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2017带压开采方案

地测防水 煤客网 2019-10-150
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目   录
第一章、工作面概述    2
第二章、水文地质    11
第三章、工作面回采计划    15
第四章、工作面充水因素分析    16
第五章、带压开采危险性分析    19
第六章、矿山压力破坏影响分析    20
第一节、矿山压力对底板的破坏分析    20
第二节、矿山压力对断裂构造导水性的影响    21
第三节、工作面回采对断裂构造导水性的影响    23
第七章、防治水措施与要求    23
第一节、古空及采空积水的防治措施    35
第二节、断层和陷落柱水害防治    35
第三节、加强矿井防治水工作管理    36
第八章、承压水体上开采的防治水措施    36
第九章、避灾措施    37






3109综采工作面带压开采安全技术措施
第一章、工作面概述
3109综采工作面位于井下回风大巷以北,20#至23#联络巷之间,3109综采工作面南侧为四条开拓大巷,西侧为3107采空区,北侧为矿界,东侧为3111轨道顺槽。
1、通风系统
(1)、3109综采工作面采用W型通风方式,胶带顺槽及辅助进风巷为进风、轨道顺槽为回风。
(2)、通风路线
主井(副井)→胶(轨)大巷→3109胶带顺槽→3109工作面切眼→3109轨道顺槽→总回风→地面;
主井(副井)→胶(轨)大巷→3109辅助进风巷→3109工作面切眼→3109轨道顺槽→总回风→地面
2、排水系统
(1)、设备选型
3109工作面的水源主要为3107回采后的采空区水、顶板裂隙涌入水、老塘水以及临近老窑排出水,预计工作面正常涌水量为0.1 m3/h,最大涌水量为1m3/h。根据验算选用BQW70-40-13型水泵,并配备BQW40-70-37型水泵备用;各地点均配备至少一个备用水泵。
(2)、排水系统路线
工作面排水线路:3109工作面积水→水泵→轨道顺槽排水管路→胶带大巷排水管路→采区水仓→井底水仓→地面。
胶带顺槽排水线路:3109胶带顺槽积水(或临时水仓)→水泵→胶带顺槽管路→胶带大巷排水管路→采区水仓→井底水仓→地面。
3、供电系统
(1)、供电情况
采用4台负荷中心供电的方式,电压等级为3300V、1140V、660V和127V。
(2)、采煤工作面、各顺槽中机电设备的负荷
3109设备装机总容量为:4170KW。
(3)、主要电气设备供电电缆
①、负荷中心KBSG-2000/10YZ                       1 台
②、负荷中心KBSG-2000/10YZ                       1 台
③、负荷中心KBSG-1250/10YZ                       1 台
④、负荷中心KBSG-1250/10YZ                       1 台
⑤、高压开关PJG43-200/10                          1 台
⑥、高压开关PJG43-200/10                          1 台
⑦、高压开关PJG43-200/10                          1 台                      
⑧、高压开关PJG43-100/10                          1台
(4)、主要供电电缆
①、MCPT-1.9/3.3 kV,3*70+1*50+3*6         1600m
②、MYPTJ-8.7/10kV,3*70+3*25/3+3*4        4100m
③、MCPT-1.9/3.3kV,3*120+1*50+7*10        550m
④、MYPTJ-8.7/10kV,3*120+3*70/3+3*4       1000m
4、运输系统
(1)、运输设备及运输方式
①、运煤设备及装、转载方式
采煤机组割煤,落煤至刮板输送机。刮板输送机运煤至转载机,经破碎机和胶带输送机上通过3109胶带顺槽皮带。
②、辅助运输设备及运输方式
1、运输设备:3109轨道顺槽内安装一部绞车,通过绞车牵引矿车将辅助材料运输至3109轨道顺槽距工作面最近的3109轨道顺槽与辅助进风巷处;3109胶带顺槽内安装一部调度绞车及一部单轨无极绳绞车,通过绞车牵引矿车将辅助材料运输至3109胶带顺槽距工作面最近处,3109胶带顺槽和设备列车上各安装一部双速绞车用于设备列车的行走。
2、运输方式:辅助材料运输通过矿车运输至3109轨道顺槽,然后通过距工作面最近的3109轨道顺槽与辅助进风巷之间的联络巷运输至3109辅助进风巷,最后经辅助进风巷人工搬运至工作面。辅助材料运输通过矿车运输至3109胶带顺槽,然后通过人工搬运至工作面。
通风科要提前在距工作面最近的3109轨道顺槽与辅助进风巷之间的联络巷安装正反向风门,风门之间要进行闭锁,严禁两道风门同时打开。
(2)、煤炭的运输
采煤机落煤---工作面刮板输送机---转载机---破碎机---3109胶带带式输送机---胶带大巷带式输送机---井底煤仓---主井带式输送机---地面
(3)、辅助运输系统路线  
地面副斜井—井底车场—轨道大巷—3109轨道顺槽(3109辅助进风巷)—工作面。
5、瓦斯抽放系统
(1)、顺层钻孔抽采本煤层瓦斯
工作面回采时,原有从3109胶带顺槽西侧巷帮施工的284个顺层钻孔在回采期间仍然可以抽放工作面实体煤瓦斯,可以用于治理回采工作面的瓦斯。
(2)、高位钻孔抽采工作面瓦斯
1、在3109辅助进风巷距工作面切眼100米范围内布置两组高位钻孔,每组布置6个钻孔;在3109切眼配巷南侧巷帮布置一组高位钻孔;通过以上方式用于解决工作面回采初期的瓦斯治理。
