帶壓開采防治水安全技術措施.doc

山西呂梁中陽桃園鑫隆煤業(yè)有限公司 帶壓開采防治水安全技術措施帶壓開采防治水安全技術措施 隨著我礦井巷道和水平的不斷延伸和拓展，煤層所承受的水頭壓力愈來愈大，加之我礦井地質及水文地質條件較復雜，潛在的水害威脅將表現(xiàn)的更為突出，嚴重威脅著礦井的安全生產和職工的生命安全。因此，根據(jù)煤礦安全規(guī)程第269、270條之規(guī)定，特制定礦井帶壓開采安全技術措施。第一節(jié) 礦井水文地質條件井田內溝壑縱橫，切割強烈，具典型的黃土地貌特征。在梁峁地帶被第四系上更新統(tǒng)黃土所覆蓋，溝谷中廣泛出露上第三系上新統(tǒng)紅土。基巖未見出露。區(qū)內最高點在井田中部以東則莊子村西北部的山頂上，標高1302.0m，最低點在井田南部紅年洼村西的南川河河床中，標高1010.7m，最大相對高差為291.3m，屬中山區(qū)。一、地表水井田地表水屬黃河流域三川河水系。井田內無常年性水流，僅在雨季溝谷中有短暫洪水向西流入南川河。在雨季應做好防洪、防汛工作。二、地下水1.第四系全新統(tǒng)砂礫石含水層井田西部外圍為南川河河床東側一級階地，屬第四系全新統(tǒng)淤積物，其砂礫層中含有一定潛水，為當?shù)卮迕裰匾r業(yè)用水資源之一。2.第三系上新統(tǒng)礫石含水層井田內第三系廣泛分布于溝谷兩側或溝低。下部為一層膠結或半膠結的礫石層，供人畜用水，水量一般很小，當有較好的補給源時，為較好的孔隙含水層。3. 二疊系上、下石盒子組砂巖含水層本組含水層一般由數(shù)層中粒粗砂巖組成，總厚約20m，其間多隔以泥巖、粘土巖等。據(jù)金春喬家溝井田精查時的132號孔(位于本井田北部1700m處朱家店煤礦)抽水試驗結果，單位涌水量（q）0.0072 L/sm,滲透系數(shù)（K）0.0018m/d，鉆孔揭露最大涌水量為0.33L/s，水位最高大于1078m，水量較小，屬弱富水性含水層，水質類型為SO4HCO3-CaMgNa。4. 二疊系下統(tǒng)山西組砂巖含水層本組主要含水層為03號煤層與4號煤之間的中粒砂巖，該含水層穩(wěn)定連續(xù)。測井曲線上反映明顯，厚度59m，泥質和鈣質膠結。據(jù)金春喬家溝井田精查時的132號孔抽水試驗結果，單位涌水量（q）0.00107L/sm,滲透系數(shù)（K）0.00413m/d，水位標高982.52m。110號孔抽水試驗結果，單位涌水量（q）0.0065L/sm,滲透系數(shù)（K）為0.00153m/d，水位標高1052.92m。屬弱富水性含水層，水質類型為SO4HCO3-CaMgNa。5.石炭系上統(tǒng)太原組灰?guī)r、砂巖含水層本組中有L1、L2、L5三層灰?guī)r組成，中間多隔以細砂巖和砂質泥巖等，間距在10m以內，L5灰?guī)r厚度小，巖芯較完整，含水相對較弱；L2灰?guī)r為本組最厚的灰?guī)r，巖芯中見有溶蝕裂隙，其間多充填炭屑，裂隙面凸凹不平，該層為三層灰?guī)r中相對富水的一層。L1灰?guī)r為最下部的灰?guī)r層，節(jié)理裂隙較發(fā)育，并具有溶蝕現(xiàn)象，富水性較弱。據(jù)金春喬家溝精查勘探區(qū)抽水試驗結果：單位涌水量（q）為0.00261.24L/sm，滲透系數(shù)（K）為0.0027510.72m/d，水位標高944.251043.84m。本含水層水質SO4HCO3-MgNa型水。本組10號煤層上部為一層穩(wěn)定的中粒砂巖，厚約515m，泥質膠結，勘探抽水試驗中，該層泥漿消耗量無明顯變化，從測井曲線定性分析，其含水性比山西組砂巖含水層差，故其厚度雖大，也為弱富水性含水層。6.奧陶系中統(tǒng)巖溶裂隙含水層奧陶系中統(tǒng)峰峰組巖性以石灰?guī)r、白云巖為主，夾泥灰?guī)r、泥巖、石膏，為相對弱含水層。本區(qū)含水層主要為上馬家溝組，該組巖溶裂隙發(fā)育，為強含水層。據(jù)金春喬家溝精查勘探區(qū)資料，當灰?guī)r埋藏深度大于347時，其裂隙及巖溶極不發(fā)育，鉆進時水文鉆孔基本無變化。當灰?guī)r埋藏深度小于267時，巖層裂隙及巖溶頗為發(fā)育，鉆進時水位突降，沖洗液消耗量顯著增大或完全漏失，說明含水性顯著增強，深度越淺，此種現(xiàn)象越明顯。朱家店煤礦工業(yè)廣場在1997年10月建有深水井，取水層位為奧陶系含水層。井口標高為990.5m，水位埋深為185.0m，水位標高為805.5m，單井出水量50m3/h。據(jù)此，本井田奧灰水水位標高為805.5m左右，山西省第三地質工程勘察院于2006年4月3日6月17日，在本井田東北沈家峁村西南施工了一奧灰深井（坐標：x=4142356.299，y=19516594.156，H=1080.12m），降深4.90m時，出水量為33.13m3/h（合795.05m3/d），其水質類型為SO4HCO3CaNaMg型，終孔于奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組，地層揭露厚度242.10m。經抽水試驗，測得靜止水位埋深276.80m，計算得本井田內奧灰水水位標高為803.32m左右。