13010采面带压开采安全技术措130施.docx

1、13010采面带压开采安全技术措130施二1-13010采面带压开采安全技术措施一、矿井概况我矿始建于1972年9月，1976年10月投产，建有一对竖井和一对斜风井，单水平上下山开采。设计生产能力80万吨/年，1991年生产能力为2030万吨/年；至2005年9月，实际生产能力达100万吨/年。主采二叠系山西组二1煤和二3煤，厚度4-7m，最大厚度14m，矿井现开采水平-250m水平，开采最低标高-270m左右。自1964年开始多个勘探单位在矿区进行过煤田地质勘探，地质工作程度较深，但水文地质工作相对薄弱。由于缺乏足够的水文地质资料，对于矿井水文地质条件的认识也经历了3次变动。1984年前将矿

2、井水文地质类型定为简单型，在1991年河南煤田地质公司提交的精查补充煤田勘探报告中定为中等类型，在2006年6月修编完成的矿井生产地质报告中修改为复杂型。自1972年以来，我矿发生大小突水50次，造成多次矿井或采区被淹。原因主要有二个：其一，矿区矿区岩溶水水文地质条件复杂，而勘探精度不够，勘探资料对矿井水文地质勘探类型确定不准确，预测涌水量明显偏小，使得矿井设计排水能力低；其次，受经济和体制等条件限制，地方煤矿对矿井水文地质工作的投入不足。改造工程，于2006年6月恢复生产。突水后，4km之外的寒武系灰岩水位大幅度下降，降幅达到119m。2009年10月14日，12091采掘工作面回采过程中发

3、生大型突水，最大涌水量达到1200 m3/h，导致整个采区被淹。我矿处在禹州岩溶水系统最下游的承压自流排泄区，煤层底板太灰和寒灰岩溶发育，富水性和导水性强，补给充沛。截至目前，已经发生50多次突水，共造成4次淹井和淹采区事故，最大突水量达8065m3/h。太灰和寒灰岩溶水水力联系密切，是矿井主要充水水源，断层发育，断层及岩溶裂隙构成岩溶水的突水通道。随着采掘深度的加大，作用在煤层底板岩溶水水压增大，突水危险更大。因此，我矿属于水文地质极复杂类型的煤矿。针对我矿矿井水文地质条件复杂，安全生产严重受寒灰岩溶承压水威胁的问题，我矿在平煤集团及矿区煤电公司领导下，制定了“浅部帷幕、中部疏放、局部加固”

4、的综合防治水方案，即：对井田浅部岩溶水的补给通道进行地面和井下帷幕注浆截流，阻断或消减外界岩溶水向我矿的补给；井下布置大量疏放寒灰水的放水孔，大流量疏放寒灰岩溶水，大幅度降低其水位；对带压开采工作面采取底板注浆加固改造措施，增加底板防隔水性能。我矿帷幕注浆截流工程已经实施完毕，一标段位于井田北部边界处，在垂直魏庄断裂的区域布置地面注浆孔19个，钻探总进尺5657m，共注入水泥4737.5t；二标段位于井田西南部边界处，在垂直肖庄断层的区域布置地面注浆孔16个，钻探总进尺10220.8m，共注入水泥1412吨；在井下二采区总回风巷、二采区轨道上山、二采区至四采区西大巷中布置68个注浆孔，钻探进尺

5、近10000m，共注入水泥5910吨（其中西大巷4号钻场2号孔单孔注浆量为4150吨）。在生产井三采区及技改井布置了大量放水孔，自2010年5月3日开始了疏放寒灰岩溶水工业性试验，至2011年10月31日已经持续了545天，疏放量为31003200m3/h，寒灰水位已由疏放前的+125m降至目前的-10m左右，水位降幅达到135m，水位仍在缓慢下降中，放水孔仍在不断施工中。对13091工作面底板进行了两期注浆加固改造，在2008年工作面中东部注浆加固的基础上，对工作面中西部进行了注浆加固，施工注浆钻孔86个，钻探进尺11114m，注入水泥2967吨。我矿还完善了排水系统，矿井排水能力大幅度增加

