巷道帶壓掘進防治水安全技術(shù)措施

1、巷道帶壓掘進防治水安全技術(shù)措施 山西介休大佛寺旺源煤業(yè)有限公司煤礦巷道掘進，受奧陶紀灰?guī)r水的壓力影響為帶壓掘進，為了確保巷道安全掘進，特制定了巷道掘進安全技術(shù)措施。井田地表河流井田整體屬基巖半掩蓋區(qū)，南部基巖出露較為連續(xù)，沿溝谷兩側(cè)出露；北部基本為掩蓋區(qū)，僅在部分溝谷底部有基巖零星出露。井田位處太岳山北端中低山丘陵區(qū)，植被稀疏，為半干旱大陸性氣候。井田內(nèi)無常年性河流。樊王河屬季節(jié)性河流，其上游位于井田西部，是區(qū)內(nèi)最大的河谷，僅在雨季遇較為持續(xù)的降雨時溝谷內(nèi)有短時的地表徑流，自南向北穿過礦區(qū)西部，最終匯入汾河；井田內(nèi)長度約1.2 km，最高洪水位1025 m985 m。井田東部邊界的丁鈴溝發(fā)源于

2、化家窯村南，延伸程度約7 km，井田位于其上游，井田內(nèi)延伸長度約1.5 km，走向s-n，屬季節(jié)性河谷，平時僅有少量礦坑排水；最高洪水位1085 m990 m。礦井工業(yè)廣場位于北坡村，地形為次級溝谷頂端，距主要溝谷丁鈴溝較遠，匯水面積小，雨季遇集中降雨時，往往以面流為主，歷史上未發(fā)生過較大的洪水。區(qū)內(nèi)各主要含水層之補給來源主要為大氣降水，其特點是受氣候變化及地理環(huán)境影響很大，在雨季，當大氣降水滲入地下而成地下徑流后，往往順巖層傾斜方向流動，在被切割深處以泉的形式出露，其余即潛向地層深部。、奧陶系中統(tǒng)碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層段本組為煤系地層之基底，巖性為厚層狀海相石灰?guī)r，主要成分為碳酸鈣，因其易為

3、水侵蝕溶解，在深部溶洞、裂隙十分發(fā)育，甚至使上部巖層塌陷而成柱狀陷落。從區(qū)域特征來看，本層段是主要的地下含水層段。2009年9月4日1010年1月16日，原溝底煤業(yè)在井田施工水源井一口，井口坐標x=4102954.67，y=19600403.02，井口標高1010 m，井深500.97 m。據(jù)鑫峪溝煤業(yè)提供的資料，取水層段為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組，靜止水位埋深110 m，水位標高900 m，出水量12.5 l/s，水位降深40 m，水質(zhì)為hco3.so4ca.mg型，ph值7.8，礦化度0.4778 g/l，總硬度390.3 mg/l，總堿度202.7 mg/l。據(jù)鑫峪溝煤業(yè)井田加9號鉆孔抽水試

4、驗結(jié)果，在加9號鉆孔處奧陶系(o2f+o2s)巖溶水水位埋深59.50，標高為911.22 m，涌水量 1.28 l/s。本次在井田東部施工的b41號鉆孔進行了p1s+c3t、o2f和o2f+o2s等三個含水層段的抽水試驗，抽水試驗成果見表1-2-8。表1-2-8 b41鉆孔抽水試驗成果一覽表 成果指標水位埋深（m）水位標高（m）降深（m）影響半徑r（m）滲透系數(shù)k（m/d）單位涌水量q（l/s.m）涌水量q（l/s）p1s+c3t77.35960.2148.3913.10050.00073290.000680.033o2f103.40934.1642.0837.240.006970.0066

5、20.38o2f+o2s127.50910.0611.9820.710.02690.0711.05從以上敘述可以看出，井田施工的b41號鉆孔抽水試驗成果符合區(qū)域地下水水文地質(zhì)規(guī)律。據(jù)此推斷，井田奧陶系巖溶水水位標高為909 m910 m。、石炭系上統(tǒng)太原組的碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層段本層段僅在井田南部有小面積出露，以34層石灰?guī)r夾泥巖、砂巖及煤層為主，其中最下一層（k2）石灰?guī)r厚1.80 m6.65 m，巖溶較為發(fā)育，富水性較好；其余三層石灰?guī)r（k2上、k3 和k4）富水性稍差。溫家溝zk10號孔位于井田以東5.5 km處，據(jù)其抽水資料，單位涌水量為0.044 l/s.m，水質(zhì)類型為hco3na

