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煤矿矿井防治水安全生产技术措施

2019-07-03 11:00:53      点击:

织金县苦李树煤矿

煤矿矿井防治水安全生产技术措施

2014年1月8日

一、矿井水文地质概况

1、水文地质条件

根据黔国土资储备字[2007]686号,《关于<贵州省织金县三塘镇苦李树煤矿资源储量核实报告>矿产资源储量评审备案证明》和湖南省地球物理地球化学勘探院2013年4月提供的《贵州省织金县三塘镇苦李树煤矿水文地质补勘报告》,矿区范围内地势为中高山地形地貌,地势起伏较大,东南高,西北低,最高点位于煤矿区东南部边界处双羊岩头山顶,海拔标高2254.2m,最低点位于煤矿区西南部拐点附近,海拔标高1900.0m,相对高差354.2m,最低侵蚀基准面标高约为1910m。

苦李树煤矿地处长江上游的乌江流域上游的化冲河支流,煤矿区内地表冲沟发育,多呈树技状分布,切割较深。矿区范围内无大的地表河流,仅西北部发育有一条马场小溪,流向由东北向西南迳流,小溪常年有水,流量一般小于10l/s。

区域范围内地下水主要分为碳酸盐岩溶水、裂隙水、部分为滑坡水。碳酸盐岩溶水分布于裸露及半裸露岩溶山区,泉水流量大;裂隙水为大气降水渗入风化裂隙、构造裂隙而形成,泉水流量小。

2、主要含(隔)水层

地层富水性(由下至上)简述如下:

(1)茅口组:煤矿区内未出露,主要分布在煤矿区外西北面较远处,岩性以灰岩为主,本段总厚约220~255m。该组地层岩溶遍布,地下岩溶管道发育,地下水水量十分丰富,具有埋藏深,迳流远,集中排泄的特点,垂直循环带厚,溶洞成层性明显,泉点稀少。流量约0.5~1.5l/s,富水性强,是开采下部煤层的主要充水含水层。水质为:重碳酸、硫酸钙型。

(2)玄武岩组:煤矿区内无出露,出露于含煤地层底部,由凝灰岩、杏仁状玄武岩组成,本组进度307.37~347.16m。属基岩风化裂隙水,浅部含有少量风化裂隙水和坡积泉水,深部据钻孔资料,裂隙不发育,可视为相对隔水层。泉点稀少,平水期泉水流量0.537~0.569l/s,延沟谷排泄。泉水动态变化剧烈,暴雨之后流量较大,旱季绝大部分断流。本组富水性弱,为含煤地层与茅口组含水层间的相对隔水层。

(3)龙潭组:分布于煤矿范围内大部分地区,占煤矿区面积约75%。一般厚度260m。岩性以深灰色粉砂岩、细砂岩、粉砂质泥岩为主,夹煤层。含水段由细砂岩、粉砂岩及少许碳酸盐左右岩组成,其分层厚度0.50~20m,上、下由于泥质岩、煤层相隔,使地下水具承压性。据小窑观测资料,旱、雨季流量为0.02~1.52l/s。个别点流量较大,季节性泉亦较多。富水性弱。

(4)大隆、长兴组:分布于煤矿区东南部,厚约40m。岩性为硅质岩、燧石灰岩、石灰岩和碎屑岩互层组成。该层段溶洞、裂隙发育,泉点出露较多,流量0.004~5.747l/s,部分富水性极强,属裂隙含水层,为开采上部煤层时的主要充水含水层。水质为:碳酸钾钠型。

(5)飞仙关组第一段:分布于煤矿区的东南部,厚约140m,以灰绿色钙质粉砂岩、钙质泥岩为主,夹数层薄层状灰岩、泥灰岩,泉眼稀少,流量0.21~0.822l/s,富水性弱,属浅层风化裂隙水。可视为上覆地层与煤组的隔水层段。

(6)飞仙关组第二、三段:分布于煤矿区外东南部,面积较大,多以浑园状山峰出现,厚约240m,岩性由薄层状灰岩、泥灰岩、钙质泥岩组成,夹数层泥岩、泥质粉砂岩。

三段以层间裂隙出露为主;二段溶蚀洼地、溶斗、溶洞、落水洞等发育,地下水补给条件好,泉眼较多,泉水最大流量13.048l/s,富水性中等,属裂隙溶洞水。水质为:碳酸、硫酸钙型。

(7)飞仙关组第四段:分布于煤矿区外东南部,厚约100m,以灰色、浅灰色生物碎屑灰岩为主,夹数层泥岩、泥质粉砂岩、砂质灰岩和泥灰岩。溶斗、落水洞、岩溶管道及地下伏流较为发育。由于薄层泥灰岩和砂质灰岩溶蚀性欠佳,在此界面往往形成地下岩溶管道。地下水经通道沿河流、溪沟两岸泄出地表。泉眼较多,泉水最大流量16l/s,富水性强,属裂隙溶洞水。水质为:碳酸、硫酸钾钠型。

(8)飞仙关组第五段:分布于煤矿区外东南部,厚约100m,以紫红色中厚层状粉砂岩、泥质粉砂岩为主,夹数层薄层状灰岩、泥灰岩,含有浅层风化层间裂隙水,地表多有洼地,特别是与永宁镇组地层交界附近洼地较多,雨季积水,旱季成为沼泽。溪沟流水也常在交界处由明流变为洞流,在水文地质图上,本段的顶界、底界附近,有较多的井泉点分布,实际上应该是永宁镇组和飞仙关四段的地下水露头点,富水性弱,可视为隔水层。雨季水质为:碳酸钙镁型。

(9)第四系孔隙水:煤矿区内覆盖的第四系,出露于槽谷、洼地、缓坡地带,以坡积、残积为主,次为陡岩之下的崩积物,山间洼地中的沼泽沉积。岩性多为亚粘土、砂砾、碎石等,厚度0~16.59m,泉点多有泉水出露,少数为积水。在煤矿区内分布较广,有一定的蓄水量,一般流量1l/s,水质为:硫酸、碳酸钙型水,富水性弱。