2、在3109轨道顺槽560米处和3109轨道顺槽1#联络巷处布置两组定向高位长钻孔,每组施工5个钻孔,用于解决工作面回采中后期的瓦斯治理。
(3)、工作面后方埋管抽采采空区瓦斯
通过在3111轨道顺槽和3109切眼配巷布置一趟¢530抽放管用于抽采工作面采空区瓦斯来解决工作面瓦斯治理。
(4)、管路布置
1、在3109辅助进风布置一趟Φ325抽放管。用于辅助进风巷高位钻孔抽放。
2、在3109胶带顺槽布置一趟Φ325抽放管。用于工作面实体煤抽放。
3、从3109轨道顺槽560米处开始布置一趟Φ325抽放管通过3109轨道顺槽与3109辅助进风2#联络巷连接至3109辅助进风管路上,本趟管路主要用于顶板高位长钻孔的抽放。
4、在3111轨道顺槽及切眼配巷布置一趟Φ530钢管,用于工作面回采煤柱及采空区抽放。通过这些管路布置并连接入抽放系统,确保工作面回采期间瓦斯治理。
6、压风自救系统
压风自救系统风源来自于地面空压机房,空压机房安装有三台SC270M110风冷型双杆螺旋式空气压缩机,两台运行,一台备用,每台额定排气量17m3/min,额定排气压力1.0Mpa。空压机配套有沿副斜井敷设的Φ159mm压风管路,经轨道大巷敷设的Φ108mm压风管路,再经Φ60mm支管路进入本综采工作面及避难硐室,供给各风动设备和压风自救系统。
本工作面胶带顺槽供气管路沿左侧煤帮敷设,轨道顺槽供气管路沿右侧煤帮敷设,辅助进风巷沿右侧煤帮敷设,敷设高度离地不低于1.3m,与其他管路间距不小于100mm。在3109胶带顺槽和3109轨道顺槽、3109辅助进风巷每隔200m设置一组压风自救装置,并且防突队必须在距工作面25-40m的巷道内、放炮地点、撤离人员与警戒人员所在的位置以及回风道有人作业处等设置压风自救装置(各地点的压风自救装置数量必须满足现场最多作业人数使用)。每组压风自救装置应可供6个人使用,平均每人的压缩空气供给量不得少于0.1m3/min。
7、供水施救系统
供水管路水源来自于地面矿井水处理净水池,经副斜井敷设Φ133mm的供水管路和大巷敷设的Φ108mm供水管路到达工作面口,再经Φ60mm的供水管路进入工作面用水点。
本工作面胶带顺槽供水管路沿左侧煤帮敷设,轨道顺槽供水管路沿右侧煤帮敷设,辅助进风巷沿右侧煤帮敷设,敷设高度离地不低于1.3m,与其他管路间距不小于100mm。在3109胶带顺槽、3109轨道顺槽和3109辅助进风巷每隔200m设置一组供水施救装置,并且防突队必须在距工作面25-40m的巷道内、放炮地点、撤离人员与警戒人员所在的位置以及回风道有人作业处等设置供水施救装置(各地点的供水施救装置数量必须满足现场最多作业人数使用)。每组供水施救装置应可供6个人使用。
排水管路的布置:3109胶带顺槽布置Φ89mm的排水管路沿左侧煤帮敷设,轨道顺槽布置Φ60mm的排水管路沿右侧煤帮敷设,敷设高度离地不低于1.3m,与其他管路间距不小于100mm。
8、紧急避险系统
3109综采工作面作业人员初期避险利用布置在3109胶带顺槽3#联络巷的临时避难硐室作为安全防护设施。当回采至3#联络巷时,临时避难硐室将进行撤除,撤除后利用布置在轨胶17#联络巷的永久避难硐室作为主要安全防护设施。在井下发生灾变后不能及时撤离至井上的人员,需进入临时(永久)避难硐室躲避,能够撤离至井上的人员按照井下避难路线撤离。
临时避难硐室的布置要求及设备配置:避难硐室设计总长度为17m,断面为矩形,净宽3.5m,采用锚喷支护,硐室内设置了如下系统:生活保障系统、附属系统、压风系统、通讯系统、监测监控系统、人员定位系统。
永久避难硐室设计为总长度为40m,其中两侧的防火防爆区各2m,两侧的过渡室长4m(含墙体厚度),生存室长28m,硐室断面为半圆拱形,净宽4.0m,净高3.3m,采用锚网索加钢筋混凝土砌碹支护方式,服务年限同矿井的服务年限。硐室内设置了如下系统:防火防爆系统、气幕隔绝系统、有毒有害气体滤除系统、压缩氧系统、制冷除湿系统、生活保障系统、附属系统、压风系统、供水系统、通讯系统、监测监控系统、人员定位系统、视频监控系统、电力照明系统,备用系数取1.2。
9、安全监控系统
3109工作面安全监控系统由井下监控c型分站(型号KJ83-F2)33#、34#、进行监测监控及联网上传。安装地点:轨胶21#联络巷。
一、甲烷传感器的设置
(一)甲烷传感器应垂直悬挂,距顶板不得大于300mm,距巷道侧壁(墙壁)不得小于200mm,并应按设在维护方便,不影响行人和行车的地方。由监控工负责移动及日常维护,发现甲烷传感器损坏要及时更换,并按规定每15天进行一次校对和断电功能测试。
(二)在3109胶带顺槽距工作面煤壁不大于10m的地方,安装一台低浓度甲烷传感器和一台高低浓度甲烷传感器(报警浓度≥0.4%,断电浓度≥0.4%,复电浓度<0.4%),断电范围:工作面及其进、回风巷内全部非本质安全型电气设备。
(三)在3109辅助进风巷距工作面煤壁不大于10m的地方安装一台低浓度甲烷传感器和一台高低浓度甲烷传感器(报警浓度≥0.4%,断电浓度≥0.4%,复电浓度<0.4%),断电范围:工作面及其进、回风巷内全部非本质安全型电气设备。
(四)在3109轨道顺槽距工作面煤壁不大于10m的地方安装低浓度甲烷传感器(报警浓度≥0.8%,断电浓度≥1.2%,复电浓度<0.8%),断电范围:工作面及其进、回风巷内全部非本质安全型电气设备。
(五)在采煤机上安装一固定式甲烷报警断电仪主机和机载式甲烷传感器(报警浓度≥0.8%,断电浓度≥1.2%,复电浓度<0.8%)。断电范围:采煤机电源。
(六)在3109轨道顺槽距回风口10—15m处,安装一台低浓度甲烷传感器和一台高低浓度甲烷传感器(报警浓度≥0.8%,断电浓度≥0.8%,复电浓度<0.8%)。断电范围:工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备。
