带压开采防治水措施

1、登封市兴运煤业有限责任公司带压开采安全技术措施随着矿井巷道延伸深度的不断增加，煤层所承受的水头压 力愈来愈大，潜在的突水威胁将表现的更为突出，严重威胁着 矿井的安全生产和职工的人身生命安全。因此，根据煤矿安全 规程、防治水规定及相关文件要求，特制定我矿井带压开采安 全技术保障措施，望认真遵照执行。一、井田水文地质条件概况兴运煤业区域上处在登封煤田告成井田东北部。告成井田位 于颖阳芦店向斜东段登封告成水文地质区。该单元南北分 别以箕山、嵩山两分水岭为界，西部和东北部分别以颖河与白 降河、双洎河分水岭为界。从构造上为一不对称向斜，南翼地 层出露完整，北翼被月湾断层破坏，构成阻水边界。大气降水入渗是

2、本区地下水的主要补给来源。影响入渗的因 素除降水本身的大小、分布和性质外，尚与地形、植被、岩性 组成，构造及地下水的埋藏、赋存条件密切相关。箕山分水岭 以北与大冶一带碳酸盐类岩石出露面积达220Km2,嵩山分水岭 以南古老变质岩、花岗岩出露面积达470面2,二者构成了本区 的降雨直接入渗场和赋存地。大气降水转化为地下水后，受重力作用，由分水岭顺着透水 岩层或裂隙向盆地汇集，遇纬向构造阻截而改变为沿断层走向、 背斜轴方向运移。地下分水岭、流向均与地表水一致，地下水 的水力坡度一般610%。本区地下水的排泄主要有自然径流和人为抽放两种形式。地 下水在径流途中遇阻水构造或岩体时，常以上升泉的形式溢出

3、 地表。当沟谷深切到地下水位以下时，则以下降泉的形式排泄， 汇入河流。登封煤田内生产矿井极多，有大量地下水被抽排， 加之当地居民及乡镇企业用水，每年有上亿吨的地下水被人为 抽放，对地下水的补给、径流条件产生了较大的影响，地下水 位呈现逐年下降趋势，改变了以自然径流为主的状态。矿井疏 水已经成为二1煤层顶板碎屑岩类水和煤层底板C2tL7_8灰岩岩 溶水的主要排泄形式。据钻孔揭露本区地层由老至新依次为：寒武系上统崮山组、 奥陶系中统马家沟组、石炭系上统本溪组与太原组、二叠系下 统山西组、下石盒子组及第四系。：含水层与隔水层本区为低山丘陵地形，基岩大面积被第四系覆盖，仅在区外 东南部有零星出露，据邻

4、近钻孔和矿井工程揭露资料，含水层 与隔水层从老至新叙述如下：(1)寒武、奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水含水层寒武系上统为厚层状白云质灰岩和鲕状白云质灰岩，岩性及层位稳定，岩溶发育不均一。邻区告成井田供1孔揭露厚度 147.20m。奥陶系中统马家沟组为中厚层状石灰岩，据邻区告成井田资 料，厚7.0148.50m (付12701孔)，一般厚度1030m。本区及邻区告成井田共进行单孔稳定流抽水试验五层次，试 验结果见表O2 + C 3抽水试验成果一览表孔号静止水位 (m)S (m )Q (L/ s)q (L/s. m)K (m/d )抽水日期备注埋深标高1201018.28224.3835.026.280

5、.1790.38881年8月断层带 漏水1300166.36226.3335.572.4 70.069 40.53481年89 月断层带 漏水1310568.93227.503.076.6 962.18182 年 11 月O2+ 漏付1221585.38228.602.2 44.4 271.9883年89 月O2漏水供152.8 6227.850.138.5 3185 年 11 月水质属HCO3-Ca - Mg型，矿化度0.255g/L,水温17C。上述资料表明，该层为岩溶裂隙承压含水层，含水性及导水性极不均一，该含水层至二1煤层平均厚81.62m,其间夹有三层 较稳定的隔水层，正常情况下，该

6、层地下水不能直接进入二1煤 层矿床，属二1煤层间接充水强含水层。石炭系本溪组隔水层由鲕状铝质岩和铝质泥岩组成，沉积连续，层位稳定，平 均厚度9.50m，岩石致密，裂隙不发育，正常情况下可阻隔寒武、 奥陶系灰岩和太原组下段灰岩含水层的水力联系，但遇厚度较 薄或构造破坏地段，隔水能力将会降低或失去隔水作用。 石炭系太原组下段灰岩岩溶裂隙承压水含水层由L1L4灰岩组成，一般厚1820m, L1及L4灰岩较发育， 层位稳定，岩溶裂隙发育，溶蚀作用比较强。邻区告成井田对该含水层进行单孔稳定流抽水试验两层 次，其结果见表：C2tL1_4抽水成果一览表孔号静止水位 (m)S (m)Q (L/ s)q (L/