3、邻近矿井和小窑积水情况以及废弃的矿井、小窑老塘积水情况

区内老窑和小煤矿分布广泛,且开采历史悠久,大部分都被关闭。老窑大多有积水。老窑采空区冒落带会造成地表开裂、塌陷,致使地表水及降雨由裂隙渗入老窑蓄积。因此,开采浅部煤层时,应预防老窑突水。

根据煤矿生产情况及矿提供的资料,对煤矿进行了实际调查,其采空区已垮塌,巷道已密闭,无法进行实测,以煤矿区实际采空范围圈定采空区。截止到2007年6月底,7号煤层采空区平面积约134000m2,16号煤层采空区平面积约485000m2,30号煤层采空区平面积约21000m2,32号煤层采空区平面积约18000m2,共计约658000m2。

矿井单位面积含水率KF枯水季节时为4.04×10-4 m3/ m2,雨季时为9.07×10-4 m3/ m2。则枯水季节时7号煤层采空区积水量约为:54m3,16号煤层采空区积水量约为195m3,30号煤层采空区积水量约为8m3,32号煤层采空区积水量约为7m3;雨季时7号煤层采空区积水量约为:121m3,16号煤层采空区积水量约为440m3,30号煤层采空区积水量约为19m3,32号煤层采空区积水量约为16m3。

地表水体、断层、裂隙、陷落柱等地质构造的导水性

地表水体:苦李树煤矿地处长江上游的乌江流域上游的化冲河支流,煤矿区内地表冲沟发育,多呈树技状分布,切割较深。矿区范围内无大的地表河流,仅西北部发育有一条马场小溪,流向由东北向西南迳流,小溪常年有水,流量一般小于10l/s。

断层:在煤矿区范围内发育有三条断层:中部有一正断层F21,断距约5m,倾向东南,倾角约45°;东部有一正断层F20,倾向西南,断距小于5m;北部发育一逆断层F22,倾向南东,断距小于3m。区内地表无褶曲。井下发现个别小断层及小褶曲,断层破碎带均为粉砂岩或粉砂质泥岩,砂质泥岩及其碎屑紧密充填而胶结,透水性一般。局部出露季节性泉水,对矿床充水有一定影响。

未来矿床开采中,人工采矿裂隙大量出现,改变了断层带附近应力场和地下水的天然流场,地表水、地下水就有可能沿断裂带流入矿井。

4、充水水源

大气降水:是主要的充水水源。含煤地层裸露,直接接受大气降水补给,其充水强度和降水的强弱及持续时间有着密切联系。

地表水:区内冲沟发育,切割较深。有些冲沟常年有水,枯季流量较小,雨季暴涨。因此,在上述地表水体下采煤应注意地表水溃入。

老窑水:区内老窑和小煤矿分布广泛,且开采历史悠久,大部分都被关闭。老窑大多有积水。老窑采空区冒落带会造成地表开裂、塌陷,致使地表水及降雨由裂隙渗入老窑蓄积。因此,开采浅部煤层时,应预防老窑突水。

第四系孔隙水:岩石破碎,透水性较强,特别在雨季时水量增长速度较快。

断层带水:断层破坏了地层的完整性、连续性,降低了岩石的力学强度。含煤地层主要以塑性岩石为主,受力后发生塑性变形,破坏以剪断为主,常形成微张开甚至闭合的裂隙,断层带岩石胶结性中等,缺少对地下水储存和运动的有效空间,含水性和导水性不强,但上覆地层断层带有一定含水性,可能连通含煤地层上部的中强含水层或地表水,加之未来矿床开采中,人工采矿裂隙大量出现,改变了断层带附近应力场和地下水的天然流场,地表水、地下水就有可能沿断裂带流入矿井。

下伏茅口组强含水层:与含煤地层之间有玄武岩相隔,一般对矿井充水影响不大,但开采深部煤层时,应作好探、防水工作。

5、水文地质类型

根据湖南省地球物理地球化学勘探院2013年4月提供的《贵州省织金县三塘镇苦李树煤矿水文地质补勘报告》,各含隔水层水文地质特征、断层导水性及动态变化特征,区内地下水补给来源主要为大气降水,地表水及地下水排泄条件良好,准采水平+1820m,低于最低侵蚀基准面90m左右。本区最低侵蚀基准面为东边界拐点附过,标高约+1910m。

综上所述,本区水文地质类型属裂隙及采空区充水矿床,水文地质条件中等。

6、矿井正常涌水量及最大涌水量

根据贵州煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心2007年7月提交的《贵州省织金县三塘镇苦李树煤矿资源储量核实报告》:矿井枯水季节时涌水量Q为240m3/d(10 m3/h),雨季时:Q为539m3/d(22.5 m3/h)。

7、矿井水文地质特点、水患类型及威胁程度分析、可能发生突水的地点和突水量预计

矿井水文地质特点

(1)矿井开采标高范围为+2050m至+1820m,根据区域水文地质资料,区域内最低侵蚀基准面标高为+1910m。开采煤层大部位于最低侵蚀基准面之上,一采区可采煤层全部位于最低侵蚀基准面之上。

(2)矿井位于贵州高原的斜坡地带,地形有利于自然排水。

(3)矿井水文地质类型为:以裂隙为主、矿床直接进水、水文地质条件中等的裂裂隙及采空区充水矿床。

(4)下伏茅口组强含水层:与含煤地层之间有玄武岩相隔,一般对矿井充水影响不大,但开采深部煤层时,应作好探、防水工作。

(5)老硐积水对煤层开采有一定影响,应预防。

水患类型及威胁程度分析

(1)地表水

区内冲沟发育,切割较深。有些冲沟常年有水,枯季流量较小,雨季暴涨。因此,在上述地表水体下采煤应注意地表水溃入。

(2)洪水

矿区范围内无大的地表河流,仅西北部发育有一条马场小溪,流向由东北向西南迳流,小溪常年有水,流量一般小于10l/s。地面主场地标高为+1975m,高于矿区范围西部外围常年性小溪沟,其标高+1910m,井口及工业场地位于山坡沟谷缓坡地带,因此,应防止雨季山洪对矿井的危害。