6、型，礦化度0.43 g/l。屬弱富水性含水層。該含水層段是9#、10#和11#煤層的直接充水含水層。、二疊系下統(tǒng)山西組裂隙含水層段含水層以細中粒砂巖為主，是2#、3#和5#煤層的直接充水含水層。含水層厚度一般20.00 m-33.00 m。本次勘查，在b41號鉆孔中進行了c3t+p1s段混合抽水試驗，實測結(jié)果為混合水位標高(h)960.21 m，涌水量（q）0.033 l/s，單位涌水量0.00068 l/s.m，滲透系數(shù)0.0007329 m/d。屬弱富水性含水層。、二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含水層段巖性以泥巖、砂巖互層或泥質(zhì)巖類夾砂巖為主，由于遭風化剝蝕，風化裂隙發(fā)育，為大氣降水的入滲補

7、給創(chuàng)造了條件，大部分季節(jié)泉都出露于該地層中。據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，單泉流量0.0460.8 l/s。據(jù)溫家溝zk10孔抽水資料，單位涌水量0.019 l/sm ，屬弱富水性含水層。另據(jù)井田北部1-1號鉆孔和北側(cè)外圍鉆孔簡易水文觀測資料，井田北部鉆孔有地下水自流現(xiàn)象。1-1鉆孔鉆至80 m深度時，出現(xiàn)井口涌水現(xiàn)象，經(jīng)觀測，水頭高度2.25 m，相當于標高982.64 m，涌水量0.075 l/s。在對1-1西北約1 km左右的鉆孔調(diào)查時，也有類似情況，其涌水量較1-1號鉆孔大。因種種原因，未能了解到該鉆孔編號、用途和具體水文資料。根據(jù)對井田北部地質(zhì)構(gòu)造的分析，可以初步得出這樣的結(jié)論，一是井田北部賦

8、存上石盒子組和石千峰組，砂巖和泥巖地層呈層疊置，地下水往往順層徑流；二是井田北部地層傾角在1420，該含水層段存在承壓現(xiàn)象，且由于巖層傾角大，水頭壓力和水力梯度較大；三是因靠近f1正斷層，巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，各砂巖含水層間溝通便利；四是s1背斜軸部可能存在一定的地下水分流作用。、第四系松散層類孔隙含水層段第四系中更新統(tǒng)地層廣泛分布于井田內(nèi)的梁、峁地段，第四系全新統(tǒng)主要分布于樊王河河谷中，含水層巖性主要為砂、礫石層，縱向上較為連續(xù)，補給條件較好，但多為透水不含水巖層，僅局部地段含水，含水微弱。、二疊系上、下石盒子組泥巖隔水層二疊系石盒子組地層為一套泥巖、砂巖交互沉積地層，泥巖厚度大，且連續(xù)穩(wěn)定，隔

9、水性能好，是淺層地下水與煤系地層之間較好的隔水層。、本溪組泥巖隔水層本組巖性以鋁土質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖、灰白色細粒砂巖及深灰色石灰?guī)r組成，據(jù)b41號鉆孔資料，組厚48.75 m，無明顯含水層存在，為煤系含水層段與奧陶系巖溶含水層段間的重要隔水層。1、巖溶水井田位于洪山泉域北西段北部邊界，南部位于化家窯地壘內(nèi)，主要通過斷裂帶接受大氣降水與地表水的入滲補給，井田內(nèi)水位標高909.00 m910.00 m。地下水接受補給后，沿層面裂隙順層徑流，向西加入?yún)^(qū)域地下水循環(huán)。在溝谷切割深處以泉的形式排出地表，補給松散巖類孔隙水。2、碎屑巖類裂隙水碎屑巖類裂隙水的補給主要來自裸露區(qū)大氣降水和上覆松散層的入滲補給。