6、。受益于上述综合治理措施，受底板岩溶水突水严重威胁的原13091受淹工作面得以安全恢复和正常生产。二113010工作面位于我矿三采区，走向长1027m，倾斜长145m。风巷标高-67m-128m，机巷-138-157m，地面标高+123+133m，埋深190293m。该采面东临南水北调运河煤柱，北部为二1煤层露头带，南部为原始煤体，西部为连堂村保护煤柱，采面对应地面位置无村庄和河流。目前工作面具备了生产条件，影响工作面安全生产的不良水文地质条件有：（1）工作面靠近魏庄断层和关庄断层，二者落差超过100m，工作面附近有三条落差小于20m的断层（DF2、DF5和DF6），风巷距DF2断层最近距离为

7、64m，工作面生产过程中存在断层水害问题；（2）工作面最低标高-157m，目前寒灰水位为-2m，作用在煤层底板岩溶水水压最大为1.55MPa，带压开采存在底板岩溶水突水问题；（3）工作面靠近煤层露头风氧化带，其中风巷东段470m已经进入煤层风氧化带内，新近系和第四系孔隙水（包括水及流砂）通过采动破坏裂隙存在进入矿井的可能。针对以上三种不良水文地质条件，该采面已进行了防治水安全开采评价，断层水和顶板水对采面回采影响较小，采面经过疏水降压和底板加固，底板承压水难以突破隔水层进入采面，采面可以实现安全回采。但考虑到采面仍属于带压开采，因此有必要编制带压开采措施。二、矿井水文地质条件1 主要含水层根据

8、地层、岩性、含水空隙特征及埋藏条件等，将矿区地层划分为五个含水层，自下而上分别为：寒武系灰岩岩溶裂隙含水层、石炭系太原组薄层灰岩岩溶裂隙含水层组、已组煤层顶板砂岩含水组、戊组煤层顶板砂岩含水组、乙组煤层顶板砂岩含水组、基岩风化带砂岩裂隙含水组、第四系砂砾石含水层组。1.1 寒武系上统灰岩岩溶裂隙承压含水层寒武系上统岩性为灰白色白云质灰岩和白云岩夹薄层泥岩，区内有7个钻孔揭露该层段，揭露最大厚度137.01m，未见漏水钻孔，但2005年堵水钻孔、桐树张水井及部分长观孔在揭露该层时皆发生了大的漏水现象。该层上距二l煤80m左右，岩溶裂隙发育，为含水丰富但不均一的强含水层，水化学类型为HCO3CaM

9、g型水，目前静止水位标高+132+135m，为二l煤层底板间接充水含水层。其间本溪组铝土质泥岩和太原组中段砂泥岩隔水层，阻隔了寒武系上统的白云质灰岩、白云岩与太原组下段灰岩含水层、上段灰岩含水层间的水力联系，但在断层地段，使得多层含水层相互沟通，当井巷工程接近断层时，将会导致矿井涌水量大幅增加，是造成矿井灾难性水患的主要充水水源。1.2 石炭系上统太原组下段灰岩岩溶裂隙承压含水层由四层深灰色灰岩(L1-4)组成，L4上距二l煤层42m。其间太原组中段砂泥质岩段隔水层，阻隔了其与太原组上段灰岩含水层间的水力联系，是二l煤层底板间接充水含水层，涌水量达到200m3/h以上。1.3 石炭系上统太原组

10、上段灰岩岩溶裂隙承压含水层主要由L5L11五层深灰色隐晶质石灰岩组成，夹砂质泥岩和细粒砂岩，含薄煤六层(一14一19)，其中L10和Lll不稳定，顶部为灰黑色致密状菱铁质泥岩，其中L8、L9层位稳定并常常合层，裂隙多被方解石充填。该段厚2037m，一般厚度27m。单位涌水量0.0008470.0263L/sm，渗透系数为0.0620.18m/d，该层上距二l煤层一般1216m，富水性弱，导水性弱中等，是二l煤层底板直接充水含水层。充水形式以裂隙涌水为主，出水点的初始水量较大。 1.4 二叠系山西组二l煤层顶板砂岩裂隙承压含水层由大占、香炭和砂锅窑砂岩组成，岩性为灰、灰白色中粒、中粗粒石英砂岩，