(3)老空及采空区水

区内老窑和小煤矿分布广泛,且开采历史悠久,大部分都被关闭。老窑大多有积水。老窑采空区冒落带会造成地表开裂、塌陷,致使地表水及降雨由裂隙渗入老窑蓄积。因此,开采浅部煤层时,应预防老窑突水。

(4)裂隙及断层水

井下发现个别小断层及小褶曲,断层破碎带均为粉砂岩或粉砂质泥岩,砂质泥岩及其碎屑紧密充填而胶结,透水性一般。局部出露季节性泉水,对矿床充水有一定影响。

(5)承压水

下伏茅口组强含水层:与含煤地层之间有玄武岩相隔,一般对矿井充水影响不大,但开采深部煤层时,应作好探、防水工作。

综上分析,矿区部分处于沟谷以上,受水患威胁较少;部分处于标高以下,可能受沿裂隙、采空塌陷区域渗水、透水影响较大,因此,矿区为裂隙及采空区充水矿床,水文地质条件中等。初期开采不存在突水淹井危险。

可能发生突水的地点和突水量预计

根据煤矿生产情况及矿方提供的资料,以煤矿区实际采空范围圈定采空区。截止到2007年6月底,7号煤层采空区平面积约134000m2,16号煤层采空区平面积约485000m2,30号煤层采空区平面积约21000m2,32号煤层采空区平面积约18000m2,共计约658000m2。

矿井单位面积含水率KF枯水季节时为4.04×10-4 m3/ m2,雨季时为9.07×10-4 m3/ m2。则枯水季节时7号煤层采空区积水量约为:54m3,16号煤层采空区积水量约为195m3,30号煤层采空区积水量约为8m3,32号煤层采空区积水量约为7m3;雨季时7号煤层采空区积水量约为:121m3,16号煤层采空区积水量约为440m3,30号煤层采空区积水量约为19m3,32号煤层采空区积水量约为16m3,是浅部矿井开采的重要充水因素,在开采浅部煤层时,采空区积水易渗入矿井而成为矿井直接充水水源。

根据水文地质调查报告,矿井后期开采形成冒落带会造成地表开裂、塌陷,致使地表水及降雨由裂隙渗入老窑蓄积,估计积水量共计可达90m3。

小窑井口位置详见“井上下对照图(1:2000)”。

二、防治水措施

1、矿井开拓开采所采取的安全保证措施

(1)矿井开拓工程位置及层位选择

根据矿井现状、地形地貌及煤层的赋存情况,矿井采用综合开拓,中央分列抽出式通风。

主平硐、一采区副斜井穿层布置。一采区回风井、上山利用原有巷道,布置在煤层中。

井筒、上(下)山等主要巷道布置在龙潭组岩层内。

消防材料库、采区变电硐室等硐室均布置在龙潭组煤层底板岩石内。

回采巷道布置在煤层内。

(2)采掘工程所采取的防治水措施

矿井在采掘过程中必须采取“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采、有疑必停”的防冶水措施,同时坚持“有疑必停”的原则。

1)矿井应编制矿区水害防治规划、年度水害防治计划和水害应急救援预案,建立水害预测预报制度。

2)定期收集、调查和核对相邻煤矿和废弃的老窑情况,并在井上、下对照图上标出其井田位置、开采范围、开采年限、积水情况等。

3)针对主要含水层(段)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“探、防、堵、截、排”综合防治措施。

4)在矿井受水害威胁的区域,进行巷道掘进前,应当采用钻探、物探和化探等方法查清水文地质条件。

矿井工作面采煤前,应当采用物探、钻探、巷探和化探等方法查清工作面内断层、陷落柱和含水层(体)富水性等情况。

井巷在采掘过程中必须掌握前方水文情况,若发现有水患时,应及时采取措施,待确认安全后才向前掘进,并将出水点位置标于井上下对照图或采掘工程平剖面图上。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。

5)采掘工作面或其他地点发现有挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底板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,立即报告矿调度室,发出警报,撤出所有受水威胁地点的人员。

6)井下和地面排水设施保证完好,所设沉淀池、水沟要及时进行清理,每年雨季前必须清理一次。每年雨季前对矿井防治水工作进行一次全面检查,成立防洪抢险队伍,并储备足够的防洪抢险物资。

7)矿井雨季前必须进行水泵排水联合试运转,并编制联合试运转报告。

8)必须先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。

9)严禁在各种防、隔水煤柱中进行采掘活动。

10)要加强水文地质预测预报工作,提前预测和查清采掘工作面前方“断层、裂隙、陷落柱等构造导水性”的基本情况,以便提前采取针对性的防治水措施。

11)当矿井开拓到设计水平后,只有在建成防、排水系统后,方可开始向后突水危险地区开拓掘进。

12)矿井应当观测“三带”发育高度,当导水裂隙带范围内的含水层或老空积水影响安全开采时,必须超前探放水并建立疏排水系统。

13)矿井应配备防治水专业技术人员,配齐专用探放水设备,建立专门的探放水作业队伍。

(3)防治水煤(岩)柱的留设

主要巷道两侧各留设20m防水煤柱。各种防水煤柱留设见下表。

防水煤柱留设表

序号名 称煤柱尺寸(m)备 注

1断层煤柱30

2煤层露头煤柱40

3井田边界煤柱40

4水平、采区煤柱30

5水淹区四周煤(岩)柱30

6小窑、老硐防水保护煤柱30

(4)区域、局部探放水措施及设备

1)探放水原则

必须作好水害分析预报,坚持“预测预报、有掘必探,先探后掘、先治后采”还必须做到“有疑必停”的探放水原则。

①接近水淹或可能积水的井巷、老空区或相邻煤矿时,井巷出水点的位置及其水量,有积水的井巷及采空区的积水范围、标高和积水量,必须绘制在采掘工程平剖面图上。在水淹区域应标出探水线的位置。采掘到探水线位置时,必须探水前进。

②有与溶洞、含水层及与之有水力联系的导水断层、裂隙(带)、陷落柱时,必须查出其位置,并按规定留设防水煤柱。巷道必须穿过上述构造时,必须探水前进。如果前方有水,应超前预注浆封堵加固,必要时预先建筑防水闸门或采取其他防治措施。

