带压开采安全技术措施.docx
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1、带压开采安全技术措施 一、概况根据山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室晋煤重组办发2009112号文关于吕梁市兴县、石楼县煤矿企业兼并重组整合方案的批复文件批准,由山西华润联盛能源投资有限公司对原兴县车家庄煤矿、原山西兴县东坡煤业有限公司、原山西兴县程家沟煤业有限公司进行兼并重组整合,兼并重组整合后煤企业名称为山西兴县华润联盛车家庄煤业有限公司。该矿现持有山西省国土厅2014年12月颁发的采矿许可证,证号C1400002009121220050465,批准开采6-13号煤层,生产规模90万吨/年,井田面积6.4916km2。该矿现为生产矿井,采用斜立井开拓方式。13号煤层采用走向长壁后退
2、式综合放顶煤回采工艺,全部垮落法管理顶板。为了合理开发有限的煤炭资源,保证该矿开采的安全,使矿井能够“持续、高效、安全、有序、环保、健康”的发展,按照煤矿安全国家有关规定,特编制带压开采安全技术措施。 二、地质概况(一)地层 本井田位于河东煤田北部。在区域上,基岩大部分被新生界所覆盖,仅在沟谷中有所出露,其出露大致呈东老西新的情况,由老到新依次有太古界界河口群、吕梁山群,元古界野鸡山群、黑茶山组、震旦系汉高山组,古生界寒武系中统、上统,奥陶系下统、中统,石炭系中统、上统,二叠系下统、上统,中生界三叠系下统、中统,新生界上第三系、第四系。 (二)构造该井田总体构造表现为一单斜构造,倾向南东,地层
3、倾角69,井田内煤层开采时未发现断层构造;建矿以来未做过矿压测试,生产建设过程中未发现天窗、矿压及地热异常现象。车家庄煤业在对13号煤层开采过程中共发现3个陷落柱,其中X1陷落柱发育于井田西北部,为原兴县程家沟煤业有限公司巷道揭露,呈近圆形,直径50m,陷壁角70;X2陷落柱发育于井田东北部,为原兴县东坡煤业有限公司开采13号煤层时揭露,呈椭圆形,短轴70m,长轴100m,陷壁角70;X3陷落柱发育于井田东南部,为原车家庄煤矿开采13号煤层时揭露,呈椭圆形。该井田在以往地质勘查过程中,未发现有岩浆岩活动。本井田构造属简单类型。(三)可采煤层井田内可采煤层有山西组的4(未批采)、6、8-2号煤层
4、和太原组的13号煤层(见可采煤层特征表3-2-1)。可采煤层特征表 表3-2-1煤层号煤层厚度层间距夹矸层数结构顶板岩性底板岩性可采性稳定性最小-最大平均最小-最大平均40.26-1.951.1910.92-20.600简单泥岩、砂岩泥岩、砂质泥岩局部可采不稳定60-1.480.9015.2510.55-22.550简单泥岩、砂岩泥岩、砂质泥岩局部可采不稳定8-20.60-2.211.6417.2262.56-72.510-1简单泥岩、砂质泥岩泥岩全区可采稳定139.84-13.9512.6066.211-5简单-复杂泥岩、粘土岩泥岩、粘土岩全区可采稳定1、4号煤层:位于山西组上部,下距6号煤
5、层10.92-20.60m,平均15.25m。煤层厚度0.26-1.95m,平均1.19m。煤层可采性指数Km=0.78,煤厚变异系数=50%。不含夹矸,结构简单。东部剥蚀无煤。煤层顶、底板均为泥岩。属局部可采的不稳定煤层。4号煤层厚度有一定变化,可采范围位于井田西北部和西南部,煤层厚度变化无规律(见4号煤层厚度等值线图4-1-1)。2、6号煤层:位于山西组中段,下距8-2号煤层10.55-22.55m,平均17.22m。煤层厚度0-1.48m,平均0.90m。煤层可采性指数Km=0.67,煤厚变异系数=64%。不含夹矸,结构简单。东部剥蚀无煤。煤层顶板为泥岩、中、粗粒砂岩,底板为泥岩、砂质泥