二、一氧化碳传感器的设置
1、在3109胶带顺槽带式输送机滚筒下风侧10—15m处安装一台一氧化碳传感器(报警值≥24ppm)。
三、烟雾传感器的设置
1、在3109胶带带式输送机滚筒下风侧10—15m处安装一台烟雾传感器。
四、风速传感器的设置
(一)在3109轨道顺槽测风站处安装一台风速传感器(报警下限≤0.25m\s,报警上限≥4m\s)。
五、风向传感器的设置
(一)在3109胶带顺槽测风站位置安装一台风向传感器进行监测风流方向。
(二)在3109辅助进风巷测风站安装一台风向传感器进行监测风流方向。
六、温度传感器:
在3109综采工作面中安装一台温度传感器。
七、粉尘传感器
在3109综采工作面中安装一台粉尘传感器。
八、风门开门传感器
1、在3109轨道口部风门安装1套风门开门传感器。
2、3109胶带顺槽口风门安装1套风门开门传感器。
九、通信联络系统
3109胶带工作面安装通信联络系统KTK113A型应急广播分站5台(分别安设在距3109胶带口50米处、180米处、230米处、330米处、450米处、550米处、工作面以及避难硐室)、有线电话六部【分别安设于工作面口、1#皮带机头、2#皮带机头、避难硐室(带有直通功能),3109胶带控制台、工作面(带有直通功能)、辅助进风(带有直通功能),辅助进风口】,3109胶带顺槽安装KT135型无线通讯系统的无线基站2台。
第二章、水文地质
地质资料显示,3#煤层顶板为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩底板为泥岩、砂质泥岩。煤层厚约5.15m,煤层底板突水系数在0.027-0.044MPa之间小于0.06MPa,水文地质属中等型,该工作面掘进区域直接充分含水层主要是3#煤层顶板裂隙含水层,富水性弱;掘进过程中该裂隙水将通过锚杆、锚索孔渗入工作面,预计涌水量0.1—0.7m3/h;3107采空区积水,预计积水面积1010㎡,预计积水量338m³,水位标高233.7-238.4m。同时要按探放水设计进行探放水,并严格执行“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则,防止工作面隐伏构造水引发事故。
1、含水层
①、第四系松散沉积物含水层
分布于井田的西部端氏河谷冲洪积的Ⅰ、Ⅱ级阶地,主要为第四系松散沉积物,含水层主要由砾石、细砂或砂土等组成,富水性中等—强,靠近河谷的区域含水层的富水性好。地下水主要接受大气降水及河水的补给。
井田中部及东部山区所覆盖的松散地层,岩性特征为粘性土,无储水构造,一般为透水不含水地层。
②、碎屑岩类裂隙水
分布广泛,含水岩组为二叠系上、下石盒子组和山西组,含水层岩性主要为砂岩,与泥页岩隔水层呈相间分布,含水层间水力联系较差。富水性差异较大,不均匀。
a、基岩风化带含水层
该含水层为碎屑岩裂隙含水层,含水层主要由粗、细粒砂岩组成。含水空间以风化裂隙为主,风化深度一般小于102m。钻进过程中冲洗液消耗量最大4.72m3/h,最小0.13m3/h,平均0.88m3/h,水位幅度变化最大35.90m,最小0.85m。井田内无钻孔进行抽水试验,据邻近潘庄一号井田勘探资料(9-1号钻孔),单位涌水量仅为0.0009L/s.m,为弱富水性。水化学类型为HCO3—K+Na型。
b、二叠系下统山西组及下石盒子组含水层
为碎屑岩裂隙含水层,井田内无出露。含水层主要由中-细粒砂岩组成,厚度24.75~39.26m,平均33.43m。含水空间为砂岩裂隙及构造裂隙,是3号煤层顶板直接充水含水层。据Y补-1号钻孔抽水试验,单位涌水量为0.003L/s.m,渗透系数0.007m/d,水位埋深26.13m(水位标高569.20m),为弱富水性含水层。水化学类型为HCO3—K+Na型。
③、太原组(C3t)砂岩、灰岩裂隙含水层
该含水层为碎屑岩夹碳酸盐岩岩溶裂隙含水层,井田内无出露,主要含水层上部砂岩及中厚层状(K2)灰岩组成,含水空间以裂隙为主,灰岩地层岩溶不发育,其中K2灰岩为15号煤层顶板直接充水含水层,单层厚9.98m。Y补-1号孔钻进K2灰岩地层时,冲洗液消耗量由0.15m3/h增大为0.75m3/h,水位埋深由35.51m降至71.55m。对K3、K4、K5灰岩地层钻进过程中,冲洗液消耗量和水位变化不大,由物探测井资料,这3层灰岩无地下水分布。通过对该含水层进行抽水试验,单位涌水量为0.009L/s.m,渗透系数0.0344m/d,水位埋深124.73m(水位标高470.60m),属弱富水性含水层。水化学类型为HCO3·SO4—K+Na型。
④、中奥陶统灰岩岩溶裂隙含水层
该含水层为岩溶裂隙含水层,位于延河泉域以北围非泉域区,含水层段主要为奥陶系下马家沟组、上马家沟组及峰峰组地层的局部地层段,含水空间以岩溶裂隙为主。由Y补-1号钻孔揭露奥陶系灰岩地层,揭露厚度为204.80m。由水文地质测井确定含水层段,含水层厚度为27.40m。由抽水试验资料,钻孔单位涌水量为0.356~0.364L/s.m,渗透系数1.312m/d,水位埋深44.11m(标高551.22m),属中等富水性含水层。推测本井田水位在549.5-551.5m。水化学类型为SO4—Ca·K+Na型。
2、主要隔水层
①、石炭系中统本溪组底至上统太原组15号煤层底隔水层
主要由泥岩、铝质泥岩等组成,厚度16.20-31.50m,阻隔奥陶系中统岩溶裂隙水对上覆煤层的水力联系。
②、石炭系砂岩及灰岩含水层层间泥岩隔水层
该隔水层岩性主要为泥岩,砂质泥岩,单层厚2~10m,呈层状分布于各灰岩、砂岩含水层之间,阻隔着各砂岩和灰岩含水层之间的水力联系。
③、二叠系砂岩层间隔水层
由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩等组成,平行分布于各砂岩含水层之间,与砂岩形成平行复合结构,起到层间隔水的作用,阻隔各含水层垂向水力联系。
