措施.docx

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带压开采安全技术措施

带压开采安全技术措施

一、矿井基本情况

山西柳林汇丰兴业曹家山煤业有限公司位于柳林县城东南7km处，行政区划属庄上镇和陈家湾乡，井田内由北向南有陈家焉村、高狮坡村、付家焉村、长焉村、张家社村、梨树凹村和郭家山自然村。

其地理坐标为：

东经：

110°56′19″—110°58′52″；

北纬：

37°21′46″—37°24′01″。

井田南北长4.145km，东西宽3.752km，井田面积8.441km2，批准开采4—10号煤层，设计生产能力90万t/a。

二、地质概况

（一）含煤地层

含煤地层主要有石炭系上统太原组和二叠系下统山西组。

1、石炭系上统太原组

太原组为井田主要含煤地层之一，为海陆相含煤沉积建造，根据本组岩性特征可分为三段：

（1）下段

本段从k1砂岩底至10号煤底。

地层厚34.26～37.80m，平均35.29m。

岩性主要为细碎屑岩，即灰～灰黑色泥岩、粘土岩、灰白色砂岩。

泥岩中富含植物化石。

（2）中段

本段从10号煤层底至l3灰岩底，厚度15.22～25.15m，平均21.48m，横向上变化不大。

岩性主要为灰黑色泥岩、煤层、砂质泥岩及灰白色砂岩。

沉积层之间发育有8上、8下、9、10号煤层。

9、10号煤层为全区可采煤层，8上号为稳定大部可采煤层。

9、10号煤层之间沉积一套灰黑色泥岩，由北向南厚度逐渐变小，于井田南部边缘9、10号两煤层合并；8、9号煤层之间沉积一套灰黑色泥岩、砂质泥岩、灰白色中砂岩、细砂岩，垂向上呈反粒序，横向上由北向南粒序为中粒～细粒，然后相变为泥岩。

反映了砂体沉积过程中具有明显的侧向迁移特点，说明了该砂体为一分流河道砂。

（3）本段地层由l3灰岩底至k3砂岩底，厚度28.80～40.26m，平均33.19m。

岩性主要为3层石灰岩、煤层、灰黑色泥岩及少许粘土岩。

其中l3、l4、l5三层灰岩全区发育稳定，发育有6上、6、7号煤层，均为不稳定不可采煤层。

2、二叠系下统山西组

为井田内另一个主要含煤地层，为陆相含煤沉积建造，岩性主要为灰色、灰黑色砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层，含2、3、4、5上、

5下号煤层，其中4号煤层为全区稳定可采煤层，其余均为不稳定不可采煤层。

（二）井田构造

本井田主体为一单斜构造，走向nw，倾向sw，倾角2°～9°，局部发育有向背斜构造，目前未发现断层，在井田北部长焉煤矿内9号采掘发现有一个椭圆状陷落柱（x1），长轴50m，短轴25m，无岩浆岩侵入。

s1向斜：

位于井田中部，轴向由北北东向转为南西向，东翼较西翼陡，东翼走向北东，倾向北西，倾角4°左右，西翼走向北东，倾向南东，倾角3°左右，向斜轴在井田内延伸长度2300m左右。

s2背斜：

位于井田东北部，轴向由北东东向转为北东向，南翼较北翼陡，南翼走向北东，倾向南东，倾角6°左右，北翼走向北东，倾向北西，倾角4°左右，背斜轴在井田内延伸长度1300m左右。

总之，井田地质构造简单为一类。

三、矿井水文地质

井田为黄土丘陵区，大部分被中、上更新统黄土覆盖，只在沟谷中出露少部分基岩。

井田内无常年性河流，沟谷中多为短暂的季节性河流或煤矿排水形成的小溪流。

（一）抽水试验及参数计算

井田西南部czk4号孔为水文地质勘探孔。

孔深208.12m，终孔于奥陶系灰岩中。

抽水分两个试验段：

第一试验段0～82m，为下石盒子组和山西组含水层。

第二试验段0～178m，为下石盒子组、山西组和太原组含水层。

参数计算采用裘布衣公式和经验公式，计算结果见表;收集到井田外《河东煤田柳林勘探区地质勘探最终报告》中7—5水文孔抽水试验和2—6孔注水试验资料见表。

抽水试验计算成果表

孔号试验层位含水层厚度（m）静止

水位

（m）降次降深

（m）涌水量

（l/s）单位涌水量

（l/s.m）渗透

系数

（m/d）影响

半径

（m）ck4p1s11.87875.84135.820.0140.000390.0026318.37p1s+c3t25.47825.52112.050.1700.014110.033023.167—5c3t27.57801.71123.630.9850.04120.17422—6p1s841.0110.0004140.000696