三、隔水層井田內煤系中只有03號煤與4號煤之間的砂巖、太原組灰?guī)r含水性較好，其余均可視為相對隔水層，隔水性能較好的主要有：1.第三系紅色亞粘土隔水層該層溝谷中有出露，厚約1070m。2.石炭、二疊系灰?guī)r、砂巖含水層之間分布的泥質巖隔水層石炭、二疊系灰?guī)r、砂巖含水層之間分布有厚度不等的泥巖、砂質泥巖，一般不透水，且可起到良好的層間隔水作用。3.石炭系本溪組至太原組10號煤層下泥質巖隔水層石炭系本溪組至太原組10號煤層以下為一套泥巖、砂質泥巖、鐵鋁巖、粘土巖地層，總厚69m左右，隔水性能較好，為隔斷煤系地層與奧灰水力聯(lián)系的重要隔水層。四、地下水的補給、徑流和排泄條件第三系下部的礫石層主要靠大氣降水補給，在地形控制有利的情況下，在溝谷中形成小泉。石炭、二疊系的砂巖、灰?guī)r含水層主要接受上覆松散層的入滲補給，少數(shù)露頭部位直接接受大氣降水的補給，另外還有承壓含水層之間的越流補給，地下水沿層間裂隙向西北運動。各含水層間水力聯(lián)系較弱，主要排泄途徑是生產礦井的礦坑排水。奧陶系灰?guī)r巖溶水，區(qū)域上主要接受大氣降水的補給，向西北流向柳林泉。第二節(jié) 礦井充水因素分析一、地表水對開采煤礦的影響井田內沒有大的地表水體，僅有季節(jié)性河流。一般來說河水通過基巖含水層滲透補給的水量是較弱的，但是，隨著煤礦的開采，頂部巖層將遭到破壞，會使基巖裂隙加大、增多，特別是在北部及北東部煤層淺埋地段甚至形成地面塌陷，溝通斷層以及其它構造形跡。因此在開采過程中一定要采取防范措施，以防洪水襲擊，造成危害。二、構造對礦床充水的影響礦區(qū)內尚未發(fā)現(xiàn)大的構造形跡，總體為一向西傾斜的單斜構造。但由于奧灰水水位部分高于主采10號煤層底板，一旦有斷層存在，有可能形成導水通道，使巖溶水涌入礦井，造成水害，因此一定要重視對隱伏斷層以及其它構造形跡的發(fā)現(xiàn)與研究。以防斷層導水造成淹礦事故。三、構造對水文地質條件的影響井田內未發(fā)現(xiàn)大的斷層及陷落柱等構造現(xiàn)象，在井下生產過程中發(fā)現(xiàn)三條小的斷層，這三條斷層均具導水作用，因此在開采中應留足斷層保安煤柱，并重視井下隱伏小斷層的發(fā)現(xiàn)和研究，嚴格堅持“有掘必探，先探后掘”的原則，防止斷層帶及斷層伴生構造導水誘發(fā)突水事故的發(fā)生。四、采空區(qū)積水對開采煤層的影響本礦井有較長的開采歷史，根據(jù)煤礦提供資料，井田內有較大面積的采空區(qū)，南部有兩塊古空區(qū)，礦井充水因素主要是頂板砂巖、灰?guī)r裂隙含水層通過冒落裂隙帶向礦井充水為主。本井田存在9塊采空（古空）積水區(qū)，采空（古空）區(qū)都有一定積水、積氣存在。全礦井采（古）空積水量49800m3，其中6號煤層采空積水量為8000m3，10號煤層采（古）空積水量為41800m3（見下表）。 采（古）空區(qū)積水、積氣情況調查結果表 煤礦名稱煤層號積水區(qū)編號積水區(qū)面積(m2)積水量(m3)積氣情況備注備注鑫 隆 煤 業(yè)10積水區(qū)1158000250000有原鑫隆煤礦采空區(qū)采（古）空區(qū)積水位置及范圍由我院向礦方進行調查，礦方向我院提供資料積水區(qū)230005000有原邢家?guī)X煤礦采空區(qū)積水區(qū)34100065000有原馮家?guī)X煤礦采空區(qū)積水區(qū)41260020000有原郝家?guī)X煤礦采空區(qū)積水區(qū)5650010000有原郝家?guī)X煤礦采空區(qū)積水區(qū)64500070000有原郝家?guī)X南古空區(qū)積水區(qū)74500070000有原崔家?guī)X南古空區(qū)小計3111004900006積水區(qū)865002000有原鑫隆煤礦采空區(qū)積水區(qū)9195006000有原鑫隆煤礦采空區(qū)小計260008000合計337100498000依據(jù)煤炭安全手冊第五篇礦井防治水中的采空積水公式估算其積水量： 式中：老空積水的靜儲量（m3）；小窯老空積水區(qū)平面積（m2）；煤層采厚（m）；煤層傾角（）；老空區(qū)充水系數(shù)，取0.25。根據(jù)以上公式，各積水區(qū)積水量為(采空區(qū)的充水系數(shù)采用0.25)：10號煤層：Q積水區(qū)1=(0.256.23158000)/cos10=25萬m3Q積水區(qū)2=(0.256.233000)/cos10=0.5萬m3Q積水區(qū)3=(0.256.2341000)/cos10=6.5萬m3Q積水區(qū)4=(0.256.2312600)/cos10=2萬m3Q積水區(qū)5=(0.256.236500)/cos10=1萬m3Q積水區(qū)6=(0.256.2345000)/cos10=7萬m3Q積水區(qū)7=(0.256.2345000)/cos10=7萬m36號煤層：Q積水區(qū)8=(0.251.216500)/cos10=0.2萬m3Q積水區(qū)9=(0.251.2119500)/cos10=0.6萬m3井田西部采空區(qū)易于積水，下一步開拓、回采到采空區(qū)附近時要注意其積水，一定執(zhí)行經審批的探放水措施。