3、地下水的补给、径流与排泄条件
井田内构造主要以宽缓的褶皱为主,轴向为近南北向,未发现断层及陷落柱等断裂构造,也未发现岩浆侵入现象。属构造简单地区。
太原组、山西组及下石盒子组含水层在井田内无出露,埋藏深,与上覆及下伏各含水层均有一定厚度的隔水地层相隔,若无构造沟通,人工凿井或钻孔,则各含水层水力联系微弱,下层含水层主要接受上覆含水层微弱的渗流补给,径流流向由北东向南西,矿层的疏干排水为其主要的排泄方式。
奥陶系碳酸盐岩岩溶裂隙含水层,井田区域埋深大,地下水滞流或滞缓区的径流速度小,补给条件较差,排泄主要人工井开采,流向目前尚未查清。
第三章、工作面回采计划
1、工作面储量
工作面顺槽长度1040m,切眼长度226m,有效推进长度980m,煤层计算厚度4.8m,容重1.45t/m3,回收率95%。
工作面工业储量; 走向长×倾斜长×煤层厚度×视密度=980×226×4.8×1.45=1541500.8t
2、煤炭损失:
巷道煤柱及回采过程中少部分浮煤控制在0.5%以内。
3、工作面可采储量
工业储量×采出率=1541500.8×95%=1464425.76t
工作面回采3#煤,采用一次性采全高采煤方法,设计采高为4.8m,沿底板推进,机头、机尾各15m随巷道顶底板平缓过渡。循环进度0.8m。三八制作业(一个班检修,两个班生产),循环方式为每个生产班进1.2个循环,日进2.4个循环。
循环产量:                       
Q=Q1+Q2                                                     
Q1——割4.8m采高段一刀煤产量
Q2——割过渡段一刀煤产量
Q1= L×S×M×P×V                       
Q1=(226-30)×0.8×4.8×1.45×0.95
Q1=1036.7(t)
Q2=L×S×M×P×V                        
Q2=30×0.8×4.8×1.45×0.95
Q2=158.6 (t)
过渡段采高取巷道和工作面平均值:(3.65+4.8)÷2=4.2m
Q=Q1+Q2=1036.7+158.6 =1195.3(t)
日产量=Q×日循环数=1195.3×2.4=2868.7 (t)
月产量=2868.7×25=71717.5吨  
式中:Q——循环产量,t;
L——工作面倾斜长度,m;
S——循环进度0.8m;
M——采高,m;
P——煤的容重1.45t/m3;
V——回采率95%。
可采期:980÷(0.8×2.4)=510d
式中:0.8m为循环进度,2.4为日循环个数。
工作面的服务年限=510/25=20月
第四章、工作面充水因素分析
1、大气降水对工作面充水的影响
大气降水通过不同成因的基岩裂隙及松散沉积物孔隙在裂隙沟通的情况下进入矿井,成为矿井充水的间接但重要的补给来源。矿井涌水量受降水的季节变化影响,具有明显的动态变化特征。
2、地表水对工作面充水的影响
井田内主要河流为沁河支流,多为季节性河流,雨季常有短暂洪水流过,无水库等较大地表水体。
工业广场附近最高洪水位在590m以下,井田内井筒标高最低位599.67m,最高洪水水位低于井田内井筒标高,在雨季不会有洪水贯入井筒。
从总体情况分析,对本井田今后开采影响较大且最直接的地表水体是井田内季节性排洪冲沟,将来本矿开采至其附近时,应采取有效措施,防止雨季地表水通过采空区地表塌陷、裂缝涌入井下,造成水灾事故。
3、构造对工作面开采充水的作用和影响
井田构造属于宽缓褶曲带,未见断层,组成煤层顶、底板的岩石岩性多为坚硬—松软岩层,遇水后具有离层软化现象,不可能聚积大量的变形能,可以认为本区构造应力低,一般不会对巷道采区造成太大威胁,另外影响矿井充水的主要地质构造为向斜构造,煤层之上各含水层水在向斜轴部聚集,对煤层开采有一定影响;在向斜轴部采空区,有大量积水存在,给生产造成安全隐患。
4、含水层对工作面回采的充水影响
工作面对煤层开采有影响的含水层为上、下石盒子组、山西组的砂岩裂隙含水层,太原组灰岩岩溶裂隙含水层和奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层。
回采煤层后,由于存在矿山压力,使煤层上履岩层形成冒落带、裂隙带和缓慢下沉带“三带”。 对开采煤层上覆含水层造成影响和破坏的主要是冒落带和裂隙带。由采煤引起的沉陷变形在垂直方向上引起的覆岩移动影响高度和范围,主要决定于煤层顶板特征、构造、煤层开采厚度、开采方法,以及上覆岩层的厚度和特性。弯曲带一般对地下水不造成影响,所以只考虑到导水裂隙带的高度。通过对裂隙带最大高度的预计,可以预测井下采煤对地下含水层、地表水体等产生的破坏及影响,同样可以预测开采煤层以上水体对开采活动的影响程度。
3109综采工作面采用一次采全高方式开采,顶板管理方式采用全部垮落,根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》附录六经验公式,开采煤层时的冒落带、导水裂隙带发育高度计算结果如表。
各煤层冒落带、导水裂隙带最大高度计算表
煤层    煤层
间距(m)    煤厚(m)    顶板类别    计算公式    计算值(m)
3        6.00    中硬        14.91
    50.55                
                    58.99
9        1.35    坚硬        9.67
    35.24                
                    44.86
15        3.85    坚硬        18.49
                    