7、s. m)K (m/ d)抽水日 期备注埋深标高1320181.94224.142.153.551.656.3581年8 月溶洞 水付1240251.39226.223.594.2 081.175.8 0283年3 月溶洞 水水质属HCO -Ca型，矿化度0.2380.283g/L。PH值7.537.7,水温 16.5 17C。从抽水试验资料表明，该层含水性及透水性较好，至二 煤层距离4060m,其间夹有两个较稳定的隔水层，正常情况 下该含水层不能进入二1煤矿床，为一 1煤层顶板直接充水含水 层，为二1煤层间接充水含水层。（4）石炭系太原组中段隔水层指L4和L7灰岩之间的泥岩、砂质泥岩和细粒砂

8、岩，一般厚 2030m,层位稳定，正常情况下可阻隔太原组上、下灰岩含水 层的水力联系。（5）石炭系太原组上段灰岩岩溶裂隙承压水含水层由L6L9四层灰岩组成，其中L7-L8两层较发育，单层厚度 大，分布连续，层位稳定，一般厚813m。该含水层在本矿区没有进行抽水试验，邻区告成井田进行 了四次单孔稳定流抽水试验，其结果见表 C2tL7-8抽水成果一览表孔号静止水位（m ）S (m)Q (L/s)q (L/s.m)K (m/d )抽水日 期埋深标高1280587.44223.6 031.131.630.05240.52 981 年 10 月1260670.36220.1537.933.560.093

9、90.91 481年5 月付118019.71248.7 534.241.2330.0360.30184年8 月1310685.29248.8 235.083.8670.1080.89 585年5 月水质属HCO3-Ca - Mg型，矿化度0.2380.312g/L, PH值7.3 7.5。另外，据告成煤矿12905L7-8灰岩长观孔资料显示现水位标 高为+50m。说明近几年本矿及临近煤矿大力抽排地下水，使得 匕匕灰岩水水位不断下降。但在断裂构造作用下，如本含水层 与下部强含水层产生水力联系时，突水则会增加，是二1煤层开 采过程中的主要底板突水水源，要做好防治水工作。二1煤层底板隔水层该层赋存

10、于太原组顶与二1煤层底之间，岩性主要为泥岩、 砂质泥岩、细粒砂岩，一般厚510m,正常情况下可阻止太原 组上段灰岩含水层承压水进入二1煤层矿床。但遇厚度较薄地段 或受构造破坏地段，隔水能力将会降低，甚至起不到隔水作用。二叠系山西组二1煤层顶板砂岩孔隙裂隙承压水含水层以二1煤层上部的大占砂岩、香炭砂岩为主，局部受滑动构 造影响，二1煤层顶板大部分被破碎带取代，岩性主要为砂质 泥岩，一般厚1020m。该含水层在本矿区没有进行抽水试验，仅在邻区告成井田 进行了两层次单孔稳定流抽水试验，其结果见表二煤层顶板砂岩抽水成果一览表1孔号静止水位(m )S (m)Q (L/s)q (L/s.m)K (m/d)

11、抽水日 期埋深标高付1220943.29254.8 0100.880.001 80.00001780.00006283年5月付1270140.4 0298.0 569.360.037 50.0005 40.002584年4月水质属SO4-Na型和HCO3-Ca Na型，矿化度0.4081.254g/L, PH 值 8.15 8.3,水温 14 17C。据以上抽水试验资料表明，该含水层富水性差，渗透能力 不强，水循环条件不畅，但具有一定的静储量，二 煤层开采后，1该含水层可通过采掘导水裂隙带进入矿井，给矿井安全生产带 来严重威胁，所以要加强顶板的管理。二叠系山西组隔水层由山西组香炭砂岩顶部至砂锅

12、窑砂岩底部的地层组成，主 要岩性为砂质泥岩、泥岩及粉砂岩，一般厚3040m,由于厚度 大和岩石的不透水性，所以隔水条件较好。二叠系下石盒子组砂岩孔隙裂隙承压水含水层主要由下石盒子组底部细、中粒砂岩组成(砂锅窑砂岩)， 一般厚6.5620.39m,平均厚13.52m,该含水层水力联系差， 补给条件不佳，水量微弱。二叠系下石盒子组隔水层主要有下石盒子组三煤段砂质泥岩、粉砂岩和泥岩组成，一般厚4050m,通常情况下具有良好的隔水能力。(11 )第四系孔隙潜水含水层该含水层以角度不整合覆盖于各基岩地层之上，主要由冲、 洪、坡积物组成，厚度515m,厚度变化主要受地形地貌及现 代流水堆集作用所控制，其底

