1、礦井帶壓開采安全技術措施一、礦井概況1、地理位置：山西呂梁中陽付家焉煤業(yè)有限公司位于呂梁市中陽縣西北11Km處的付家焉村，行政區(qū)劃屬中陽縣張子山鄉(xiāng)管轄。其地理坐標為東經(jīng)111 06' 15 111 8' 57，北緯 37 27' 01 37 28' 36。2、基本情況：根據(jù)山西省煤礦企業(yè)重組整合領導組晉煤重組辦發(fā)200945號文件批復的企業(yè)重組整合方案和2009年 11 月 3日山西省國土資源廳發(fā)放的C140000200911122004161第采礦許可證批準，山西呂梁中陽付家焉煤業(yè)有限公司重組整合后，井田呈梯形，井田東西長約3.98km，南北寬2.95km,面

2、積9.1156kmf,批準開采4-10號煤層。3、煤層情況：本井田含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組。山西組平均厚度 71.53m,含01、02、1、3、4、4下、5號煤層，其中 4號煤層為可采煤層。可采煤層平均厚0.64m， 可采含煤系數(shù)0.9%。太原組平均厚度 80.84m,含6、7、8、9、10、11、12號煤層，其中9、10號煤層為穩(wěn)定可采煤層。煤層平均總厚 7.53m,含可采煤層平均厚6.02m,可采含煤系數(shù)7.4%。煤系地層總厚152.37m， 含煤總厚9.42m， 可采煤層平均厚6.66m，可采含煤系數(shù)4.4%。4、礦井水文地質(zhì)4.1 主要含水層1）奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含

3、水層:本地層在井田內(nèi)全部被覆蓋，埋藏于井田深部，地層厚度大，分布廣泛， 溶洞和裂隙發(fā)育，具有良好的含水空間，富水性強，水量大，水質(zhì)較好，是井田主要含水層。據(jù)2004年在東北邊界處2km處施工的大土河焦煤公司9號水源井和2006年在井田東南部原裕祥煤礦工業(yè)廣場施工的水源井資料，9 號水源井奧灰水位標高為805.46m， 出水量為195.60m3/h 。裕祥水源井奧灰水位為 805.167m,出水量為55n3/h。根 據(jù)以上水源井資料和區(qū)域水力坡度推測井田內(nèi)奧灰水位在802-805m，井田大部地段煤層底板標高低于奧灰水位，屬于帶壓開采，在開采時要防范奧灰水突水事故的發(fā)生。2）石炭系上統(tǒng)太原組灰?guī)r巖

4、溶裂隙含水層太原組含水層主要為三層石灰?guī)r，從上到下為L5、L4、L1,總厚約25.55m,灰?guī)r裂隙較發(fā)育，巖芯較破碎。鉆孔在灰?guī)r地層中，大部 分出現(xiàn)孔漏的情況，含水層頂板埋深在85-280m左右。據(jù)離石詳查勘探資料，單位涌水量井田東北側 2.5km處12號孔為0.0047L/S m, 井田東南側4km處20號孔為0.207 L/s m,水位標高分別為929.44m 和946.67m,屬弱-中等富水含水層。3）二疊系碎屑巖類砂巖裂隙含水層井田內(nèi)含水層無出露，含水層以細、中粗砂巖為主，平均厚度17.90m.含水層裂隙不發(fā)育，富水性弱.頂板埋深為38-210 m左右。單 位涌水量12號孔為0.000

5、8L/S m, 20號孔為0.0022 L/s m,水位標高分別為955.62m和972.04m。從區(qū)域上看，該含水層不連續(xù)，富水性弱。4）第四系、上第三系孔隙含水層第四系中、上更新統(tǒng)出露高，補給條件差，含水層連續(xù)性差，基本屬透水不含水層。全新統(tǒng)主要分布于井田較大溝谷中，含水層以砂礫石層為主，厚度小，富水性也較弱。上第三系上新統(tǒng)間斷出露于井田溝谷中，含水層為砂礫巖，民井出水量小于10t/d 。4.2 主要隔水層1）山西組隔水層山西組 5 號煤以下至太原組L5 灰?guī)r之間是以泥巖為主，砂、泥巖互層的一套地層，厚度13.00m左右，連續(xù)穩(wěn)定，其中泥巖、粘土巖隔水性好，可視為山西組與太原組之間良好的隔