10、受區(qū)域構(gòu)造控制，地下水在重力作用下沿巖層裂隙順層運動，補給巖溶含水層，在溝谷切割深處以泉的形式排出地表，或補給第四系松散巖類孔隙水。另外，主要排泄方式還包括生產(chǎn)礦井的礦坑排水和人工開采。從鉆孔簡易水文觀測資料看，井田中部的s1背斜可能具備一定的分流作用。3、松散巖類孔隙水松散巖類孔隙水除大氣降水的垂直入滲補給外，還有地表水入滲補給和基巖裂隙水的側(cè)向補給。地下水的流向一般與地表水的流向大致相似，排泄方式除蒸發(fā)外，主要是人工開采或補給深層基巖裂隙水。、礦井充水因素根據(jù)井田水文地質(zhì)條件分析，礦坑充水通道主要為巖（土）層孔隙、裂隙、巖溶、頂板裂隙帶和井田內(nèi)原有各礦井生產(chǎn)系統(tǒng)和采空區(qū)等。 大氣降水大氣降

11、水通過巖層節(jié)理裂隙、構(gòu)造破碎帶和采空區(qū)上方地表形變形成的裂縫滲漏，補給地下含水層，向礦坑充水，是礦井充水因素之一。其特點一是受季節(jié)變化影響明顯，二是隨著煤礦開采活動延續(xù)造成的地表形變加劇，其影響將不斷加強。 采（古）空區(qū)積水井田周邊礦井及小窯曾開采2#、5#、9#、10#和11#煤層，2#煤層采（古）空區(qū)積水量約101900 m3，5#煤層采（古）空區(qū)積水量約72100 m3，9#煤層采（古）空區(qū)積水量約61800 m3，10#煤層采（古）空區(qū)積水量約42700 m3，11#煤層采（古）空區(qū)積水量約411918 m3。井田周邊礦井和小煤窯各煤層采（古）空區(qū)積水量約690418 m3。井田內(nèi)原有

12、各礦井采（古）空區(qū)積水井田內(nèi)原有錦源煤業(yè)和旺源煤業(yè)兩座礦井。原旺源煤業(yè)主要開采5#和9#煤層，錦源煤業(yè)主要開采5#煤層。井田南部為連續(xù)的采（古）空區(qū)，各煤層均已采空。以下將各礦井采空區(qū)分布和積水特征簡述如下。目前，井田面積最大的積水區(qū)域位于井田南部，為歷史上各種規(guī)模的小煤窯和礦井采空形成；井田中部存在不連續(xù)的5#煤層采空區(qū)。5#煤層采（古）空區(qū)積水量為295370 m3， 11#煤層采（古）空區(qū)積水量為762380 m3。 煤層頂?shù)装宄渌畻l件本井田批準開采1#11#煤層，其中2#和3#煤層位于山西組中下部，2#、3#煤層不穩(wěn)定零星可采，5#煤層位于太原組頂部，全區(qū)穩(wěn)定可采；7#煤層位于太原組中

13、部，不穩(wěn)定零星可采；9#、10#和11#煤層位于太原組下部， 11#煤層穩(wěn)定全區(qū)可采，9#和10#煤層穩(wěn)定大部可采。主要可采煤層中，5#煤層以頂板充水為主，因其頂?shù)装鍨槟鄮r（或砂質(zhì)泥巖），充水方式以構(gòu)造裂隙和破碎帶涌水為主。井田內(nèi)原各礦井開采5#煤層時，礦井正常涌水量100 m3/d 。9#煤層頂板為k2石灰?guī)r，11#煤層頂板以泥質(zhì)巖為主。對鄰近地段煤礦調(diào)查的情況表明，9#、10#和11#煤層礦井充水以構(gòu)造裂隙、破碎帶和頂板淋水為主，正常涌水量一般不超過 150 m3/d。礦井充水因素的不確定性表現(xiàn)在三個方面。一是因巖溶裂隙發(fā)育不均衡，9#煤層頂板石灰?guī)r充水條件在不同地段必然存在一定的差異；二

14、是井田內(nèi)各煤層采空區(qū)不同程度地存在積水現(xiàn)象，井田南部甚至存在連續(xù)的大面積采（古）空區(qū)；三是井田中部、各煤層均屬帶壓開采，且斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，存在承壓水順斷層破碎帶涌出的可能。 另外，井田內(nèi)原有各礦井采掘系統(tǒng)充水及其連通作用也是未來礦井不可忽視的充水因素。、構(gòu)造對井田水文地質(zhì)條件的影響井田構(gòu)造復雜程度表現(xiàn)為北部簡單，南部屬中等的特征。北部位f1正斷層，中部為s1背斜，南部依次為f2、 f3 、f4、 f5 、f6、f7和f8正斷層，其中規(guī)模較大的如f3 、f4、 f5 、f6、f7和f8正斷層。s1背斜軸部碎屑巖裂隙發(fā)育，一定程度上利于大氣降水和上覆含水層向深部入滲補給。從前述的井田北部1-1號