③打开隔离煤柱前必须探放水。

④煤系底部有强承压含水层时以及采、掘工程接近其它可能突水段时必须探放水。经探水确认无突水危险后,方可向前掘进。每年雨季后,上部采空区的积水情况都在变化。一定要坚持有掘必探,先探后掘。

⑤接近有水的采煤工作面时;与接近含水层、导水层和裂隙带等时必须探放水。

⑥接近未封闭又可能突水的钻孔;与接近不明井巷时必须探放水。

⑦煤层顶板有含水层和水体存在时,应当观测“三带”发育高度。当导水裂隙带范围内的含水层或老空积水影响安全开采时,必须超前探放水并建立疏排水系统。

⑧必须作好水害分析预报,坚持“预测预报、有掘必探,先探后掘、先治后采”的探放水原则:(1)接近积水地区掘进前或排放被淹井巷和积水前,必须编制探放水设计,并采取防止瓦斯和其他有害气体危害等安全措施。(2)探水眼的布置和超前距离,应根据水头高低、煤(岩)层厚度和硬度以及安全措施等在探放水设计中具体规定。

⑨探放水注意事项

1)进行探放水施工作业前,矿技术负责人必须结合探水巷道的实际,另行编制安全技术措施,明确探放水作业人员一旦面临突水威胁时的避灾路线。

2)进行探放水施工作业前,必须提前撤出可能受探水作业地点突水威胁的其它采掘工作面和其它工作地点的所有作业人员。

3)安装钻机探水前,要遵守下列规定:

①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拦板。

②清理巷道,挖好排水沟。探水钻孔位于巷道低洼处时,必须配备与探放水量相适应的排水设备。

③在打钻地点或附近安设专用电话。

④依据设计,确定主要探水孔位置时,由测量人员进行标定。负责探放水工作的人员亲临现场,共同确定钻孔的方位、倾角、深度和钻孔数量。

⑤在预计水压大于0.1 MPa的地点探水时,预先固结套管。套管口安装闸阀,套管深度在探放水设计中规定。预先开掘安全躲避硐,制定包括撤人的避灾路线等安全措施,并使每个作业人员了解和掌握。

⑥钻孔内水压大于1.5 MPa时,采用反压和有防喷装置的方法钻进,并有防止孔口管和煤(岩)壁突然鼓出的措施。

4)钻进时,发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中的水压、水量突然增大和顶钻等透水征兆时,应当立即停止钻进,但不得拔出钻杆,应立即向矿调度室报告,派人监测水情。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。

5)探放老空水前,应当首先分析查明老空水体的空间位置、积水量和水压。探放水孔应当钻入老空水体,并监视放水全过程,核对放水量,直到老空水放完为止。当钻孔接近老空时,预计可能发生瓦斯或者其他有害气体涌出的,应当设有瓦斯检查员或者矿山救护队员在现场值班,随时检查空气成分。如果瓦斯或者其他有害气体浓度超过有关规定,应当立即停止钻进,切断电源,撤出人员,并报告矿井调度室,及时处理。

6)钻孔放水前,应当估计积水量,并根据矿井排水能力和水仓容量,控制放水流量,防止淹井;放水时,应当设有专人监测钻孔出水情况,测定水量和水压,做好记录。如果水量突然变化,应当及时处理,并立即报告矿调度室。

7)排除下山的积水以及恢复被淹井巷前,必须有矿山救护队检查水面上的空气成分,发现有害气体,必须及时处理。排水过程中,如有被水封住的有害气体突然涌出的可能,必须制定安全措施。

8)探水钻孔应保持适当的超前距、帮距和密度,见图。探水工作采用“探水~掘进~探水”方式进行,探水钻孔为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a=30m。

②允许掘进距离:指经探水后,证实无水害危险,最短钻孔长度与超前保护距之差。

③帮距:为使巷道两帮与可能存在的水体之间保持一定的安全距离,即呈扇形布置的最外侧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30m。

④钻孔密度:指到允许掘进距离终点的探水钻孔之间的间距,一般不超过3m。

⑤探放老空水、陷落柱水和钻孔水时,探水钻孔成组布设,并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形。钻孔终孔位置以满足平距3 m为准,厚煤层内各孔终孔的垂距不得超过1.5 m;

⑥探放断裂构造水和岩溶水等时,探水钻孔沿掘进方向的前方及下方布置。底板方向的钻孔不得少于2个;

⑦竖直扇形面内钻孔间的终孔垂距不得小于1.5m;水平扇形面内各组钻孔间的终孔水平距离不得大于3m。

⑧煤层平巷钻孔布置:钻孔呈扇形布置在巷道两帮。薄煤层一般布置3组,每组1~2个孔;厚煤层一般布置3组,每组不少于3个孔。

⑨倾斜煤层上山巷道钻孔布置:钻孔呈扇形布置在巷道前方,薄煤层一般布置5组,每组1~2个孔;厚煤层一般布置5组,每组不少于3个孔。

由于本矿属于中厚煤层,故钻孔布置3组,每组3个孔。见下图。

探水钻孔的超前距、帮距、允许掘进距离示意图

上山巷道探水钻孔呈扇形布置在巷道两帮和前方示意图

水平巷道探水钻孔半扇形布置在巷道两帮和前方示意图

探水钻孔布置断面图

⑩水害预测要求

对于采掘工作面受水害影响的矿井,应当坚持预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采的原则,进行充水条件分析,并遵守下列规定:

1)每年年初,根据每年的采掘接续计划,结合矿井水文地质资料,全面分析水害隐患,提出水害分析预测表及水害预测图;

2)在采掘过程中,对预测图、表逐月进行检查,不断补充和修正。发现水患险情,及时发出水害通知单,并报告矿调度室,通知可能受水害威胁地点的人员撤到安全地点;

3)采掘工作面年度和月度水害预测资料及时报送矿井总工程师及生产安全部门。

11、探水钻孔超前距离和止水套管长度,应当符合下列规定:

1)探放老空积水的超前钻距,根据水压、煤(岩)层厚度和强度及安全措施等情况确定,但最小水平钻距不得小于30 m,止水套管长度不得小于10 m;

2)沿岩层探放含水层、断层和陷落柱等含水体时,按下表确定探水钻孔超前距离和止水套管长度。

水压(MPa) 钻孔超前钻距(m) 止水套管长(m)

<1.0

1.0-2.0

2.0-3.0

>3.0 >10

>15

>20

>25 >5

>10

>15

>20

12、探放老空水措施

探放老空水前,应当首先分析查明老空水体的空间位置、积水量和水压。探放水孔应当钻入老空水体,并监视放水全过程,核对放水量,直到老空水放完为止。当钻孔接近老空时,预计可能发生瓦斯或者其他有害气体涌出的,应当设有瓦斯检查员或者矿山救护队员在现场值班,随时检查空气成分。如果瓦斯或者其他有害气体浓度超过有关规定,应当立即停止钻进,切断电源,撤出人员,并报告矿井调度室,及时处理。

探放水方法的确定

1、探水起点的确定

为了确保采掘工作和人身安全、防止误穿积水区,将积水范围、积水标高、积水量等资料填绘在采掘工程图上,经过分析划出三条界线。

1)积水线:积水边界线(小窑采空区范围)。

2)探水线:根据积水区的位置、范围、地质及水文地质条件及其资料可靠程度、采空区和巷道受矿山压力破坏情况等因素确定。具体规定如下:

(1)对采掘工作造成的老空、老巷、硐室等积水、如边界准确,水文地质条件清楚,水压不超过10kpa时,探放线至积水区的最小距离:煤层中不得小于30m;岩层中不得小于20m。

(2)对虽有图纸资料,但不能确定积水区边界位置的积水区,探水线至推断积水区边界的最小距离不得小于60m。

(3)对有图纸资料的小窑,探水线至积水区边界的最小距离不得小于60m;对没有图纸资料可查的小窑,必须坚持有掘必探,先探后掘的原则,防止发生透水事故。

(4)掘进巷道附近有断层或陷落柱时,探水线至最大摆动范围预计煤柱线时的最小距离不得小于60m。

(5)石门揭开含水层时,探水线至含水层的最小距离不得小于20m。

3)警戒线:沿探水线外推50~150m(在上山掘进时指倾斜距离)即为警戒线。

2、钻孔直径

从探、排有效,又能防止冲垮煤壁和放水过大的原则出发,探水钻孔除兼作堵水或者疏水用的钻孔外,终孔孔径一般不得大于75 mm。

3、钻孔布置与孔数

1)探放老空水、陷落柱水和钻孔水时,探水钻孔成组布设,并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形。钻孔终孔位置以满足平距3 m为准,厚煤层内各孔终孔的垂距不得超过1.5 m;

2)探放断裂构造水和岩溶水等时,探水钻孔沿掘进方向的前方及下方布置。底板方向的钻孔不得少于2个;

3)探断层水:开孔位置必须在防水煤柱外和断层应力影响带以外,以防止煤岩破碎出水后,不易控制;

4、放水的技术要求

1)钻孔探到水后,要观测水压、水质、水量和估计积水量或补给量。根据矿井排水能力及水仓容量,控制放水孔的流量或调整排水能力,并清理水仓、水沟等。

2)煤层顶板有含水层和水体存在时,应当观测“三带”发育高度。当导水裂隙带范围内的含水层或老空积水影响安全开采时,必须超前探放水并建立疏排水系统。

3)加强放水地点的通风,增加有害气体的观测次数。

4)必须监视放水全过程,放水结束后,应立即核算放水量与预计积水量的误差,查明原因。

5)放水工作应尽量避免在雨季进行。

6)在水压大的地段放水,必须安装孔口管,然后进行放水。

探放水设备的选择

1、探放水设备选择依据

矿井用1个采煤工作面保证矿井年生产能力,正常生产期间配备2个掘进工作面。

2、探放水设备型号及数量

配备MYZ-150探水钻4台,回采面和掘进头共用。

探水钻性能参数表

最大钻进深度开孔直径终孔直径钻杆直径钻孔倾角钻孔方位

150m89mm58mm42mm0±360º任意角度

输出扭矩输出转速电动机功率主机重量外形尺寸(长×宽×高)

250N.m85rpm4kw515KG1150×600×1080

探放水时的安全措施

1、进行探放水施工作业前,矿技术负责人必须结合探水巷道的实际,另行编制安全技术措施,明确探放水作业人员一旦面临突水威胁时的避灾路线;

2、进行探放水施工作业前,必须提前撤出可能受探水作业地点突水威胁的其它采掘工作面和其它工作地点的所有人员。

3、探水前应加固探水工作区支架,背好帮顶,以免压力水冲垮煤壁和支架;

4、清理巷道,保证安全撤退路线畅通无阻;

5、保证水沟畅通,并有适当的坡度和断面,水仓和排水设备要有足够的容量和能力。

6、钻孔接近采空区,可能有有害气体涌出,必须随时进行有害气体监测;探水点通风必须按有关规定进行。

7、探水地点要安装电话,与所有可能受水威胁的工作地点连通;

8、打钻过程中,如发现煤、岩松软或沿钻杆向外流水超过打钻正常供水量时,要立即停止打钻(不能移动或拔出钻杆),派人监视水情并报告矿调度室,如果情况危急,要立即通知所有地点撤人,并采取应急措施。

9、上山探水时,一般进行双巷掘进,其中一条超前探水和汇水,另一条用来安全撤人。双巷间每隔30-50 m掘1个联络巷,并设挡水墙。

避灾路线和避灾措施

1、避灾原则

工作面发生透水事故时,首先向最高位置撤退,然后从安全出口撤到地面。避免进入涌水附近的独头巷道。但是当独头上山下部唯一出口被淹没无法撤退时,也可在独头工作面暂避。

2、避灾路线

1)回采工作面发生水灾时最佳避灾路线为:采面→回风顺槽→回风斜巷→回风平巷→总回风巷一采区回风井→地面;