井田北部為山西離柳宏巖煤業(yè)有限公司煤礦（原朱家店煤礦二坑）開采4號煤層，采空區(qū)距本井田工作面較遠，積水、積氣對本礦無影響，但在開采兩礦邊界附近煤層時，應加強探放水工作，留足保安煤柱；東北部為山西中陽聯(lián)盛照陽煤業(yè)有限公司（由原照陽煤礦和原青蒿煤礦整合），原照陽煤礦開采10號煤，采空區(qū)位于照陽煤礦的東部，約有積水8500m，原青蒿煤礦現(xiàn)采10號煤，采空區(qū)位于青蒿煤礦的中部，約有積水6000m3，也均有一定的積氣現(xiàn)象，該礦井采空區(qū)距本井田工作面較遠，礦井無越層開采現(xiàn)象，在開采兩礦邊界附近煤層時，應加強探放水工作，留足保安煤柱。因此周邊礦井積水、積氣對本礦開采不會造成危脅。據(jù)煤礦提供資料，本礦煤層露頭附近曾有小窯破壞，不會對開采造成影響。五、覆巖破壞高度及地下水對煤層開采的影響覆巖破壞高度包括垮落帶高度和導水裂隙帶高度。該礦現(xiàn)采10號煤層，根據(jù)煤礦提供資料，開采10號煤層時形成的垮落帶和導水裂隙帶暫沒有發(fā)現(xiàn)溝通6號煤層的采空區(qū)。4號煤層頂板為中細砂巖，局部為泥巖或砂質泥巖，屬中硬巖層，煤層厚度為0.70m1.28m，采用全部垮落法管理頂板，根據(jù)“三下”采煤工藝技術，垮落帶及導水裂隙帶高度經驗公式，計算覆巖破壞高度如下：垮落帶高度：（取+2.2）導水斷裂帶高度：式中：累計采厚（m）求得4號煤層開采的垮落帶高度為5.347.32m，導水裂隙帶高度為24.00-35.6m，兩帶影響的累計高度為29.3442.92m，4號煤層在井田西北部可采區(qū)內埋深大于50m，開采4號煤層形成的垮落帶和導水裂隙帶不會溝通地表水。5上號煤層頂板為泥巖或砂質泥巖，屬軟弱巖層，煤層厚度為0.70m1.44m，采用全部垮落法管理頂板，根據(jù)“三下”采煤工藝技術，垮落帶及導水裂隙帶高度經驗公式，計算覆巖破壞高度如下：垮落帶高度：（取+1.5）導水斷裂帶高度：式中：累計采厚（m）求得5上號煤層開采的垮落帶高度為4.926.52m，導水裂隙帶高度為13.37-17.00m，兩帶影響的累計高度為18.2923.52m，5上號煤層上距4號煤層8-10m，如開采5上號煤層，形成的導水裂隙帶會溝通4號煤層的采空區(qū)。據(jù)山西省煤炭工業(yè)局綜合測試中心對6號煤層直接頂板泥巖測試結果頂板抗壓強度為8.0MPa，屬極軟弱巖層，煤層厚度為0.981.40m，采用全部垮落法管理頂板，根據(jù)“三下”采煤工藝技術，垮落帶及導水裂隙帶高度經驗公式，計算覆巖破壞高度如下：垮落帶高度：（取+1.2）導水斷裂帶高度：式中：累計采厚（m）求得6號煤層開采的垮落帶高度為2.603.12m，導水裂隙帶高度為19.8-24.00m，兩帶影響的累計高度為22.4027.12m，6號煤層上距5上號煤層15-20m，如開采6號煤層，形成的導水裂隙帶會溝通5上號煤層的采空區(qū)。據(jù)山西省煤炭工業(yè)局綜合測試中心對10號煤層頂板細砂巖測試結果頂板抗壓強度為39.8MPa，屬中硬巖層；煤層厚度為3.54-7.27m，采用全部垮落法管理頂板，根據(jù)“三下”采煤工藝技術，垮落帶及導水裂隙帶高度經驗公式，計算覆巖破壞高度如下：垮落帶高度：（取+2.2）導水斷裂帶高度：式中：累計采厚（m）求得10號煤層開采的垮落帶高度為12.1315.87m，導水裂隙帶高度為80.80m-155.40m，兩帶影響的累計高度為92.93171.27m，10號煤層上距6號煤層40.00-54.00m，開采10號煤層形成的導水裂隙帶會溝通6號煤層的采空區(qū)。六、煤層突水系數(shù)4號煤層最低底板標高620m，距奧灰頂界面距離平均為150m；5上號煤層最低底板標高670m，距奧灰頂界面距離平均為140m；6號煤層最低底板標高580m，距奧灰頂界面距離平均為120m；10號煤層最低底板標高540m，距奧灰頂界面距離平均為69m。各可采煤層底板標高部分位于奧灰水水位之下，現(xiàn)將各可采煤層的突水危險性計算如下：計算公式：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) M隔水層厚度(m)則：4號煤層：T=(803.32-620+150) 0.0098/1500.022 MPa/m5上號煤層：T=(803.32-670+140) 0.0098/1400.019 MPa/m6號煤層：T=(803.32-580+120) 0.0098/1200.028 MPa/m10號煤層：T=(803.32-540+69) 0.0098/690.047 MPa/m因井田內構造條件簡單，根據(jù)經驗臨界突水系數(shù)不大于0.06Mpa/m時，由計算結果可知，4、5上、6、10號煤層突水系數(shù)均小于0.06MPa/m，屬巖層非完整塊段突水性安全區(qū)。但在有斷層等構造勾通奧灰水的情況下會發(fā)生突水事故，因此煤礦開采時應嚴格堅持“有掘必探，先探后掘”的原則，注意對隱伏構造的研究和發(fā)現(xiàn)，要留足保安煤柱，防止突水事故的發(fā)生。