6、水層。2）本溪組隔水層本溪組平均厚32.78m,巖性主要為泥巖、鋁土巖、粉砂巖和砂巖，該組有時夾薄層石灰?guī)r或薄煤層，其中泥質(zhì)巖隔水性能好，在區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定，是良好的隔水層。4.3 含水層補、徑、排條件奧陶系巖溶水的補給主要是井田外基巖裸露區(qū)大氣降水和地表水的入滲補給。井田內(nèi)奧灰水屬區(qū)域巖溶水徑流區(qū)，巖溶水由西向東南方向運移，最終排向神頭泉。石炭系、 二疊系砂巖裂隙水，在接受大氣降水和季節(jié)性河流以及上覆含水層的入滲補給后，順巖層傾斜方向運移，上部含水層在溝谷中以侵蝕下降泉的形式排泄，下部含水層順層排出井田外。4.4 礦井充水因素分析1)、大氣降水和地表水體本區(qū)年降水量為374.4mmr577.7mm

7、屬于干旱地區(qū)，本井田內(nèi)無常年性地表河流，僅雨季溝谷中有季節(jié)性短暫小溪流和洪水排泄，井田地形坡度較陡，植被不發(fā)育，有利于自然排水，入滲補給地下水條件差， 只在基巖露頭的溝谷中有少量的入滲，對于山西組砂巖含水層，由于其上有較多隔水層分布，接受大氣降水的直接補給很少。井田西部以外有南川河由南向北流過, 平常水量不大, 只有在雨季才有較大的洪水流過，井田南部以外有高家溝水庫, 水庫內(nèi)蓄水也基本干涸 , 總之，大氣降水和地表水體對礦井直接充水影響較小。但從大范圍來說，在周圍基巖露頭區(qū)，大氣降水和地表水應該是各含水層的重要補給來源。2) 、頂板裂隙水本井田批采4-10 號煤層，其中4 號煤層直接充水含水層

8、是山西組砂巖裂隙含水層，屬弱富水含水層，9 、 10 號煤層直接充水含水層為太原組巖溶裂隙含水層，均屬弱-中等富水含水層，根據(jù)整合前各煤礦開采情況，井下頂板淋水均很小，頂板裂隙水對礦井生產(chǎn)影響不大。開采下部9 號、 10 號煤層，其9 號煤層直接頂板為砂巖，10 號煤層直接頂板為砂巖、砂質(zhì)泥巖，均為中硬巖石，全部冒落管理頂板時，根據(jù)三下采煤規(guī)程冒裂帶最大高度計算公式得出，冒落帶(H1)、導水裂隙帶(H2)的高度可用下式計算：H1=Att 2.2H2=A2t 5.6H3=20 屈 +10式中，A1=100Em/(4.7 中m+19.0), A2=10(Em/(1.6 中m+3.6), 12 m為

9、開采煤層累積厚度，本礦4號煤層最大采空高度為2.00m, 9 號煤層最大采空高度為1.55m, 10號煤層最大采空高度為7.12m。求得開采4號煤層頂板冒落帶高度4.84-9.24m,導水裂隙帶最 大高度35.01-38.28m ; 4號煤層開采不會影響到地表。求得開采9號煤層頂板冒落帶高度3.70-8.10m,導水裂隙帶最 大高度 31.09-34.90m ; 4、9 號煤層間距為 61.25-70.30m，平均 65.50m。 因此，開采9號煤層的頂板導水裂隙不會上通到上部4號煤層采空區(qū)，4號煤層采空區(qū)積水對9號煤層開采構不成突水威脅。求得開采10號煤層頂板冒落帶高度為11.37-15.7

10、7m,導水裂隙 帶最大高度為63.37-64.98m。9、10號煤層間距為0-7.40m ,平均3.71m。 4號煤層可采地段與10號煤層間距為66.20-75.10 m 。因此開采10 號煤層的頂板導水裂隙將會延伸到上部9號煤層采空區(qū)，但不會上延到4號煤層采空區(qū)，所以將來開采10號煤層時應對上部9號為煤層 采空區(qū)積水進行探放，確保安全生產(chǎn)。但4號煤層采空區(qū)積水不會對 10號煤層開采造成充水威脅。3）、深部奧灰水井田奧灰水位標高802-805m,而可采煤層4、9、10號煤層底板 標高為520-900 m,由此推斷本井田批采的4、9、10號煤層底板在 井田中西部地段均位于奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙

11、含水層水位之下， 即煤層底板標高805m以下地段均屬帶壓區(qū)。即4#1層為井田可采范 圍西部為帶壓區(qū)，9#1層為全部帶壓，10#1層除井田東南邊界附近 不帶壓外，其余地段均帶壓。根據(jù)奧灰突水系數(shù)計算公式來計算奧灰 巖溶水對井田4、9、10號煤層的影響。p突水系數(shù)計算公式：Ts=M P=（H0-H1+M X 0.0098式中：Ts突水系數(shù)，MPa/mP一隔水層底板承受的靜水壓力，MPaM一底板隔水層厚度，m;H1煤層底板最低標高；H0-奧灰?guī)r溶水水位標高。4號煤層可采區(qū)西部底板標高最低處標高為（H1） 640m 4號煤 層距奧灰頂面（M）137m該地段奧灰水位標高（H0） 803m10號煤層底板最

12、低處為井田西北部煤層底板最低標高 （H1） 520m 10號煤層距奧灰頂面（M） 59.50m;該地段奧灰?guī)r溶水水位標高（H0） 802m9號煤層底板最低處為井田西北部底板標高（H1） 530m 5號煤 層距奧灰頂面（M 71.90m;該地段奧灰水位標高（H0） 802m求得4號煤層突水系數(shù)：Ts =0.0215MPa/m, 9號煤層突水系數(shù):Ts=0.0469MPa/rm 10 號煤層突水系數(shù)： Ts =0.0562MPa/mi4、 9、 10號煤層突水系數(shù)小于正常塊段安全突水系數(shù)0.10MPa/m，小于受構造地段安全突水系數(shù) 0.06MPa/m,根據(jù)地質(zhì)報告預測結果，在無構造溝通的情況下，

13、開采 4、 9、 10 號煤層奧灰突水的可能性小。但當開采地段有隱伏導水構造時，則存在突水可能性，開采中應嚴密監(jiān)測井下隱伏構造發(fā)育情況，防范奧灰水巖溶水構造突入礦井造成水害事故。4) 、采空區(qū)、古空區(qū)積水井田內(nèi)4、 10 號煤層均分布多處采空區(qū)，部分采空區(qū)分布有積水，對井田中西部相對低處的煤層開采存在充水影響。4.5 礦井水文地質(zhì)類型該礦批采4-10 號煤層，井田內(nèi)4 號煤層充水含水層為山西組砂巖裂隙含水層，富水性弱，9、 10 號煤層充水含水層為太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層，富水性弱- 中等，同時受奧灰水影響，帶壓開采Ts 接近 0.06。奧灰水對上部煤層開采影響不大，在無構造溝通的情況下突水可

14、能性小。 但井田內(nèi)采空區(qū)分布多處積水，對煤層開采存在潛在突水危險。綜合分析，該礦4 號煤層礦井水文地質(zhì)類型為中等，9、 10 號煤層礦井水文地質(zhì)類型為中等。二、采取的措施：1 、原因：綜合以上所述，礦井主要水害是采空區(qū)積水和受奧灰水影響的帶壓區(qū)，整合前各煤礦分別對4、 10 號煤層進行了開采，已分布多處采空區(qū)， 在采空區(qū)低洼處有一定積水。目前基建期間和第一采區(qū)遠離采空區(qū)的積水區(qū)，威脅不大。2、目的：目前，基建二、三期工程接近受奧灰水帶壓影響的區(qū)域。雖然，根據(jù)礦井地質(zhì)報告所述，開采4、 9、 10 號煤層奧灰突水的可能性小。但是，畢竟為了防治水的整體工作不存在安全隱患，決定在目前基建期間，根據(jù)二

15、三期工程的即將施工的情況下，為了安全生產(chǎn)，特制定帶壓開采安全技術措施。3、防治措施探查隱伏斷裂構造是防治底板突水的重點。工作中應加強礦井地質(zhì)工作，對第一手資料進行收集整理，合理預測預報，即時探查、驗證加以預防。遇導水斷裂可采用留設防水煤柱、注漿加固、優(yōu)化采掘布置，調(diào)整采煤方法等成熟有效手段加以防治。3.1 探查隱伏斷裂構造3.1.1 水害隱患的探測預報通過礦井水害特征和充水因素的分析不難發(fā)現(xiàn)，帶壓開采充水途徑是導水斷裂構造和陷落柱，加強導水斷裂構造的探測預報是預防底板突水的重點。根據(jù)本礦井實際情況，主要依托井下物探的方法進行隱伏斷裂和斷裂富水性的探查。目前，按照上級政府部門的文件精神要求，采取