15、鉆孔孔口涌水的情況看，該背斜可能為井田內(nèi)的地下水分水嶺。受斷裂構(gòu)造影響，井田內(nèi)巖層節(jié)理裂隙十分發(fā)育，尤以泥質(zhì)巖類為明顯。鉆孔中巖芯一般較為破碎，礦井下泥質(zhì)巖類井壁往往出現(xiàn)冒頂、片幫甚至底鼓現(xiàn)象。斷層的發(fā)育造成巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，局部地段甚至極為破碎，加之斷層帶膠結(jié)差，往往成為良好的地下水通道；二是由于井田北部各煤層均存在不同程度的奧陶系巖溶水帶壓現(xiàn)象，一但揭露斷層，便可能造成奧陶系巖溶水順斷層帶突出。綜上所述，井田內(nèi)斷層帶及其兩側(cè)破碎帶富水性好，是溝通各地下含水層的良好通道。3、煤層奧陶系巖溶水突水系數(shù)計算根據(jù)區(qū)域水文資料，奧陶系中統(tǒng)峰峰組含水性較弱，但巖溶較為發(fā)育，隔水性不穩(wěn)定，故奧陶系巖溶水

16、突水系數(shù)計算不采用其水位，而采用奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組和峰峰組混合水位。根據(jù)加b41號鉆孔抽水試驗成果和洪山泉域水力特征推斷，井田內(nèi)奧陶系巖溶水水位標高909m-910m。各煤層底板突水系計算采用國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局第28號令公布施行的煤礦防治水規(guī)定附錄4公式。10#和11#煤層按一層煤層考慮。t=p/m式中：t突水系數(shù)，（mpa/m）p底板隔水層承受的水壓（mpa），奧陶系巖溶水水位909.00m-910.00 m。m底板隔水層厚度，（m）。5#煤層突水系數(shù)最大值=p/m=7.3/138=0.053(mpa/m)9#煤層突水系數(shù)最大值= p/m=7.3/78=0.093(mpa/m)10+1

17、1#煤層突水系數(shù)最大值= p/m=7.3/68=0.107(mpa/m)由以上計算結(jié)果及敘述可以看出，井田北部5#煤層屬帶壓開采，奧陶系巖溶水最大突水系數(shù)為0.053，帶壓區(qū)全部位于奧陶系巖溶水突水系數(shù)安全區(qū)；井田中部、北部9#煤層屬帶壓開采，其中f1正斷層上盤以南屬奧陶系巖溶水突水性安全區(qū)；井田中部、北部10+11#煤層屬帶壓開采，其中f1正斷層上盤以北至北部邊界屬底板突水性危險區(qū)。礦井掘進巷道均位于f1正斷層上盤以南奧陶系巖溶水突水性安全區(qū)。、礦井水文地質(zhì)類型5#、9#煤層為已采煤層，礦井排水系統(tǒng)仍在運行；井田南部各煤層均已采空，為連續(xù)的采（古）空區(qū)，存在較大面積的積水區(qū)。采（古）空區(qū)積水

18、對礦井充水具有一定的影響。5#煤層直接充水含水層為山西組砂巖含水層組，間接充水含水層為下石盒子組砂巖裂隙含水層組。據(jù)b41號鉆孔c3t+p1s段抽水試驗結(jié)果，該含水層段混合水位標高(h)960.21 m，涌水量（q）0.033 l/s，單位涌水量0.00068 l/s.m，滲透系數(shù)0.0007329 m/d，屬弱富水性含水層。井田奧陶系巖溶水水位標高為910 m908 m。井田北部各煤層及中部的9#、10+11#煤層均屬帶壓開采，其中f1正斷層以南突水系數(shù)均小于0.06 mpa/m，僅f1正斷層以北10+11#煤層屬巖溶水突水性危險區(qū)。根據(jù)2009年9月21日國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第28號