                    68.86
注:Hm——冒落带高度(m),Hli——导水裂隙带高度(m),M——采厚(m)
由上表可知3号煤层开采引起的地下水疏干最大高度可达到74m,在其影响范围内上覆的砂岩含水层以及基岩风化带含水层、第四系含水层之间相互导通,开采引起的顶板出水点的裂隙张开性好,无泥质充填,一般通过放顶后所形成的裂隙带向采面充水,在大面积开采的条件下,顶板水点多呈滴、淋水状态,易自然疏干。K8砂岩含水层是3号煤采空区的主要涌水水源,受补给条件及径流通道不畅限制,其充水的强度较弱,含水层富水性弱,对煤层开采影响不大。
5、采空区对工作面开采的充水影响:
(1)3107采空区积水对本工作面充水影响
在3109轨道顺槽掘进过程中,已对3107采空区进行了钻探,打了3个放水孔。
第五章、带压开采危险性分析
本区奥灰岩溶水位标高约为549.5-551.5m,据煤层底板等高线图,本工作面3号煤层底板标高为210~240m,奥灰岩溶水位标高高于3号煤层底板标高,所以开采3号煤层井田内存在带压开采问题,底板突水问题不容忽视。
依据《煤矿防治水规定》附录4公式对奥灰水的突水危险性进行预测,计算公式如下:
T=P/M
上式中
T——突水系数(MPa/m)
P——水头压力(MPa);
M——煤层底板至奥灰顶界面隔水层厚度。
经计算,3号煤层最大突水系数为0.044MPa/m。
按全国实际资料看,底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.06 MPa/m,正常块段不大于0.1MPa/m。据上述计算,3号煤层突水系数小于底板受构造破坏块段、正常块段内底板临界突水系数值,因此,在没有构造导通的情况下开采3号煤层不会发生突水危险。
第六章、矿山压力破坏影响分析
第一节、矿山压力对底板的破坏分析
底板突水是由采动矿压和底板承压水的共同作用而产生的。由于采动,原来的地应力平衡状态被打破,地应力重新分布,在地应力达到新的平衡状态时,必然有应变能释放,会使岩体结构发生变化。
我国煤矿的观测结果表明,底板采动破坏程度主要取决于工作面的矿压作用,其影响因素有开采深度、煤层倾角、煤层开采厚度、工作面长度、开采方法和顶板管理方法等。其次是底板岩层的抗破坏能力,包括岩石强度、岩层组合及原始裂隙发育状况等,底板导水破坏带的深度主要与工作面的斜长,底板岩性及其结合状况,采深和煤层倾角等因素有关。规程中列出了与煤层底板采动破坏深度关系最密切的工作面斜长、采深、采厚和倾角等因素的实测参数,其统计范围为工作面斜长30~200m,采深100~1000m,倾角4~30°,一次采高0.9~5.4m。采用回归分析,只考虑工作面斜长,得出下述统计公式(《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》附录六):
h1=0.0085H+0.1665α+0.1079L-4.3579
式中:h1—底板采动导水破坏带深度,m;
      L—壁式工作面斜长(以110m计),m;
      H—开采深度(以300m计),m;
      α—煤层倾角(以5°计),(°)。
断层带附近的采动导水破坏带深度比正常岩层中增大约0.5~1.0倍。本煤矿正常地段,正常块段底板采动破坏深度约10.89m;断层带附近采动破坏深度可达20m左右。
从以上经验公式可以看出,工作面底板导水破坏带的深度是与工作面的斜长、煤层的开采深度、底板隔水岩柱的岩性组合及岩体结构类型密切相关的,工作面的斜长影响最大。
本次计算突水系数采用新规程《煤矿防治水规定》中的公式,没有涉及煤层底板破坏深度,但煤层底板破坏深度还值得研究参考。
第二节、矿山压力对断裂构造导水性的影响
回采工作面的导水性断层可分为两种情况:一是断层原先就为导水断层;二是断层原先为非导水断层,受到矿山压力影响后转化为导水断层。
我们把采场在支承压力作用下,采场断层的上、下盘相互错动的过程称“采场断层活化”。断层活化过程实际上是断层的开采盘沿断层面产生剪切运动,进而在断层的一端或两端产生新的断裂,使得断层得以扩展;同时,断层带的裂隙,特别是位于开采盘的裂隙也产生相应变化的过程。
只有通过活化,非导水断层才有可能转化为导水性断层。
开采程序对断层活化的影响:
(1)如图6-2(a)所示,当工作面推进方向与断层的倾向相反,且位于断层上盘时,则随推进距离越接近断层,矿山压力对断层面的影响越大,断层则越易活化;
(2)如图6-2(b)所示,当工作面推进方向与断层的倾向相反,但位于断层的下盘时,矿山压力对断层面无直接影响作用,断层难以活化;
(3)如图6-2(c)所示,当工作面推进方向与断层的倾向相同,且位于断层的上盘时,因矿山压力峰值随工作面的推进而远离断层面,则断层不易活化;
(4)如图6-2(d)所示,当工作面推进方向与断层的倾向相同,但位于断层的下盘时,矿山压力对断层面基本无影响作用,断层不会活化。