七、礦井水文地質類型井田4、5上號煤層直接充水含水層為太原組灰?guī)r含水層，間接充水含水層為下石盒子組含水層，均屬弱含水層。其山西組含水層單位涌水量僅為0.0065 1/sm。礦井涌水量小于5m3/h，采掘面干燥。但煤層底板標高大部低于奧灰水位標高，若遇隱伏斷層等導水構造，則存在奧灰水沿構造導水裂隙突入巷道的可能。根據(jù)上述情況并參照礦井地質規(guī)程中礦井水文地質類型分類標準綜合分析，該礦4、5上號煤層井水文地質類型應屬中等型。6號煤層主要充水含水層為太原組灰?guī)r含水層，單位涌水量為0.0149L/sm。該含水層富水性不強。礦井涌水量小于15m3/h，但煤層底板標高大部低于奧灰水位標高，若遇隱伏斷層等導水構造，則存在奧灰水沿構造導水裂隙突入巷道的可能。參照礦井地質規(guī)程中礦井水文地質類型分類標準綜合分析，該礦6號煤層井水文地質類型應屬中等型。10號煤層厚而穩(wěn)定，井下涌水量120150m3/d，主要充水含水層為太原組灰?guī)r含水層，單位涌水量為0.0149L/sm。該含水層富水性不強。另外，考慮到井田中西部10號煤層底板標高大部低于奧灰水位標高(見10號煤層帶壓開采范圍示意圖)，若遇隱伏斷層等導水構造，則存在奧灰水沿構造導水裂隙突入巷道的可能。參照礦井地質規(guī)程中礦井水文地質類型分類標準綜合分析，該礦10號煤層礦井水文地質類型應為中等。帶壓開采區(qū)圖2-1 4號煤層帶壓開采區(qū)分布范圍圖帶壓開采區(qū)圖2-2 6號煤層帶壓開采區(qū)分布范圍圖帶壓開采區(qū)圖2-3 10號煤層帶壓開采區(qū)分布范圍圖八、礦井充水通道礦井充水必備的兩個條件，一是充水水源，二是充水途徑。只有兩個條件都具備了才有可能發(fā)生突水，因此煤礦的充水途徑也是我們研究煤礦突水的一個重要因素。礦井充水通道包括導水斷層、巖層裂隙、采空導水裂隙帶、封閉不良的鉆孔等。1、斷裂及破碎帶構造裂隙（斷裂），它包括各種節(jié)理、斷層、斷裂破碎帶和陷落柱等，是礦井充水和礦井透水的主要通道。構造裂隙對礦井充水的影響，一方面表現(xiàn)在其本身的富水性；另一方面又往往是各種水源進入采掘工作面的天然通道。所以，當采掘工作面和它們相遇或接近時，與它有關的水源則會通過它們涌入井下。井田地表大部為松散巖類覆蓋，據(jù)鉆孔資料，井田內構造簡單，總體上位傾向北西的單斜構造，局部有次一級寬緩波狀起伏，地層傾角814，平均10左右?，F(xiàn)有勘探程度下，尚未發(fā)現(xiàn)大的斷裂構造形跡。建井及開采階段巷道揭露斷層3條，斷距5-17m，井田西部煤層底板標高低于奧陶系巖溶水位標高（803.32m），如果有斷裂存在可能形成導水通道，使下伏巖溶水涌入礦井，造成礦井水害。因此，一定要重視對隱伏斷裂及其它構造形跡的探查和研究，防止斷層突水造成的水害。2、底板突破煤層間接底板存在巖溶承壓水，其水壓隨著巷道或回采區(qū)隔水巖柱底板埋藏深度而增大，當水壓值超過隔水巖柱的強度時，將可能破壞間接底板，使巖溶水潰入礦坑，稱為底板突破或突水。它既是一種工程地質現(xiàn)象又是一種人為的充水作用。對其間接底板充水作用必須作出評價，這種評價的實質，就是評價隔水底板的穩(wěn)定性。井田內4、6、10號煤層突水系數(shù)均小于斷裂構造發(fā)育地段臨界突水系數(shù)值0.06MPa/m，屬巖層非完整塊段突水性安全區(qū)。但在有斷層等構造勾通奧灰水的情況下會發(fā)生突水事故，斷層誘發(fā)底板突水，可分為以下幾種情況： 當張性、張扭性導水斷層或裂隙直接切割煤層及其底板承壓水含水層時，引發(fā)底板承壓水突水，見圖2-4。（a） （b）圖2-4導水斷層和裂隙引發(fā)的底板突水 斷層雖然切割底板隔水巖層，但天然狀態(tài)下不導水，當斷層帶存在水壓影響的擴展效應時，由于水壓擴展效應，使斷層或裂隙改變其性質，產生引張，導致底板突水，見圖2-5。（a） （b）圖2-5 導水斷層引發(fā)的底板突水 斷裂帶中的充填物，若是由膠結不緊密的泥質、炭質組成和鈣質膠結時，天然狀態(tài)下不導水，但由于受采后礦壓與水壓的共同作用，斷層或裂隙中的填充物和膠結物被掏蝕、溶蝕，引發(fā)底板突水，見圖2-6。（a） （b）圖2-6 斷層、礦壓與水壓引發(fā)的底板突水因此煤礦開采時應嚴格堅持“有掘必探、先探后掘、有采必探、先探后采”的原則，注意對隱伏構造的研究和發(fā)現(xiàn)，要留足保安煤柱，防止突水事故的發(fā)生。3、頂板采動導水裂隙頂板破壞也是一種人為的充水途徑，由于開采礦體在地下形成采空區(qū)，采空區(qū)上方頂板巖層失去支撐和平衡后，會產生變形，以致破壞，這就會給上部含水層提供充水途徑。按照國家煤礦安監(jiān)局2009年9月頒發(fā)的煤礦防治水規(guī)定釋義要求，采用國家煤炭工業(yè)局制定的建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程（煤行管字2000第81號）中的公式，分別進行計算了各煤層導水裂隙帶高度。