（二）井田主要含水层组

1、奥陶系岩溶含水层组

奥陶系在井田内全部被覆盖，本区共施工奥陶系延深孔二个（czk4、601）号钻孔），钻孔揭露最大厚度31.42m，均只打到峰峰组上部石灰岩，岩性主要为深灰色厚层状石灰岩，据区域资料，本区峰峰组富水性弱。

本井田西侧兴无煤矿为了解决生产生活用水，于1991年委托吕梁地区凿井队在矿区东部施工了三个水源井，终孔层位均为奥陶系中统上马家沟组，岩性主要为厚层状石灰岩，豹皮状灰岩、泥灰岩和角砾状泥灰岩，岩溶裂隙发育，含水层富水性中等—强。

其具体情况见下表：

水源井特征表

煤矿水井编号座标井深（m）水位

埋深（m）水位

标高

（m）涌水量t/d终孔

层位xyz兴无

煤矿14140629.1519494185.812854.57342.0053.39801.18968.46o2s24139972.5019494633.20862.00395.6660.75801.25968.46o2s34141577.2119493867.71840.46401.2539.45801.011348.27o2s

综上所述，本井田奥陶系灰岩含水层水位标高为801m左右。

2、石炭系太原组岩溶裂隙含水层组

井田内东北角沟谷中仅局部出露，含水层主要为3层灰岩，灰岩从上至下依次为l5、l4、l3。

钻孔揭露总平均厚度为21.69m，在曹家山井田、陈庄井田9个精查孔中有5个钻孔遇第一层灰岩即孔漏（不返水），其中包括在本井田施工的czk2、czk3、czk10三个钻孔。

另外czk4水文孔消耗量增大，其余三孔消耗量无明显变化。

钻孔中遇到溶孔直径15—20cm，岩溶发育程度及富水性反映出明显的垂直分带性。

当太原组灰岩标高大于800m时岩溶发育，钻孔冲洗液漏失严重不返水。

低于800m时岩溶发育差，钻孔无一漏水现象发生。

可见太原组灰岩岩溶发育具等高性，同时表现出等深性，即灰岩距基岩面距离小于100m，钻孔孔漏，岩溶裂隙发育，当灰岩距基岩面距离大于100m，钻孔冲洗液消耗量不大，岩溶裂隙不发育。

而与其上覆松散层的厚度无关。

czk4孔山西组、太原组混合抽水结果：

单位涌水量0.01411l/s.m，水位标高825.52m，渗透系数0.0330m/d，水质属hco3—mg.na型，矿化度0.65g/l。

3、二叠系山西组砂岩裂隙含水层组

井田大面积被覆盖，仅在井田西南有出露。

含水层以中粗粒砂岩为主，平均厚度14.88m。

含水层裂隙发育差，单层厚度小，富水性弱。

czk4孔抽水试验结果，单位涌水量0.00039l/s.m，水位标高875.84m。

渗透系数0.00263m/d，水质类型为hco3·so4—na.mg型，矿化度0.77g/l。

4、二叠系上下石盒子组砂岩含水层组

含水层主要为中粗粒砂岩，含水层平均厚度18.08m，沟谷中有小泉点出露，泉流量25m3/d，富水性弱，水质属hco3·so4—na.mg型，矿化度0.46g/l。

5、第四系、上第三系孔隙含水层组

上第三系上新统沟谷中出露较普遍，含水层主要为底砾岩，厚度不稳定，单井出水量小于5m3/d，富水性弱。

第四系中、上更新统广泛分布于井田内，其含水层补给条件不好，连续性差，单井出水量小于5m3/d，富水性弱。

（三）地下水的补、径、排条件

井田奥灰岩溶水属区域岩溶水的径流区，奥灰岩溶水向北西排向区外柳林泉，井田距柳林泉群排泄区较近，水力坡度小，柳林泉群出露标高790—801m。

石炭系和二叠系含水层在裸露区接受大气降水及季节性河流补给，顺岩层倾向方向运动。

上部含水层（主要是下石盒子组含水层）在沟谷中以侵蚀下降泉的形式排泄。

泉流量一般不大。

下部含水层顺岩层向西南排出井田外，矿坑排水量是主要排泄途径。

（四）主要隔水层

1、山西组隔水层

山西组4号煤层以下到太原组是以泥岩为主砂泥岩互层的一套地层，厚度近10m，泥岩及粘土岩隔水性好，砂岩富水性弱，可视为山西组和太原组间较好隔水层。

2、本溪组隔水层

本溪组厚31.89m，岩性主要为泥岩、粘土岩、粉砂岩夹薄层石灰岩和中砂岩，隔水性能好，区域稳定，加之10号煤到本溪组顶界以泥岩为主的无煤段（厚35.29m）一同构成了奥灰岩与9、10号煤间的重要隔水层。