图6-2  采场推进方向与断层倾向示意图
第三节、工作面回采对断裂构造导水性的影响
由于本矿断裂构造不发育,矿区勘探及矿井采掘中未发现断层及陷落柱、岩浆岩。所以正常回采情况下矿山压力影响较小。
第七章、防治水措施与要求
根据“物探先行、钻探验证”的探放水方针,为了探测3109工作面构造情况,在3109胶带顺槽与3109轨道顺槽采用物探和钻探相结合的方法进行勘探,勘探结果如下:         
一、物探情况
1、施工概况
本次探测采用YDT88矿用无线电波透视仪,依次分别在两条巷道进行,一发一收。3109胶带顺槽、3109轨道顺槽发射点各19个,发射点间距50m;接收点各206个,接收点间距10m。3109工作面现场以3109胶带顺槽、3109轨道顺槽(停采线50米处)为探测起点,切眼为探测终点,标点及覆盖范围如图1所示:
表1  3109回采工作面探测任务
巷 道    发射点数    接收点数
3109胶带顺槽    19    206
3109轨道顺槽    19    206
合计    38    412

    图1   3109工作面现场标点及射线示意图

2、无线电波透视设备
本次坑透勘探使用YDT88型矿用无线电波坑道透视仪,YDT88矿用无线电波透视仪是由福州华虹智能科技股份有限公司联合相关高校院所,引进先进的数字通信调制、高速采集、嵌入式系统等技术开发完成的新一代无线电波透视仪。该仪器具有轻便灵活、智能高效、透视距大、抗干扰能力强、续航时间长等特点。同时基于仪器所形成的“一发双收”“一发一收”等现场工作方法,极大提高现场施工效率和探查精度。