6、岩。属局部可采的不稳定煤层。6号煤层厚度有一定变化,可采范围位于井田北部和南部,煤层厚度变化无规律(见6号煤层厚度等值线图4-1-2)。3、8-2号煤层:位于山西组下段,下距13号煤层62.56-72.51m,平均66.21m。煤层厚度0.60-2.21m,平均1.64m。煤层可采性指数Km=0.89,煤厚变异系数=33%。含0-1层夹矸,结构较简单。东部剥蚀无煤。煤层顶板为泥岩、砂质泥岩,底板为泥岩。属稳定可采煤层。8-2号煤层厚度变化表现为中西部较厚,北部、东部、南部变薄(见8-2号煤层厚度等值线图4-1-3)。 4、13号煤层:位于太原组下段。煤层厚度9.84-13.95m,平均12.6
7、0m。煤层可采性指数Km=1.00,煤厚变异系数=12%。含1-5层夹矸,结构简单-复杂。东北部局部剥蚀。煤层顶板为泥岩、砂质泥岩、粘土岩,底板为泥岩、砂质泥岩、粘土岩。属稳定可采煤层。13号煤层厚度变化不大,变化无规律(见13号煤层厚度等值线图4-1-4)。 三、矿井水文地质 (一)井田边界及水力性质井田南北长3.525km,东西宽3.025km,面积6.4916km2。井田范围由以下9个拐点坐标顺次圈定(见表1-2-1)。井田边界拐点坐标一览表 表1-2-1点号1954年北京坐标系(3带)1980年西安坐标系(3带)X坐标Y坐标X坐标Y坐标1 4262200375140004262152.
8、1037513929.362 4262200 37515000 4262152.1137514929.37 3 4261200 37515000 4261152.10 37514929.37 4 4259925 37516130 4259877.09 37515059.375 4259005 37515525 4258957.09 37515454.38 6 4258675 37513960 4258627.0837513889.37 7 4260040 37513200 4259992.09 37513129.36 8 4260500 37512500 4260452.09 37512429
9、.36 9 4261000 375126004260952.09 37512529.36 (二)含水层 井田的含水层自上而下有:1)、第四系全新统松散岩类孔隙含水层组分布在黄土丘陵区的现代河流一、二级阶地上,含水层以冲洪积砂砾石层为主,该含水层埋藏浅,易接受大气降水和地表水的入渗补给,一般单井出水量100-500m3/d,能得到地表水的入渗补给地段,富水性较强,反之则弱。2)、第四系上更新统松散岩类裂隙含水层组分布在丘陵区梁峁之上,含水层为黄土状亚砂土、亚粘土,局部夹砂砾石层,由于现代河流的冲刷、侵蚀,使该地层支离破碎,破坏了含水层的补给及储水条件,因而该含水层组水量甚微。3)、上第三系上新统
10、松散岩类裂隙含水层组该地层主要分布在沟谷两侧的基岩顶面上,含水层为浅红色亚粘土夹砂砾石层,局部砾石呈透镜状。山西省地矿局第一水文队山西省兴县东部乔家沟岩溶水水源勘查报告对全境内该含水层的泉水调查116个,泉流量10100m3/d的占30%,其它均10m3/d。4)、三叠系碎屑岩类裂隙含水层组区域西部沟谷中出露该地层,含水层以砂岩为主,裂隙较少,接受降水入渗补给条件差,富水性很弱,一般单井出水量10m3/d。5)、二叠系碎屑岩类裂隙含水层组分布在魏家滩至后发达一线,含水层以砂岩为主,该地层以砂岩、泥岩相间,直接接受大气降水补给,据调查各村中的吃水井大多取自本组地下水,一般单井出水量1020m3/
11、d,水质类型为HCO3NaCaMg型及HCO3SO4NaCaMg型。6)、石炭系太原组碎屑岩及碳酸盐岩类裂隙含水层组分布在斜沟关家崖车家庄一线,含水层以层间砂岩裂隙为主,厚1020m,局部夹薄层灰岩,根据钻孔资料,关家崖矿区内见有三层灰岩,单层厚度0.112.24m,裂隙不发育。该含水层组地下水以弱承压水为主,富水性弱,涌水量一般10m3/d,水质类型为HCO3SO4CaMg型。7)、奥陶系碳酸盐岩类岩溶、裂隙含水层组含水层岩性以巨厚层灰岩、豹皮灰岩、白云质灰岩为主,总厚度330400m,主要分布在奥家湾斜沟以东地区,以西逐渐倾没于石炭系、二叠系地层之下。其富水性受含水层厚度、岩溶裂隙发育程度