11、一般厚度3035m。裂隙不发育，该层段富水性也不够均一，是二l煤层顶板直接充水含水层。井下开拓回采过程中主要以滴、淋水的形式向矿坑充水，水量小，易于疏排，对矿井生产影响不大。1.5 新近系和第四系砂卵石含水层新近系和第四系由北向南、自西向东厚度逐渐增大，最大厚度621.50m，小武庄李庄一带最薄，一般120170m。根据岩性和富水程度，分以下三段：底部含水段：厚度约35m，以含钙质结核的砂质粘土为主，夹24层粉粗砂和砂砾，单层厚度2.5m；呈弱固结状，为富水性弱的孔隙承压水。中部隔水段：平均厚度55m，以砂质粘土、粘土为主，夹35层细砂和砂砾，单层厚度23m，多呈弱固结状，隔水性较好。上部含水

12、段：埋深在10m以下，厚约40m，为砂质粘土夹细中砂和砂砾24层，单层厚度25m。除顶部含钙质结核的砂砾比较稳定外，其余皆呈透镜体状发育；35m以浅松散，以深呈半固结状。农田用水多取之该层，水量比较充沛，且东部富水性强于西部，为富水性中等的孔隙水。2 主要隔水层2.1石炭系中统本溪组铝土质泥岩隔水层灰白色、紫红色铝土页岩、铝土质泥岩，其层位稳定，厚度529m，一般10 m左右，是寒武系上统灰岩岩溶裂隙承压含水层与石炭系上统太原组下段灰岩裂隙岩溶承压含水层间的隔水层，在无构造破坏的情况下隔水性能良好。2.2石炭系太原组中段砂泥质岩段隔水层主要由灰深灰色砂质泥岩、泥岩、细粒砂岩和薄煤层等组成，夹两

13、层不稳定石灰岩(L5L6)，含薄煤七层(一7一13)，中部为灰色中粒砂岩，含云母片，俗称胡石砂岩。该段厚1231m，一般厚20m，层位稳定，为太原组上、下段灰岩含水层间的隔水层段，正常情况下能起到良好的隔水作用。但在断层带和褶曲轴部，受裂隙影响该层有效隔水层厚度减小，隔水性能将大大弱化或失去隔水作用。2.3二l煤层底板砂泥岩隔水层二1煤层底板至L9灰岩或菱铁质泥岩间为深灰色砂质泥岩、炭质泥岩组成，一般厚度为1216m，具有一定隔水能力。断层或褶曲轴部附近其完整性和强度变差，隔水能力相应降低。2.4二叠系石盒子组砂泥质岩段隔水层该层段在矿区内距二l煤层较远，其间有厚度较大的砂泥岩互层地层，厚度一

14、般大于300m，隔水性能好，是二l煤层顶板含水层与新近系、第四系砂卵石含水层间的相对隔水层。 3 断层的导水性构成井田西南边界的肖庄正断层和黑水河正断层、西北边界的魏庄断层和关庄断层对岩溶水向井田的补给径流起到重要作用，是岩溶水的强富水带和强径流带。魏庄断层（F5）走向90145，在魏庄转折处为75145，故在魏庄以西断层倾向北东、以东倾向北，区内断距100520m，断层落差呈由西向东增大的趋势，为北东盘下降，南西盘上升的正断层，该断层在矿区边界邻接段长3.0km。关庄正断层（F4）位于矿区北东部连堂村附近，走向137，倾向北东，倾角6570，向东南与连堂正断层交汇，断距0140m，长1.2k

15、m，为北盘下降，南盘上升的正断层。剖面资料显示，其与连堂断层交汇处断层上盘二1煤层与下盘寒武系灰岩接触。由于该断裂带多条断层相互作用，特别是在魏庄处转折部位带，是应力集中裂隙发育的场所，两个顶板较大的出水点就处于该带，说明此边界的富水和导水性均较强，应属相对导水边界。以往勘探钻孔揭露断层点32个（即18条）。断层破碎带厚度2.744m，多为弱胶结的断层角砾岩（原岩为泥岩和砂岩）；断层带漏水钻孔1个（F15，3122孔）。距断层50m以内的漏水点5孔，多分布于肖庄正断层（F3）两侧；其次是连堂正断层（F19），如3091孔所揭露的太原组石灰岩，不但全漏失，而且岩芯异常破碎，岩溶、裂隙非常发育。在