图2   YDT88矿用无线电波坑道透视仪
3、探测结果
本次坑透仪采集的数据用无线电波透视CT软件进行反演,反演结果以实测场强曲线图和SIRT法反演(CT成像)图表示。实测场强分布图中数值大小用不同色标值表示,其中浅(黄)色调为高场强值,冷(蓝)色调为相对低场强值;SIRT法反演CT成像图为煤岩层电磁波吸收系数值图,数据值大小用不同色标值表示,其中浅(黄)色调为低电磁波吸收系数值,冷(蓝)色调为高电磁波吸收系数值。
(1)3109轨道顺槽YDT88矿用无线电波透视仪实测场强曲线图,见图3
3109胶带顺槽YDT88矿用无线电波透视仪实测场强曲线图,见图4
(2)3109工作面无线电波透视实测场强分布图,见图5
(3)3109工作面无线电波透视SIRT法反演(CT成像)图,见图6,其中蓝色调区越深表明其场强值越低,即该段煤层无线电波穿透能力低,为潜在的构造异常区。图中各段情况反映结果与实测场强曲线结果基本一致。
 
图3  3109轨道顺槽接收无线电波透视仪实测场强曲线图

图4  3109胶带顺槽接收无线电波透视仪实测场强曲线图

图5    3109工作面无线电波透视实测场强分布图

图6  3109工作面无线电波透视SIRT法反演(CT成像)图
根据实测场强分布图和SIRT反演(CT成像)图综合分析,3109工作面主要有1个探测异常区,异常区探测结果见表2所示。
表2  探测解释异常区特征分析
序号    异常位置    异常推断    可靠性评价
YC1    切眼往外100m至140m    陷落柱、破碎带或煤体、夹矸变化区    可靠
4、无线电波透视法成果图同采掘工程平面图叠加

图7   3109工作面异常区域分布图

4、结论:
从无线电波坑透结果:该工作面存在一处坑透异常:
坑透异常1位于切眼往外100m至140m左右,结合现场情况推测为陷落柱、破碎带或煤体、夹矸变化区。
二、钻探情况
1、施工设计:
经YDT88矿用无线电波透视仪探测后,结合钻探进行验证。
探水钻孔直径为75mm。
(1)、钻孔施工方案:
、在3109轨道顺槽内右侧煤帮布置钻孔,1号孔位置在3109轨道顺槽距回风大巷70m处,每隔50m布置一个钻孔,依次布置,共20个钻孔,钻孔方位角90°,倾角-6°至-10°,钻孔深度≥100米。
、在3109胶带顺槽内左侧煤帮布置钻孔,1号孔位置在3109胶带顺槽距回风大巷70m处,每隔50m布置一个钻孔,依次布置,共20个钻孔,钻孔方位角270°,倾角6°至10°,钻孔深度≥100米。
(2)根据物探结果,针对物探异常区域,增加4个钻孔,具体布置方式如下:
3109轨道侧:
补1号孔:3109轨道顺槽内右侧帮,切眼往外110米处,钻孔方位角90°,钻孔倾角-6°,钻孔长度100米;
补2号孔:3109轨道顺槽内右侧帮,切眼往外130米处,钻孔方位角90°,钻孔倾角-8°,钻孔长度100米;
3109胶带侧:
补1号孔:3109胶带顺槽内左侧帮,切眼往外110米处,钻孔方位角270°,钻孔倾角8°,钻孔长度100米;
补2号孔:3109胶带顺槽内左侧帮,切眼往外130米处,钻孔方位角270°,钻孔倾角6°,钻孔长度100米;
附:工作面钻孔布置平面图(图8)
工作面探水钻孔剖面图(图9)