四、对奥陶系灰岩水带压开采的可行性分析

奥陶系在井田内全部被覆盖，根据水文勘探资料，奥陶系峰峰组上部岩性主要为深灰色层状石灰岩，本区峰峰组厚约100m，富水性弱;奥陶系中统上马家沟组，岩性主要为厚层状石灰岩，豹皮状灰岩、泥灰岩和角砾状泥灰岩，岩溶裂隙发育，含水层富水性中等—强。

本井田奥陶系灰岩含水层水位标高为801m左右。

井田内各可采煤层在井田西南部均低于奥陶系灰岩水静止水位标高，在开采过程中，由北向南带压程度逐步加大，奥灰水对我矿安全生产是否构成严重的安全威胁，我矿能否进行带压开采，是我们首先需要进行分析研究的问题。

我矿4#煤层最低底板标高720m，8上#煤层最低底板标高650m，9号煤层最低底板标高640m，10#煤层（合并区内）最低底板标高660m，均低于奥陶系灰岩含水层水位标高。

4#煤层与奥陶系灰岩之间厚度为140.03m，8上#煤层与奥陶系灰岩之间厚度为87.87m，9#煤层与奥陶系灰岩之间厚度为76.43m，10#煤层与奥陶系灰岩之间厚度为67.18m。

根据突水计算公式：

t=p/m

其中：

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）。

4#煤层突水系数：

t=（801-720+140.03）×9.8×10-3/140.03=0.015（mpa/m）

8上#煤层突水系数：

t=（801-650+87.87）×9.8×10-3/87.87=0.027（mpa/m）

9#煤层突水系数：

t=（801-640+76.43）×9.8×10-3/76.43=0.031（mpa/m）

10#煤层突水系数：

t=（801-660+67.18）×9.8×10-3/67.18=0.030（mpa/m）

由以上计算结果可知，井田内4、8上、9、10号煤层突水系数均小于受构造破坏段临界突水系数0.06mpa/m，承压含水层与开采煤层之间的隔水层能承受的水头值大于实际水头值，根据《煤矿安全规程》269条规定，我矿可以“带水压开采”，但必须制订安全措施。

五、带压开采的安全技术措施

根据《煤矿安全规程》、《煤矿防治水规定释义》及我矿实际，特制订以下安全技术措施：

（一）做好日常水文地质工作

1、建立地下水动态观测系统，并坚持长期观测，逐步掌握地下水动态的可靠资料，为确定防治水方法及确保矿井的安全提供保障。

2、在实际生产过程中，坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘（采）、先治后采”的探放水原则，及时处理生产中遇到的水害隐患。

3、认真收集各类相关资料，并进行整理，完善矿井有关的水文地质图件，并在生产中不断分析、不断总结，为逐步进入低水平的安全开采奠定坚实的基础。

4、在日常工作中严格执行水文地质的有关规程、规定、操作规范以及上级部门下发的给类有关水文地质工作的文件、决定、决议，确保我矿的水文地质工作全面、顺利地开展。

（二）断层的处理

在历年的采掘活动或勘探过程中，我矿尚未发现或揭露断层，但不排除隐伏断层存在，应采用钻探、物探、化探等手段进行探测。

一旦发现断层，首先对其进行导水性定论，并从以下两方面着手，进行防治水：

1、在导水或易于突水的断层带按照《煤矿防治水规定释义》对其进行隔水保安煤柱的留设。

防隔水煤柱一经留设，严禁在煤柱内进行采掘活动。

2、巷道必须穿越导水断层时，必须先采用地面或井下预注浆的方法堵住导水通道和补给水源后方可揭露。

（三）岩溶陷落柱的处理

1、利用综合勘探的手段，对开采区（一般是掘进区域）内有征兆或是有疑问的地点进行探查，查清陷落柱是否存在，以及存在时对其位置进行精确定位，并用水文地质试验方法对其含水性、导水性进行确定。

2、如果陷落柱不导水，且陷落柱密实，柱体内充填物胶结性好，可以不处理；陷落柱内裂隙发育，柱体内充填物胶结性差，在工作面巷道内的陷落柱进行简单注浆或在采掘区域加强永久性支护。

3、对于导水陷落柱必须进行注浆处理。

4、在生产过程中，在没有明显征兆的情况下揭露陷落柱后，首先停止生产，按照以上方法进行处理。

（四）开采技术管理

1、在承压开采区，开拓巷道设计和布置时，必须认真分析地质资料，按照先易后难，由浅入深，先简单后复杂的原则进行开采，并在4#煤层二采区先布置4203工作面进行试采，总结经验，找出规律，在逐步推广应用。