12、以及补给、径流条件的控制,在水平和垂直方向上都具有明显的差异性和规律性。在水平方向上:补给区位于木崖头交口以东地区,出露地层以奥陶系下统白云质灰岩、白云岩为主,厚100120m,富水性较差,一般单井涌水量1000m3/d;径流区在斜沟车家庄以东地区,含水层以奥陶系中统上、下马家沟组地层为主,厚210360m,富水性渐好,单井涌水量可达10002000m3/d;斜沟车家庄以西地区为岩溶水汇流区,奥陶系地层全倾伏于石炭、二叠系地层之下,其富水性最强,单井涌水量一般可达2000m3/d以上。在垂直方向上:一般埋深400600m之间岩溶裂隙比较发育,而400m以上大多被红粘土充填,600m以下则裂隙发
13、育较差,富水性也较差。8)、寒武系碳酸盐岩类岩溶、裂隙含水层组寒武系地层出露于区域岩溶水补给区,主要分布在明通河、界河口附近的山地附近。含水层为灰岩、竹叶状灰岩,鲕状灰岩、白云岩等,总厚度150-180m。恶虎滩一带寒武系地层分布在变质岩之上,在沟谷切割深处,地下水沿隔水顶板以泉的形式溢出,泉流量一般为2L/s,富水性较好,单井涌水量为500-1000m3/d。 (三)隔水层主要隔水层为石炭系本溪组泥岩隔水层,它位于煤系地层的底部,以一套泥岩、粘土岩、铝土岩为主的地层,它是煤系地层中的主要煤层和奥陶系含水岩层组之间的重要隔水层。该组地层厚度平均为33.04m,其中泥岩及粘土岩占地层厚度的709
14、0%,是良好的隔水层。四、对奥陶系灰岩水带压开采的可行性分析 奥陶系地层出露于矿区外西部,峰峰组石灰岩是本区煤系地层下伏的主要含水层。岩性为质纯、致密、性脆的石灰岩、泥灰岩,裂隙稍发育,一般被方解石充填,局部偶见有封闭式小溶洞,可见有角砾状石灰岩,棱角状灰岩碎块被泥灰岩胶结,厚度70.05m,属于弱富水性岩溶裂隙含水层。上马家沟组主要为石灰岩、泥灰岩、白云质灰岩,具裂隙,但大都被方解石脉或石膏充填,含水性不大。属于弱富水性岩溶裂隙含水层。本井田奥灰水水位标高为840-858m。井田内13103工作面在井田东南部低于奥灰水水位标高,在开采过程中,由北向南带压程度逐步加大,奥灰水对我矿安全生产是否
15、构成严重的安全威胁,我矿能否进行带压开采,是我们首先需要进行分析研究的问题。井田内奥灰水水位标高在840-858 m之间,高于井田东南角13号煤层的最低标高(+768m),对本井田东南角13103工作面开采有充水影响,下面计算13103工作面底板最低点奥灰水突水系数,以预测13号煤层奥灰水突水的可能性。 (一)突水系数计算:计算公式:K=P/M式中 K突水系数(MPa/m)M底板隔水层有效厚度(m),取本溪组及山西组13号煤层下部地层厚度,做为有效厚度。13103工作面底板最低点标高为768m;对应的奥灰水位为850m;底板隔水层有效厚度为52.3m。 P隔水层底板承受的静水压力(MPa) P
16、=(Ho-H1+M)0.0098 13103工作面隔水层底板承受的静水压力:P3#=(Ho-H13#+M3#)0.0098=(850m-768m+52.3)0.0098=1.316MPa 其中 Ho奥灰岩溶水水位标高(m) H1煤层底板最低标高(m) M底板隔水层有效厚度(m)把以上参数代入公式进行突水系数计算如下:13103工作面的突水系数:K13#=P13#/M13#=1.316MPa/52.3m=0.025MPa/m根据矿井防治水规定和山西兴县华润联盛车家庄煤矿实际生产情况看,具有构造破坏的地区,安全突水系数临界值按0.06MPa/m考虑,无构造破坏的地区,安全突水系数临界值按0.10M
17、Pa/m考虑。根据以上计算可知,井田内13103工作面最低点奥灰水突水系数为0.025MPa/m,小于受构造破坏区临界突水系数值0.06MPa/m,因此我矿现开采无突水危险,工作面回采是安全的。(2) 安全隔水层厚度计算: 计算公式: t=式中:t安全隔水层厚度(m);L巷道底板宽度(m),结合现有井下开采实际情况,巷道底板宽度取4m;r底板隔水层的重度(MN/m3),查山西兴县华润联盛车家庄煤业有限公司煤矿水文地质报告可知,13103工作面底板隔水层岩性为泥岩、砂质泥岩为主,经测定,底板隔水层的平均重度为0.0294MN/m3;Kp底板隔水层的平均抗拉强度(MPa),查山西兴县华润联盛车家庄