13、部的砂砾石层为主要含水层，呈 松散或半胶结状，导富水性较好，富含孔隙潜水。该含水层厚 度稳定性差，富水性极不均一，其水源主要以接受大气降水为 主，其水位、水量动态不稳，具有明显的季节性变化特征。该含水层下距二1煤层0150m,正常情况下与二1煤层间 无水力联系，对二1煤层的开采影响不大。但在煤层隐伏露头地 段，当煤层回采落顶后所形成的冒落带裂隙破裂(碎)带与该 含水层沟通时，则构成直接充水水源。故在煤层隐伏露头及其 附近地段，应留设足够的防水保安煤柱，以防止第四系潜水及 地表水贵入矿坑。构造水文地质特征本区的构造地层为一轴向近东西的向斜构造,断裂构造主要 发育在南部的部2和西北部的部F3-2边

14、界断层(裂)部2正断层为矿区的南部边界，走向3870,倾向308340,倾 角70。为北西盘下降，南东盘上升正断层，落差100m,本区 13001孔在孔深89.25m遇到该断层角砾岩，缺失山西组中下部 地层及太原组地层，在矿区南部采掘巷道揭露该断层。据13001 孔O2m+ C 3含水层抽水试验资料，单位涌水量（q） 0.0694L/s.m, 渗透系数（K）0.534m/d，其导水性及富水性中等，为一富水断 层。（2）部F3-2逆断层为矿区西北部边界断层，走向53，倾向143，倾角45， 为南东盘上升，北西盘下降的逆断层，逆差约30m。据告成井田 资料，该断层带静水位标高+226.22+228

15、.48m,单位涌水量（q） 1.17 L/s.m,其导水性及富水性良好。为一富水断层。三、矿井充水因素分析：1）大气降水、地表水及第四系潜水本区大气降水多集中在每年79月份，此时矿井涌水量较 平时一般涌水量增大12倍，说明大气降水对矿井充水有直接 影响。区内仅有季节性小溪石淙河和中部的刘碑水库，石淙 河自北向南横穿矿区中部，该河流量较小，旱季大多干涸，在 西刘碑附近被截流而成的刘碑水库，为一小型塘坝（闸门已拆 除，现库内常年无水），小溪经过的地段和库底岩层多为薄层第 四系松散层和下石盒子组碎屑岩类，其透水性不佳，但因此地 表水及第四系潜水局部距二1煤层接近，当回采落顶形成的塌 陷破裂带与上部地

16、表水及第四系潜水沟通时，会对矿床产生一 定的充水作用。（2）地下水能够进入矿床的地下水源主要为二1煤层顶板砂岩和太原 组上段灰岩水，前者一般能直接进入或通过顶板裂隙进入矿床， 后者因有一定厚度的隔水层存在，一般不会直接进入矿床。但 是水压大，隔水层薄或受构造破坏的地段，该含水层进入矿床 是有可能的，因此，开采时对底板水要引起重视和防范。（3）老窑水据以往老窑调查资料，在开采煤层的浅部露头地段，有历史 上遗留的老窑和生产矿井的采空区，其采掘范围、停采时间、 停采原因等情况不详，推测其废弃井巷内已积存有大量的老空 水，对本区生产安全具有潜在的威胁。故当采掘工程向浅部推 进时，应打超前探放水钻，并留

17、设足够的防水煤柱，以避免发 生老窑老空水突水淹井事故。（4）、奥灰水对煤层开采的影响：二1煤层底板以下影响开采的含水层为石炭系太原组L7-8灰 岩、L1-4灰岩（L5_6灰岩不稳定）、奥陶系马家沟组02灰岩含水层。 各含水层均为承压含水层，其中L7-8灰岩为疏放层，距二1煤层 底板平均为12.5m。L1-4灰岩含水层与02灰岩含水层有一定的水 力联系，为统一的含水层。由于兴运煤业井田内未发现陷落柱， 而且经过多年对各含水层水位观测可知，L7-8灰岩与L1-4+02灰岩 含水层无水力联系。L1-4+02灰岩含水层成为主要承压含水层，距 二1煤层底板平均为57.19m,目前02灰岩水位标高为+16