16、“物探先行、鉆探驗證、化探跟進”的防治水體系，先采取高分辨直流電法儀進行物探，查明掘進工作面前方的異常區(qū)，然后根據(jù)物探的成果資料，及時進行鉆探的驗證工作，探放水設計主要依據(jù)是以探測前方的是否存在斷裂構造及物探的探測出的異常區(qū)等進行針對性的設計。對于采掘工作面前方根據(jù)地質(zhì)資料的預測，會有斷層、含水斷層的存在，但是位置不清的時候，或者斷層已為巷道揭露或穿過，暫時沒有出水跡象時，都要及時編制探放水設計，進行探放水工作。這時，在探放斷層導水性鉆孔的布置和施工時，加強注意以下幾個問題：鉆進時，發(fā)現(xiàn)煤巖松軟、片幫、來壓或孔中水壓、水量突然增大，以及有頂鉆現(xiàn)象時，必須立即停鉆，記錄孔深并同時將鉆桿固定。立即

17、向礦井調(diào)度中心匯報，及時采取措施進行處理。應做到交接班不停鉆。探放斷層水的探水孔終孔后，孔內(nèi)有水應進行放水實驗。孔內(nèi)無水時應選擇一個孔進行壓水試驗，檢驗斷層隔水性能。探放水鉆孔，完成探測任務后必須全孔注漿封閉，并做好封孔記錄。3.1.2 工作面的水情監(jiān)測：奧灰水突入巷道之前，一般會有個過程，這個過程一般是幾個小時至一兩天，有的是開拓后半個月、數(shù)月之久。從開拓至奧灰水突出，總有一些跡象顯示，這些現(xiàn)象就是突水的征兆。如突水點或附近礦壓明顯加大；巷道產(chǎn)生底鼓，巖層發(fā)出破裂聲；有嘶嘶水叫聲；幫壁有水珠及淋水等。3.1.3 水情監(jiān)測注意的問題：所以， 對工作面的突水征兆進行嚴密的監(jiān)測，是及時發(fā)現(xiàn)和預防突

18、水的最直接的、最有效的方法和手段。特別是對工作面的揭露的出水點、 探測到的含水斷層位置附近工作面、已經(jīng)揭露的斷層附近的巷 道等地點，是監(jiān)測的重點。采取密集觀測，及時收集相關資料，并有詳細的觀測記錄。3.2 斷層防水煤柱的留設3.2.1 原因：據(jù)不完全統(tǒng)計，煤層底板突水50%以上與斷層有關。留設的防水煤柱必須留足，留設不足的防水煤柱，易造成礦壓的集中，導致煤柱破壞，抗水壓能力降低，在水壓和礦壓的聯(lián)合作用下很容易片幫、沖垮而造成突水。而開采大斷層的防水煤柱更是危險的事情，嚴加杜絕出現(xiàn)。3.2.2 防水煤柱的留設：嚴格按照 煤礦防治水規(guī)定附錄八的相關規(guī)定，結合本礦井的實際觀測資料，進行留設。特殊情況

19、下，加大安全系數(shù)進行煤柱的留設設計。3.3 導水斷裂構造的注漿加固：3.3.1 原因：礦井開采10 煤時，其正常地段的隔水底板厚度大于臨界隔水層厚度。 底板突水的可能主要是位于斷裂構造附近，斷裂構造的導水和隔水性能直接關系到帶壓開采的安全。因此，在適當時候，對斷裂構造進行注漿加固。3.3.2 注意的問題;確定注漿前，必須查明斷裂構造的位置及發(fā)育特征。3.3.3 基本要求：注漿加固工程應編制專門的注漿設計，明確注漿目標。在注漿前，對斷裂構造進行放水或壓水實驗。根據(jù)實驗結果，確定注漿孔的布置和注漿工藝。用于注漿的井下鉆孔均應按探放水鉆孔的規(guī)定進行設計和施工。注漿后應打檢查孔，驗證注漿質(zhì)量，并進行注水實驗。3.4 選擇合理的開采方法和開采參數(shù)，減少采動影響3.4.1 基本說明：這個措施，是在聯(lián)合試運轉以后，由基建改為生產(chǎn)的礦井轉型之后，而在一定的生產(chǎn)年限以后，收集到一定的相關資料后，進行運作的一種預防措施。目前，只是建議性的在此方面提出一些想法：3.4.2 優(yōu)化工作面斜長，減少底板采動破壞：在底板隔水層厚度不變的情況下，減少工作面長度，減少底板破壞深度，增強抗水壓能力。3.4.3 優(yōu)化開采設計控制懸頂長度，減少底板采動破壞：開采時，盡量減少控頂距的長度，必要時，采取強制放頂?shù)拇胧f(xié)調(diào)工作面開采節(jié)奏，減少底板破壞