16、井田西北沿魏庄正断层，形成了寒武系的两个富水带。桐树张正断层和石龙王正断层，是构通两个富水带的主要途径，并通过断层与太原组灰岩含水层发生水力联系。北和北东向有比较广阔的补给来源。断层两侧裂隙发育，含水空间良好，往往形成富水带，尤其是断层尖灭端，应力集中释放产生裂隙，富水性较强，例如，沿F26和F11正断层向东西延伸，正处于F19、F7正断层和F12逆断层集中尖灭部位，构成了岩溶、裂隙较发育的地带，富水性好，在矿井开采初期，揭露太原组石灰岩含水层后，最大初始涌水量达350m3/h和164m3/h。因补给条件不佳，出水点水量日渐减少至干枯，且使得该含水层水位大幅下降，目前开采水平处于半疏干状态，-

17、240m三采区和四采区的表137、38两个出水点几乎无压力便可以证明。寒武系灰岩在矿区西北部、西部出露，出露面积为400km2,地表岩溶发育，接受大气降水及地表水入渗补给，是岩溶水补给区。白沙向斜东北翼岩溶水自西北向东南径流，在我矿以矿井排水和自流井形式排泄于地表。白沙向斜西南翼的岩溶水自西向东径流，以泉、矿井排水、少量人工开采等方式排泄。受山前众多煤矿长期疏排岩溶水的影响，岩溶水水位下降，泉水断流，矿井排水成为排泄岩溶水的主要方式，导致太原组灰岩岩溶水水位大幅度下降，寒武系灰岩水因补给充沛其水位保持动态稳定。我矿井田主要充水含水层包括：石炭系太原组薄层灰岩中的L1-3、L8-9灰岩及寒武系灰

18、岩，岩溶发育，富水性强。对于岩溶水来说，井田西部、西北部及东北部均为开放性的边界，来自西部和西北部的岩溶水可以畅通无阻地进入我矿井田，井田东部寒武系灰岩深埋区，埋深大于1000m，岩溶发育微弱，径流滞缓，起到隔水边界的作用。井田东南部以肖庄正断层和黑水河正断层为界，黑水河正断层南盘为下降盘，落差超过400m，黑水河正断层以南为白沙向斜轴部，寒武系灰岩埋藏深度超过800-1500m，起到隔水边界的作用。因此，当岩溶水汇流至矿区井田后，既不能向南径流，也难以向东部径流，使矿区井田形成汇水区，以矿井排水的形式向外排泄。寒武系灰岩水主要来源于大气降水入渗和河水渗漏补给，以岩溶泉、人工开采、矿井排水等方

19、式向外排泄。水位动态主要受大气降水和开采(矿井)排水的双重因素影响，多年水位动态比较稳定，年内水位有升有降。每年的89月为最高水位期，10月至翌年2月为缓慢下降期，34月为最低水位期，57月为缓慢上升期，高水位滞后降雨高峰1015天。水位年变幅一般1.32.0m，最大6.5m。三、二113010工作面底板岩溶水突水危险性评价根据煤矿防治水规定，突水系数是评价带压开采条件下煤层底板承压水突水危险的重要依据，因此工作仍采用突水系数评价二113010工作面底板承压岩溶水的突水危险。工作面底板底板承压水主要是指L7-8灰岩水、L1-3灰岩水和寒武系灰岩水，目前L7-8灰岩水已经疏干，对采面回采无影响，

20、L1-3灰岩水灰岩水和寒武系灰岩水因联系密切，可以作为同一含水层来考虑。3.1 寒灰岩溶水水位（水压）矿井实施了大流量疏放寒灰岩溶水措施，在生产井三采区和技改井车场附近施工了50多个放水孔，自2010年5月3日16时开始，进行了大流量疏放寒灰岩溶水工业性试验，至2011年11月30日，放水试验已经持续了575天。疏放水量从试验初期的1250m3/h（第一落程）、2150m3/h（第二落程），到目前已经增加到4000m3/h。疏水降压效果十分显著，至2011年11月30日，寒灰水位已经降至-2m左右。二113010工作面2011年11月30日寒灰水位在-2m左右，机巷环形水仓附近煤层底板标高最低