图8 工作面钻孔布置平面图

图9  工作面探水钻孔剖面图
经过以上章节分析,本矿在开采3号煤层时,正常情况下奥灰水对矿井生产造成的危险性较小,煤矿水害主要为井田内采空区、灰岩、砂岩裂隙水;因此,该矿3号煤层防治水工作要针对采空区、灰岩、砂岩裂隙水和断层、陷落柱进行探、防、疏、排、截等措施。
第一节、古空及采空积水的防治措施
本工作面3号煤层顶板砂岩裂隙水可以通过边采掘边排放。防治古空、采空积水要解决以下二个方面的问题:
1、克服麻痹侥幸心理,避免疏忽大意
由于采空积水的分布规律不易掌握,又带有灾害的特点,一旦警惕不高,很简单的问题也会酿成惨痛的水害事故。因此,必须采取严肃慎重和一丝不苟的工作态度,坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”十六字方针和“全面分析,逐面排查,多找疑点,有疑必探“的基本原则。
2钻、物探结合问题
采空区积水的探放,工作量很大,尤其是探水掘进,确实耗工耗时,应该积极采用钻物探手段,帮助圈定积水区,减少超前探水的工作量,开展探水孔顶端的孔间透视,以减少钻孔密度。但是,钻物探结合,必段要以钻探为主,物探资料要有钻孔验证。
第二节、断层和陷落柱水害防治
通过矿井充水因素的分析不难发现,带压开采区奥灰水的主要充水途径是导水断裂、导水陷落柱构造,本工作面回采范围内的没有揭露断层构造,但对于井田未开采区的断裂构造以及其富水性、导水性查明程度不够,特别对于断裂构造垂向上隔水性能的变化缺乏必要的探查研究。
二、井下防水煤(岩)柱留设
留设的防水煤柱必须留足,留设不足的防水煤柱,易造成矿山压力的集中,煤柱会破坏,抗水压能力降低,在水压矿压联合作用下很容易片帮、冲垮而造成突水。开采防水煤柱,特别是大断层的防水煤柱是一个极其危险的做法。
第三节、加强矿井防治水工作管理
十六字原则:预测预报,有疑必探,先探后掘,先治后采。
五字措施:防、堵、疏、排、截。
基本要求:责任落实到位,人员落实到位,资金落实到位,规划预案到位,制度措施到位。
第八章、承压水体上开采的防治水措施
煤矿防治水必须坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则,防、堵、疏、排、截的措施。并结合矿井或采区的具体水文地质条件,进行综合治理。
经分析,本矿在开采3号煤层时,正常情况下奥灰水对矿井生产造成的危险性较小,矿井井田外围无采空区、小窑破坏区、废弃巷道等,煤矿水害主要为灰岩、砂岩裂隙水。
通过矿井充水因素的分析发现,带压开采区奥灰水的主要充水途径是导水断裂、导水陷落柱构造,我矿现开采范围内的没有揭露断层、陷落柱等构造,但对于井田未开采区的断裂构造以及其富水性、导水性查明程度不够。需加强导水断裂构造的探测预报,查清导水构造(断层、陷落柱)的具体位置、大小和性质,采取留足隔离防水煤柱,构筑防水闸门等措施。以防底板突水事故的发生。
第九章、避灾措施
教育职工识别透水预兆,可以使我们尽快尽早采取措施,避免发生透水事故,减少矿井损失和保障职工生命安全。透水预兆主要有以下几种:①挂汗;②挂红;③空气变冷;④出现雾气;⑤水叫;⑥顶板淋水加大;⑦顶板来压;⑧底板鼓起或产生裂痕出现渗水;⑨水色发浑;⑩有臭味,水的酸度大,水味发涩等。
1、工作面一旦发生突水,如有可能,现场人员首先应在队长或班组长的指挥下,尽可能就地取材,采取加固工作面等措施,堵住出水地点,防止事故扩大;并立即向矿调度室汇报突水地点水量和时间等情况。
2、若水势过猛,无法抢救,凡受到水灾威胁的所有地区的人员都必须在本班跟班队干带领下撤出危险区域,撤离时应有组织地避开压力水头,沿着规定的避灾路线迅速撤退;同时迅速通知有可能受到水害威胁区域的人员停止工作,切断电源,快速撤离。
3、当灾区内的人员无法撤离时,要沉着冷静,分析水情,了解周围巷道情况,然后沿着附近巷道向上撤离,若上山巷道顶板完好,支护牢固时,可在此处等待救援。
4、在待救援期间,要树立战胜灾害的信心,不要惊慌失措,尽量少活动或不活动,以减少体力消耗,延长待救时间;没有食物供应,可适量喝些干净水,并注意观察水位情况,如果没有电话,可以通过敲打管道等办法,间断地发出求救信号,及早地让救援人员发现。
5、调度室接到事故汇报后,应及时通知救护大队前往救护。
6、工作面发生重大水灾事故后,救护队必须首先应对灾区进行全面侦察,准确探明事故性质、原因、范围、遇险人员数量和所在位置,以及巷道通风、瓦斯等情况,为指挥部制订抢救方案提供可靠依据。救灾指挥部应根据事故的性质和地点,快速确定出井下人员的避灾路线,选定矿山救护队员和抢救人员的行动路线、方法和措施,利用有效的传报方法,通知和引导灾区人员及受灾威胁区域人员迅速从灾区安全撤出。
7、如果通风系统遭到破坏,应积极恢复事故地点的正常通风。如果暂时不能恢复,可利用水管、压风管路等向被水堵截的人员输送新鲜空气。当瓦斯和其他有害气体威胁到抢救人员安全时,救护队应独立担负抢救人员和恢复通风的工作。
8、抢险遇险人员是矿山救护的首要任务。在侦察过程中,发现幸存者佩带自救器或呼吸器,以最快的速度、最短的路线,先将受伤人员送到安全地点进行急救;同时派人员引导受伤人员撤离灾区。
9、抢救人员时,要用呼喊、敲击等方法,判断遇险人员位置,与遇险人员保持联系,鼓励他们配合工作。必要时,可开掘向遇险人员的专用巷道。
10、避灾路线:
工作面—轨道顺槽(胶带顺槽)—胶带大巷(轨道大巷、回风大巷)—井底车场(主井底)—井筒—地面
当任何地点发生水灾时,必须由两个安全出口迅速撤离,沿底板较高的巷道行走。
当任何地点发生火灾进行反风时,人员沿进风巷道进行撤离。



 

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