（1）4號煤層頂板為中細砂巖，局部為泥巖或砂質泥巖，屬中硬巖層，煤層厚度為0.70m1.28m，采用全部垮落法管理頂板，根據(jù)“三下”采煤工藝技術，垮落帶及導水裂隙帶高度經驗公式，計算覆巖破壞高度如下：垮落帶高度：（取+2.2）導水斷裂帶高度：式中：累計采厚（m）求得4號煤層開采的垮落帶高度為5.347.32m，導水裂隙帶高度為24.00-35.6m，兩帶影響的累計高度為29.3442.92m，4號煤層在井田西北部可采區(qū)內埋深大于50m，開采4號煤層形成的垮落帶和導水裂隙帶不會溝通地表水。地表水一般不會通過導水裂隙帶進入井下，影響生產。（2）據(jù)山西省煤炭工業(yè)局綜合測試中心對6號煤層直接頂板泥巖測試結果頂板抗壓強度為8.0MPa，屬極軟弱巖層，煤層厚度為0.981.40m，采用全部垮落法管理頂板，根據(jù)“三下”采煤工藝技術，垮落帶及導水裂隙帶高度經驗公式，計算覆巖破壞高度如下：垮落帶高度：（取+1.2）導水斷裂帶高度：式中：累計采厚（m）求得6號煤層開采的垮落帶高度為2.603.12m，導水裂隙帶高度為19.8-24.00m，兩帶影響的累計高度為22.4027.12m，6號煤層上距4號煤層23-30m，如開采6號煤層，形成的導水裂隙帶會溝通4號煤層的采空區(qū)。因此開采6號煤層時，應加強探放水防止4號煤層采空后積水對開采6號煤層的影響。（3）據(jù)山西省煤炭工業(yè)局綜合測試中心對10號煤層頂板細砂巖測試結果頂板抗壓強度為39.8MPa，屬中硬巖層；煤層厚度為3.54-7.27m，采用全部垮落法管理頂板，根據(jù)“三下”采煤工藝技術，垮落帶及導水裂隙帶高度經驗公式，計算覆巖破壞高度如下：垮落帶高度：（取+2.2）導水斷裂帶高度：式中：累計采厚（m）求得10號煤層開采的垮落帶高度為12.1315.87m，導水裂隙帶高度為80.80m-155.40m，兩帶影響的累計高度為92.93171.27m，10號煤層上距6號煤層40.00-54.00m，開采10號煤層形成的導水裂隙帶會溝通6號煤層的采空區(qū)，導水裂隙帶可能造成采空區(qū)積水下滲。因此開采10號煤層時，應加強探放水防止6號煤層采空后積水對開采10號煤層的影響。4、井巷工程連通井巷施工過程中揭露并連通了所經過的含水層組，由于巷道壁后封閉止水不良，會使得淺部孔隙水或基巖風化帶裂隙水滲入井下，形成礦井充水，現(xiàn)狀條件下，井筒滲水是鑫隆煤礦充水的形式之一。5、封閉不良的鉆孔導通 按規(guī)定，勘探時施工的各種鉆孔，在工作結束后都要按要求進行封閉，如果封孔質量未達到標準要求，鉆孔就成了煤層與其頂?shù)装搴畬踊虻乇硭g的充水通道。在開采過程中，遇到或接近它們時，就會引起涌水或造成淹井事故。我礦井田內共有19個地質鉆孔，各鉆孔施工年代已久，封孔情況不清，在鄰近開采時應加強探放水工作，各鉆孔坐標位置、孔口標高、終孔深度等參數(shù)具體如下： 鉆孔及井巷見煤點情況一覽表 孔號緯距（X）經距（Y）孔（井）口高程(H)終孔深度(m)終孔層位備注214139200.9119514903.511048.07510.8610號煤下鉆孔824139318.5819516073.161071.48405.4810號煤下鉆孔834136184.1319516681.151083.10130.6810號煤下鉆孔84413623.3519515277.671047.84275.16K2鉆孔1034138407.5619514899.631048.71508.9710號煤下鉆孔1044138063.3119515980.041078.04437.43K1鉆孔1054137355.9019517111.441111.78139.0210號煤下鉆孔1064137377.7619516363.581147.25375.15K1鉆孔1074137207.8219515781.191073.04452.83K1鉆孔1084136843.8719516822.631084.21148.8110號煤下鉆孔1094136720.9819515263.161042.47417.2410號煤下鉆孔1104136453.8819515870.701058.38285.59K1鉆孔1164139141.5019516949.901091.0010號煤下鉆孔1174140147.5519516666.401241.24461.6910號煤下鉆孔1184140136.6919517229.701240.68408.5210號煤下鉆孔1234139821.7819514710.831180.03641.0910號煤下鉆孔1604139982.6019515697.901197.61575.2310號煤下鉆孔1124135223.6619516194.601060.55271.97O2鉆孔1134134839.9219516862.651071.5181.3910號煤下鉆孔第3節(jié) 煤層底板突水系數(shù)計算及帶壓開采分區(qū) 一、煤層底板突水系數(shù)計算 井田內各可采煤層均存在局部奧灰?guī)洪_采區(qū)，開采煤層時是否會發(fā)生煤層底板奧灰突水，可采用突水系數(shù)法進行分析評價。 采用煤礦防治水規(guī)定中的突水系數(shù)公式： T=P/M 式中：T突水系數(shù)，MPa/m； P隔水層承受的壓力，MPa； M煤層底板有效隔水層厚度（m）。 