21、点为-157m，作用在煤层底板最大水压为1.55MPa。3.2 隔水层厚度根据二113010工作面附近揭露奥灰和寒灰钻孔统计，包括平1孔、平3孔、平7孔和13091工作面探1孔、探2孔、注1孔、注2孔、注3孔，煤层底板距石炭系太原组下段灰岩（L1-3）平均距离51.6m，距寒灰平均78.8m。通过对二1-13010工作面现有探查孔和注浆孔的统计，煤层底板至太原组下段灰岩L1-3的距离是：平均值68.2m，最小值47.1m，最大值82.2m，煤层底板至寒武系灰岩顶界面的距离是：平均值82.0m，最小值56.4m，最大值96.8m。3.3 突水系数石炭系太原组灰岩与寒武系灰岩距离较近，二者水力联系

22、密切，可视为一个含水层，二者具有相同的水位。为了安全考虑，计算煤层底板突水系数时，隔水层厚度取二1-13010工作面煤层底板至太灰下段最小距离即M=47.1m，而作用在煤层底板的水压根据当前寒灰水位及工作面最低标高计算，最大值为1.55MPa。煤层底板承压水突水系数为：二1-13010工作面斜长L=145m，煤层倾角平均=28，采深H=290m，煤层平均厚度5.5m，根据计算底板破坏深度的经验公式求得底板破坏深度为16.3m，扣除底板破坏深度后，有效隔水层厚度为43.2m，则底板突水系数为：根据煤矿防治水规定，一般情况下，在具有构造破坏的地段临界突水系数为0.06MPa/m，隔水层完整无断裂构

23、造破坏地段临界突水系数为0.1MPa/m。上述计算表明，隔水层厚度即使按煤层底板至太原组下段灰岩的距离并扣除采动底板破坏深度，水位取2011年11月30日寒灰水位，煤层底板标高按工作面机巷最低标高点（最大水压）来考虑，带压开采条件下，煤层底板岩溶承压水突水系数仍小于构造破坏地段的临界突水系数值。因此，除非存在天然的垂向导水通道，否则岩溶承压水在水压作用下突破隔水层进入矿井是非常困难的。四、二1-13010采面 “带压开采”安全技术措施1、继续施工放水孔，保持矿井疏放水量稳定在4000 m/h；2、加强对技改井和生产井主排水系统的检修，保证排水系统稳定可靠；3、定期检查井底车场排水沟、采区水仓淤

24、煤情况，及时清理水沟及水仓淤煤，保证水仓有效容量，确保采面正常涌水能正常排出；4、回采期间继续加强水文观测，密切关注水位变化，发现异常，立即查清原因进行处理；5、二1-13010采面在回采期间，地测科应加强对采面底板水的观测，若遇底板出水和水量加大，应立即向调度室汇报并查明原因。 6、在二1-13010采面回采期间，附近严禁从事注浆工作；7、二1-13010采面在回采期间地测科应每月不少于3次对采面进行地质素描，发现构造，及时向矿井汇报，并通知施工单位加强支护，编制专项过构造措施，并贯彻执行； 8、在该采面底板加固期间，风巷内共施工了14个钻场，采二队在回采期间应编制专项过钻场措施，并贯彻执行； 9、二1-13010采面在回采期间，采二队应加强对采面压力的观测，并做好记录；10、采面职工应熟知突水预兆，一旦发现采面底板渗水、采面涌水突然增大或底板鼓起时，立即停止工作并向调度室汇报，同时撤出所有受水威胁地点人员；11、加强职工培训，保证每位职工熟悉避灾路线；12、该采面回采前按照编制的水害应急救援预案进行实地演练。五、避水灾路线：1、二1-13010机巷井底车场副井地面2、二1-13010风巷联络巷井底车场副井地面 附：二1-13010采面避水灾路线图我矿二1-13010采面带压开采安全技术措施我矿二O一一年十一月三十日