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泉店煤矿首采工作面突水评价


泉店煤矿首采工作面突水危险性评价报告









.............................................................. 1 工作面概况 .............................................................. 1 ............................................................... 1.1 煤层 ............................................................... 1 ........................................................... 1.2 顶、底板 ........................................................... 1 .............................................................. 1.3 构 造 .............................................................. 2 ........................................................ 1.4 出水点情况 ........................................................ 2 ............................................................. 1.5 含水层 ............................................................. 2

水害威胁因素分析 ....................................................... 2 水害威胁因素分析 ....................................................... 5
......................................... 2.1 开采对顶底板破坏程度分析 ......................................... 5 ........................................................... 2.2 充水通道 ........................................................... 6

2.3.首采工作面物探成果 ............................................... 2.3.首采工作面物探成果 ............................................... 6
............................................................... 3、底板改造 ............................................................... 8 ...................................................... 3.1 工程实施情况 ...................................................... 9

3.2 各个钻场钻孔注浆事故处理 ......................................... 9 ......................................... 首采面 ....................................... 4 首采面二 1 煤开采突水危险性评价 ....................................... 10
...................................... 4.1 顶板砂岩裂隙突水危险性评价 ...................................... 10 .......................................... 4.2 底板灰岩突水危险性评价 .......................................... 10 .................................................... 5 防治水安全技术措施.................................................... 11 ................................................... 5.1 防排水安全设施 ................................................... 11 ..................................................... 5.2 带压开采措施 ..................................................... 14

6 结束语 ................................................................. 15 结束语 ................................................................. ................................

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泉店煤矿首采工作面突水危险性评价报告

泉店煤矿首采工作面突水危险性评价报告 泉店煤矿首采工作面突水危险性评价报告 首采工作面突水危险性评价
1 工作面概况 首采工作面,位于井田西北部首采区下部,东邻首采区轨道上山,西邻DF03 断层,上邻一个未开采的炮采工作面,下邻-530西翼胶带运输大巷和两条泄水 巷。地面标高+118.74~+122.87 m,井下标高在-510~-420之间。采面可采走 向长577m~592m,平均584.5m,采面倾斜宽150m,采煤面积86700m 。保有储量 66.9万吨,可采储量62.2万吨。采用后退式走向长壁综采放顶煤采煤方法采煤, 见图1。
2

89 9.3 -43

7.1 -45

-46

05 8.2

3.8
-49 0.6 24

-50

63 0.3

-530m胶带运输大巷

DF 12 H=3—5m ∠73°

图 1 首采工作面采掘工程布置示意图

1.1 煤层 二 1 煤层赋存于山西组下部,上距砂锅窑砂岩(Ss)49.18~67.90m,平均 58.80m。下距太原组上段石灰岩22~33m,平均30m。本采面回采二1煤层,煤层 走向294°, 倾向204°, 倾角27°~38°, 平均30°。 煤层局部地段含一层夹矸, 属简单煤层结构, 煤厚2.8m~8.07m,平均5.44m, 见图2。 局部地段煤厚变化较大。
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

煤厚(m)

图2 首采工作面煤厚变化频率图

1.2 顶、底板

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(1)顶板:二 1 煤层直接顶板以砂质泥岩、粉砂岩为主,一般厚度 3~5m, 顶板: 属于较稳定顶板,易于管理;其次为泥岩直接顶板,厚度一般为 1~3m,属于不 稳定顶板,较难管理;伪顶仅有零星分布,属破碎顶板。 二 1 煤层老顶为细粒、中粒砂岩,本区一般厚 7~10m 左右,岩石致密,属 于坚硬老顶。 (2)底板:二 1 煤层直接底板主要为细粒、中粒砂岩,一般厚 22~33m, 底板: 局部泥岩、砂质泥岩,伪底在仅零星分布。 1.3 构 造 首采工作面总体上呈一走向北西,倾向南西的单斜构造,倾角 28—35°左 右,平均 30°,局部地段为 40°。构造较简单,巷道揭露小型断层 4 条,主要 在分布在工作面下部,见附表 1。
表 1 首采工作面断层发育情况
序号 1 2 3 4 5 6 位置 上顺槽 P15 前 98 米 下顺槽顺 11 点 37 米 下顺槽顺 5 点 85 米 下顺槽临 4 点附近 DF12 DF03 走向(°) 260 212 335 294~310 185~192 290~310 倾角(°) 46 55 53 46 73 70 落差(m) 1.6 3.8 2.2 3.5 2—5 10—15 220 300 450 延展长度(m) 对回采影响 有一定影响 有一定影响 有一定影响 影响较大 影响较小 影响较小