M=h-（h1+h3） 其中：h煤層底板距奧灰頂面的距離（m）； h1煤層底板采動破壞帶深度（m）； h3承壓含水層導升帶高度（m）； 等值隔水系數(shù)，取平均值0.8.根據(jù)計算的突水系數(shù)值，可對帶壓開采區(qū)進行危安區(qū)的劃分：當突水系數(shù)T0.06MPa/m時，為相對安全區(qū)；當突水系數(shù)0.06T0.1MPa/m時，為過渡區(qū)；當突水系數(shù)T0.1MPa/m時，為突水危險區(qū)。計算結果見下表： 完整巖層塊段區(qū)突水系數(shù)計算結果表煤層編號45上610煤層底板距奧灰頂面的距離h（m層底板采動破壞帶深度h1（m）18181818承壓含水層導升帶高度h3（m）3333煤層底板有效隔水層厚度M（m）103.295.279.238.4底板隔水層承受的最大水頭壓力P（MPa）3.332.373.433.32最大突水系數(shù)T（MPa）0.0260.0250.0430.086 斷層附近突水系數(shù)計算結果表煤層編號45上610煤層底板距奧灰頂面的距離h（m層底板采動破壞帶深度h1（m）37373737承壓含水層導升帶高度h3（m）6666煤層底板有效隔水層厚度M（m）85.677.66420.8底板隔水層承受的最大水頭壓力P（MPa）3.332.373.433.32最大突水系數(shù)T（MPa）0.0390.0310.0540.16帶壓開采區(qū)危安區(qū)劃分結果表煤層號煤層底板標高（m）煤層底板隔水層承受的最大水頭（m）煤層底板隔水層承受的最大水壓（MPa）突水系數(shù)T（MPa/m）分區(qū)4803-1100/煤層底板高于奧灰水位，為絕對安全開采區(qū)620-8033333.330.026T0.06MPa，為相對安全區(qū)5上803-1100/煤層底板高于奧灰水位，為絕對安全開采區(qū)670-8032732.730.025T0.06MPa，為相對安全區(qū)6803-1100/煤層底板高于奧灰水位，為絕對安全開采區(qū)580-8033433.430.043T0.06MPa，為相對安全區(qū)10803-1140/煤層底板高于奧灰水位，為絕對安全開采區(qū)573-8032302.300.06T0.06MPa，為相對安全區(qū)540-5733323.320.086T0.06MPa，為過渡區(qū) 二、帶壓開采分區(qū)及奧灰突水危險性評價根據(jù)突水系數(shù)計算結果，對各可采煤層奧灰突水性分析評價如下：（1）4號煤層底板奧灰突水性評價803m-1100m標高段，奧灰水位低于煤層底板標高，在此標高段開采4號煤層，即使有貫穿性導水構造，也不存在煤層底板奧灰突水的威脅，此地段為絕對安全開采區(qū)。620m-803m標高段，奧灰水位高于煤層底板標高，突水系數(shù)T=0.026-0.0390.06MPa/m，在此標高段開采4號煤層，一般情況下不存在煤層底板奧灰突水威脅，但若此區(qū)段有隱伏貫穿性導水構造時，則存在煤層底板奧灰突水危險，此地段為相對安全開采區(qū)。（2）5上號煤層底板奧灰突水性評價803m-1100m標高段，奧灰水位低于煤層底板標高，在此標高段開采5上號煤層，即使存在貫穿性導水構造，也不存在煤層底板奧灰突水的威脅，此地段為絕對安全開采區(qū)。670m-803m標高段，奧灰水位高于煤層底板標高，突水系數(shù)T=0.025-0.0310.06MPa/m，在此標高段開采5上號煤層，一般情況下不存在煤層底板奧灰突水威脅，但若此區(qū)段有隱伏貫穿性導水構造時，則存在煤層底板奧灰突水危險，此地段為相對安全開采區(qū)。（3）6號煤層底板奧灰突水性評價803m-1160m標高段，奧灰水位低于煤層底板標高，在此標高段開采6號煤層，即使存在貫穿性導水構造，也不存在煤層底板奧灰突水的威脅，此地段為絕對安全開采區(qū)。580m-803m標高段，奧灰水位高于煤層底板標高，突水系數(shù)T=0.043-0.0540.06MPa/m，在此標高段開采6號煤層，一般情況下不存在煤層底板奧灰突水威脅，但若此區(qū)段有隱伏貫穿性導水構造時，則存在煤層底板奧灰突水危險，此地段為相對安全開采區(qū)。（4）10號煤層底板奧灰突水性評價803m-1140m標高段，奧灰水位低于煤層底板標高，在此標高段開采10號煤層，即使有隱伏貫穿性導水構造，也不存在煤層底板奧灰突水的威脅，此地段為絕對安全開采區(qū)。573m-803m標高段，奧灰水位高于煤層底板標高，突水系數(shù)T=0.06-0.16MPa/m，0.06T0.1MPa/m，在此標高段開采10號煤層，完整巖層段一般情況下不存在煤層底板奧灰突水威脅，但在斷層附近有奧灰突水危險性；當此區(qū)段有隱伏貫穿性導水構造時，則存在煤層底板奧灰突水危險。在完整巖層區(qū)為相對安全開采區(qū)，在斷層附近則為危險區(qū)。540m-573m標高段，奧灰水位高于煤層底板標高，突水系數(shù)T=0.086-0.16MPa/m，T0.06-0.1MPa/m。在此標高段開采10號煤層，在完整巖層區(qū)為過渡區(qū)，在斷層附近則為危險區(qū)。