18、煤业有限公司煤矿水文地质报告可知,13103工作面底板隔水层岩性为泥岩、砂质泥岩为主,经测定,底板隔水层平均抗拉强度为0.6 MPa;P底板隔水层承受的水头压力(MPa),根据以上计算可知,13号煤层隔水层底板承受的静水压力为1.316MPa;根据以上公式算出的安全隔水层厚度,与矿井底板有效隔水层厚度比较,若: 1)底板隔水层实际厚度大于计算值时,则可认为底板稳定,开采安全,可以正常采掘。2)底板隔水层实际厚度小于计算值时,则可认为底板不稳定,开采不安全,要保证安全生产,必须采取安全措施。把以上参数代入公式进行安全隔水层厚度计算如下:13103工作面底板安全隔水层厚度:T13#=8.72m 1
19、3103工作面底板安全隔水层厚度为8.72m,而13103工作面底板隔水层有效厚度为52.3m,底板隔水层有效厚度大于底板安全隔水层厚度,符合第(1)种情况,即一般情况下13103工作面巷道掘进是安全的。根据以上突水系数和安全隔水层厚度计算值可知,工作面采煤或巷道掘进均是安全的,可以带水压开采,但为确保安全,仍要制定带压开采安全技术措施。四、承压水体上开采技术方案1、深降强排采用疏水井巷、疏水钻孔,将含水层水位降低至开采水平以下难度大,但可以适当降低水位标高,以保证安全开采。但疏水工程量大,设备多,电耗大,投资大;若井田内有奥灰,水量大、补给充足,难以实现深降强排方案。2、外截内排 先采用帷幕
20、注浆,截堵补给水源。再疏干降压,将承压水水位降至开采水平以下。要求水文地质条件清楚,补给径流集中,帷幕截流工程易施工。3、带压开采 在开采过程中利用隔水层阻力,防止底板突水。承压水水位高于开采水平,底板要有足够的强度能承受承压水的压力。带压开采方案经济,但要探明水文地质条件,进行论证,并采取安全措施。4、综合治理、带压开采带压开采,开采前,堵截地下水补给水源并进行疏水降压,开采期间可以对部分低阻异常区进行底板改造,增加隔水层厚度,保证正常安全开采,该方案既安全又经济。根据以上方案对比,综合治理、带压开采方案较为可行。 五、带压开采方案(一)做好水文地质基础工作、加强动态观测1、建立水文动态监测
21、系统,并坚持长期观测,逐步掌握地下水动态的可靠资料,为确定防治水方法及确保矿井的安全提供保障。2、在实际生产过程中,坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘(采)、先治后采”的探放水原则,采取“物探先行、化探跟进、钻探验证”的综合探测手段,及时处理生产中遇到的水害隐患。我矿配备有3台ZLJ-400型液压架柱式回转钻机(钻进能力在200米以上)、1台ZLJ-950型探水钻机、1台ZLJ1250型探水钻机(各采掘面严格按照山西兴县华润联盛车家庄煤业有限公司探放水设计进行钻探验证)和一台YCS-40矿用本安型瞬变电磁仪(各采掘面严格按照山西兴县华润联盛车家庄煤业有限公司物探管理制度进行物探先行),并已成立
22、专职探放水队。3、矿井在今后的生产过程中,加强水文地质工作,按规定留设各种防水煤柱,及时发现导水裂隙及隐伏构造导水通道,及时处理,杜绝水害事故发生。4、认真收集各类相关资料,并进行整理,完善矿井有关的水文地质图件,并在生产中不断分析、不断总结,为逐步进入低水平的安全开采奠定坚实的基础。5、在日常工作中严格执行水文地质的有关规程、规定、操作规范以及上级部门下发的各类有关水文地质工作的文件、决定、决议,确保我矿的水文地质工作全面、顺利地开展。 (二)带压开采防治水安全措施由于受到奥灰水的影响,矿井一旦发生突水,将面临全井淹没的威胁。因此加强我矿井下防治水工作需要各级领导及各相关部门齐抓共管,认真做
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