1.4 1.4 出水点情况 工作面顺槽掘进过程中,发现少量顶板锚索处淋水现象, 6 处底板涌水, 位置主要在地压大、岩层破碎、倾角发生变化的地方,主要涌水点情况见表 2。
表 2 首采工作面涌水点情况 位置 上顺槽 P7 点前 2m 上顺槽 P7 点前 52m 下顺槽顺 11 前 10m 下顺槽临 2 前 23m 切眼 L6 点前 68m 切眼 L6 点前 20m 水量(m /h) 2.0 3—4 3—4 2—3 3.0 2—3
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水源 底板涌水 底板涌水 底板涌水 底板涌水 底板涌水 底板涌水

1.5 1.5 含水层
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首采工作面主要受二 1 煤层下部灰岩含水层和顶板砂岩裂隙含水层影响。 1)太原组上段灰岩岩溶含水层。 距二 1 煤层 30m 左右,为二 1 煤层底板直接充水含水层,主要由厚度 12.5~ 13.5m(平均 13.0m) 、多为三层,局部合并为一层由 L7~L9 灰岩组成,分布较稳 定。灰岩化学成分 CaO 占 30.36~52.61%,平均 45.38%。L8、L9 灰岩局部相变为 泥灰岩。灰岩一般致密完整,裂隙不发育,且常被方解石脉充填,但在井田浅部 或构造带附近, 岩溶裂隙较发育, 并有水蚀痕迹。 该含水层单位涌水量 0.0187~ 0.28L/s?m,渗透系数 0.09214~0.7988m/d,原始水位标高+113.80~+122.12m, 根据地面长观孔 CS1 观测现水位标高-202m;水化学类型为 HCO3?SO4–Ca 和 HCO3–Ca?Mg 型,矿化度 0.530~0.640g/L;永久硬度 110.45~180.08mg/L,PH 值 7.44~8.15,属富水性较强的岩溶裂隙承压水,具有较高的水头压力。 首采工作面附近太灰上段各水文观测孔,水压情况如下: ①西翼轨道大巷 10#井下观测孔水压 0.3MPa,位于首采工作面下部,标高 -540m。 ②首采工作面上顺槽 1#钻场 2#井下水文观测孔水压 1.1Mpa,位于采面上 顺槽甩车场东部,标高-420m。 ③首采工作面下顺槽 4—6#井下注浆孔水压 1.7Mpa,位于采面下顺槽 4 号 钻场,标高-500m。 ④地面长观孔 CS1 观测现水位标高-202m。 ⑤西翼轨道大巷 7 号钻场 32#水文观测孔,水压 0.54Mpa,标高-540m。 2)石炭系太原组下段灰岩岩溶裂隙水含水层 距二
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煤层 75m 左右,为二

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煤层底板间接充水含水层,由厚度 3.79~

26.88m、多为三层局部合并为一层的 L1 ~L4 灰岩组成。灰岩化学成分 CaO 占 45.10~51.92%,平均 48.90%。灰岩致密,且裂隙常被方解石脉充填,局部岩溶 发育。该含水层,单位涌水量 0.0362 L/s?m,渗透系数 0.857m/d;水化学类型 为 HCO3–Ca?Mg 型,矿化度 0.232~0.389g/L,PH 值 7.0~7.3。属富水性强、 且不均匀的岩溶-裂隙承压水,该含水层局部地段水压较高, 首采面下顺槽底板 改造注浆钻孔实际揭露,太灰下段水压在 4.8—5.8Mpa 之间,水温在 36—37℃。
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3)寒武系白云质灰岩岩溶孔隙水含水层 距二 1 煤层 120m 左右,为二 1 煤层底板间接充水含水层,岩性为白云质灰 岩。化学成分 CaO 占 19.94~29.45%,平均 24.70%;MgO 占 12.33~20.01%,平 均 16.17%;SiO2 占 1.84~34.12%。据该段与 DF04 断层带混合抽水试验,单位 涌水量为 0.048 L/s?m, 渗透系数 0.1025m/d;水化学类型为 HCO3 ?SO4–Ca 型, 矿化度 0.641g/L,PH 值 8.19。该含水层原始水位标高+78.03m(CS2 孔) ,现水 位标高+23.802m(09.03.21),属富水性强的岩溶-孔隙承压水。
名称 新生界半 固结砂砾 石与基岩 风化带孔 隙裂隙含 水层 层 厚 柱 状
(1:500)

距煤层距离

水文地质特征

砾石层累 计最大厚 度82.3m, 风化带厚 度30~40m

q=0.18L/s·m K=0.252m/d 全区: 水位标高:113.71m 0~399.36m, 水化学类型:HCO3~Ca·Mg 北部露头区: 矿化度:0.472g/L 0~165.07m 永久硬度:69.82mg/L PH值:8.05