當此地段存在隱伏貫穿性導水構造時，奧灰突水危險性大。斷層（陷落柱）等地質構造破壞隔水底板的完整性，降低隔水層厚度和抗、隔水性能，成為底板突水的潛在通道，是最容易發(fā)生突水的區(qū)段，也是礦井防治水的重點。在帶壓開采過渡區(qū)及危險區(qū)開采煤層時，必須根據(jù)實際情況采取留設防水煤柱或其它安全措施才能進行采掘作業(yè)。礦井生產應采用物探方法探測井田內的隱伏斷層和陷落柱，落差較大的斷層和陷落柱要留設防隔水煤柱或進行注漿工程。同時在生產過程中，通過直流電法或（井上或井下）鉆探對煤層的底板承壓含水層灰?guī)r探測后，建議在帶壓開采區(qū)內進行采掘作業(yè)時，采取物探和鉆探措施，查明采掘工作面前方隱伏構造及已知構造的導水性。同時對灰?guī)r含水層的水文地質特征，尤其富水部位進行認真探查，為帶壓開采提供準確的參考數(shù)據(jù)，從而采取針對性的防治奧灰水突水措施。 三、首采工作面帶壓開采情況 （1）10401綜采工作面 1、工作面位置10401綜采工作面位于我礦井田南部，所在煤層為10#煤，采區(qū)為四采區(qū)，地面標高1095.0m1232.6m，煤層底板標高687m855m。地表地形多為坡、溝和耕地，工作面對應于地表黃土丘陵區(qū)，溝谷縱橫，工作面范圍內無任何建筑物、公路、河流分布。 2、工作面設計參數(shù)10401綜采工作面可采長度578m，傾斜長155.8m，可采面積為90052.4m2，煤層厚度6.23m，容重1.35m3/t，工業(yè)儲量92.84萬噸，采高2.6m，放頂煤高度為3.63m，回采率93%，可采儲量為68.32萬噸。 3、工作面四周采掘情況10401綜采工作面井上下位置及四鄰情況：工作面上下部均無巷道形成，東鄰南翼總回風巷二；北鄰10#煤西回風、軌道、皮帶下山，工作面順槽在此巷道開口；西部為尚未掘進的10403運輸順槽，其間留設保安煤柱30m；南部為原喬家溝煤礦采空區(qū)，期間留設50米保安煤柱。 4、工作面地質構造情況（1）褶曲情況及其對回采的影響 根據(jù)工作面順槽實際揭露煤層資料顯示，該工作面煤層為南-北走向，東西傾向，傾角6-16，工作面構造簡單，為單斜構造，煤的普氏硬度為F=2.5-3。（2）其他因素對回采的影響（陷落柱、火成巖等）在兩順槽掘進的過程中未發(fā)現(xiàn)有陷落柱、火成巖等，也無巖漿巖侵入活動，預計回采工作面也不會出現(xiàn)陷落柱、火成巖等。（3）斷層情況及其對回采的影響 在工作面回風順槽125m處，運輸順槽280m處及回風順槽143m處遇到斷層,斷層走向為東西63。,斷層落差5-8米，屬于正斷層，對工作面回采有一定的影響。本工作面地質構造復雜程度屬于簡單型。 5、工作面煤層賦存情況及頂?shù)讕r性本掘進工作面布置在10號煤層，位于太原組中段底部，為本組主要可采煤層。上距6號煤層44.84m，煤層厚3.547.27m，平均6.23m。結構簡單復雜，含夾矸05層，夾矸厚度為0.080.66m，多為0.050.22m。賦存區(qū)內為厚度、層位穩(wěn)定的全區(qū)可采煤層。 煤層頂板情況表 頂?shù)装迕Q巖石類別厚度/m巖 性 描 述頂板老頂L1石灰?guī)r7.0深灰色，含有動物化石及其碎片，兩層石灰?guī)r中間一般夾有一層平均厚度為1.48m的黑色泥巖或鈣質泥巖。直接頂砂質泥巖或細砂巖2.0灰色，含有植物化石碎片。底板直接底泥巖、砂質泥巖1.0灰色,砂質泥巖，多含植物化石碎片。老 底L0石灰?guī)r1.3深灰色L0石灰?guī)r，致密堅硬，裂隙中充填方解石脈，含有動物化石，下部具有凹凸不平的溶蝕裂隙面，并充填有炭屑。6、工作面帶壓開采情況及防治措施 10401綜采工作面位于我礦井田南部，煤層底板標高687m855m，屬573m-803m標高段，奧灰水位高于煤層底板標高，突水系數(shù)T=0.06-0.16MPa/m，0.06T0.1MPa/m，在此標高段開采10號煤層，完整巖層段一般情況下不存在煤層底板奧灰突水威脅，但在斷層附近有奧灰突水危險性；當此區(qū)段有隱伏貫穿性導水構造時，則存在煤層底板奧灰突水危險。在完整巖層區(qū)為相對安全開采區(qū)，在斷層附近則為危險區(qū)。10401綜采工作面在回采之前，必須先利用瞬變電法物探儀對工作面底板富水區(qū)域和隱伏構造進行探查，并圈定出可能發(fā)生的突水危險區(qū)，然后再對異常區(qū)進行鉆探驗證，確保安全生產。 （2）4001綜采工作面 1、工作面位置4001綜采工作面位于我礦井田北部，所在煤層為4#煤，采區(qū)為一采區(qū)，地面標高1209.0m1235.1m，煤層底板標高682.2m785.9m。地面位置多為梯田、荒溝、荒山，該區(qū)為第三四系黃土覆蓋，工作面對應位置為虎疙瘩，地表為黃土丘陵區(qū)，溝谷縱橫。工作面范圍內無任何建筑物、公路、河流分布。 2、工作面設計參數(shù)4001綜采工作面傾斜長度1220m，可采長度1150m，傾斜長150m，可采面積為172500m2，煤層厚度1.0m，容重1.45m3/t，可采儲量為25.01萬噸。 