19、公布施行的煤礦防治水規(guī)定相關(guān)條款，井田內(nèi)5#、9#煤層礦井水文地質(zhì)條件屬中等類型； f1斷層以南10#、11#煤層礦井水文地質(zhì)類型屬中等類型；f1斷層以北10#、11#煤層屬復雜類型。井田礦井水文地質(zhì)條件總體屬中等-復雜類型。但井田南邊界外的原整合范圍開采時巷道煤層頂板出現(xiàn)淋水、滴水，未出現(xiàn)大的涌水現(xiàn)象。2、4#煤層埋藏淺，地表沿溝出露，采空區(qū)、古空區(qū)內(nèi)的積水沿煤層露頭滲出地表，沒有積水。5#煤層未開采。、礦井涌水量井田內(nèi)原錦源煤業(yè)實際生產(chǎn)能力150kt/a，曾經(jīng)開采5#煤層，礦井正常涌水量130 m3/d，最大涌水量150 m3/d；旺源煤業(yè)曾開采9#煤層，礦井正常涌水量為240 m3/d，

20、最大涌水量為260 m3/d。因9#和10+11#煤層間距小，礦井充水條件基本一致，故10+11#煤層礦井涌水量與9#煤層相同。礦井生產(chǎn)能力將達到900kt/d。根據(jù)上述礦井涌水量，采用富水系數(shù)比擬法預算礦井達到90萬t/d生產(chǎn)規(guī)模時，5#煤層預算礦井最大涌水量900 m3/d ，正常涌水量785 m3/d； 9#煤層礦井最大涌水量1800 m3/d，正常涌水量1675 m3/d；10+11#煤層礦井最大涌水量1800 m3/d，正常涌水量1675 m3/d。目前礦井正常涌水量410 m3/d，最大涌水量450 m3/d。本工作面掘進面臨來自下覆太原組石灰?guī)r水及奧陶紀灰?guī)r水的威脅，有可能通過斷

21、層等地質(zhì)構(gòu)造帶涌入礦井，釀成事故。為了保證煤礦安全生產(chǎn)，根據(jù)煤礦安全規(guī)程第269條和煤礦防治水規(guī)定第77條規(guī)定，承壓含水層與開采煤層之間的隔水層能承受的水頭值大于實際水頭值時，可以“帶壓開采”，但必須編制帶壓掘進防治水安全技術(shù)措施。目前擁有探放水設(shè)備為：1、ytd-400（a）型礦井全方位探測儀一臺；2、zyj-400/270型18.5kw液壓鉆機兩臺；3、zyj-400/270型15kw液壓鉆機一臺；4、zyd-800型18.5kw液壓鉆機一臺。、礦井排水系統(tǒng)中央水倉容積1012m3，排水設(shè)備為3臺md155-676型多級離心水泵，排水能力155m3/h，排水管1946mm型無縫鋼管，兩趟并

22、列布置在副斜井井筒。符合煤礦安全規(guī)程要求。、各掘進工作面排水系統(tǒng)掘進工作面配備22kw水泵兩臺，配備127mm排水管，排至軌道巷水溝，由軌道巷水溝排至中央水倉。根據(jù)帶壓開采危害程度分析，防治水的關(guān)鍵是防治導水斷層、將底板奧灰水導入發(fā)生突水事故。為此制定如下主要防治水安全技術(shù)措施：1、生產(chǎn)技術(shù)部、防治水科對此區(qū)域有針對性地開展礦井地質(zhì)和礦井水文地質(zhì)工作，建立健全礦井防治水有關(guān)的水文地質(zhì)資料，做好水文地質(zhì)預測預報工作，做好防探水設(shè)計工作，堅持“預測預報、有掘必探，先探后掘”。2、生產(chǎn)技術(shù)部、防治水科要加強過斷層時涌水量觀測，分析對比涌水量的變化原因，對于涌水量異常時必須進行補充預測預報。3、探水隊要根據(jù)掘進開拓地質(zhì)說明書中提供的水文地質(zhì)資料制定掘進過程中防治水措施，必須配備超過最大涌水量的排水設(shè)施，并每班安排專人排水。4、探水隊必須保證工作面配備2臺22kw水泵及兩趟內(nèi)徑127毫米的排水管，其中一臺22kw水泵和內(nèi)徑150毫米的排水管形成系統(tǒng)緊跟工作面，放置于巷道內(nèi)支護完好、易于取用的地點，并且配備相應(yīng)的蛇形管、軟管等配套設(shè)施若干;另一臺22kw水泵和內(nèi)徑127毫米的排水管形成系統(tǒng)且處于熱備用狀態(tài)，放置于距工作面不大于50m的地方。沿途根據(jù)實際情況在水窩處增設(shè)排水點，每個排水點安裝一臺22kw潛水泵，并在備件處備此型號水泵、配套開關(guān)各一臺以便及時安裝更換。6、在正常掘進時鉆探隊必