山西组 二1煤顶 6.67~31.69m 板砂岩裂 隙含水层

0~12m

q=0.0110~0.0119L/s·m K=0.038~0.0828m/d 水位标高:+112.63~+115.56m 水化学类型:HCO3·SO4~K+Na及 HCO3·SO4~Ca·Mg 矿化度:0.618~0.663g/L 永久硬度:0~117.58mg/L PH值:7.72 8.27


二3煤层 二1煤层

0~2.0m 1.18~10.38m

太原组上 段灰岩岩 溶含水层

13~22m

约30m

q=0.0187~0.28L/s·m K=0.09214~0.7988m/d 原始水位标高:+113.80~+122.12m 现工作面水压:0.3~1.7MPa 水化学类型:HCO3~Ca·Mg及 HCO3·SO4~Ca 矿化度:0.530~0.640g/L 永久硬度:110.45~180.08mg/L PH值:7.44~8.15

太原组下 段灰岩岩 全厚25.34m 溶含水层

约70m

q=0.0362L/s·m,K=0.857m/d 原始水位标高:+143.24m 现工作面水压:4.8~5.8MPa 水化学类型:HCO3~Ca·Mg 矿化度:0.232~0.389g/L PH值:7.0~7.3

寒武系白 云质灰岩 裂隙岩溶 含水层

钻孔揭露 最大厚度 66.40m

120m

q=0.2657L/s·m K=0.4002m/d 原始水位标高:+ m 现水位标高:+ m 水化学类型:HCO3·SO3~Ca 矿化度:0.641g/L PH值:8.19

3 首采区

煤层与

充水含水层上下 系

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2 水害威胁因素分析 首采面回采范围没有封闭的不良钻孔,工作面西侧的 DF03 断层,经钻探验 证, 既不含水也不导水, 故开采二 1 煤主要水害威胁为底板太原组灰岩溶裂隙水, 因无大断层发育,沟通该含水层的主要影响因素为底板破坏深度。在首采工作面 掘进中,发现局部地段有顶板淋水现象,对回采影响不大。 2.1 开采对顶底板破坏程度分析 二 1 煤层厚度 2.8~8.1m,平均厚 5.44m,综采放顶煤采煤。依据类似矿井 资料和井田勘探报告岩石力学性质可知,二 1 煤层顶板岩层中硬,导水裂隙带发 育高度的计算按照如下方法进行计算: 计算公式: Hf=100M/ (3.3n+3.8) +5.1 Hf::导水裂隙带最大高度; M:累计采厚,M 取 5.44m; n:煤分层层数; 计算结果:44.6m 计算结果:44.6m 。 根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程》确定 计算公式: (4-1)

″ H li =

100 ∑ M + 5.6 1.6 ∑ M + 3.6

(4-2)

式中: ∑ M -累计采厚;5.6-修正系数。 计算结果:67.3m。 计算结果:67.
表 3 导水裂隙带计算结果 名 称 矿井水文地质规程 44.6 三下规程 67.3 计算结果平均 55.9

二 1 煤导水裂隙带(m)

二 1 煤顶板多为砂质泥岩或泥岩,质致密,较完整,局部裂隙发育;其次为 粉砂岩或砂岩类,砂岩成分以石英、长石为主,空隙式胶结,胶结物为泥质及粘 土质,为较坚硬岩类。通过计算可知,由于泉店煤矿二 1 煤埋深较大,距离地表、 松散层等含水层较远,导水裂隙带发育高度有限,因此在二 1 煤开采时不会影响 到地表、松散层含水体。但基本沟通了山西组及下石盒子组的砂岩裂隙含水层,

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在导水裂隙带影响范围内的顶板砂岩裂隙含水层将受其影响, 顶板砂岩水将随开 采直接涌入到工作面内,由于含水层富水弱,对工作面回采影响不大。 底板引张裂隙带及扰动随采掘深度、围岩支撑压力和地压增加。底板采动导 水裂隙带深度值的确定,可根据“三下”采煤规程推荐的全国统计公式: h1 = 0.0085H+0.1665X+0.1079L-4.3579