2)回采工作面发生水灾时可行避灾路线为:采面→回风顺槽→回风斜巷→回风平巷→轨道下山→轨道平巷→主平硐→地面;

3)掘进工作面发生水灾时最佳避灾路线为:掘面→回风斜巷→回风下山→总回风巷→一采区回风井→地面;

4)掘进工作面发生水灾时可行避灾路线为:掘面→轨道斜巷→轨道下山→轨道平巷→主平硐→地面;

详见织金县三塘镇苦李树煤矿井下避灾线路图(1:2000)。

3、避灾措施

1)矿井生产过程中,必须根据工作面的变化编制相应的水灾避路线图,并组织职工学习,确保入井人员都熟悉避灾路线;

2)井下各交岔点必须挂牌标示该点名称并指明避灾路线。

3)人员撒退到安全地点后,应及时报告。

2、疏水降压

煤层至下伏含水层(P2m),因其上有与含煤地层之间有玄武岩相隔,区域调查峨眉山玄武岩厚度307.37~347.16m,且矿区范围内构造落差均小于5m,故下伏含水层茅口组(P2m)灰岩里的水对矿坑危害较小。根据湖南省地球物理地球化学勘探院2013年4月提供的《贵州省织金县三塘镇苦李树煤矿水文地质补勘报告》,矿井开采时不存在高承压含水层和岩溶水,因此,前期暂不考虑采用承压含水层疏水降压措施。但生产中必须加强水文地质勘查,情况异常时,再采取相应措施。

3、防水闸门

本矿区范围内无山塘、水库等地表水体,井巷工程不穿过强含水层,水文地质条件中等。

由于煤层顶、底板岩层富水性弱,矿坑正常涌水量较小,无突水淹井危险。

因此,前期暂不考虑设置防水闸门。但在生产过程中必须加强水文地质勘查和矿井涌水量观测,若有突水淹井危险,必须在井底车场周围设置防水闸门。当深部水压大于5Mpa,高压水闸门尚无定型设计时,必须采取其他有效的防止突水淹井措施。

4、井下排水

排水设施

该矿为平硐开拓,原设计未考虑一采区设置排水设备设施,由于目前开采一采区+1988m标高一下6、7号煤层,在+1940m标高设水仓、泵房,将该区段标高的矿井水通过排水泵排至主平硐(+1988m标高)自流至地面。

选用DF25-30×3型水泵3台,正常涌水时1台工作,1台备用,1台检修,最大涌水时2台工作,配套电动机Y160M2-2,功率为15kW,电压660V。水泵的技术参数见表。

水泵技术参数表

型 号流量

(m3/h)总扬程(m)转 速 (r/min)功率

(kW)电压

(kV)效率

%汽蚀余量(m)

DF25-30×325902950150.66726

矿井在开采+1940m水平标高以上的煤炭资源时,主排水泵房选用3台DF25-30×3型离心式水泵,其中1台工作,1台备用,1台检修。水泵配套防爆电动机功率为15kW(660V),水泵额定流量为25m3/h,额定扬程为90 m,敷设两趟管路,其中Φ90×3.2mm排水管一趟为工作管路,Φ90×3.2mm排水管一趟为备用管路。设置Φ159×4.5mm排水管一趟为应急排水管路。排水管从水泵房经管子道沿运输下山铺设至主平硐。水泵最大吸水高度不超过5 m。水泵起动采用QJR-200型防爆真空磁力软起动器直接起动。

5、注浆堵水措施

有与溶洞、含水层及与之有水力联系的导水断层、裂隙(带)、陷落柱时,必须查出其位置,并按规定留设防水煤柱。巷道必须穿过上述构造时,必须探水前进。如果前方有水,应超前预注浆封堵加固,必要时预先建筑防水闸门或采取其他防治措施。

当回采工作面内有导水的断层、裂隙或陷落柱时,应当按照规定留设防隔水煤(岩)柱,也可以采用注浆方法封堵导水通道。

6、地表水防治

(1)由于矿井工业场地位于缓坡地带,并且避开了沟谷,地形有利于自然排水。地面场地最低标高为1975m,高于最低海拔1910m。因此,井口和工业场地不受“最高洪水位”影响。只在建筑物上坡侧修筑截水沟即可。

(2)必须及时查清矿区及其附近地面水渗漏情况,掌握当地历年降水量和最大山洪资料,建立疏水、防水、排水系统。

(3)井口附近或塌陷区内外的地表水体可能溃入井下必须采取措施:容易积水的地点应修筑沟渠,排泄积水,对较低洼地点、塌陷区及地面裂隙应及时进行充填压实;排到地面的矿井水,必须妥善处理,避免再渗入井下;每次降大到暴雨时和降雨后,必须派专人检查矿区及其附近地面有无裂缝、老窑陷落及岩溶塌陷等现象,发现漏水情况,必须及时处理。

(4)为了防止雨水渗入到井下,在矿区内采取填坑、补凹、整平地表、修筑排洪沟等措施。另外为防止山洪爆发及地表水不至冲垮地面建筑物,应及时清理河床。

(5)井口上方,地面工业广场建筑物周围等修筑排截水沟,进行防排水。

(6)严禁将矸石、炉灰、垃圾等杂物堆放在山洪、河流可能冲刷到的地段。

(7)矿井应当安排专人负责对本井田范围内可能波及的周边废弃老窑、地面塌陷坑、采动裂隙以及可能影响矿井安全生产的水库、湖泊、河流、涵闸、堤防工程等重点部位进行巡视检查。当接到暴雨灾害预警信息和警报后,应当实施24 h不间断巡查。在矿区每次降大到暴雨的前后,应当派专业人员及时观测矿井涌水量变化情况。

(8)矿井应当建立暴雨洪水可能引发淹井等事故灾害紧急情况下及时撤出井下人员的制度,明确启动标准、指挥部门、联络人员、撤人程序等。当发现暴雨洪水灾害严重可能引发淹井时,应当立即撤出作业人员到安全地点。经确认隐患完全消除后,方可恢复生产。