18、7m。井 田从建井至今没有揭露过大的构造，也没有发生过突水事故， 水文地质条件相对比较简单。该矿为整合矿井，目前主要施工 煤巷工程。四、隔水层临界厚度计算根据临界安全隔水厚度计算公式t = L(5L + 8KpH - rL)临4Kp式中：t临为隔水层临界厚度；Kp为煤层底板隔水层抗张强度，取值范围为40100吨 /米2,这里取80吨/米2；L为采掘工作面的最大控顶距；H为作用于隔水层底板的水头压力，若最大采深为+85 米，则其最大水头压力为139吨/米2；r为底板隔水层岩石容重，取平均值为2.64吨/米3。1、巷道底板隔水层厚度计算由于我矿紧邻郑煤集团公司告成矿，告成矿水平大巷及 上下山巷道都

19、主要沿L7-8灰岩层位掘进，基本为最低岩石层位， 因此其隔水层为从L1-4灰岩顶面到L7-8灰岩底面间的泥岩、砂质 泥岩和砂岩，平均为34.19m。巷道最大宽度取5m,经计算，t 为4.5m,而底板隔水层实际厚度为34.19m,基本大于6.6倍 临 的临界厚度。2、工作面底板隔水层厚度计算在采煤工作面回采时，由于邻近的矿井已对L7 8灰岩水 进行了疏放，对于li-4+O2灰岩含水层来说，工作面底板隔水层 实际厚度为从Li-4灰岩顶面到煤层底板之间的厚度即57.19m。 工作面最大垮落步距（即最大控顶距）为10m。经计算，t临为 8.5m，而底板隔水层实际平均厚度为57.19m，基本大于5.73

20、 倍的临界厚度。五、防治水领导机构及职责1、成立带压开采防治水工作领导组：组长：矿长副组长：总工程师 生产矿长 安全矿长 机电矿长成 员：防治水副总 生产科长 安全科长 机电科长 通风科 长地测科长调度主任调度副主任办公室设在调度室主任防治水副总（兼）2、领导组职责：矿长：是带压开采防治水的组长，负责定期组织召开专题 会议，分析掌握采掘情况，确定带压开采防治水的重点区域和 工作面。总工程师：在组长的领导下，负责带压开采防治水技术管 理，督促地测部门做好图纸资料管理、水文地质收集分析预报、 日常探放水技术措施编制及防（隔）水煤柱的设计上报工作， 认真分析采掘情况，确定带压开采防治水重点区域和工作

21、面， 制定带压开采防治水的措施，为组长及时提供带压开采技术资 料。生产矿长：在组长的领导下，组织实施带压开采防治水的 方案，督促现场落实有关措施。机电矿长：在组长的领导下，重点落实排水、供电、通讯 及其有关的事项。安全矿长：在组长领导下，负责防治水各项措施的监督、 把关。3、各成员职责：（1）生产科负责参与带压开采防治水方案的制定，监督队 组严格执行有关的带压开采措施。（2）地测科负责带压开采防治水方案的制定，防治水的日 常管理，水文地质收集分析预报，探放水措施的编制，充水图 的绘制及防（隔）水煤柱的设计上报工作。（3）安全科负责防治水各项措施的执行监督情况。（4）供应科、机分厂要常备大流量水

22、泵、排水管路、阀门、 螺丝等抢险材料（或者在集团公司供应处库房储备，供应科要 有储备明细，并能做到随调随到），并将明细报带压开采办公室。（5）机电科应保证井下各排水点双回路供电正常，防止越 级顶闸，并定期检查排水设备的运转情况。（6）调度室负责做好与防治水有关的工作安排，并监督工 程完成情况，做好各单位的协调工作。（7）机电科保证排水能力和管路达标，设备正常，并做好 日常维护保养。（8）各施工队组严格按照措施施工，并做好职工培训。（9）安全培训中心负责制定有关矿井防治水培训学习方 案，并负责组织实施。4、具体措施（1）、每月定期由领导组成员组织召开专题会议，认真分 析采掘情况，确定带压开采防治

23、水重点区域和工作面，由地测 科负责制定出预防措施，下发矿有关单位。（2）、地测科做好防治水的日常技术管理，水文地质要有年、 季、月预报，必要时还要增加临时预报，每月涌水量观测不少 于3次，要对现有施工的掘进巷道拿出切实可行的防探水方案（包括物探），各队组必须进行认真的贯彻落实，防止巷道遇构 造突水。（3）、通风工区负责各工作面的钻探工作，施工前由地测科 给出钻孔位置、方向及角度。在钻探期间要严格按照探水队要 求认真填写各班钻探记录，钻探结束验收合格后，由探水队负 责下发允许掘进通知单或停掘通知单。（4）、各施工队组在接到下发的通知单后，要严格按照通知 单的要求组织施工，掘进到位后由探水队进行验收，不得超掘， 否则将追究有关人员责任。（5）、每个工作面回采前必须进行钻探，查明地质构造分布 情况及落差，提出工作面的突水可能性分析报告。（6）、地测科在每个工作面掘进、回采前，要提交工作面的