式中:h1 =底板采动导水破坏带深度(m) ; H=开采深度(m,取最大深度 630m) X=煤层倾角(°,本矿取 30°) L=壁式工作面斜长(m,本矿取 150m) 计算结果为 h≈22m。 据神火集团新庄煤矿 2003 年-600m 水平原位应力测试试验资料: 21091 工作 面未扰动和扰动状态下底板的抗张强度约为 10MPa,说明岩体的抗张强度不受采 矿的影响,但在深度小于 11.5m 时岩石强度变化明显,说明采动对对底板的扰动 破坏深度约为 12m。构造断裂局部发育区段,煤层开采对顶底板破坏程度加剧。 结合相似条件邻矿相关观测数据分析认为:泉店煤矿的底板破坏深度约为 18m。 2.2 充水通道 二 1 煤掘进和煤层附近巷道顶板水泄出通道是裂隙密集带和小断层,煤层回 采时顶板水将自顶板冒裂带涌出。 二 1 煤层底板涌水,从底板砂岩直接涌水,由于太原组灰岩水富水性强,水 压高、水量大,水源应该是太灰上段灰岩水: 1、在底板隔水层变薄地段、构造裂隙和小断层发育地段、局部褶曲地段, 底板采动裂隙构造裂隙及小断层叠加复合成为突水通道。 2、在非地质异常区段(即断层、褶曲不发育地段) ,因采深增加,太灰水压 增高与采场矿压使得底板变形产生引张裂隙突水。 2.3.首采工作面物探成果 2.3.首采工作面物探成果 3. 2.3.1 底板改造前综合物探结论及建议 底板改造前综合物探结论 综合物探结论及建议 在底板改造前,采用了瞬变电磁和直流电法两种技术相互配合进行勘探 并综合对比、分析进行解释,判断出首采工作面煤层底板下方 70m 范围内岩层

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赋水性情况, 由泉店煤矿首采工作面综合物探低阻异常区平面图看出,首采工作面煤层 底板岩层存在低阻异常区,低阻区平面方向上在工作面里段、中段和外段均有 分布。 其中,范围较大的低阻异常区有三个,分别是①工作面里段上顺槽切眼 往外 53~238m 段与下顺槽切眼往外 0~208m 段连线所圈贯穿工作面的最大低 阻区; ②工作面中段上顺槽切眼往外 317~450m 段与下顺槽切眼往外 343~470m 段连线所圈贯穿工作面的次大低阻区;③工作面外段下顺槽切眼外 640~700m 段附近并向工作面延伸至接近上顺槽附近区域的低阻区,见底板改造前物探 图。上述三个低阻区不仅范围大,导高也较大,部分区域低阻区顶界面距离煤 层底板不足 40m,工作面回采时上述区域附近可能发生底板突水,是首采工作 面底板水患治理的重点目标区。 除上述低阻区以外的煤层底板岩层基本是高阻正常区或低阻区范围与导 高较小区域,对工作面安全回采影响较小。 建议: 对首采工作面综合物探测出的煤层底板含水岩层低阻异常区尤其是范 建议: 围和导高较大的低阻区域必须打钻探验水量, 对高阻区域可以考虑布置少量钻孔 检验岩层赋水性。若钻孔出水量较大且补给丰富,应该对相应区域实施煤层底板 含水岩层注浆加固工程,并对重点区域加大钻孔密度、而对相对弱富水区域减少 钻孔密度,改造完成后应用瞬变电磁技术检验注浆加固质量和效果;若出水量有 限且补给较弱,可以考虑采用疏水降压等方法进行开采,但应提前制定好相应防 治水措施,疏通排水路线,并在工作面回采时及时观察涌水情况,确保首采工作 面安全顺利回采。 2.3.2 物探异常区钻探验证 通过第一阶段注浆改造,钻孔实际揭露,物探探测的低阻异常区基本准确, 在异常区单孔最大出水量 160m3/h。但在探测为非异常区的地段,经钻孔实际揭 露,出水量也比较大,在第一阶段 200 米改造区,钻孔出水>5 m3/h 占 100%,钻 孔出水>20m3/h 占 82%,说明太灰上段灰岩,普遍富水性较强,水量较大。 2.3.3 底板改造后物探结论及建议 底板改造后物探结论及建议
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物探结论: 物探结论:本次勘探范围内首采工作面煤层底板下方低阻区均范围较小、分 布零散,与底板注浆加固改造前明显不同,说明煤层底板含水岩层注浆加固改造 工程效果明显。 余存的范围相对稍大低阻异常区在平面方向主要位于三个区域, 分别是: ①上顺槽切眼往外 0----20m 段附近往工作面里延伸的低阻区;②下顺槽切眼 往 外 72----85m 段 对 应 的 工 作 面 中 心 附 近 低 阻 区 ; ③ 上 顺 槽 切 眼 往 外 162----200m 段与下顺槽切眼往外 176----200m 段连线所圈工作面中心附近低 阻区,见底板改造后物探结果图。上述三处低阻区范围均不太大但部分区域导 高相对较大,工作面回采时附近区域不排除发生少量底板突水的可能性,应引 起注意。其它低阻异常区范围或导高很小,对工作面顺利回采影响较小。高阻 区岩层赋水性相对较弱,工作面可以顺利回采。 建议: 对首采工作面瞬变电磁勘探测出的煤层底板含水岩层范围相对稍大低 建议: 阻异常区应该打钻探验水量, 若钻孔出水量较大, 应该对相应区域补充注浆加固; 若出水量较小,注浆封孔后可以考虑工作面开始回采,回采过程中应注意加强水 文观测,确保首采工作面安全生产。 需要说明的是,首采工作面上、下顺槽内部分地段存在综合开关列车等大块 金属物而引起部分区域无法探测,造成物探结果资料中存在部分空白区域,减弱 了资料的完整性。 2.3.4 两次物探结果对比 1)通过两次物探对比,首采工作面切眼往外 200m,煤层底板-70m 以上范 围内,低阻区较少,且分布零星,见附图。说明注浆效果较好,达到预期目的, 但局部地段仍有小范围的低阻异常区,回采附近区域存在发生少量底板渗、突水 的可能性。 2)通过对瞬变电磁视电率断面图分析,切眼往外 40----65m 段,低阻异常 证实了先前推断的局部地段太灰下段和寒灰水 区距巷道底板最小垂距约为 80m, 存在沟通现象。 3、底板改造 、底板改造 根据原首采工作面底板改造设计方案,底板改造深度确定在太灰下段灰岩