(9)地表水防治工程及装备

①防洪堤坝工程:在井口上边缘砌1m高,厚0.6m的防洪挡水墙。

②排涝工程:井口及工业场地排水沟汇集后排入场地西侧谷地。

③地面水体必须留设的安全煤柱。

④建筑物周围设排水沟,排水沟为0.5m×0.5m钢筋混凝土盖板沟,排水沟汇集后进入污水处理池经处理后利用水泵将水泵入地面消防水池,多余部分外排。

7、小窑、老窑水防治

(1)矿区小窑、老窑分布范围

区内老窑和小煤矿分布广泛,且开采历史悠久,大部分都被关闭。老窑大多有积水。老窑采空区冒落带会造成地表开裂、塌陷,致使地表水及降雨由裂隙渗入老窑蓄积。因此,开采浅部煤层时,应预防老窑突水。

根据煤矿生产情况及矿方提供的资料,以煤矿区实际采空范围圈定采空区。截止到2007年6月底,7号煤层采空区平面积约134000m2,16号煤层采空区平面积约485000m2,30号煤层采空区平面积约21000m2,32号煤层采空区平面积约18000m2,共计约658000m2。

矿井单位面积含水率KF枯水季节时为4.04×10-4 m3/ m2,雨季时为9.07×10-4 m3/ m2。则枯水季节时7号煤层采空区积水量约为:54m3,16号煤层采空区积水量约为195m3,30号煤层采空区积水量约为8m3,32号煤层采空区积水量约为7m3;雨季时7号煤层采空区积水量约为:121m3,16号煤层采空区积水量约为440m3,30号煤层采空区积水量约为19m3,32号煤层采空区积水量约为16m3。

老窑内存在着一定的积水,是浅部矿井开采的重要充水因素,在开采浅部煤层时,采空区积水易渗入矿井而成为矿井直接充水水源。

(2)小窑、老窑水的防治措施

积水区域实现安全开采主要采取探放水、留设隔水煤(岩)柱、合理布置采掘工程等安全技术措施。

1)采空积水区隔水煤(岩)柱留设

本次设计为开采+1948m标高以上的6号煤层和+1925m标高以上的7号煤层,在6、7号煤层采空区下留设30m隔水煤(岩)柱。

2)采掘工程布置

在煤层采空区范围内(包括煤柱范围)不布置采掘工程。

3)探放水

①所有的掘进工程严格按照探放水措施进行探放水。

②矿井在生产期间针对矿井采空区积水情况采取专项探放水措施,将采空区积水放出排至地面,以保护生产。

矿井应结合物探查明老窑及采空区积水量、积水范围,制定有针对性的防治水措施。

8、钻孔水防治

根据湖南省地球物理地球化学勘探院2013年4月提供的《贵州省织金县三塘镇苦李树煤矿水文地质补勘报告》及业主提供信息,煤矿区内无钻孔控制,该矿井范围内不存在封闭不良或质量可疑、有突水危险的钻孔。因此不考虑留设钻孔防水煤柱或其它防治措施。

9、防治水队伍的建设

根据《防治水规定》,矿井应配备有满足工作需要的防治水专业技术人员,建立专门的探放水作业队伍,建立健全防治水各项制度。水文地质条件复杂、极复杂的矿井,应有专门的防治水机构、队伍和人员;还应建立地下水动态观测系统,并制定相应的综合防治措施。

该矿井水文地质条件中等,因此,矿井至少配备一名满足工作需要的防治水专业技术人员,并建立由6人组成的专门探放水作业队伍;建立健全防治水各项制度;配齐专用探放水设备,配备必要的防治水抢险救灾物资、设备。防洪设施、物资配备见下表。

防洪设施、物资表

序号设备名称规格型号技术参数单位数量

1潜水泵200QJ32-52/432m3/h,52m,7.5kW台2

2开关QJR-250250A台2

3电缆MY-0.38/0.66-3×70+1×2570mm2m600

4水管φ100×4mmm140

10、矿井应制定应急预案及现场处置方案

1)水害预测预报制度

(1)掌握地面气象、降水量与河流水文资料,查明洪水泛滥对矿区、工业广场的影响程度。

(2)通过探水钻孔及勘探资料,查明矿井水的来源。

(3)观测井下各涌水点涌水量的均衡性,并绘制图表。

(4)做好各分层的透水、含水性及断层产状的含水性地质工作。

(5)对矿井含水层与隔水层、积水区数量、位置、厚度岩性,准备无误及时填绘到图纸上。

(6)向下井作业人员如实告知井下作业场所存在的水害危险因素,组织作业人员学习相关防范措施以及事故应急措施。

(7)建立水害预测预报制度,掌握矿井和相邻矿井水害隐患并建立档案。

(8)必须坚持“预测预报,有掘必探、先探后掘,先治后采”的原则,同时坚持“有疑必停”的原则,并制定相应的“探、放、堵、截、排”综合防水措施

(9)设立专门防治水机构,配备专职技术负责人,配备专职水害防治人员。

(10)建立健全各级水害防治工作责任制,明确责任,抓好日常水害防治工作。

(11)预测、预报工作要依据掘进进度进行,准确掌握预警信息。

(12)当预测、预报信息提出后部门要高度重视,同心协力搞好探放水工作。

(13)预测、预报前后不能停止或减少钻探的次数,不能替代探放水工作。

(14)每一次掘进探放水结束之后,要认真分析预测预报成果,总结经验教育,并进一步完善预测预报技术技能。

(15)预测、预报工作要做好各种顶、底板水,断层裂隙水、溶洞及老空水的防治工作,为矿井综合防治水工作做好技术指导资料。

(16)每形成一个新采煤工作面,首先要运用一台YTD400(A)(技术参数:工作输出端过流保护值(幅值)≤65mA,接收电压范围(幅值)0mV~2000mV,信号频率5Hz、15Hz、120Hz、400Hz)矿井全方位探测仪进行煤矿井下顶、底板、煤层及煤层采区(塌陷)区、充水区的探测,有效防治煤矿水害,有效超前探测距离100m,并及时提出预警信息。