2、工作面布置时应尽量缩短工作面长度，并在采煤方法上要控制采高、均匀、间歇开采，减小工作面对底板的破环程度。

3、合理确定工作面边界和推采方向，尽可能减轻或避免开采对断层的扰动作用。

4、采区巷道布置应减少过断层，减少巷道及交叉点数目，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。

（五）防治水设施的设置

由于受到奥灰水的影响，矿井一旦发生突水，将面临全井淹没的威胁，因此，必须考虑泄水巷道、防水闸门、闸墙等防水设施的设置，以便在必要时封闭整个采掘工作面或采区。

（六）防排水系统

我矿8上、9、10号煤层主排水系统设在副斜井井底车场，设有主、副水仓，长度分别为100m、70m，容积470m3、329m3，合计为799m3，选用3台md85-67×3型水泵，该型水泵额定流量为85m3/h，正常涌水时为1台工作,1台备用,1台检修；最大涌水时为2台工作，1台备用，排水管选用两趟φ159×4.5型无缝钢管，dp=150mm，一趟工作，一趟备用；4#煤层主排水系统设在旧副斜井底，水仓容量200m3，配备d46—30×4型水泵三台，一台工作，一台备用，一台检修，配套电机功率均为30kw，排水系统为两趟无缝三寸管路，一趟工作，一趟备用；排水系统均满足设计要求。

随着采掘工作面的推进，在巷道低洼处挖好相当容积的水仓，安设两台37kw，型号为is80-50-315zf的离心泵排放水，一台使用，一台备用，安设两趟3寸钢管排到主水仓，再由主水仓管路排到地面。

排水沟、水仓要及时清理，空仓容量必须经常保持在总容量的50﹪以上。

（七）做到防治水工作“五专”

1、配备防治水专业技术人员：

我矿配备有受过正规院校地质专业教育的技术人员3名，满足工作需要。

2、配齐探放水设备和专业队伍：

我矿配备有2台zlj-700型、两台zlj-400型探放水钻机和两台yd32（a）高分辨电法仪，并已成立专职探放水队。

3、设置专门防治水机构：

本矿已成立专门的地测防治水科，并是在总工程师和地测副总的直属领导下。

4、建立健全防治水制度：

制定各项防治水制度，并组织宣传学习。

5、装备必要的防治水抢险救灾设备：

各项防治水抢险救灾设备必须到位，并设专人定期检查。

（八）避灾与信号联系

1、建立通讯系统

通讯系统是保障水灾应急救援工作正常开展的一个关键。

水灾应急救援体系必须有可靠的通讯保障系统，保证整个水灾应急救援组织内部以及内部与外部之间畅通的通讯网络。

为此，我矿设有专用的地面、井下通讯网络，井下安装防爆电话与地面各部门相连，遇到紧急情况时，及时通知受水威胁地区的人员及矿调度室。

2、避灾路线

制定井下人员遭遇水险的撤退路线，并挂牌管理，在沿线特别是分岔点都要悬挂牌板，并使井下作业人员对此熟悉。

具体如下

4#煤采掘面→回风下山→南轨道巷→总回风巷→副斜井→地面

4#煤采掘面→皮带下山→主运输巷→主立井→地面

8上、9、10#煤采掘面→运输大巷/轨道大巷→主斜井/副斜井→地面

六、防突安全与组织措施

加强我矿井下防治水工作需要矿、队、组各级领导及各相关部门齐抓共管，认真做好每一次防治水工作，防止突水事故发生。

措施如下：

1、成立防治水工作领导组：

组长：

矿长

副组长：

总工程师生产矿长安全矿长

矿长助理机电矿长地测副总

成员：

技术科长安监站长机电科长

通风科长地测防治水科长

防治水办公室设在地测防治水科，主要负责防治水工作的日常事务，同时指定2-3人专管该项工作，发现问题，及时处理。

2、防治水宣传、教育工作

首先是要提高认识，使全矿各单位领导干部、基层员工认识到我矿开采防治水工作的重要性和必要性，提高防治水意识，其次是基本教育、培训，全矿各生产、辅助队组要充分认识矿井水患威胁的严重性，利用班前学习培训认真向工人介绍我矿的基本水文地质情况及面临的威胁，使工人自觉地投入防治水工作当中来；职工学校在培训教育、岗前培训中务必加大水文地质基础知识的培训量，提高我矿防治水的整体素质。

3、井下防治水设施的管理

井下防治水设施是矿井防治水工作的一道重要关卡，每年必须按规程要求定期做相关试验，如联合排水试验、主要排水设施性能测试，以确保各类实施的可靠，除了做好以上工作外，必须经常对其进行检修、维护以确保各类实施的完好，只有这样才能把好防治水工作的最后一道关。

5、技术保证

主要是在管理上，针对日常传送资料和专项工作，建立严格的审批制度，层层把关，确保防治水工作周密的布置安排。

6、物资保障

对于我矿的防治水，任重道远，必须引起各级领导的高度重视，在人力、物力、资金上予以保证和支持，确保各项防治水工作的逐一落实。