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底板,即注浆终孔为见铝土泥岩 1m 为准,在该工作面皮带巷停采线向外 30 m 起每隔 60 m 做一个钻场钻场,设计 11 个钻场,每个钻场内布置 3—4 个钻孔; 轨道巷钻场与下部钻场相对布置,设计 11 个钻场,每个钻场内布置 2 个钻孔。 后来在 08 年 10 月 31 日召开的防治水会议上,经过有关专家论证后,改造目的 层确为太灰上段灰岩 (七灰) 加固深度 , (煤层底板以下) 不低于 50m (暂定 60m) , 下巷自切眼 35m 为 1 号钻场,1、2、3 号钻场间距 40m,以后每 80m 一个钻场, 上巷加固距离以钻孔终孔超过顺槽 10m 为准, 也就是现在实际实施的底板改造 方案。 3.1 工程实施情况 按照修改的底板改造方案,分两阶段实施,第一阶段从 2008 年 12 月 5 日 开始施工, 截至 2009 年 3 月 20 日,首采工作面底板改造第一阶段五个钻场已 基本结束,其中 1 号和 4 号钻场已验收结束,预计 3 月 21 日前完成 2 号和 3 号 钻场验收工作,5 号钻场由于处理 5—6#孔出水事故,影响进度,预计 3 月底 5 号钻场可完成验收。具体完成情况如下: ①5 个钻场完成注浆钻孔 44 个,累计深度 5571.6m,其中检查钻孔 12 个, 太灰下段钻孔 7 个。 ②出水量 2185m /h,其中,太灰上段注浆钻孔出水量 1463 m /h,单孔最大出 水量 108 m3/h,出水量>10 m3/h 占 83%,平均单孔出水量 38.7m3/h;太灰下段注 浆钻孔出水量 722m /h,单孔最大出水量 160 m /h,出水量>20 m /h 占 100%,平 均单孔出水量 72.2m3/h; ③太灰上段单孔出水点初始最大水压 3.0Mpa,最小水压 0.5 Mpa,水温 34 —35.5℃;太灰下段水压在 4.5—5.8Mpa,水温 36—37℃; ④累计注浆量:2795.5 吨,其中,太灰上段注浆孔 1963.7 吨,注浆:出水 量=1.21:1,单孔最大注浆量 151 吨,平均单孔注浆 57.8 吨;太灰下段注浆孔 831.8 吨,注浆:出水量=1.15:1,单孔最大注浆量 185 吨,平均单孔注浆 92.3 吨; 3.2 各个钻场钻孔注浆事故处理 各个钻场钻孔注浆事故处理 ①2008-12-29 四点班 5—9#孔钻进至 90m 出水 90m3/h,水压 1.5MPa,注浆 煤壁跑浆, 注浆扫孔 70m 出水 10m3/h, 水压 2.0MPa, 注浆 4 吨, 跑浆, 2009-3-5,
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5#钻场 9#孔 103m、出水 16m3/h,水压 2MPa,注浆时煤壁跑浆,使用锯末和海带 进行处理。 ②2009-2-28, 1-J3#钻进至 75m 出水 5m /h, 82.5m 出水 10m /h, 水压 5.0MPa, 水温 36°,注浆 141 吨,注浆压力 7.5MPa 时和 2#钻场煤壁出浆停止注浆,重新 扫孔注浆,井下注浆封口。 ③2009-3-10 八点班 4-6#孔注浆压力达到 10.5MPa 时,注浆水泥 148 吨,从 5#钻场底板出水,在 4-6#孔加喂料器,使用锯末进行处理,处理上压后,5#钻 场底板不出水,然后扫孔注浆 3 吨水泥。 ④2009-3-12 零点班 3-J1 注浆时煤壁出水,用海带和锯末注浆堵水,试压 成功后注浆压力 11MPa,用水泥 29 吨。 首采面 4 首采面二 1 煤开采突水危险性评价 4.1 4.1 顶板砂岩裂隙突水危险性评价 二 1 煤层顶板砂岩含水层为 2~6 层细—粗中粒砂岩组成, 6.67~31.69m, 厚 一般 13~24m, 平均 18.15m, 砂岩裂隙不发育。 该含水层单位涌水量为 0.0110~ 0.0119 L/s?m,渗透系数 0.038~0.0828m/d,属富水性弱的裂隙承压水。 根据掘进时部分地段出现顶板淋水现象, 预计首采工作面回采时随着顶板跨 落,顶板会出现涌水情况,预计正常涌水量 5—10m3/h,最大涌水量 30—40m3/h, 不会对回采造成威胁。 4.2 底板灰岩突水危险性评价 采用突水系数来评价煤层底板突水危险性,并作为带压开采安全的标准。
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TS =