3、工作面四周采掘情況4001綜采工作面井上下位置及四鄰情況：工作面上下部均無巷道形成，東鄰4#煤北軌道和北回風大巷，工作面順槽在此巷道開口；北鄰4002膠帶進風順槽，其間留設保安煤柱30m；西、南部無采掘巷道布置，均為實體煤巖層。 4、工作面地質構造情況（1）、褶曲情況及其對回采的影響 根據(jù)工作面順槽實際揭露煤層資料顯示，該工作面煤層為南-北走向，東西傾向，傾角8-14，平均10左右，工作面構造簡單，為單斜構造，煤的普氏硬度為F=2-3。（2）、其他因素對回采的影響（陷落柱、火成巖等）在兩順槽掘進的過程中未發(fā)現(xiàn)有陷落柱、火成巖等，也無巖漿巖侵入活動，預計回采工作面也不會出現(xiàn)陷落柱、火成巖等。（3）、斷層情況及其對回采的影響 根據(jù)地質報告及4001綜采工作面現(xiàn)場揭露情況，在4001軌道回風順槽工作面588m處遇一正斷層，落差為5m，將會對回采產生一定的影響。本工作面地質構造復雜程度屬于簡單型。 5、工作面煤層賦存情況及頂?shù)讕r性4001綜采工作面布置在4#煤層中，4號煤層位于山西組中下部，煤層厚度0.901.12m，平均1.00m，資源量估算厚度0.7-1.28m，煤層結構簡單，一般不含夾矸。該煤層層位較穩(wěn)定，但厚度變化較大。4#煤層頂板：為細砂巖、泥巖、厚度約1.2-27.5m左右，巖性致密堅硬，局部為泥巖、砂質泥巖；底板：巖性為泥巖、砂巖，厚度0.60-6.50m，平均3m左右，質軟，局部為中細砂巖或粉砂巖。 煤層特征情況表各項指標參數(shù)備注煤層厚度（最大-最小/平均）m0-1.28平均0.54煤層傾角（最大-最小/平均）m8-14平均10煤層厚度f2-3煤層層理（發(fā)育程度）清晰煤層節(jié)理（發(fā)育程度）較發(fā)育煤層自然發(fā)火情況容易自然6、工作面帶壓開采情況及防治措施 4001綜采工作面位于我礦井田北部，煤層底板標高682.2m785.9m，屬620m-803m標高段，奧灰水位高于煤層底板標高，突水系數(shù)T=0.026-0.0390.06MPa/m，在此標高段開采4號煤層，一般情況下不存在煤層底板奧灰突水威脅，但若此區(qū)段有隱伏貫穿性導水構造時，則存在煤層底板奧灰突水危險，此地段為相對安全開采區(qū)。4001綜采工作面在回采之前，必須先利用瞬變電法物探儀對工作面底板富水區(qū)域和隱伏構造進行探查，并圈定出可能發(fā)生的突水危險區(qū)，然后再對異常區(qū)進行鉆探驗證，確保安全生產。第4節(jié) 礦井防治水保障體系經過近幾年的不斷補充和完善，我礦現(xiàn)已建立了一套行之有效的防治水保障體系，包含防治水組織機構、探放水隊伍、防治水設備材料、防治水規(guī)章制度和防治水專業(yè)人員培訓等。具體涉及的方面詳述如下：1、 成立帶壓開采防治水工作領導組： 1、組織機構 為有效遏制水害事故發(fā)生，保障煤礦安全生產和職工生命安全，特成立帶壓開采防治水領導機構，以礦長為組長，總工程師、機電、生產、安全副礦長以及通風、機電、地測副總為副組長，成員包括各科室科長及相關人員，各司其職，下設防治水辦公室，同時設立保安隊為探放水隊伍，對有關人員的主要職責進行了詳細的分工。組 長：任永平（礦 長）副組長：陳署生（總工程師） 任志忠（安全礦長） 呂喜生（機電礦長） 王建平（生產礦長） 劉繼林（通風礦長） 張喜平（地測副總） 張彥龍（機電副總） 許貴才（通風副總） 成 員：高仁旺（調度主任） 胡建平（技術科長） 靳江榮（地測科長） 劉巨才（機電科長） 王蟬清（安監(jiān)科長） 毛劍雄（通風科長） 高建平（設備科長） 馮衛(wèi)平（供應科長）領導組下設辦公室，辦公室設在地測科，地測副總任辦公室主任，辦公室成員：地測科及其他相關科室人員。2、 責任劃分 A、領導組職責：礦長：是帶壓開采防治水的組長，負責定期組織召開專題會議，分析掌握采掘情況，確定帶壓開采防治水的重點區(qū)域和工作面。總工程師：在組長的領導下，負責帶壓開采防治水技術管理，督促地測部門做好圖紙資料管理、水文地質收集分析預報、日常探放水技術措施編制及防（隔）水煤柱的設計上報工作，認真分析采掘情況，確定帶壓開采防治水重點區(qū)域和工作面，制定帶壓開采防治水的措施，為組長及時提供帶壓開采技術資料。生產礦長：在組長的領導下，組織實施帶壓開采防治水的方案，督促現(xiàn)場落實有關措施。機電礦長：在組長的領導下，重點落實排水、供電、通訊及其有關的事項。通風礦長：在組長領導下，負責物資的儲備和調撥，做到隨調隨到。安全礦長：在組長領導下，負責防治水各項措施的監(jiān)督、把關。B、各成員職責：（1）技術科負責參與帶壓開采防治水方案的制定，監(jiān)督隊組嚴格執(zhí)行有關的帶壓開采措施。 （2）地測科負責帶壓開采防治水方案的制定，防治水的日常管理，水文地質收集分析預報，探放水措施的編制，充水圖的繪制及防（隔）水煤柱的設計上報工作。（3）安監(jiān)科負責防治水各項措施的執(zhí)行監(jiān)督情況。（4）供應科、機修車間要常備大流量水泵、排水管路、閥門、螺絲等搶險材料（或者在集團公司供應處庫房儲備，供應科要有儲備明細，并能做到隨調隨到），并將明細報帶壓開采辦公室。（5）機電科應保證井下各排水點雙回路供電正常，防止越級頂閘，并定期檢查排水設