2)水害隐患排查治理制度

(1)成立防治水隐患排查领导小组,由组长、副组长及成员组成。

(2)每周必须进行一次矿井防治水隐患排查。

排查地点:全矿井地面、井下所有出水地点及排水设备、排水管路、水仓、水沟及雨季防洪设施等。

排查内容:影响生产的水害,探放水方案及措施制定、实施过程、探放水结果、排水设备及排水管路完好状况、出水地点注浆效果,涌水情况.水仓容积及水沟畅通状况等。

(3)每周组织的防治水隐患排查和矿安全检查合并进行,由地测防治水科牵头组织。

(4)防治水隐患排查时,需要按照地测防治水科制定的检查内容和标准去逐项检查,检查完后及时将现场检查原始表报领导小组办公室,由办公室主任负责进行归类汇总,并提出处理意见,经总工程师批复后,以书面形式下发有关区队进行限期整改。

(5)防治水隐患排查执行“谁检查、谁签字、谁负责”的原则,由于检查不认真出现影响防治水安全工作,将追究相关人员的责任。

(6)领导小组办公室要做好每周防治水隐患排查的工作安排和内业资料管理,对整个过程要建立完整的记录,要求内容齐全、规范(包括检查人员签字、人员分工情况、存在问题、整改情况、复查情况等做详细记录)。

(7)各区队必须高度重视防治水工作,要严格按照专项防治水方案要求做好日常隐患排查工作,确保排水系统畅通,排水设施完好。

(8)地测防治水科要提前做好水患的预测预报工作,对井下各出水点要定期进行水量观测,及时分析水患危害程度,对影响生产的区域要制定可靠方案,及时处理,确保防治水工作安全。

(9)相关科(队)必须认真贯彻执行重点防治水区域防治水设计及安全技术措施。地测防治水科按照领导制定意见跟踪落实,对上周检查出的问题落实情况在周会上通报,对执行不力的,对责任人及责任单位处罚。

3)暴雨天气期间巡视及停产撤人制度

(1)健全完善了防范自然灾害预警、预报、预防处置机制。密切掌握本地区的天气变化、汛情通报及矿井所在区域的降雨量情况,突出抓好调度员十项应急处置权和三分钟通知到井下所有人员的规定,确保在降大到暴雨时,第一时间采取有效应对措施。

(2)在降大雨前、暴雨时和降雨后,积极组织矿井人员到井田范围内及可能波及的周边废弃老窑、地面积水坑、河流、堤防和井下涌水点、挡水设施等重点部位进行24小时不间断巡视检查,全面巡查矿区洼地积水和河道泄洪情况。

(3)认真落实灾害性天气停产撤人制度,凡在24小时连续观测降雨量超过50毫米时,全部立即停产撤人,实施紧急避险。

(4)应急组织及指挥机构:“雨季三防”指挥部为暴雨天气应急处置的指挥机构,当日值班矿领导为当日应急处置总指挥,全权负责暴雨天气停产撤人工作。

(5)应急处置:收到灾害性天气预警信号后,“雨季三防”指挥部负责组织各责任单位按照职责分工做好防灾准备工作、认真查险排险、及时组织井下人员上井避险准备工作、认真落实减灾救灾各项措施、全力做好灾害天气应急准备工作。

11、建立地下水动态观测系统

地下水动态观测是研究地下水动态的重要手段。在矿井进行地下水位(水压)动态观测,是为了掌握矿井地下水动态特征,从而判断地下水、大气降水、地表水及各含水层之间的水力联系;判断突水水源、预测水害;分析地下水疏干状况以及同矿井开采面积、深度的关系等。因此矿井应建立完善的地下水动态观测系统,在建设和生产过程中选择老窑积水区、采空区、构造破碎带、含水层及勘探巷道等作为观测点对地下水进行动态观测。

1)观测点布置原则

(1)对生产建设有影响的含水层;

(2)影响矿井充水的地下水集中径流带(包括构造破碎带);

(3)矿井先期开采地段;

(4)在开采过程中水文地质条件可能发生变化的地段;

(5)人为因素对矿井充水有影响的地段;

(6)井下主要突水点附近或具有突水威胁的地段(如老空区、老窑积水区等);

(7)隔水边界处等。

2)观测点布置

(1)在各层煤的采空区、老窑区、隔水煤柱边界处等地布置观测点。

(2)矿方应请有资质的单位进行防治水专项设计,在专项设计中应明确观测项目、观测层位、钻孔深度、钻孔结构、施工要求、止水深度、止水方法、孔口装置等。观测孔布置后形成可靠的地下水观测网孔。

3)观测要求

(1)对观测网上的每个观测点可选择水位、流量、水温等参数进行观测,每个观测点观测参数个数应根据矿方当时生产的具体情况及观测要求确定。

(2)观测点要统一编号,并测定其坐标及标高。设置固定标高的观测标高点不能损坏和移动,并每年复测标高一次,如有变动应随时补测。

(3)观测时间间隔

上述观测工作在开采前一个水文年内进行,在采掘过程中亦必须坚持观测。在未掌握地下水动态规律之前,一般5-7天观测一次,随后每个月观测1-3次。在雨季或其他特殊情况下则根据具体情况适当增加观测次数。掌握规律后观测的时间间隔可适当延长。

(4)观测流量或水位时,同时观测水温。在观测水温时,温度计沉入水中的时间一般不应小于10分钟。

(5)为了减少误差,每次水位观测至少有两个读数,其误差不能超过2cm,其差值不得大于2cm;水温误差不超过0.2°C,如发现有异常现象,要立即分析,必要时进行重测。

(6)观测工作要求同步进行,并固定专人,并且每次,尽可能按固定时间和顺序在最短的时间内完毕,并使用同一测量工具。

(7)一般每半年到一年检查一次钻孔,如果发现淤塞现象,应及时加以处理。

4)观测资料的处理

进行地下水观测为了通过日常观测了解和掌握矿井的水文地质条件随时间延续所发生的变化规律。因此,对地下水的观测资料应及时进行整理和分析。对每一个观测点的资料应编制成水位变化曲线图、流量变化曲线图等,以掌握该点地下水的动态。对整个观测系统的资料,应定期整理编制成等水位线图(等水压线科)等以掌握矿井范围内某一个时期的水文地质条件变化情况。

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