P M ? Cp ? H

式中: TS——突水系数(MPa/m); P——隔水层承受的水压(MPa); M——底板隔水层厚度(m); Cp——采矿对底板隔水层的扰动破坏厚度(m); H——隔水层导升高度(m)。 公式中参数如表 4 所示:

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表 4 二 1 煤层底板突水系数表 含水层 太灰下段 寒武灰岩 水头压力(MPa) 5.3 5.3 底板隔水层厚度(m) 底板破坏深度(m) 75 120 18 18 突水系数 0.09 0.05

根据《煤矿防治水工作条例》试行规定,突水系数临界值一般情况下,在隔 水层完整,无断裂构造地区按 0.10MPa/m 计算,具有构造破坏地区按 0.06MPa/m 计算。 ①太原组上段灰岩含水层 太原组上段灰岩含水层:对其进行了注浆底板改造,改造深度在 60m, 4 太原组上段灰岩含水层 个钻场共施工检查孔 12 个,出水量均小于 5m /h,其中,出水量小于 2m /h 的占 80%,通过对检查孔实际出水量和二次物探验证分析,已基本认为,太灰上段已 经没有突水危险,但由于煤层底板较薄,底板破坏深度大,充水裂隙不可能全部 被堵漏,因此在底板薄弱的局部地段,如上顺槽切眼往外 0--20m 段附近往工作 面里延伸的低阻区;②上顺槽切眼往外 162--200m 段与下顺槽切眼往 176--200m 段连线所圈工作面中心附近低阻区,仍有发生突水危险的可能。 ②太原组下段灰岩含水层: 太原组下段灰岩含水层 首采面地质构造简单, 经计算太灰下段含水层突 太原组 水系数 0.09,大于 0.06,接近临界值 0.1,属于带压开采,在回采时局部地段 有发生突水的可能,根据回采具体情况,在采取相应防治水措施。 ③寒武系灰岩含水层 寒武系灰岩含水层 寒武系 该含水层属于富水性强的岩溶裂隙承压水,具有较高的水头压力,经计算寒 武系含水层突水系数为 0.05,接近临界值 0.06,在断层带附近或煤层底板隔 水层薄弱处进行煤层开采时,应注意防范突水事故。 现有资料表明,首采区地质构造相对简单,水文地质条件属复杂型,初步具 备带压开采的基本地质条件。为保证安全开采,必须遵循先局部后整体、先易后 难、先浅后深、先滞留区后径流区、先试点后推广的开采原则。同时,应认真研 究和借鉴其他矿区带压开采的成功经验, 查明水灾隐患, 结合区内具体地质条件, 合理制定防治水方案。 5 防治水安全技术措施 5.1 防排水安全设施 矿井目前主排水设备选用 PJ200×8 型多级离心泵 8 台,在泵房内另预留 2 台水泵安装位置。水泵配用 YB2-5603-4/1400KW/10KV 型防爆电动机。矿井正常
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涌水时期 4 台泵工作,3 台备用,1 台检修,最大涌水期 8 台工作,设计设主、 副两条水仓,总容量为 12750m ,排水高度 679.6m。根据《煤矿安全规程》规定 进行排水系统能力评价: 1)主要水仓的有效容量: V = 2 × (Q + 3000) = 2 × (1188.13 + 3000) = 8376.6m 3 且 式中: V ≥ 4Q = 4 × 1188.13 = 4752.52m 3
3

V ——主要水仓的有效容量,m3;

Q ——矿井每小时正常涌水量,m3。

2)排水设备及管路排水能力: 根据《煤矿安全规程》规定:工作水泵和工作水管配合应能够在 20h 内排出 矿井 24 小时的正常涌水量,工作和备用水管的总能力应能够在 20h 内排出矿井 24h 的最大涌水量,所以: 矿井正常涌水量时工作水泵和工作水管配合排水时间:
T= 24Q正 4Q = 24 × 1188.13 =16.97 < 20h 4 × 420

矿井最大涌水量时工作水泵和工作水管配合排水时间:

T=
水泵扬程的估算:

24Q大 8Q



24 × 1425.76 =10.18 < 20h 8 × 420

HB =

h+S

η

=

663 + 5 = 742.2m > 663m 0 .9

式中:h—泵房垂高,泵房建于副井井底,取 663m; S—吸水高度,取 5m; η—管路阻力损失,0.9。 综上所述,本矿井主、副两条水仓、排水设备及管路排水能力可以满足矿井 排水需要,符合规程规定。回采期间,预计顶板淋水量不大于 40m /h,底板涌水 量不大于 300m /h。 3)工作面排水设备及管路:
3 3

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按照排水能力不低于 500 m3/h,对排水设备进行选型设计。 ①排水方案设计 根据首采面设计, 回采时采面出水经下顺槽水沟引到提前做好的沉淀池及泵 窝里, 沉淀池及泵窝施工三个, 首采面下顺槽第一、 第二泄水巷低洼处施工一个, 距第一泄水巷背离切眼方向 110m 施工一个。初期回采时,用污水泵将泵窝的水 抽至首采面第二泄水巷,途径西翼轨道大巷、西翼轨道石门、内外水仓、井底水 仓、地面。中期回采时,用污水泵将泵窝的水抽至首采面第一泄水巷,途径西翼 轨道大巷、西翼轨道石门、内外水仓、井底水仓、地面。后期回采时,用电泵将 泵窝的水抽至首采面下顺槽甩车场,途径 11 采区轨道上山、西翼轨道石门、内 外水仓、井底水仓、地面。 初期回采: 初期回采: 在首采面第二泄水巷与首采面下顺槽交岔口低洼处做 2 个水窝(一个使用、 一个备用) 泵窝净长*净宽*净深=2000*1000*1200mm, , 安设固定排水设备和管路, 水经泄水巷流出。 (1)排水系统选择: 根据首采面下顺槽施工情况看,首采面泄水巷至首采面切眼,底板高差不大 于 2 米,水平距离 205 米。排水设备选型时,应选用扬程按 5 米考虑。根据选型 计算,决定选用 BQW300-40-75/K 型污水泵和 BQW200-30-37/K。 (2)附属工程量
工程名称 施工水窝 工程量 1个 2 台 300BQW 和 2 台 200 BQW 施工地点 下顺槽与第二泄水巷交岔口 完工日期 09.3.26

排水设备

下顺槽与第二泄水巷交岔口

09.3.26

排水管路 φ160 和φ300 各 205 米

切眼下口与第二泄水巷之间

09.3.26

中期回采: 中期回采: 在首采面第一泄水巷与下顺槽交岔口低洼处做 2 个水窝(一个使用、一个备 用) ,泵窝净长*净宽*净深=2000*1000*1200mm,安设固定排水设备和管路,水经 泄水巷流出。

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(1)排水系统选择: 根据首采面下顺槽施工情况看,首采面第二泄水巷至首采面第一泄水巷,底 板高差不大于 2 米, 水平距离 290 米。 排水设备选型时, 应选用扬程按 5 米考虑。 根据选型计算,决定选用 BQW300-40-75/K 型污水泵和 BQW200-30-37/K。 (2)附属工程量
工程名称 施工水窝 排水设备 排水管路 工程量 1个 2 台 300BQW 和 2 台 200 BQW φ160 和φ300 各 290 米 施工地点 下顺槽与第一泄水巷交岔口 下顺槽与第一泄水巷交岔口 第二泄水巷与第一泄水巷之间 完工日期 09.3.26 09.3.26 09.3.26

后期回采: 后期回采: 在首采面第一泄水巷与下顺槽甩车场之间距首采面第一泄水巷 110m 低洼处 做 2 个水窝(一个使用、一个备用) ,泵窝净长*净宽*净深=2000*1000*1200mm, 安设固定排水设备和管路,水经 11 采区轨道上山流出。 (1)排水系统选择: 根据首采面下顺槽施工情况看,水窝至第一泄水巷,底板高差不大于 2 米, 水平距离 110 米。排水设备选型时,应选用扬程按 5 米考虑。根据选型计算,决 定选用 BQW300-40-75/K 型污水泵和 BQW200-30-37/K。 (2)附属工程量
工程名称 施工水窝 排水设备 排水管路 工程量 1个 2 台 300BQW 和 2 台 200 BQW φ160 和φ300 各 205 米 施工地点 距第一泄水巷 110m 背离切眼方向 距第一泄水巷 110m 背离切眼方向 第一泄水巷至下顺槽甩车场 完工日期 09.3.26 09.3.26 09.3.26

5.2 带压开采措施 根据地面水文孔和井下水文观测孔实际资料, 现在首采面底板太原组下段水 压在 4.1~5.3Mpa 之间。根据二 1 煤层底板隔水层厚度 70m 及突水系数 0.1 计算 结果,承压含水层与开采煤层之间的隔水层能承受水头值略大于实际水头值,应 采取以下安全技术措施。

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⑴、成立防治水专门机构,配置专职人员,建立专业化的探放水队伍,建立 和完善矿井防治水规章制度,加强水害预测预报工作,防止矿井水害的发生。 ⑵、 工作面回采前应先用直流电法和瞬变电磁对工作面底板含水层进行综合 探测, 对异常区重点进行打钻验证, 同时对底板太灰上段采取底板注浆改造措施, 改造结束后要进行二次物探验证,回采前做好水害评价。对太灰下段,打试探性 钻孔,以查清太灰下段富水情况,根据实际情况在采取进一步措施。 ⑶、如果工作面位于地应力异常区,在回采过程中应进一步对地应力测试, 为工作面的定量评价提供数据。 ⑷、采用综采放顶煤采煤方法,工作面回采时,在老顶来压前,不放顶。 ⑸、在下顺槽低洼处,施工两条泄水巷道。在下顺槽按照不低于 500m3/h 的 排水能力,配备排水设备。 ⑹、在工作面尾巷用竹篱进行泄水。 ⑺、建立地面注浆站,安装注浆系统及配套管路,配备足够的探放水钻机。 ⑻、作好防治水工程结束后的验收和安全技术评价,总结防治水经验,为以 后防治水提供依据。 ⑼、建立地面、井下水文观测系统,进行地下水动态观测,水害预测分析, 并制订相应的“探、防、堵、截、疏、排”等综合防治措施。 ⑽、加大放水力度,尽快把太原组下段灰岩水压降到临界值以下。 6 结束语 ⑴二 1 煤开采充水水源为山西组砂岩裂隙含水层, 该含水层组以静储量为主, 经采掘疏放可自然疏干;底板太原组上段灰岩含水层直接参与充水,通过井下疏 水和水位变化可认为以消耗静储量为主或认为太灰上段的补给量远小于现在的 排水量。以矿井实际资料计算,顶板冒裂带高度应当在 60m 以内,底部破坏深度 为 18m 左右。 ⑵二 1 煤面临带压开采问题,太灰上段,较易进行疏降,太灰下段富水性较 强,水压高、水量大。通过对地面水文孔、井下放水量观测和二次物探视电阻率 断面图分析认为太灰下段和寒灰在局部地段沟通,是下一步防治水考虑的重点。 ⑶通过注浆改造前后两次物探对比,首采工作面切眼往外 200m,煤层底板 -70m 以上范围内,低阻区较少,且分布零星。说明注浆效果较好,达到预期目

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的,但局部地段仍有小范围的低阻异常区,回采附近区域存在发生少量底板渗、 突水的可能性。 ⑷依据注浆改造后物探结果,工作面前 200m 范围内存在三处低阻异常区, 应对其进行打钻验证,根据实际钻探验证情况,进一步采取措施,使该处水压降 至临界值以下。 ⑸根据矿井实际掘进情况及物探资料分析研究,认为首采区二 1 煤开采水文 地质条件属于复杂类型,太灰上段含水层经过底板改造和疏水降压后,可以认为 不存在突水危险, 但在局部底板薄弱或构造破坏区仍不排除发生突水危险危险的 可能,对回采影响不大。太灰下段灰岩含水层对回采影响比较大,应对其充水程 度进一步查明,并制定相应防治水措施,尽快把下段水压降到临界值以下。 ⑹工作面上顺槽 90—140m 地段存在综合开关列车,下顺槽切眼外 0—40m 地段存在皮带机头等大块金属物而引起部分区域无法探测, 造成物探结果资料中 存在部分空白区域,在回采这些区域时,应注意防止局部地段突水。

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